CN208903966U - X射线管、辐照腔及x射线源设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种X射线管、辐照腔及X射线源设备。本申请的X射线管，其包括阴极灯丝、壳体、盖板和底板；壳体的内部为柱形真空腔，真空腔的分别两端由盖板和底板密封；阴极灯丝呈螺旋状卷绕成类似弹簧的结构，阴极灯丝安装于柱形真空腔内，沿柱形真空腔的长度方向设置，并且，阴极灯丝两端即弹簧结构的两端分别穿过盖板和底板，用于连接电源；真空腔的内壁均匀涂覆有重金属涂层作为阳极。本申请的X射线管，通过对其结构进行优化改进，具有辐照空间大、辐照强度大的优点，特别适用于对辐照强度要求较大的应用场合。本申请为各种X射线源设备提供了一种新的性能改进的X射线管，大大提高了X射线源设备的辐照空间利用率的辐照处理质量。

Description

X射线管、辐照腔及X射线源设备

技术领域

本申请涉及辐照装置领域，特别是涉及一种X射线管、辐照腔及X射线源设备。

背景技术

生物学辐照是在预定时间段内通过较高能量的具有电离辐射效应的射线照射生物体，使被照射生物体产生生物细胞染色体变异和基因突变，从而改变或影响生物体的性状、新陈代谢过程与遗传特性等。生物学辐照技术目前已在医疗、灭菌杀毒、食品保鲜、农牧产品诱变育种、害虫和传染病虫媒不育控制(SIT)等领域取得了巨大成果。

常用生物学辐照设备主要有两种，即γ源设备和X射线源设备。γ源设备通常是利用放射性同位素产生辐照射线，具有线束能量均一、输出恒定等优点。但其使用过程存在较高的安全隐患，对操作人员的防护措施要求较严格，特别在防恐压力大增的今天，针对γ源的使用限制正日益增多，使得γ源设备的使用率越来越低。X射线源设备则具有安全性高、使用便利、可在普通实验室环境下使用等显著优点。随着高能硬X射线源技术的发展与应用，X射线源设备逐步替代γ源设备，已是世界范围内生物学辐照研究和应用领域较明显的趋势。

X射线源设备主要由X射线管、样品平台、高压电源、冷水机组、辐照腔、控制系统等部分组成，其中X射线管为X射线源设备的核心部件。

传统的X射线管为点状灯丝，引出的X射线照射区域是一个圆锥形的立体角分布场，辐照角通常在20°～40°之间。配备这种X射线管的X射线源设备，X射线管通常设置在辐照腔的侧壁外，通过在辐照腔的侧壁上开一个尺寸与X射线管的窗相匹配的圆孔，将X射线引入到辐照腔内。这种X射线源设备，虽然外形尺寸相当大，但实际可使用的有效辐照空间非常有限，从而严重地限制了X射线辐照装置的使用效率。

并且，现有的X射线管无法满足对X射线强度要求更高的应用场合，同时其周围产生的X射线辐照场均匀性较差，辐照空间利用率低，不适用于外形尺寸较大的样品。

发明内容

本申请的目的是提供一种结构改进的新型X射线管、辐照腔及X射线源设备。

本申请采用了以下技术方案：

本申请的一方面公开了一种X射线管，其包括阴极灯丝、壳体、盖板和底板；壳体的内部为柱形真空腔，真空腔的分别两端由盖板和底板密封；阴极灯丝呈螺旋状卷绕成类似弹簧的结构，阴极灯丝安装于柱形真空腔内，沿柱形真空腔的长度方向设置，并且，阴极灯丝两端即弹簧结构的两端分别穿过盖板和底板，用于连接电源；柱形真空腔的内壁均匀涂覆有重金属涂层作为阳极。原则上柱形真空腔的横切面大小是一致的，例如为圆柱形空腔、半圆柱形空腔、四分之一圆柱形空腔或其它结构的柱形真空腔，可以理解，阴极灯丝是设置于柱形真空腔的中轴线上的，这样才能更有效的获得均匀的辐照场。

需要说明的是，本申请的X射线管与现有的X射线管最大的区别在于，通过螺旋状卷绕的阴极灯丝大大增加了灯丝的长度，显著的提高了阴极电子的发射量，从而大幅度提高X射线强度，能够满足对X射线强度要求更高的应用场合。并且，本申请的X射线管辐照空间大，在柱形真空腔为圆柱形时，本申请的X射线管在周围360度都能产生较均匀的辐照场，提高了辐照空间利用率。

还需要说明的是，本申请X射线管，其壳体可以根据需求设计成各种形状，例如本申请的一种实现方式中，将壳体，也就是整个X射线管的外形设置成半圆柱形，即X射线管横切面的整体外观为半圆形，相应的柱形真空腔也设计为相匹配的半圆柱形真空腔；又例如，本申请的另一种实现方式中，将壳体设计为四分之一圆柱形，即X射线管横切面的整体外观为四分之一圆形，相应的柱形真空腔也为四分之一圆柱形。可以理解，壳体的具体结构设计主要是为了配合具体的使用或位置安装，其基本结构组成，例如柱形真空腔、阴极灯丝、盖板和底板等是不改变的，最多进行适应性的形状调整，例如柱形真空腔相应的变成半圆柱形真空腔、四分之一圆柱形真空腔。

优选的，阴极灯丝由至少两条成品钨丝螺旋卷绕成细螺旋结构的灯丝线，然后再由灯丝线螺旋卷绕成类似弹簧的结构。

需要说明的是，本申请的改进方案中，将钨丝卷绕成细螺旋结构的灯丝线，然后再卷绕成大螺旋结构，能够进一步的提高阴极电子的发射量，进而提高X射线强度。

优选的，本申请X射线管的壳体采用金属铝制备，重金属涂层的厚度为8-10μm。

优选的，重金属涂层的由金属钨涂覆而成。

需要说明的是，真空腔采用金属铝制备，是因为铝具有较高的机械强度、易于加工、导热性能好，且对X射线吸收较小；当然，根据不同的使用需求，不排除还可以采用其它金属材料。另外，重金属涂层是作为阳极存在的，除了钨涂层以外，还可以采用其它常规的金属涂层，至于涂层的厚度可以根据所采用的金属类型或者根据不同的产品设计需求而定，在此不作具体限定。

优选的，盖板和底板由高绝缘性材料制备。

优选的，盖板和底板由陶瓷或玻璃制备。

需要说明的是，为了保证阴极灯丝和真空腔之间的绝缘，本申请的一种实现方式中，在阴极灯丝和真空腔的连接处，即盖板和底板处，选用具有一定结构强度的高绝缘性材料，例如陶瓷、玻璃等，其中优选采用陶瓷。

优选的，壳体上，在真空腔的外侧壁设置有冷却液通道，用于容纳冷却介质为X射线管降温。实际上就相当于壳体的外壁为双层外壁结构，两层外壁之间的空间即冷却液通道。

需要说明的是，高速电子撞击到金属材料上后，只有1％的能量转化为X射线，而其余的99％能量则转变为热能，因此，在本申请的一种实现方式中，在真空腔的外层设计有冷却液通道，用于容纳冷却介质，冷却介质可以选用水或油。可以理解，冷却液通道的目的就是降温，如果不设置冷却液通道，也可以采用其它方式，例如将冷却液流体管缠绕在真空腔外壁等方式；不过，直接将冷却液通道设计在真空腔外壁，使之为一体结构，这样的降温效果是较佳的。

本申请的另一面公开了一种采用本申请的X射线管的辐照腔。

可以理解，本申请的辐照腔就是常规的安装有X射线管的辐照腔，只不过该辐照腔采用的是本申请的X射线管，因此，在X射线强度、辐照场均匀性、辐照空间利用率等方面具有优势。

优选的，辐照腔呈圆柱形空腔，圆柱形空腔的中心设置样品台，用于放置辐照样品；圆柱形空腔的内壁四周均匀布置有若干个X射线管，X射线管沿圆柱形空腔的长度方向延伸，与圆柱形空腔的中轴线平行。

优选的，辐照腔呈长方体空腔，长方体空腔的中心设置样品台，用于放置辐照样品；长方体空腔的内壁四周均匀布置有若干个X射线管，X射线管沿长方体空腔的长度方向延伸，与长方体空腔的中轴线平行。

需要说明的是，辐照腔的形状可以根据不同的使用需求或产品设计需求而定，不过，一般的辐照腔都是圆柱形或长方体形，因此，本申请特别对这两种形状的辐照腔进行了设计；但是，不排除还可以是其它形状的辐照腔，只要采用本申请的X射线管，都会具有X射线强度高、辐照场均匀性好、辐照空间利用率高等优点。

本申请的一种实现方式中，圆柱形空腔的辐照腔中，具体采用了三个本申请的X射线管，三个X射线管均匀分布在圆形空腔的内壁圆周上，并且，为了使X射线管能够很好的固定在圆形内壁上，X射线管采用半圆柱形结构设计，即X射线管的横切面为半圆形或者接近半圆形的结构。

本申请的另一种实现方式中，长方体空腔的辐照腔中，具体采用了四个本申请的X射线管，并且，长方体空腔的横切面为正方形，因此，四个X射线管分别设置于长方体空腔的四个角落，即正方形的四个角上。并且，为了使X射线管能够很好的固定在四个角落，X射线管采用四分之一圆柱形结构设计，即X射线管的横切面为四分之一圆，这样可以很好的贴合安装在四个角的直角处。

本申请的再一面公开了一种采用本申请的辐照腔的X射线源设备。

需要说明的是，本申请的X射线源设备，其关键在于采用本申请的辐照腔或本申请的X射线管，至于其它结构，例如高压电源、冷水机组、控制系统等都可以根据使用需求参考现有的设备，在此不作具体限定。

可以理解，本申请的X射线管、辐照腔或X射线源设备，由于具有X射线强度高、辐照场均匀性好、辐照空间利用率高等优点，原则上可以应用于现有X射线管或相关设备可以应用的各种领域，例如在医疗、灭菌杀毒、食品保鲜、农牧产品诱变育种、或害虫和传染病虫媒不育控制等中的应用。

本申请的有益效果在于：

本申请的X射线管，通过对其结构进行优化改进，具有辐照空间大、辐照强度大的优点，特别适用于对辐照强度要求较大的应用场合。本申请为各种X射线源设备提供了一种新的性能改进的X射线管，大大提高了X射线源设备的辐照空间利用率的辐照处理质量。

安装有本申请X射线管的辐照腔具有空间利用率高、空间辐照强度大、辐照场空间分布均匀等优点。特别是多个X射线管的叠加，不仅使辐照腔内部的空间辐照强度呈几何倍数增加；而且，进一步提高了辐照场的均匀性。而且本申请的辐照腔空间利用率高，内部大部分空间为样本测试区，可以设置多个样本台，特别适用于外形尺寸较大的样本。因此，本申请的X射线管和辐照腔更加适用于生物辐照用的X射线源设备。

附图说明

图1是本申请实施例一中辐照腔的俯视结构示意图；

图2是本申请实施例一中X射线管的立体结构示意图；

图3是本申请实施例一中X射线管的纵切面结构示意图；

图4是本申请实施例二中辐照腔的俯视结构示意图；

图5是本申请实施例二中X射线管的立体结构示意图。

具体实施方式

现有的X射线管普遍采用点状的，类似灯泡的结构设计，其强度、均匀性、有效辐射空间等都有很大限制。本申请创造性的将X射线管设计成类似灯管的结构，阴极灯丝沿灯管长度延伸，并且，将阴极灯丝设计为类似弹簧的螺旋状卷绕成结构，这不仅大大提高了辐照强度，而且均匀性也有较大的提高。

因此，本申请的X射线管具有以下显著特点：(1)辐照空间大，相比传统点状灯丝X射线管，本申请的X射线管原则上能在周围360°产生较均匀的辐照场；(2)辐照强度大，相比现有的X射线管，本申请的螺旋形阴极灯丝的长度大大增加，辐照强度有显著提高。

配置本申请X射线管的辐照腔，也具有以下特点：(1)空间利用率高，辐照腔内部大部分空间为样本测试区，可以设置多个样本台，且适用于外形尺寸较大的样本；(2)空间辐照强度大，由于多个X射线管的叠加作用，辐照腔内部的空间辐照强度呈几何倍数增加；(3)辐照场空间分布均匀，多个X射线管叠加后，辐照场的均匀性进一步提高。

对于生物辐照用的X射线设备，其最关键的技术指标即辐照强度和辐照场空间分布均匀性，因此本申请的X射线管及其辐照腔更加适用于生物辐照用的X射线源设备。

下面通过具体实施例对本申请作进一步详细说明。以下实施例仅对本申请进行进一步说明，不应理解为对本申请的限制。

实施例一

本例的辐照腔，如图1所示，辐照腔呈圆柱形空腔5，即辐照腔的横切面呈圆形，圆柱形空腔5的中心设置样品台51，用于放置辐照样品；圆柱形空腔5的内壁四周均匀布置有三个X射线管52，X射线管52沿圆柱形空腔5的长度方向延伸，与圆柱形空腔5的中轴线平行。即三个X射线管52均匀分布在圆形切面内壁的圆周上，原则上，X射线管的长度与辐照腔的高度相当，或者说，与辐照腔要求的辐照空间高度相当。

为了使X射线管能够很好的固定在内壁的圆弧上，X射线管采用半圆柱形结构设计，即X射线管的横切面为半圆形或者接近半圆形的结构，如图2和图3所示。本例的X射线管阴极灯丝1、壳体2、盖板3和底板4；壳体2的内部为柱形真空腔21，为了配合X射线管半圆柱形壳体的结构设计，本例的柱形真空腔21也为半圆柱形的空腔，真空腔21的分别两端由盖板3和底板4密封；阴极灯丝1呈螺旋状卷绕成类似弹簧的结构，阴极灯丝1安装于柱形真空腔的中轴线上，沿柱形真空腔21的长度方向设置，阴极灯丝1两端即弹簧结构的两端分别固定在盖板3和底板4上，并且穿过盖板3和底板4与电源连接；真空腔21的内壁均匀涂覆有重金属涂层作为阳极，本例具体采用10μm厚的金属钨涂层。其中，阴极灯丝1由至少两条成品钨丝螺旋卷绕成细螺旋结构的灯丝线，然后再由灯丝线螺旋卷绕成类似弹簧的结构；盖板3和底板4由高绝缘性材料制备，本例具体采用陶瓷制备。

并且，在壳体上，于真空腔21的外侧壁设置有冷却液通道22，即相当于壳体的外壁为双层结构，两层外壁之间的空间即冷却液通道，其用于容纳冷却介质为X射线管降温。其中，冷却介质可以采用水、油或其它冷却液。

本例的X射线管，根据其设计，能够在其半圆形，即周围180°产生较均匀的辐照场，辐照空间大；可以理解，如果将X射线管设计为圆柱形真空腔，X射线管在周围360°都能产生较均匀的辐照场。并且，本例的X射线管螺旋形的阴极灯丝结构设计，使得阴极灯丝的长度大大增加，从而显著提高X射线管的辐照强度。

本例的辐照腔，采用三个X射线管均匀布置在圆周上，三个X射线管叠加使得本例的辐照腔内部的空间辐照强度呈几何倍数增加，并且进一步提高了辐照场的均匀性。本例的辐照腔，由于X射线管的辐照空间大，因此辐照腔内部的大部分空间都是样本测试区，大大提高了辐照腔的空间利用率高。

实施例二

本例的辐照腔，如图4所示，辐照腔呈长方体空腔6，并且，长方体空腔6的横切面为正方形，长方体空腔6的中心设置样品台61，用于放置辐照样品；长方体空腔6的内壁四周均匀布置有四个X射线管62，即四个X射线管分别设置于正方形的四个角上，X射线管62沿长方体空腔6的长度方向延伸，与长方体空腔6的中轴线平行。

为了使X射线管能够很好的固定在正方形内壁的四个直角位置，X射线管采用四分之一圆柱形结构设计，即X射线管的横切面为四分之一圆形的结构，如图5所示。本例除了X射线管的真空腔结构为四分之一圆柱空腔与实施例一不同以外，其它结构都与实施例一相同，本申请X射线管的真空腔的外壁上同样具有冷却液通道。

本例的X射线管，根据其设计，能够在其四分之一圆形，即周围90°产生较均匀的辐照场，辐照空间大。并且，本例的X射线管同样采用螺旋形的阴极灯丝结构设计，因此X射线管具有较强的辐照强度。

本例的辐照腔，采用四个X射线管均匀布置在四个角落，四个X射线管叠加使得本例的辐照腔内部的空间辐照强度呈几何倍数增加，同样也提高了辐照场的均匀性。本例的辐照腔，与实施例一类似，同样具有较高的辐照空间利用率。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (9)

1.一种X射线管，其特征在于：包括阴极灯丝(1)、壳体(2)、盖板(3)和底板(4)；

所述壳体(2)的内部为柱形真空腔(21)，真空腔的两端分别由盖板(3)和底板(4)密封；

所述阴极灯丝(1)呈螺旋状卷绕成类似弹簧的结构，阴极灯丝(1)安装于柱形真空腔内，沿柱形真空腔的长度方向设置，并且，阴极灯丝(1)两端即弹簧结构的两端分别穿过盖板(3)和底板(4)，用于连接电源；

柱形真空腔的内壁均匀涂覆有重金属涂层作为阳极。

2.根据权利要求1所述的X射线管，其特征在于：所述阴极灯丝(1)由至少两条成品钨丝螺旋卷绕成细螺旋结构的灯丝线，然后再由灯丝线螺旋卷绕成类似弹簧的结构。

3.根据权利要求1所述的X射线管，其特征在于：所述壳体(2)采用金属铝制备，所述重金属涂层的厚度为8-10μm；优选的，所述重金属涂层的由金属钨涂覆而成。

4.根据权利要求1所述的X射线管，其特征在于：所述盖板(3)和底板(4)由高绝缘性材料制备；优选的，盖板(3)和底板(4)由陶瓷或玻璃制备。

5.根据权利要求1-4任一项所述的X射线管，其特征在于：所述壳体(上)，于真空腔的外侧壁设置有冷却液通道(22)，用于容纳冷却介质为X射线管降温。

6.一种采用权利要求1-5任一项所述的X射线管的辐照腔。

7.根据权利要求6所述的辐照腔，其特征在于：所述辐照腔呈圆柱形空腔(5)，圆柱形空腔(5)的中心设置样品台(51)，用于放置辐照样品；

圆柱形空腔(5)的内壁四周均匀布置有若干个X射线管(52)，X射线管(52)沿圆柱形空腔(5)的长度方向延伸，与圆柱形空腔(5)的中轴线平行。

8.根据权利要求6所述的辐照腔，其特征在于：所述辐照腔呈长方体空腔(6)，长方体空腔(6)的中心设置样品台(61)，用于放置辐照样品；

长方体空腔(6)的内壁四周均匀布置有若干个X射线管(62)，X射线管(62)沿长方体空腔(6)的长度方向延伸，与长方体空腔(6)的中轴线平行。

9.一种采用权利要求6-8任一项所述的辐照腔的X射线源设备。