CN117690766A - 用于x射线管的阴极组件、阴极、x射线管和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于X射线管的阴极组件、阴极、X射线管和控制方法，该用于X射线管的阴极组件包括栅极和灯丝，栅极用于独立控制灯丝的电子发射量，栅极围绕灯丝布置，且与灯丝相互绝缘，栅极包括所述灯丝的控制极，控制极用于控制灯丝与栅极间的电场强度，控制极背向灯丝倾斜。本发明能通过改变栅极电压即可调变焦点大小同时，可对电子束的发射进行关断，且相对分段式栅极能有效降低切断电子束所需的栅极电压；发射电子束的可控性更高，电子束在阳极靶盘上形成的焦点上电子均匀性更好，焦点的边界清晰，图像质量更高，且不损失发射面积，相同功率、相同焦点下的阴极温度更低，灯丝寿命更高。

Description

用于X射线管的阴极组件、阴极、X射线管和控制方法

技术领域

本发明涉及X射线管技术领域，尤其是一种用于X射线管的阴极组件、阴极、X射线管和控制方法。

背景技术

X射线管分为工业X射线管和医用X射线管，医用X射线管针对某些部位和扫描功能而需要特殊的应对方法，包括对X射线管管电流进行快速开关的方法，该方法常应用于CT(Computed Tomography电子计算机断层扫描)摄影中。

X射线管管电流快速开断功能的实现结构多种多样。其中，X射线管的阴极结构大致可以分为两类：无独立栅控型和有独立栅控型。

独立栅控技术可以控制焦点大小和飞焦，独立栅控结构最大的优势在于能够对X射线管管电流进行开关，在少数应用场景和球管中独立栅控仍占有一席之地。在现有的独立栅控技术中，主要是对螺旋灯丝进行管电流的切断，而对平板灯丝的管电流切断却非常少。

切断管电流主要通过在栅极上施加负电压，使灯丝上表面的场强接近0或直接形成抑制场。在灯丝具有较大的宽度时，难以在保证灯丝焦点的同时以较低的电压进行管电流的切断。在部分特殊阴极结构中，通过将额外的电极加入到灯丝中间以解决灯丝宽度较大的问题，该结构虽降低了切断电压，但是对于灯丝的安装要求和零件的尺寸精度较高，成本较大，且失去了对焦点的调整。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中栅极切断电压大、对焦点控制性差的缺陷，提供一种用于X射线管的阴极组件、阴极、X射线管和控制方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

第一方面提供一种用于X射线管的阴极组件，包括栅极和灯丝，栅极用于独立控制灯丝的电子发射量，栅极围绕灯丝布置，且与灯丝相互绝缘，栅极包括灯丝的控制极，控制极用于控制灯丝与栅极间的电场强度，控制极背向灯丝倾斜。

较佳地，栅极为整体式栅极，控制极在围绕灯丝的四个方向均有布置；

较佳地，阴极组件还包括聚焦极，聚焦极部分布置于控制极上方，用于聚焦灯丝的发射电子。

较佳地，灯丝为矩形平面灯丝，矩形平面灯丝的短边对应的控制极的倾斜角大于其长边对应的控制极的倾斜角。

较佳地，阴极组件还包括底座，栅极和灯丝分别绝缘连接底座。

较佳地，底座上布置有连接件，连接件穿过底座，连接件的两端伸出底座并分别设有第一绝缘件，栅极通过连接件与底座固定；

底座上设有连接孔，连接孔内设有第二绝缘件，灯丝通过支撑杆与底座固定，支撑杆一端与灯丝连接，另一端与第二绝缘件连接。

较佳地，聚焦极对称布置于底座上，聚焦极的一端作为支撑部与底座连接，另一端作为聚焦部布置于控制极上方。

较佳地，灯丝采用曲面灯丝或螺旋灯丝。

较佳地，控制极所处平面与灯丝所处平面的倾斜角为30至60度。

第二方面提供一种用于X射线管的阴极组件，包括栅极和灯丝，栅极用于独立控制灯丝的电子发射量，栅极围绕灯丝布置，且与灯丝相互绝缘，栅极包括灯丝的控制极，控制极被配置为平滑灯丝与栅极间的电场。

第三方面提供一种用于X射线管的阴极，阴极包括基座，基座的表面包括呈V形布置的第一表面和第二表面，第一表面上布置有第一阴极组件，第二表面上布置有第二阴极组件，第一阴极组件和/或第二阴极组件为上述的用于X射线管的阴极组件。

较佳地，阴极还包括均压环，均压环环绕基座外周布置，均压环的顶面高于第一阴极组件和第二阴极组件。

第四方面提供一种X射线管，X射线管包括上述的用于X射线管的阴极。

较佳地，X射线管还包括阳极，阳极包括金属靶盘和轴承，金属靶盘以轴承为转轴进行旋转，轴承为液态金属润滑的轴承。

第五方面提供一种用于X射线管的阴极组件的控制方法，用于上述的用于X射线管的阴极组件，控制方法包括：

将灯丝的一端与栅极的一端接入同一初始电位；

将灯丝的另一端接入可变化电位，以控制灯丝发射电子束；

调节栅极的另一端的控制电位，以控制灯丝发射的电子束的焦点或切断电子束。

第六方面提供一种用于X射线管的阴极的控制方法，应用于上述的用于X射线管的阴极，控制方法包括：

将第一阴极组件的灯丝的一端、栅极的一端和第二阴极组件的灯丝的一端分别接入同一初始电位；

将第一阴极组件的灯丝的另一端和第二阴极组件的灯丝的另一端分别接入可变化电位，用于控制第一阴极组件的灯丝和第二阴极组件的灯丝分别发射电子束；

调节第一阴极组件的栅极的另一端和第二阴极组件的栅极的另一端的控制电位，以控制第一阴极组件的灯丝和第二阴极组件的灯丝发射的电子束的焦点或切断电子束。

较佳地，控制方法还包括：

调节基座的第一表面和第二表面的夹角和/或第一阴极组件和第二阴极组件的距离，控制第一阴极组件的灯丝和第二阴极组件的灯丝发射的电子束的焦点位置。

本发明的积极进步效果在于：能通过改变栅极电压即可调变焦点大小同时，可对电子束的发射进行关断，且相对分段式栅极能有效降低切断电子束所需的栅极电压；发射电子束的可控性更高，电子束在阳极靶盘上形成的焦点上电子均匀性更好，焦点的边界清晰，图像质量更高，且不损失发射面积，相同功率、相同焦点下的阴极温度更低，灯丝寿命更高。

附图说明

图1为现有的用于X射线管的阴极组件的结构示意图；

图2为现有的用于X射线管的阴极组件的栅极相对灯丝电位为0V时的等势线示意图；

图3为现有的用于X射线管的阴极组件的栅极相对灯丝电位为1400V时的等势线示意图；

图4为现有的用于X射线管的阴极组件的焦点处电子密度在平面X方向的分布直方图；

图5为本发明实施例1的用于X射线管的阴极组件的第一结构示意图；

图6为本发明实施例1的用于X射线管的阴极组件的第二结构示意图；

图7为本发明实施例1的用于X射线管的阴极组件的第三结构示意图；

图8为本发明实施例1的用于X射线管的阴极组件的第四结构示意图；

图9为本发明实施例1的用于X射线管的阴极组件的第五结构示意图；

图10为本发明实施例1的用于X射线管的阴极组件的栅极相对灯丝电位为0V时的等势线示意图；

图11为本发明实施例1的用于X射线管的阴极组件的栅极相对灯丝电位为1400V时的等势线示意图；

图12a为本发明实施例1的用于X射线管的阴极组件较优实施例中的焦点处电子密度在平面X方向的分布直方图；

图12b为本发明实施例1的用于X射线管的阴极组件中∠A为89度时的焦点处电子密度在平面X方向的分布直方图；

图12c为本发明实施例1的用于X射线管的阴极组件中∠A为60度时的焦点处电子密度在平面X方向的分布直方图；

图12d为本发明实施例1的用于X射线管的阴极组件中∠A为30度时的焦点处电子密度在平面X方向的分布直方图；

图12e为本发明实施例1的用于X射线管的阴极组件中∠A为1度时的焦点处电子密度在平面X方向的分布直方图；

图13为本发明实施例1的用于X射线管的阴极组件的曲面灯丝结构示意图；

图14为本发明实施例1的用于X射线管的阴极的结构示意图；

图15为本发明实施例1的X射线管的结构示意图；

图16为本发明实施例3的用于X射线管的阴极组件的控制方法示意图；

图17为本发明实施例3的用于X射线管的阴极的控制方法示意图；

图18为本发明实施例3的用于X射线管的阴极的控制方法的电位控制示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在的实施例范围之中。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

现有X射线管包含有阳极和阴极两个电极，分别为接受电子轰击的靶材和发射电子的灯丝，两个电极均被密封在高真空的玻璃或陶瓷外壳内。改变灯丝电流的大小可以改变灯丝的温度和电子的发射量，从而改变管电流和X射线强度的大小。

目前市场上的采用平板灯丝的X射线管阴极组件，在灯丝的周围布置垂直于灯丝所处平面的栅极，现有的技术中，独立栅极主要用于切断传统螺旋灯丝的管电流，但对平板灯丝的管电流切断却非常少。切断管电流这一技术主要通过在栅极上施加负电压，使灯丝上表面的场强接近0或直接形成抑制场。通过蔡尔德-朗缪尔方程可知管电流与电势差成正相关，当电势差接近0时，管电流接近0。传统的螺旋灯丝由于其宽度较小，所以较为容易通过较低的电压低于-3000V实现其中心处的电场强度接近0。但是平板灯丝由于其较大的宽度，难以在保证灯丝焦点的同时可以以较低的电压进行管电流的切断，如图1所示，是一个平板灯丝，在保证其小焦点的同时，采用一般结构对于宽度较大的灯丝的管电流即使大于10000V进行切断也是不可行的。

另一方面，现有栅极结构造成其控制灯丝发射的电子束形成的焦点效果欠均匀，具体的，对栅极施加相对于灯丝为正电压以控制灯丝发射的电子束的焦点，变化栅极电压可得到不同的焦点大小。如图2、图3中所示，图中分别展示了栅极相对于灯丝的电位分别为0V和1400V时的灯丝与栅极附近的等势线，等势线的电势由下自上依次升高，对比施加0V和1400V后灯丝与栅极附近的等势线的变化，可见栅极施加的影响范围较小，导致局部电场的等势线变化较大。

对应的，通过上述现有栅极结构得到的灯丝发射的电子束焦点处电子密度在平面X方向的分布如图4所示，图中X轴方向表示焦点边界的大小，如图中所示的焦点的边界以X轴的0点为中心至±0.22，对应的电子束的密度峰值大于8，即有大部分的电子集中在较小的一块区域内，其电子束的密度峰值越高，则对应的局部功率越高，对靶盘使用寿命不利，容易造成阳极靶盘损耗，缩短靶盘的使用寿命，甚至造成管子报废，且过于集中的X线辐射强度不均匀，则会导致最终影像的清晰度受到不利的影响。

实施例1

本实施例提供一种用于X射线管的阴极组件，如图5所示，包括栅极1和灯丝2，栅极1用于独立控制灯丝2的电子发射量，栅极1围绕灯丝2布置，且与灯丝2相互绝缘，栅极1包括灯丝2的控制极11，控制极11用于控制灯丝2与栅极1间的电场强度，控制极11背向灯丝2倾斜，控制极11所处平面与灯丝2所处平面的倾斜角为锐角。

在一个实施例中，栅极1的控制极11可成对相向布置，并根据灯丝2的结构不同，对应设置不同数量的控制极11。例如，灯丝结构为矩形的平面灯丝，可根据矩形灯丝的两组对边对应的布置两组栅极1的控制极11；或者，灯丝结构为曲面灯丝，可围绕曲面灯丝布置多对栅极1的控制极11。

在一个实施例中，栅极1的控制极11可一体式结构也可以做为分体式结构，采用一体式结构时的控制极11可整体背向灯丝2倾斜。

在一个实施例中，控制极11背向灯丝2倾斜时，如图10所示的阴极组件的垂直剖面图中，控制极11与栅极1底边形成的锐角为控制极11的倾斜角，栅极1底边与灯丝2平行，该倾斜角为∠A。

作为一种可实现的方式，控制极11为一体式，其为圆柱面背向灯丝2倾斜形成的扇形面，或为棱柱面背向灯丝2倾斜形成的梯形面。，

作为一种可实现的方式，控制极11采用分体式结构时，可采用多组斜面，每组斜面的倾角也可以各自不同。在一个实施例中，如图9中控制极11的局部放大图所示，灯丝2为矩形平面灯丝，矩形平面灯丝的短边对应的控制极11的倾斜角大于其长边对应的控制极11的倾斜角。

在一个实施例中，如图7所示，栅极1控制极11所处平面与灯丝所处平面形成如图10所示的倾斜角∠A，其倾斜范围为1度至89度，在此范围中栅极用于断开灯丝发射的电子束所需的电压与倾斜角相关。具体的，在倾斜角∠A为1度的情况下，以一个平板灯丝为例，在保证其较小焦点的情况下，灯丝发射的电子束所需的切断电压为-3100V；在倾斜角∠A为89度的情况下，同样规格的平板灯丝，在保证其0.4mm小焦点的情况下，灯丝发射的电子束所需的电压为-200V。相较于现有栅极垂直于灯丝所处平面布置的阴极组件结构，能够以较小的电压断开灯丝发射的电子束。

作为一种可实现的方式，控制极11所处平面与灯丝2所处平面的倾斜角为30至60度。

具体的，在倾斜角∠A为30度至60度区间内，栅极所需用于断开灯丝发射的电子束的电压为-1890V至-950V。

作为一种可实现的方式，栅极1为整体式栅极，包括控制极11，控制极11围绕灯丝2的四个方向均有布置；

作为一种可实现的方式，阴极组件还包括聚焦极4，聚焦极4部分布置于控制极11上方，用于聚焦灯丝2的发射电子。

具体的，区别于传统的独立栅极与灯丝相互垂直布置的结构，本发明提供的独立栅极1的控制极11所处的面与灯丝2所处平面形成倾斜角，控制极11所处的面与灯丝2所处平面构成锥台或棱台空间结构，控制极11与灯丝2所处平面的夹角∠A为锐角，通过调整∠A的角度能够使栅极1用于切断灯丝2发射的电子束需要的电压保持在较低水平。例如，在一个实施例中，通过将∠A配置为多个取值范围，在管电压70KV时，通过改变栅极控制电压在200V-900V内调变，可以使焦点宽度在0.3mm到1.2mm内变化。

在一个实施例中，通过调整∠A的角度能够调整灯丝2发射的电子束焦点的成像效果，如图10、图11所示，分别为栅极1施加相对于灯丝的电位为0V和1400V时的栅极1与灯丝2之间等势线示意图，图中等势线的电势由下向上依次升高，对比灯丝2与栅极1附近的等势线在栅极1施加相对于灯丝2的电位为0V和1400V时前后的变化，相较于现有的栅极结构施加电压时得到的等势线变化情况，本实施例中等势线的变化范围更大，变化趋势较缓和，等势线分布有明显改善。具体的，栅极1通过对灯丝2发射的电子束施加控制电压，约束电子束的焦点大小，具体的栅极1通过围绕灯丝2布置的每对控制极11在灯丝2上形成控制电场，灯丝2发射的电子束受到控制电场的电场力，控制电场的等势线分布更为均匀和每条等势线之间的曲率变化更为平滑，则相应的电子束中的电子受到的电场力更为均匀，对应电子的加速度更为缓和，最终受到控制电场影响的电子束发射向阳极靶盘的轨迹可控性得到提高，从而使得在阳极靶盘上形成的焦点边界清晰，成像效果提高。

对应的，通过调整∠A的角度得到的灯丝2发射的电子束焦点处电子密度在平面X方向的分布如图12a一个较优的实施例所示，图中横坐标表示X方向的范围，单位为mm，纵坐标表示电子密度，在焦点大小与图4现有技术相当的情况下，从图中可见焦点处电子密度在平面X方向的分布呈高斯分布，且在焦点处电子密度分布均匀，电子密度的峰值小于3.5，相较于图4所示的现有技术的焦点效果，焦点处的电子密度峰值有明显的下降，且在焦点处电子自中心至边界的分布密度更为均匀，提高了焦点边界的清晰度。

在一个实施例中，在∠A的角度为89度的情况下，电子束焦点处电子密度在平面X方向的分布如图12b所示。

作为一个较佳的实施例，将∠A的角度为30至60度的区间时，电子束焦点处电子密度在平面X方向的分布如图12c和图12d所示，与现有技术相同大小焦点的情况下，焦点的电子密度峰值明显降低，尤其在60度的情况下，焦点处的电子密度峰值有明显的下降，且在焦点处电子自中心至边界的分布密度更为均匀，趋于高斯分布，对应的提高焦点边界的清晰度，得到的影像清晰度最佳，不易发生管电压击穿，对靶盘的风险小，能够提高靶盘的使用寿命。

作为一个较佳的实施例，将∠A的角度为1度时，电子束焦点处电子密度在平面X方向的分布如图12e所示。

作为一种可实现的方式，如图6、图7和图8所示，阴极组件还包括底座3，栅极1和灯丝2分别绝缘连接底座3。具体的，栅极1和灯丝2之间相互绝缘，栅极1与底座3绝缘连接，灯丝2同样与底座3绝缘连接。

本实施例中提供一种栅极与底座、灯丝与底座的绝缘连接结构，作为一种可实现的方式，底座3上布置有连接件33，连接件33穿过底座3，连接件33的两端伸出底座3并分别设有第一绝缘件61，栅极1通过连接件33与底座3固定；

作为一种可实现的方式，底座3上设有连接孔31，连接孔31内设有第二绝缘件62，灯丝2通过支撑杆32与底座3固定，支撑杆32一端与灯丝2连接，另一端与第二绝缘件62连接。

作为一种可实现的方式，阴极组件还包括对称布置于底座3上的聚焦极4，聚焦极4的一端作为支撑部42与底座3连接，一端作为聚焦部42布置于控制极11上方。

通过增加聚焦极4，可以获得较小的电子束焦点。

作为一种可实现的方式，阴极组件的底座3上可同时布置多个灯丝2，灯丝2可对应布置栅极1分开控制，或在所有灯丝2上方布置一栅极1对所有灯丝2进行合并控制。

作为一种可实现的方式，灯丝2采用曲面灯丝或螺旋灯丝。

具体的，根据独立栅极的X线辐射焦点的特性，根据实际需求调整阴极组件的灯丝种类和结构，并辅以对应的栅极结构，例如灯丝可采用金属钨或钨的复合材料或化合物。其中，如图13所示，在采用的曲面灯丝中，作为一种可实现方式，曲面灯丝与其支撑部一体成型能够的结构，能够减小其结构应力，提高曲面灯丝的寿命和稳定性。

本实施例还提供一种用于X射线管的阴极，如图14所示，阴极包括基座7，基座7的表面包括呈V形布置的第一表面71和第二表面72，第一表面71上布置有第一阴极组件，第二表面72上布置有第二阴极组件，第一阴极组件和/或第二阴极组件为本实施例所述的用于X射线管的阴极组件。

作为一种可实现的方式，阴极还包括均压环5，均压环5环绕基座7外周布置，均压环5的顶面高于第一阴极组件和第二阴极组件。

具体的，根据对于获得多个X线辐射焦点的需求，通过调整底座布置多组阴极组件实现。在一个实施例中，用于X射线管的阴极的基座7的第一表面71中布置本实施例1所述的用于X射线管的阴极组件，第二表面72中布置现有灯丝和栅极结构组成的阴极组件；在另一个实施例中，用于X射线管的阴极的基座7的第一表面71和第二表面72中均布置本实施例1所述的用于X射线管的阴极组件。通过调整第一表面71和第二表面72之间的夹角和/或第一表面71和第二表面72上布置的阴极组件之间的距离，可实现对两个阴极组件发射的电子束焦点的位置调整，在一个实施例中，两个阴极组件发射的电子束焦点重合，可通过多个阴极组件发射的电子束焦点提高X射线的成像效果。另一方面，可交替使用两个阴极组件用于同一个焦点的成像，以提高阴极组件的使用寿命；也可同时使用两个阴极组件用于同一个焦点的成像，以提高成像效果。

本实施例还提供一种X射线管，如图15所示，包括上述的用于X射线管的阴极。

作为一种可实现的方式，X射线管还包括阳极8，阳极8包括金属靶盘和旋转轴承81，金属靶盘以旋转轴承81为转轴进行旋转，旋转轴承81为液态金属润滑的旋转轴承。

具体的，X射线管的主要组成部件为，阳极部分、阴极部分、管壳部分、管套部分，其中阳极部分包括采用高熔点金属的靶盘和液态金属旋转轴承81，液态金属旋转轴承81的转速相较传统的滚珠轴承具有更高的转速，作为一种可实现方式，高熔点金属的靶盘可用钨或钨铼合金材料，同时具备优秀的散热性能，而高熔点金属靶盘配合本实施例所述的阴极组件能够提升阳极的使用寿命。

在一个实施例中，X射线管的管壳部分则采用金属管壳，两端采用玻璃绝缘，能有效保护整个X射线管内部的真空度；管套部分则做了减重设计，削减了一部分无用的金属，且整体结构的密封性能不会收到影响，各项接口能正常使用。

本实施例提供的用于X射线管的阴极组件、阴极、射线管，能通过改变栅极电压即可调变焦点大小同时，可对电子束的发射进行关断，且相对分段式栅极能有效降低切断电子束所需的栅极电压；发射电子束的可控性更高，电子束在阳极靶盘上形成的焦点上电子均匀性更好，焦点的边界清晰，图像质量更高，且不损失发射面积，相同功率、相同焦点下的阴极温度更低，灯丝寿命更高。

实施例2

本实施例提供一种用于X射线管的阴极组件，如图5所示，包括栅极1和灯丝2，栅极1用于独立控制灯丝2的电子发射量，栅极1围绕灯丝2布置，且与灯丝2相互绝缘，栅极1包括灯丝2的控制极11，控制极11配置为平滑灯丝2与栅极1间的电场。

具体的，以控制极配置为实施例1中的结构为例，栅极1通过对灯丝2发射的电子束施加控制电压，约束电子束的焦点大小，具体的栅极1通过围绕灯丝2布置的每对控制极11在灯丝2上形成控制电场，灯丝2发射的电子束受到控制电场的电场力，控制电场的等势线分布更为均匀和每条等势线之间的曲率变化更为平滑，则相应的电子束中的电子受到的电场力更为均匀，对应电子的加速度更为缓和，最终受到控制电场影响的电子束发射向阳极靶盘的轨迹可控性得到提高，从而使得在阳极靶盘上形成的焦点边界清晰，成像效果提高。

在一个实施例中，可根据实际需求通过控制极11改善栅极1影响灯丝2发射电子束的有效电场区间，使得栅极1的电压变化过程中形成电场的等势线变化更为平滑，进而电场施加在电子束上的电场力更平衡，可有效提高控制电场对电子束发射向阳极靶盘轨迹的可控性。

实施例3

本实施例提供一种用于X射线管的阴极组件的控制方法，如图16所示，用于实施例1所述的用于X射线管的阴极组件，控制方法包括：

S101、将灯丝2的一端与栅极1一端接入同一初始电位；

S102、将灯丝2的另一端接入可变化电位，以控制灯丝2发射电子束；

S103、调节栅极1的另一端的控制电位，以控制灯丝2发射的电子束的焦点或切断电子束。

本实施例还提供一种用于X射线管的阴极的控制方法，如图17所示，用于实施例1所述的用于X射线管的阴极，控制方法包括：

S201、将第一阴极组件的灯丝2的一端、栅极1的一端和第二阴极组件的灯丝2的一端分别接入同一初始电位；

具体的，如图18所示，在一个实施例中，第一阴极组件和第二阴极组件分别采用不同尺寸的灯丝，第一阴极组件采用大灯丝，第二阴极组件采用小灯丝，在其中一个灯丝上设置栅极，图中L端表示大灯丝一端连接的控制电位，S端表示小灯丝一端连接的控制电位，G端表示栅极一端连接的控制电位，而C表示公共的接地端，大灯丝、小灯丝和栅极的另一端都连接到C端接地，同时底座也通过C端接地。

S202、将第一阴极组件的灯丝2的另一端和第二阴极组件的灯丝2的另一端分别接入可变化电位，用于控制第一阴极组件的灯丝2和第二阴极组件的灯丝2分别发射电子束；

具体的，通过向L端或S端施加电压，用于控制大灯丝或小灯丝向阳极靶盘发射电子束，并形成焦点。

S203、调节第一阴极组件的栅极1的另一端和第二阴极组件的栅极1的另一端的控制电位，以控制第一阴极组件的灯丝2和第二阴极组件的灯丝2发射的电子束的焦点或切断电子束。

具体的，通过G端施加电压，用于栅极控制对应灯丝发射的电子束焦点大小。作为一种可实现方式，可通过栅极控制将对应灯丝的焦点大小与另一个灯丝的焦点大小一致，通过调节第一表面和第二表面之间的夹角和两个灯丝间的距离，可使第一阴极组件的灯丝发射电子束形成的焦点和第二阴极组件的灯丝发射电子束形成的焦点在阳极靶盘上的位置重合。

作为一种可实现的方式，控制方法还包括：

通过预设的规则调节基座的第一表面71和第二表面72的夹角和/或第一阴极组件和第二阴极组件的距离，控制第一阴极组件的灯丝和第二阴极组件的灯丝发射的电子束的焦点位置。

作为一种可实现的方式，控制第一阴极组件的灯丝2和第二阴极组件的灯丝2发射的电子束的焦点位置的步骤还包括：

第一阴极组件的灯丝2和第二阴极组件的灯丝2发射的电子束的焦点位置重合。

在一个实施例中，根据实际使用需求，通过控制L端或S端施加电压，可交替使用第一阴极组件的灯丝发射电子束或第二阴极组件的灯丝发射电子束在阳极靶盘上形成焦点。

在一个实施例中，在执行同一任务时中可按预设的间隔时间，交替使用第一阴极组件的灯丝发射电子束或第二阴极组件的灯丝发射电子在阳极靶盘上形成焦点；在一个实施例中，可轮流使用第一阴极组件或第二阴极组件单独执行一个任务，在满足成像需求的同时，提高阴极组件的使用寿命。

在一个实施例中，根据实际使用需求，通过控制L端和S端施加电压，同时使用第一阴极组件的灯丝发射电子束和第二阴极组件的灯丝发射电子束在阳极靶盘上同一位置形成焦点。

在一个实施例中，在执行同一任务时可按照实际需求，通过控制L端和S端施加不同的电压，调节第一阴极组件的灯丝和/或第二阴极组件的灯丝发射不同能量的电子束在阳极靶盘上同一位置形成焦点，提高阳极靶盘上焦点的电子密度，以增强最终成像的效果。

在一个实施例中，根据实际使用需求，通过调节第一表面和第二表面之间的夹角和两个灯丝间的距离，使第一阴极组件的灯丝发射电子束或第二阴极组件的灯丝发射电子在阳极靶盘上形成多个焦点。

本实施例提供的用于X射线管的阴极组件和阴极的控制方法，能通过改变栅极电压即可调变焦点大小同时，可对电子束的发射进行关断，且相对分段式栅极能有效降低切断电子束所需的栅极电压；发射电子束的可控性更高，电子束在阳极靶盘上形成的焦点上电子均匀性更好，焦点的边界清晰，图像质量更高，且不损失发射面积，相同功率、相同焦点下的阴极温度更低，灯丝寿命更高。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (17)

1.一种用于X射线管的阴极组件，其特征在于，包括栅极(1)和灯丝(2)，所述栅极(1)用于独立控制所述灯丝(2)的电子发射量，所述栅极(1)围绕所述灯丝(2)布置，且与所述灯丝(2)相互绝缘，所述栅极(1)包括所述灯丝(2)的控制极(11)，所述控制极(11)用于控制所述灯丝(2)与所述栅极(1)间的电场强度，所述控制极(11)背向所述灯丝(2)倾斜。

2.根据权利要求1所述的用于X射线管的阴极组件，其特征在于，所述栅极(1)为整体式栅极，所述控制极(11)在围绕所述灯丝(2)的四个方向均有布置。

3.根据权利要求2所述的用于X射线管的阴极组件，其特征在于，所述阴极组件还包括聚焦极(4)，所述聚焦极(4)部分布置于所述控制极(11)上方，用于聚焦所述灯丝(2)的发射电子。

4.根据权利要求1所述的用于X射线管的阴极组件，其特征在于，所述灯丝(2)为矩形平面灯丝，所述矩形平面灯丝的短边对应的控制极(11)的倾斜角大于其长边对应的控制极(11)的倾斜角。

5.根据权利要求1所述的用于X射线管的阴极组件，其特征在于，所述阴极组件还包括底座(3)，所述栅极(11)和所述灯丝(2)分别绝缘连接所述底座(3)。

6.根据权利要求5所述的用于X射线管的阴极组件，其特征在于，所述底座(3)上布置有连接件(33)，所述连接件(33)穿过所述底座(3)，所述连接件(33)的两端伸出底座(3)并分别设有第一绝缘件(61)，所述栅极(11)通过连接件(33)与所述底座(3)固定；

所述底座(3)上设有连接孔(31)，所述连接孔(31)内设有第二绝缘件(62)，所述灯丝(2)通过支撑杆(32)与所述底座(3)固定，所述支撑杆(32)一端与所述灯丝(2)连接，另一端与所述第二绝缘件(62)连接。

7.根据权利要求3述的用于X射线管的阴极组件，其特征在于，所述聚焦极(4)对侧布置于底座(3)上，所述聚焦极(4)的一端作为支撑部(42)与底座(3)连接，另一端作为聚焦部(42)布置于所述控制极(11)上方。

8.根据权利要求1的用于X射线管的阴极组件，其特征在于，所述灯丝(2)采用矩形平面灯丝、曲面灯丝或螺旋灯丝。

9.根据权利要求1的用于X射线管的阴极组件，其特征在于，所述控制极(11)所处平面与所述灯丝(2)所处平面的倾斜角为30至60度。

10.一种用于X射线管的阴极组件，其特征在于，包括栅极(1)和灯丝(2)，所述栅极(1)用于独立控制所述灯丝(2)的电子发射量，所述栅极(1)围绕所述灯丝(2)布置，且与所述灯丝(2)相互绝缘，所述栅极(1)包括所述灯丝(2)的控制极(11)，所述控制极(11)被配置为平滑所述灯丝(2)与所述栅极(1)间的电场。

11.一种用于X射线管的阴极，其特征在于，所述阴极包括基座(7)，所述基座(7)的表面包括呈V形布置的第一表面(71)和第二表面(72)，所述第一表面(71)上布置有第一阴极组件，所述第二表面(72)上布置有第二阴极组件，所述第一阴极组件和/或所述第二阴极组件为权利要求1至10任一所述的用于X射线管的阴极组件。

12.根据权利要求11所述的用于X射线管的阴极，其特征在于，所述阴极还包括均压环(5)，所述均压环(5)环绕所述基座(7)外周布置，所述均压环(5)的顶面高于所述第一阴极组件和所述第二阴极组件。

13.一种X射线管，其特征在于，所述X射线管包括权利要求11至12任一所述的用于X射线管的阴极。

14.根据权利要求13所述的X射线管，其特征在于，所述X射线管还包括阳极(8)，所述阳极(8)包括金属靶盘和轴承(81)，所述金属靶盘以所述轴承(81)为转轴进行旋转，所述轴承(81)为液态金属润滑的轴承。

15.一种用于X射线管的阴极组件的控制方法，其特征在于，应用于权利要求1至10任一所述的用于X射线管的阴极组件，所述控制方法包括：

将所述灯丝(2)的一端与所述栅极(1)的一端接入同一初始电位；

将所述灯丝(2)的另一端接入可变化电位，以控制所述灯丝(2)发射电子束；

调节所述栅极(1)的另一端的控制电位，以控制所述灯丝(2)发射的电子束的焦点或切断所述电子束。

16.一种用于X射线管的阴极的控制方法，其特征在于，应用于权利要求11至12任一所述的用于X射线管的阴极，所述控制方法包括：

将所述第一阴极组件的灯丝(2)的一端、栅极(1)的一端和所述第二阴极组件的灯丝(2)的一端分别接入同一初始电位；

将所述第一阴极组件的灯丝(2)的另一端和所述第二阴极组件的灯丝(2)的另一端分别接入可变化电位，用于控制所述第一阴极组件的灯丝(2)和所述第二阴极组件的灯丝(2)分别发射电子束；

调节所述第一阴极组件的栅极(1)的另一端和所述第二阴极组件的栅极(1)的另一端的控制电位，以控制所述第一阴极组件的灯丝(2)和所述第二阴极组件的灯丝(2)发射的电子束的焦点或切断所述电子束。

17.根据权利要求16所述的用于X射线管的阴极的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

调节所述基座的第一表面(71)和第二表面(72)的夹角和/或所述第一阴极组件和所述第二阴极组件的距离，控制所述第一阴极组件的灯丝和所述第二阴极组件的灯丝发射的电子束的焦点位置。