CN118073156B - 阳极液冷型x射线管及x射线源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及X射线管技术领域，提供一种阳极液冷型X射线管及X射线源，包括：管壳；阴极组件，阴极组件设于管腔中；阳极组件，阳极组件包括阳极端封帽、阳极头以及阳极靶；液冷系统，液冷系统包括液冷罩、冷却进液流道、冷却出液流道、测温装置以及窗口密封法兰，冷却进液流道和冷却出液流道均连通于液冷罩的罩腔，冷却进液流道的出液端悬空设置于液冷盲孔内，液冷罩的内表面、窗口密封法兰的外表面、端封帽本体的外表面共同限定形成用于容纳冷却介质的液冷腔。本发明能够使X射线光学器件最大程度地收集阳极靶所产生的X射线并进行聚焦，并且能够更加全方位地对阳极组件进行散热，有效避免阳极靶的焦点空间位置发生漂移。

Description

阳极液冷型X射线管及X射线源

技术领域

本发明涉及X射线管技术领域，特别是涉及一种阳极液冷型X射线管及X射线源。

背景技术

目前，具有微聚焦光学器件的X射线管、X射线源已经被应用于微区X射线荧光分析仪（MicroXRF）、高性能X射线衍射仪（XRD）以及X射线吸收谱仪（XAFS）等高端X射线科学仪器，被应用于材料、生物、化学、环境、地质以及考古等科学领域，被应用于半导体、新能源、电子设备、物质微区微量痕量分析（尤其是薄膜和司法鉴定）、物相定性和定量分析、应力和织构分析以及应变和微晶尺寸分析等新技术领域。

此类高端X射线科学仪器对X射线管、X射线源的高亮度、微焦斑、高通量以及稳定性具有较高要求，故需采用光学器件对X射线管、X射线源所产生的X射线进行聚焦并提高亮度。不同于传统的工业与医疗用X射线管和X射线源，此类X射线管和X射线源对焦点空间位置的稳定性有很高的要求，焦点空间位置的波动通常要求在±1μm以内。

然而，X射线管在工作时，由于超过99%的输入能量都转换为热量，导致X射线管的阳极温度上升；又由于热胀冷缩的原因，使得焦点位置发生波动，导致X射线在光学器件聚焦后光通量不稳定和焦斑大小发生改变。现有X射线管基本都不满足阳极温度波动范围要求（±0.2度以内）。

现有专利文献（申请号分别为CN202210167293.7、CN201780063975.0、CN201920164824.0、CN202222416302.X、CN202011184705.5以及CN202010552652.1）公开了X射线管阳极的各种散热方式。然而，这些散热方式只能降低阳极组件的靶头上的温度，而不能对阳极帽进行散热。此外，这些散热方式的散热效果比较差，进而不能控制阳极温度在很小范围内波动，从而不能满足高性能X射线科学仪器的需求。

此外，现有X射线管因阳极处于高压，需要很长的绝缘距离与阴极进行绝缘，因此阳极靶上的焦点距离阳极尾端的间距比较长，进而导致热膨胀长度增加以及热平衡时间增加，从而导致现有X射线管在工作时的待机准备时间比较长。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种阳极液冷型X射线管及X射线源，能够从阳极组件的阳极端封帽一侧射出X射线，能够使X射线光学器件最大程度地收集阳极靶所产生的X射线并进行聚焦，并且能够更加全方位地对阳极组件进行散热，有效避免阳极靶的焦点空间位置发生漂移，能够提高X射线微光斑的稳定性。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种阳极液冷型X射线管，包括：

管壳，管壳的管腔形成真空环境；

阴极组件，阴极组件设于管腔中，阴极组件用于发射电子束；

阳极组件，阳极组件包括阳极端封帽、阳极头以及阳极靶，阳极端封帽包括端封帽本体，端封帽本体通过一阳极圈密封设置于管壳的一端，端封帽本体上设有轴向贯通的通孔以及径向连通于所述通孔的X射线射出孔，X射线射出孔内设有X射线窗口片，阳极头封设于通孔内并且阳极头位于管壳外，阳极头具有开口背向于管壳的液冷盲孔，阳极靶设于阳极头朝向管壳的端面上；

液冷系统，液冷系统包括液冷罩、冷却进液流道、冷却出液流道、测温装置以及窗口密封法兰，液冷罩包括罩设于端封帽本体的罩体，罩体上设有与X射线射出孔相互对齐的避让孔，冷却进液流道和冷却出液流道均连通于液冷罩的罩腔，冷却进液流道的出液端悬空设置于液冷盲孔内，测温装置的检测头设于端封帽本体或阳极头，窗口密封法兰的一端密封设置于端封帽本体并且另一端密封设置于液冷罩，窗口密封法兰的法兰中心孔分别对齐于避让孔和X射线射出孔，液冷罩的内表面、窗口密封法兰的外表面、端封帽本体的外表面共同限定形成用于容纳冷却介质的液冷腔；

X射线光学器件，X射线光学器件在穿过所述避让孔之后伸入至法兰中心孔内，X射线光学器件用于将阳极靶因被电子束轰击而产生的扩散状X射线约束成X射线微光斑；

所述阳极液冷型X射线管在工作时，采用阳极组件接地且阴极组件接负高压的工作方式。

进一步的，所述阳极头包括腔体部以及翻边部，腔体部内形成所述液冷盲孔，腔体部设于通孔远离管壳的部位，翻边部密封设置于端封帽本体的端部；所述冷却进液流道直线延伸并且密封穿设于液冷罩，冷却进液流道的出液端和液冷盲孔的底部存在预设间隙。

进一步的，所述冷却出液流道密封穿设于液冷罩，冷却出液流道位于液冷罩靠近管壳的一侧。

进一步的，所述X射线光学器件呈长管状，X射线光学器件的X射线射入端位于窗口密封法兰的法兰中心孔内。

进一步的，所述端封帽本体包括中间法兰部、设于中间法兰部一侧的端封帽主体部以及设于中间法兰部另一侧的环体部，中间法兰部密接所述液冷罩的一侧设有第一环状密封区。

进一步的，所述窗口密封法兰包括小径法兰部以及一体成型于小径法兰部的大径法兰部，小径法兰部与所述端封帽本体上的X射线射出孔密封卡接，大径法兰部和液冷罩之间密封抵接。

进一步的，所述大径法兰部密接液冷罩一侧设有第二环状密封区。

进一步的，所述阳极液冷型X射线管还包括冷却调控系统，冷却调控系统包括控制器和进液阀门，控制器分别与测温装置和进液阀门通信相连，进液阀门设于冷却进液流道内。

进一步的，所述液冷罩或窗口密封法兰由屏蔽材料制成。

本发明还提供一种X射线源，包括：

所述阳极液冷型X射线管；

箱体，箱体的一侧具有箱口，箱体的容积大于管壳的容积，箱体完全罩住管壳并且箱口间接密封连接于端封帽本体，箱体、管壳以及端封帽本体共同限定形成一个容置腔，容置腔用于容纳绝缘介质、散热介质以及高压发生电路，高压发生电路用于驱动阳极液冷型X射线管工作。

进一步的，所述X射线源还包括过渡法兰，过渡法兰分别与端封帽本体和箱体密封连接。

如上所述，本发明的阳极液冷型X射线管及X射线源，具有以下有益效果：

第一点：液冷罩包括罩设于端封帽本体的罩体，这样使得液冷罩的内表面、窗口密封法兰的外表面、端封帽本体的外表面共同限定形成用于容纳冷却介质的液冷腔。又由于冷却进液流道和冷却出液流道均连通于液冷罩的罩腔，冷却介质能够可流动地充满整个液冷腔，冷却介质能够完全包裹阳极端封帽的主要结构以及阳极头的主要结构，从而快速带走阳极组件的热量。与此同时，测温装置的检测头设于端封帽本体或阳极头，检测头可以是具有超快响应时间的高精度温度传感器，以实时检测靠近阳极靶的端封帽本体的温度，从而及时调节冷却进液流道和冷却出液流道的流量，避免因温度波动而导致阳极靶的焦点空间位置发生漂移，也避免阳极靶发生熔靶现象，同时解决了阳极端封帽和阳极头的散热问题，从而控制整个阳极组件的温度波动，提高经X射线光学器件聚焦后的X射线微光斑的稳定性。

第二点：在现有X射线管中，由于X射线窗口设于现有X射线管的管壳上，阳极靶产生的X射线须要从管壳区域射出。反观本申请，阳极液冷型X射线管采用阳极组件侧出束的方式，具体的，端封帽本体上设有轴向贯通的通孔以及径向连通于所述通孔的X射线射出孔，X射线射出孔内设有X射线窗口片；窗口密封法兰的一端密封设置于端封帽本体并且另一端密封设置于液冷罩，窗口密封法兰的法兰中心孔分别对齐于避让孔和X射线射出孔；X射线光学器件在穿过所述避让孔之后伸入至法兰中心孔内，X射线光学器件用于将阳极靶因被电子束轰击而产生的扩散状X射线约束成X射线微光斑。如此设置，X射线光学器件能够最大程度地接近阳极靶的焦点空间位置，从而最大程度地收集阳极靶所产生的X射线并进行聚焦，从而提高X射线的光通量，也就是亮度，达到“同步辐射”量级。其中，X射线微光斑的光斑直径通常不大于10微米。

第三点：液冷系统对阳极头和阳极靶的散热作用更加高效。具体的，阳极头具有开口背向于管壳的液冷盲孔，阳极靶设于阳极头朝向管壳的端面上；与此同时，冷却进液流道的出液端悬空设置于液冷盲孔内。如此设置，冷却介质能够更加深入地对阳极靶和阳极进行散热，并从由阳极头内壁和冷却进液流道外壁共同限定的间隙中流出，最终从冷却出液流道流出。因此，本发明能够有效避免阳极头和阳极靶升温，从而避免阳极靶上的焦点空间位置发生漂移。

第四点：所述阳极头封设于通孔内并且阳极头位于管壳外，阳极头具有开口背向于管壳的液冷盲孔，阳极靶设于阳极头朝向管壳的端面上。如此设置，阳极靶的焦点空间位置与阳极端封帽的顶端的距离比较短，这样使得热膨胀长度减短，进而使得阳极组件的热平衡时间比较短，测试时无需等待过长的时间就能达到阳极组件的稳定性。

因此，本发明的阳极液冷型X射线管能够从阳极组件的阳极端封帽一侧射出X射线，能够使X射线光学器件最大程度地收集阳极靶所产生的X射线并进行聚焦，从而提高X射线的光通量，达到“同步辐射”量级，并且能够更加全方位地对阳极组件进行散热，有效避免阳极靶的焦点空间位置发生漂移，能够提高X射线微光斑的稳定性。

附图说明

图1显示为本发明的X射线源的立体图。

图2显示为本发明的X射线源的主视图。

图3显示为沿图2中A—A线的剖视图。

图4显示为本发明的阳极液冷型X射线管的剖视图。

图5显示为图4中B部分的放大图。

图6显示为阳极组件的立体剖视图。

元件标号说明：管壳1、管腔11、阳极组件2、阳极端封帽21、端封帽本体211、中间法兰部211a、端封帽主体部211b、环体部211c、第一环状密封区211d、通孔212、X射线射出孔213、X射线窗口片214、阳极头22、液冷盲孔221、腔体部222、翻边部223、阳极靶23、阳极圈24、液冷系统3、液冷罩31、罩体311、避让孔312、冷却进液流道32、冷却出液流道33、测温装置34、检测头341、窗口密封法兰35、法兰中心孔351、小径法兰部352、大径法兰部353、第二环状密封区354、液冷腔36、X射线光学器件4、冷却调控系统5、控制器51、进液阀门52、箱体6、箱口61、容置腔62、过渡法兰7。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1、图2以及图3所示，本发明提供一种X射线源，包括：

一种阳极液冷型X射线管，该阳极液冷型X射线管包括管壳1，管壳1的内部设有阴极组件（未予图示），管壳1的一端设有阳极组件2，阳极液冷型X射线管是X射线源的主要构成部分；

箱体6，箱体6的一侧具有箱口61，箱体6的容积大于管壳1的容积，箱体6完全罩住管壳1。

再结合图4和图5，图中的弯箭头表示冷却介质的流动方向，图中的直箭头表示电子束的轰击方向，为了使所述阳极液冷型X射线管具有高效的阳极散热效果，所述阳极液冷型X射线管包括：

管壳1，管壳1的管腔11形成真空环境；

阴极组件，阴极组件设于管腔11中，阴极组件用于发射电子束以及聚焦电子束；

阳极组件2，阳极组件2包括阳极端封帽21、阳极头22以及阳极靶23，阳极端封帽21包括端封帽本体211，端封帽本体211通过一阳极圈24密封设置于管壳1的一端并且保证密封连接处的真空气密性，阳极圈24与端封帽本体211的密封方式可以是钎焊、氩弧焊和激光焊接等各种方式，端封帽本体211上设有轴向贯通的通孔212以及径向连通于所述通孔212的X射线射出孔213，X射线射出孔213内设有X射线窗口片214，阳极头22封设于通孔212内并且阳极头22位于管壳1外，阳极头22具有开口背向于管壳1的液冷盲孔221，阳极靶23设于阳极头22朝向管壳1的端面上；

液冷系统3，液冷系统3包括液冷罩31、冷却进液流道32、冷却出液流道33、测温装置34以及窗口密封法兰35，液冷罩31包括罩设于端封帽本体211的罩体311，罩体311上设有与X射线射出孔213相互对齐的避让孔312，冷却进液流道32和冷却出液流道33均连通于液冷罩31的罩腔，冷却进液流道32的出液端悬空设置于液冷盲孔221内，测温装置34的检测头341设于端封帽本体211或阳极头22，并且检测头341须要液密穿设于罩体311，以防止冷却介质泄露。窗口密封法兰35的一端密封设置于端封帽本体211并且另一端密封设置于液冷罩31；窗口密封法兰35与端封帽本体211之间可使用钎焊、激光焊、胶封等各种方式密封，防止冷却介质因泄露到X射线光路路径上而对X射线强度造成衰减，窗口密封法兰35与液冷罩31可以通过O型圈或密封胶等方式进行密封，防止冷却介质泄露；窗口密封法兰35的法兰中心孔351分别对齐于避让孔312和X射线射出孔213，液冷罩31的内表面、窗口密封法兰35的外表面、端封帽本体211的外表面共同限定形成用于容纳冷却介质的液冷腔36；

X射线光学器件4，X射线光学器件4在穿过所述避让孔312之后伸入至法兰中心孔351内，X射线光学器件4用于将阳极靶23因被电子束轰击而产生的扩散状X射线约束成X射线微光斑，并提高X射线光斑的亮度；

更为重要的是：所述阳极液冷型X射线管在工作时，采用阳极组件接地且阴极组件接负高压的工作方式。

在本发明的阳极液冷型X射线管中，管壳1的制作材料为绝缘材料，例如玻璃或陶瓷，管壳1用于支撑X射线管的阴极组件和阳极组件2，并对阴极组件和阳极组件2进行绝缘。该阳极液冷型X射线管的X射线焦点空间位置稳定，X射线光学器件4与阳极组件2之间没有高压绝缘问题。具体的，所述阳极液冷型X射线管在工作时，采用阳极组件接地且阴极组件接负高压的工作方式。如此设置，液冷系统3和X射线光学器件4也处于地电位，而不是高压，有利于液冷系统3和X射线光学器件4的自身结构设计，防止液冷系统3和X射线光学器件4处于高压时对外界高压放电打火，使得X射线光学器件4距离阳极靶23上的焦点空间位置较近，从而可以最大程度地收集阳极靶23因被电子束而产生的X射线，提高X射线光学器件4所约束形成的X射线微光斑的亮度。阳极液冷型X射线管的具体原理如下：

第一点：液冷罩31包括罩设于端封帽本体211的罩体311，这样使得液冷罩31的内表面、窗口密封法兰35的外表面、端封帽本体211的外表面共同限定形成用于容纳冷却介质的液冷腔36。又由于冷却进液流道32和冷却出液流道33均连通于液冷罩31的罩腔，冷却介质能够可流动地充满整个液冷腔36，冷却介质能够完全包裹阳极端封帽21的主要结构以及阳极头22的主要结构，从而快速带走阳极组件2的热量。与此同时，测温装置34的检测头341设于端封帽本体211或阳极头22，检测头341可以是具有超快响应时间的高精度温度传感器，以实时检测靠近阳极靶的端封帽本体211的温度，从而及时调节冷却进液流道32和冷却出液流道33的流量，避免因温度波动而导致阳极靶的焦点空间位置发生漂移，也避免阳极靶发生熔靶现象，同时解决了阳极端封帽21和阳极头22的散热问题，从而控制整个阳极组件2的温度波动，提高经X射线光学器件4聚焦后的X射线微光斑的稳定性。

第二点：现有X射线管的X射线窗口设于X射线管的管壳上，阳极靶产生的X射线须要从管壳区域射出。反观本申请，阳极液冷型X射线管采用阳极组件侧出束的方式，具体的，端封帽本体211上设有轴向贯通的通孔212以及径向连通于所述通孔212的X射线射出孔213，X射线射出孔213内设有X射线窗口片214；窗口密封法兰35的一端密封设置于端封帽本体211并且另一端密封设置于液冷罩31，窗口密封法兰35的法兰中心孔351分别对齐于避让孔312和X射线射出孔213；X射线光学器件4在穿过所述避让孔312之后伸入至法兰中心孔351内，X射线光学器件4用于将阳极靶23因被电子束轰击而产生的扩散状X射线约束成X射线微光斑；相对于阴极组件，阳极组件处于地电位。如此设置，X射线光学器件4能够最大程度地接近阳极靶23的焦点空间位置，从而最大程度地收集阳极靶23所产生的X射线并进行聚焦，从而提高X射线的光通量，也就是亮度，达到“同步辐射”量级。其中，X射线微光斑的光斑直径通常不大于10微米。X射线光学器件4可以为Montel镜、毛细管镜、双抛物镜和KB镜等各种现有光学器件。

第三点：液冷系统3对阳极头22和阳极靶23的散热作用更加高效。具体的，阳极头22具有开口背向于管壳1的液冷盲孔221，阳极靶23设于阳极头22朝向管壳1的端面上；与此同时，冷却进液流道32的出液端悬空设置于液冷盲孔221内。如此设置，冷却介质能够更加深入地对阳极靶23和阳极头22进行散热，并从由阳极头22内壁和冷却进液流道32外壁共同限定的间隙中流出，最终从冷却出液流道33流出。因此，本发明能够有效避免阳极头22、阳极靶23以及阳极端封帽21升温，从而避免阳极靶上的焦点空间位置发生漂移。

第四点：所述阳极头22封设于通孔212内并且阳极头22位于管壳1外，阳极头22具有开口背向于管壳1的液冷盲孔221，阳极靶23设于阳极头22朝向管壳1的端面上。如此设置，阳极靶23的焦点空间位置与阳极端封帽21的顶端（阳极端封帽21的顶端也称为阳极组件2的尾端）的距离比较短，这样使得热膨胀长度减短，进而使得阳极组件2的热平衡时间比较短，测试时无需等待过长的时间就能达到阳极组件2的稳定性。

因此，本发明的阳极液冷型X射线管能够从阳极组件的阳极端封帽一侧射出X射线，能够使X射线光学器件4最大程度地收集阳极靶23所产生的X射线并进行聚焦，从而提高X射线的光通量，达到“同步辐射”量级，并且能够更加全方位地对阳极组件进行散热，有效避免阳极靶23的焦点空间位置发生漂移，能够提高X射线微光斑的稳定性。

所述冷却介质可以是去离子水、变压器油、空气中的一种，优选为液体介质。

进一步的，如图6所示，为了定位安装所述阳极头22，并且为了提高阳极头22和阳极端封帽21之间的密封性（该密封性包括气密性和液密性），所述阳极头22包括腔体部222以及翻边部223，腔体部222内形成所述液冷盲孔221，腔体部222设于通孔212远离管壳1的部位，翻边部223密封设置于端封帽本体211的端部；为了便于装配所述冷却进液流道32，并且为了提升对阳极靶23的散热效果，所述冷却进液流道32直线延伸并且密封穿设于液冷罩31，冷却进液流道32的出液端和液冷盲孔221的底部存在预设间隙。

进一步的，所述冷却出液流道33密封穿设于液冷罩31，冷却出液流道33位于液冷罩31靠近管壳1的一侧。如此设置，可使得冷却介质充分流过阳极端封帽21的外侧，达到更好的散热效果，更加有效地避免阳极组件2升温。

进一步的，为了简化所述X射线光学器件4的结构，所述X射线光学器件4呈长管状，X射线光学器件4的X射线射入端位于窗口密封法兰35的法兰中心孔351内。

进一步的，如图6所示，为了便于所述端封帽本体211与其他零部件装配，所述端封帽本体211包括中间法兰部211a、设于中间法兰部211a一侧的端封帽主体部211b以及设于中间法兰部211a另一侧的环体部211c，中间法兰部211a密接所述液冷罩31的一侧设有第一环状密封区211d。第一环状密封区211d上可以设置环形凹槽，可以通过O型圈或者密封胶等方式进行密封，防止液冷腔36内的冷却介质泄露。

进一步的，如图5所示，所述窗口密封法兰35包括小径法兰部352以及一体成型于小径法兰部352的大径法兰部353，小径法兰部352与所述端封帽本体211上的X射线射出孔213密封卡接，大径法兰部353和液冷罩31之间密封抵接。具体的，X射线射出孔213呈多级台阶孔结构，例如三级台阶孔结构，小径法兰部352插设密接于三级台阶孔结构的最大孔径部，以防止液冷腔36内的冷却介质泄露进入通孔212后对X射线强度造成衰减，密接方式可以选择钎焊、氩弧焊、激光焊和密封胶密封等各种方式。

进一步的，所述大径法兰部353密接液冷罩31一侧设有第二环状密封区354。第二环状密封区354上可以设置环形凹槽，可以通过O型圈或者密封胶等方式进行密封，防止液冷腔36内的冷却介质泄露。优选地，罩体311包括平面壁和弧面壁，平面壁与大径法兰部353之间密封抵接配合。当然，所述罩体311也可为其它形状，其所形成的罩腔可容纳所述阳极端封帽21的端封帽主体部211b、阳极头22以及阳极靶23即可。

进一步的，为了使所述阳极组件2自动保持恒定温度，所述阳极液冷型X射线管还包括冷却调控系统5，冷却调控系统5包括控制器51和进液阀门52，控制器51分别与测温装置34和进液阀门52通信相连，进液阀门52设于冷却进液流道32内。优选地，测温装置34的检测头341布置在阳极端封帽21上靠近阳极靶的部位。测温装置34采集阳极端封帽21上的温度，并将其送给控制器51。控制器51对所测量的温度与目标温度进行比对，根据允许偏差调整进液阀门52的阀门开度，从而控制冷却进液流道32中的流量，对阳极端封帽21上的温度进行精确控制，实现所述阳极液冷型X射线管的阳极组件2的温度恒定状态，从而避免阳极靶的焦点空间位置出现漂移现象。

所述液冷罩31或窗口密封法兰35的材料可以为金属、非金属以及复合材料中的一种，例如不锈钢、黄铜和工程塑料。进一步的，为了防止由阳极靶产生的不经过X射线窗口片214的X射线泄露，所述液冷罩31或窗口密封法兰35由屏蔽材料制成。具体的，屏蔽材料可以是对X射线具有衰减作用的材料，可以是铅、钨、铋等，可以是含有铅、钨、铋的复合材料。此外，所述液冷罩31或窗口密封法兰35的表面或内部具有屏蔽层，屏蔽层的材料可以是铅、钨、铋等，可以是含有铅、钨、铋的复合材料。

最后，对所述X射线源的具体结构进行描述，所述X射线源包括：

所述阳极液冷型X射线管；

箱体6，箱体6的一侧具有箱口61，箱体6的容积大于管壳1的容积，箱体6完全罩住管壳1并且箱口61间接密封连接于端封帽本体211，箱体6、管壳1以及端封帽本体211共同限定形成一个容置腔62，容置腔62用于容纳绝缘介质、散热介质以及高压发生电路，高压发生电路用于驱动阳极液冷型X射线管工作。所述容置腔62还可以容纳所述控制器51。

如此设置的X射线源，高压发生电路与所述阳极液冷型X射线管一体封装，整体结构更加紧凑，也避免高压发生电路与所述阳极液冷型X射线管之间采用较长的高压电缆进行连接。

在可选择的另一种实施方式中，为了适应某些科学仪器的使用方式，容置腔62用于容纳绝缘介质，箱体6的侧壁上设有高压插座，高压插座的接线头裸露在绝缘介质内并且通过高压电缆连接于高压发生电路，如此设置，高压发生电路与阳极液冷型X射线管所对应的控制电路独立设置。

进一步的，所述X射线源还包括过渡法兰7，过渡法兰7分别与端封帽本体211和箱体6密封连接。这样使得端封帽本体211和箱体6之间更加容易连接。

不同于在自身管壳区域射出X射线的现有X射线管，本发明的X射线源采用阳极组件尾部侧出束方式，阳极组件的散热结构与X射线源的所述绝缘介质相隔离，可减少阳极组件温度达到稳定时的热平衡时间，从而降低测试应用的等待时间。

因此，本发明的所述阳极液冷型X射线管、X射线源可应用于微区X射线荧光光谱仪、高性能X射线衍射仪和X射线吸收谱仪等高端X射线科学仪器，对阳极靶上的焦点漂移范围可控制在±1μm以内。

综上所述，本发明能够从阳极组件的阳极端封帽一侧射出X射线，能够使X射线光学器件最大程度地收集阳极靶所产生的X射线并进行聚焦，并且能够更加全方位地对阳极组件进行散热，有效避免阳极靶的焦点空间位置发生漂移，能够提高X射线微光斑的稳定性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种阳极液冷型X射线管，其特征在于，包括：

管壳（1），管壳（1）的管腔（11）形成真空环境；

阴极组件，阴极组件设于管腔（11）中，阴极组件用于发射电子束；

阳极组件（2），阳极组件（2）包括阳极端封帽（21）、阳极头（22）以及阳极靶（23），阳极端封帽（21）包括端封帽本体（211），端封帽本体（211）通过一阳极圈（24）密封设置于管壳（1）的一端，端封帽本体（211）上设有轴向贯通的通孔（212）以及径向连通于所述通孔（212）的X射线射出孔（213），X射线射出孔（213）内设有X射线窗口片（214），阳极头（22）封设于通孔（212）内并且阳极头（22）位于管壳（1）外，阳极头（22）具有开口背向于管壳（1）的液冷盲孔（221），阳极靶（23）设于阳极头（22）朝向管壳（1）的端面上；

液冷系统（3），液冷系统（3）包括液冷罩（31）、冷却进液流道（32）、冷却出液流道（33）、测温装置（34）以及窗口密封法兰（35），液冷罩（31）包括罩设于端封帽本体（211）的罩体（311），罩体（311）上设有与X射线射出孔（213）相互对齐的避让孔（312），冷却进液流道（32）和冷却出液流道（33）均连通于液冷罩（31）的罩腔，冷却进液流道（32）的出液端悬空设置于液冷盲孔（221）内，测温装置（34）的检测头（341）设于端封帽本体（211）或阳极头（22），窗口密封法兰（35）的一端密封设置于端封帽本体（211）并且另一端密封设置于液冷罩（31），窗口密封法兰（35）的法兰中心孔（351）分别对齐于避让孔（312）和X射线射出孔（213），液冷罩（31）的内表面、窗口密封法兰（35）的外表面、端封帽本体（211）的外表面共同限定形成用于容纳冷却介质的液冷腔（36）；

X射线光学器件（4），X射线光学器件（4）在穿过所述避让孔（312）之后伸入至法兰中心孔（351）内，X射线光学器件（4）用于将阳极靶（23）因被电子束轰击而产生的扩散状X射线约束成X射线微光斑；

所述阳极液冷型X射线管在工作时，采用阳极组件（2）接地且阴极组件接负高压的工作方式。

2.根据权利要求1所述的阳极液冷型X射线管，其特征在于：所述阳极头（22）包括腔体部（222）以及翻边部（223），腔体部（222）内形成所述液冷盲孔（221），腔体部（222）设于通孔（212）远离管壳（1）的部位，翻边部（223）密封设置于端封帽本体（211）的端部；所述冷却进液流道（32）直线延伸并且密封穿设于液冷罩（31），冷却进液流道（32）的出液端和液冷盲孔（221）的底部存在预设间隙。

3.根据权利要求1所述的阳极液冷型X射线管，其特征在于：所述冷却出液流道（33）密封穿设于液冷罩（31），冷却出液流道（33）位于液冷罩（31）靠近管壳（1）的一侧。

4.根据权利要求1所述的阳极液冷型X射线管，其特征在于：所述X射线光学器件（4）呈长管状，X射线光学器件（4）的X射线射入端位于窗口密封法兰（35）的法兰中心孔（351）内。

5.根据权利要求1所述的阳极液冷型X射线管，其特征在于：所述端封帽本体（211）包括中间法兰部（211a）、设于中间法兰部（211a）一侧的端封帽主体部（211b）以及设于中间法兰部（211a）另一侧的环体部（211c），中间法兰部（211a）密接所述液冷罩（31）的一侧设有第一环状密封区（211d）。

6.根据权利要求1所述的阳极液冷型X射线管，其特征在于：所述窗口密封法兰（35）包括小径法兰部（352）以及一体成型于小径法兰部（352）的大径法兰部（353），小径法兰部（352）与所述端封帽本体（211）上的X射线射出孔（213）密封卡接，大径法兰部（353）和液冷罩（31）之间密封抵接。

7.根据权利要求6所述的阳极液冷型X射线管，其特征在于：所述大径法兰部（353）密接液冷罩（31）一侧设有第二环状密封区（354）。

8.根据权利要求1所述的阳极液冷型X射线管，其特征在于：所述阳极液冷型X射线管还包括冷却调控系统（5），冷却调控系统（5）包括控制器（51）和进液阀门（52），控制器（51）分别与测温装置（34）和进液阀门（52）通信相连，进液阀门（52）设于冷却进液流道（32）内。

9.根据权利要求1所述的阳极液冷型X射线管，其特征在于：所述液冷罩（31）或窗口密封法兰（35）由屏蔽材料制成。

10.一种X射线源，其特征在于，包括：

如权利要求1至权利要求9任一项所述的阳极液冷型X射线管；

箱体（6），箱体（6）的一侧具有箱口（61），箱体（6）的容积大于管壳（1）的容积，箱体（6）完全罩住管壳（1）并且箱口（61）间接密封连接于端封帽本体（211），箱体（6）、管壳（1）以及端封帽本体（211）共同限定形成一个容置腔（62），容置腔（62）用于容纳绝缘介质、散热介质以及高压发生电路，高压发生电路用于驱动阳极液冷型X射线管工作。

11.根据权利要求10所述的X射线源，其特征在于：所述X射线源还包括过渡法兰（7），过渡法兰（7）分别与端封帽本体（211）和箱体（6）密封连接。