CN204257584U - 一种冷阴极x射线管阴极 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种冷阴极X射线管阴极，包括一个阴极基座，所述阴极基座由上下两个同轴设置的圆柱体组成、截面呈“凸”字形，阴极基座的中心轴线上开设有一个阴极棒通孔，通孔内设置有阴极棒；所述阴极棒的三维尺寸可控，且阴极头上设置电子发射体；包括一个栅极，所述栅极为杯状结构、内部开设有一个与阴极基座配套的“凸”字形凹槽，所述阴极基座可嵌套设置于栅极凹槽内且与栅极内壁不接触；所述栅极中心设一个半圆锥的用于聚焦阴极发射出来的电子的电子透射孔；利用碳纳米材料冷阴极作为电子发射源的X射线管，通过阴极棒的尺寸能有效控制阴极制备及发射面积；并采用三极式结构，通过栅极聚焦，可实现小焦点，提高X射线成像的分辨率。

Description

一种冷阴极X射线管阴极

技术领域

本实用新型涉及一种X射线管，具体涉及一种冷阴极X射线管阴极。

背景技术

X射线管是一种实现X射线可控发射的器件。它们被应用于各种系统中，例如，应用于医疗、工业、和安全等领域的X射线成像技术，光谱分析(X射线荧光光谱、X射线光电子能谱分析)，X射线衍射分析等。X射线管中产生X射线的原理是利用高能电子(几万电子伏特)，轰击金属靶，这些电子和靶材之间的相互作用增倍，直至发出X射线。X射线强度与达到靶材材料上的电子流成正比。X射线的穿透性与靶材料上的施加电压成正比。X射线的发射面积由电子束轰击靶材的范围决定，一般通过X射线管中的电子光学装置可以将电子束聚焦在靶材上很小的区域，以此形成小发射焦斑。

传统X射线管一般采用热阴极,通过加热真空管内的金属丝达到上千摄氏度高温来产生高能电子。但热阴极存在体积较大、电子发射调制时间较长(毫秒级别)、功耗大等缺陷。针对热阴极的这些缺陷,性能优良的冷阴极的研究应运而生。室温下，阴极在电场作用下发射电子(称为场发射)，因此场发射具有更高的能量利用率。此外，场发射还具有一些独特的性质，例如，对电场变化的快速响应，对温度波动和辐射不敏感，发射出的电子束高度可控，高开关比，电子的弹道传输，而且很小的电压调制范围就可以调制很大的电流范围。

碳纳米材料是碳的一种同素异形体，是准一维纳米材料。由于具有较高的长径比、稳定的化学和机械性能，因此具有优秀的场发射性能。例如，低开启电压、高电子发射稳定性，长寿命等。近年来，将碳纳米材料应用于场发射器件已经成为研究的热点。

实用新型内容

本实用新型目的是：为提高X射线成像的分辨率，以及缩短X射线的曝光时间，本实用新型提供一种利用碳纳米材料冷阴极作为电子发射源的X射线管阴极，阴极棒的三维尺寸可控，通过阴极棒的尺寸能有效控制阴极制备及发射面积；阴极发射性能好，电流稳定；并采用三极式结构，通过栅极聚焦，可实现小焦斑，提高X射线成像的分辨率，并且能在高电压下可以稳定工作一段时间；它们被应用于各种系统中，例如，应用于医疗、工业、和安全等领域的X射线成像技术，光谱分析(X射线荧光光谱、X射线光电子能谱分析)，X射线衍射分析等。

本实用新型的技术方案是：一种冷阴极X射线管阴极，包括一个阴极基座，所述阴极基座由上下两个同轴设置的圆柱体组成、截面呈“凸”字形，阴极基座的中心轴线上开设有一个阴极棒通孔，通孔内设置有阴极棒；所述阴极棒的三维尺寸可控，且阴极头上设置电子发射体；

包括一个栅极，所述栅极为杯状结构、内部开设有一个与阴极基座配套的“凸”字形凹槽，所述阴极基座可嵌套设置于栅极凹槽内且与栅极内壁不接触；所述栅极中心设一个半圆锥的用于聚焦阴极发射出来的电子的电子透射孔；

包括一个平板芯柱，所述平板芯柱包括一个支撑板和一个中空玻璃芯柱；支撑板上设置有与阴极基座连接并固定的连接柱和分别连接到栅极和阴极上的导电柱，导电柱另一端连接于X射线管的外接电源，栅极接高压，阴极接地。

进一步的，所述阴极基座的上方小圆柱体周向与栅极内侧壁之间设置有一圈吸气剂；吸气剂附着在栅极内壁，形成一层中空柱状的结构，用于均匀吸收部件在工作中释放的气体，保持X射线管内电子场发射所需的真空度，延长阴极电子发射寿命。

进一步的，所述阴极基座上对称的开设有2-5个基座安装固定通孔，基座安装固定通孔两侧各安装有一个T型中空绝缘陶瓷，所述T型中空绝缘陶瓷的垂直端插入通孔内、水平端露置于外侧使阴极基座和栅极绝缘；固定螺栓穿过T型中空绝缘陶瓷固定于栅极上对称开设的螺孔内，使阴极基座与栅极同轴连接。通过固定螺栓和中空T型陶瓷，阴极基座和栅极间具有良好的连接强度和定位精度。

进一步的，所述阴极基座侧面对应三个安装孔的位置，开设有三个通孔导气孔。使真空抽得更彻底。因为两个对称的T型中空绝缘陶瓷对接后和阴极基座中间存在缝隙，缝隙中的空气通过小孔排除，T型中空绝缘陶瓷为T型氧化铝陶瓷。

进一步的，为了方便X射线管的组装，所述栅极外侧套设有一个杯状的栅极罩，合成一个封装空间，该空间可封装栅极和阴极基座。且栅极罩中心开设有一个栅极罩透射孔。

进一步的，所述支撑板上还设置一个导电柱可用于扩展功能。

本实用新型的有益效果是：

第一、X射线管阴极实现冷阴极发射，克服了热阴极X射线管存在体积较大、电子发射调制时间较长(毫秒级别)、功耗大等缺陷问题。实现开机瞬间电场开启发射电子，缩短X射线的曝光时间；能广泛地应用于各种系统中，例如，应用于医疗、工业、和安全等领域的X射线成像技术，光谱分析(X射线荧光光谱、X射线光电子能谱分析)，X射线衍射分析等。

第二、碳纳材料是准一维纳米材料。由于具有较高的长径比、稳定的化学和机械性能，因此具有优秀的场发射性能。例如，低开启电压、高电子发射稳定性，长寿命等。

第三、X射线成像设备的X射线管阴极中，通过阴极棒的尺寸能有效控制阴极制备及发射面积。阴极发射性能好，电流稳定，并采用三极式结构，通过栅极聚焦，可实现小焦点，提高X射线成像的分辨率，并且能在高电压下可以稳定工作一段时间。

第四、使用吸气剂，能有效维持X射线管内部真空度，有利于延长冷阴极的使用(工作)寿命。

第四、整体结构简易，可功能扩展，进而可降低X射线成像设备的开发和维护成本。

附图说明

图1为本实用新型冷阴极X射线管阴极的爆炸图；

图2为本实用新型冷阴极X射线管阴极的装配图；

图3为T型中空绝缘陶瓷的结构示意图；

图4为T型中空绝缘陶瓷的装配图。

图中：1为平板芯柱、2为导电柱、3为连接柱、4为固定螺栓、5为T型中空绝缘陶瓷、6为阴极基座、7为基座安装固定通孔、8为通孔导气孔、9为阴极棒通孔、10为吸气剂、11为阴极棒、12为栅极、13为螺孔、14为电子透射孔、15为栅极罩、16为栅极罩透射孔。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

如图1、2所示，一种冷阴极X射线管阴极，包括一个阴极基座6，所述阴极基座6由上下两个同轴设置的圆柱体组成、截面呈“凸”字形，阴极基座6的中心轴线上开设有一个阴极棒通孔9(阴极孔为圆形或方形，孔径尺寸根据实际需要的发射电流的阴极尺寸决定)，通孔内设置有阴极棒11；所述阴极棒的三维尺寸可控，通过阴极棒的尺寸能有效控制阴极制备及发射面积，阴极头上通过物理化学方法制备电子发射体。

包括一个栅极12，所述栅极12为杯状结构、内部开设有一个与阴极基座配套的“凸”字形凹槽，所述阴极基座6可嵌套设置于栅极凹槽内且与栅极内壁不接触；所述栅极12中心设一个半圆锥的电子透射孔14，用于聚焦阴极发射出来的电子，并让电子穿过透射孔射向阳极。发射原理是电子的场致发射：栅极接高压，阴极接地。阴极和栅极之间的空间电场降低了电子的逸出功，从而在低电场下实现大电流发射。栅极和阴极的极间距由发射电子的发射体形貌，高度来决定。

阴极基座的上方小圆柱体周向与栅极内侧壁之间设置有一圈吸气剂10；吸气剂附着在栅极内壁，形成一层中空柱状的结构，用于均匀吸收部件在工作中释放的气体，保持X射线管内电子场发射所需的真空度，延长阴极电子发射寿命。

所述阴极基座6上对称的开设有3个基座安装固定通孔(基座安装固定通孔的个数在2-5个均可)，基座安装固定通孔两侧各安装有一个T型中空绝缘陶瓷5(如图3所示)，所述T型中空绝缘陶瓷5的垂直端插入通孔内、水平端露置于外侧使阴极基座和栅极绝缘；固定螺栓4穿过T型中空绝缘陶瓷固定于栅极上对称开设的螺孔13内，使阴极基座与栅极同轴(中心轴)连接。通过固定螺栓和中空T型陶瓷，阴极基座和栅极间具有良好的连接强度和定位精度。

如图4所示，所述阴极基座6侧面对应三个安装孔的位置，开设有三个通孔导气孔8，使真空抽得更彻底。因为两个对称的T型中空绝缘陶瓷对接后和阴极基座中间存在缝隙，缝隙中的空气通过小孔排除，T型中空绝缘陶瓷为T型氧化铝陶瓷。

为了方便X射线管的组装，在其一种示意性实施方式中，所述栅极12外侧套设有一个杯状的栅极罩15，合成一个封装空间，该空间可封装栅极和阴极基座。且栅极罩中心开设有一个栅极罩透射孔16。

包括一个平板芯柱1，所述平板芯柱1包括一个支撑板一个中空玻璃芯柱。支撑板上分别设置有三个连接柱3和三个导电柱2，三个连接柱与阴极基座连接并固定，三个导线柱其中两个一端通过可阀丝(导电金属即可)分别连接到栅极和阴极上，另一端连接于X射线管的外接电源，通过供电电源向栅极提供高电压。第三个可用于扩展功能。

该冷阴极X射线管阴极中，阴极发射面积通过阴极棒的尺寸能进行有效控制，三极式结构，通过栅极聚焦，可实现小焦点。整体结构简易，进而可降低X射线成像设备的开发和维护成本。

如上所述的X射线成像设备的X射线管阴极，所述栅极、阴极基座，连接柱、导电柱、螺栓等材料为热膨胀系数一致或近似的金属材质。

所述阴极棒材料为含可催化制备发射体的金属或金属化合物，如常见的铁、钴、镍，等纯金属催化剂或含催化剂金属的化合物等。发射体制备方法为物理气相沉积，化学气相沉积，丝网印刷，溶液法等。通常发射体厚度为几十微米。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (6)

1.一种冷阴极X射线管阴极，其特征在于：包括一个阴极基座(6)，所述阴极基座(6)由上下两个同轴设置的圆柱体组成、截面呈“凸”字形，阴极基座(6)的中心轴线上开设有一个阴极棒通孔(9)，通孔内设置有阴极棒(11)；所述阴极棒的三维尺寸可控，且阴极头上设置电子发射体；

包括一个栅极(12)，所述栅极(12)为杯状结构、内部开设有一个与阴极基座配套的“凸”字形凹槽，所述阴极基座(6)可嵌套设置于栅极凹槽内且与栅极内壁不接触；所述栅极(12)中心设一个半圆锥的用于聚焦阴极发射出来的电子的电子透射孔(14)；

包括一个平板芯柱(1)，所述平板芯柱(1)包括一个支撑板和一个中空玻璃芯柱；支撑板上设置有与阴极基座连接并固定的连接柱(3)和分别连接到栅极和阴极上的导电柱(3)，导电柱(3)另一端连接于X射线管的外接电源，栅极接高压，阴极接地。

2.根据权利要求1所述的一种冷阴极X射线管阴极，其特征在于：所述阴极基座(6)的上方小圆柱体周向与栅极内侧壁之间设置有一圈吸气剂(10)。

3.根据权利要求1所述的一种冷阴极X射线管阴极，其特征在于：所述阴极基座(6)上对称的开设有2-5个基座安装固定通孔，基座安装固定通孔两侧各安装有一个T型中空绝缘陶瓷(5)，所述T型中空绝缘陶瓷(5)的垂直端插入通孔内、水平端露置于外侧使阴极基座和栅极绝缘；固定螺栓(4)穿过T型中空绝缘陶瓷固定于栅极上对称开设的螺孔(13)内，使阴极基座与栅极同轴连接。

4.根据权利要求3所述的一种冷阴极X射线管阴极，其特征在于：所述阴极基座(6)侧面对应三个安装孔的位置，开设有三个通孔导气孔(8)。

5.根据权利要求1所述的一种冷阴极X射线管阴极，其特征在于：所述栅极(12)外侧套设有一个杯状的栅极罩(15)，且栅极罩中心开设有一个栅极罩透射孔(16)。

6.根据权利要求1所述的一种冷阴极X射线管阴极，其特征在于：所述支撑板上还设置一个导电柱可用于扩展功能。