CN218499329U - 一种x射线源 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种X射线源，包括：电子源，用于发射电子束；阳极靶，用于接收电子束以发射X射线；以及磁体，用于在电子束的路径上产生磁场，以使电子束发生偏转并轰击阳极靶。

Description

一种X射线源

技术领域

本公开涉及真空电子设备技术领域，特别涉及一种X射线源。

背景技术

X射线具有特殊的物理、化学和生物效应，已广泛应用于医学诊断和治疗、材料的无损检测、结构分析、光谱分析和底片曝光等领域。人工产生X射线的方法主要包括X射线管、同步辐射、激光等离子体和X射线激光四种。相比于其它几种X射线源，X射线管的应用最为广泛，其具有结构简单、体积小巧、成本低廉、操作简便等优势。

X射线的产生绝大部分依赖于轫致辐射，即加速后的电子束轰击金属靶材产生特征的电磁辐射。X射线管由电子源和阳极靶两个部分组成，电子源发射的高速电子束轰击在阳极靶上，通过轫致辐射和能级跃迁等机制产生X射线。在传统的X射线管中，电子源基本正对阳极靶放置，这样可以比较简单地实现轰击过程。但这种设置方式会使电子源的结构挡住一部分出射效率最高的正出射的X射线，从而影响X射线出射效率。即由于电子源安装位置受限，只能位于靶面前方，造成相当部分X射线被电子源遮挡，收集效率低；同时，阳极靶处产生的阳离子容易逆向运动轰击灯丝，造成污染；另外，这种X射线管的空间扫描功能实现较为复杂，对电子源要求较高。

实用新型内容

本公开提供了一种X射线源，其特征在于，包括：电子源，用于发射电子束；阳极靶，用于接收电子束以发射X射线；以及磁体，用于在电子束的路径上产生磁场，以使电子束发生偏转并轰击阳极靶。

在一些实施例中，阳极靶设置在磁体产生的磁场中。

在一些实施例中，电子束在磁场中的偏转角在90°-270°之间或者90°-360°之间。

在一些实施例中，磁体包括至少一个环形线圈或至少一个永磁体。

在一些实施例中，阳极靶设置在环形线圈内或阳极靶设置在靠近永磁体处。

在一些实施例中，X射线源还包括：调节装置，用于调节磁体产生的磁场的强度和/或位置。

在一些实施例中，调节装置包括与磁体连接的位置调节装置，用于调节磁体的位置。

在一些实施例中，磁体包括至少一个线圈，调节装置包括与至少一个线圈连接的电流调节装置。

在一些实施例中，磁体包括两组线圈，阳极靶设置在两组线圈之间，电子源设置在两组线圈之间。

在一些实施例中，电子源包括磁屏蔽结构，用于屏蔽磁体产生的磁场；和/或阳极靶包括穿设在阳极靶的内部的水冷管；和/或电子源包括调节器，用于调节电子源发射的电子的能量。

根据本公开一些实施例的X射线源能够带来有益的技术效果。例如，本公开一些实施例的X射线源能够解决常规技术中以下问题中的一项或多项：X射线收集效率低；灯丝容易被部分逆向运动的阳离子污染；空间扫描功能实现较为复杂，能够实现电子源安装位置灵活，大幅提高X射线收集效率，同时防止电子源中的灯丝被逆向运动的阳离子污染，延长电子源使用寿命，降低成本，且能够通过调节磁体产生的磁场场强大小和磁场位置以调节电子束入射角度，以实现空间扫描功能的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出根据本公开一些实施例的X射线源的结构示意图；

图2示出根据本公开一些实施例的X射线源的工作状态示意图；

图3示出根据本公开另一些实施例的X射线源的工作状态示意图；以及

图4示出根据本公开一些实施例的电子能量、磁场以及回旋半径的关系图。

在上述附图中，各附图标记分别表示：

100、300 X射线源

10、310 电子源

20、320 阳极靶

21 水冷管

211 水冷入口

212 水冷出口

30、330 磁体

31、31a、31b 环形线圈

具体实施方式

下面将结合附图对本公开一些实施例进行描述。显然，所描述的实施例仅仅是本公开示例性实施例，而不是全部的实施例。

在本公开的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顶”、“底”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公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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公开的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“相连”、“耦合”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接；可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

图1示出根据本公开一些实施例的X射线源100的结构示意图。图2示出根据本公开一些实施例的X射线源100的工作状态示意图。

如图1和图2所示，X射线源100可以包括电子源10、阳极靶20以及磁体30。电子源10可以包括输出端(图中上方较细端)，能够用于从输出端发射电子束。电子源10可以具有接地线，从而使电子束离开电子源10后不再受其电场的影响。另外，电子源10还可以包括磁屏蔽结构(图中未示出)，用于屏蔽磁体30产生的磁场，以防止外磁体30产生的磁场影响电子在电子源10内部的运动轨迹。本领域技术人员可以理解，磁屏蔽结构可以采用各种合适的结构，例如磁屏蔽结构可以包括磁屏蔽外壳、磁屏蔽层、磁屏蔽网等等。

阳极靶20能够用于接收电子束以发射X射线，磁体30能够用于在电子束的路径上产生磁场，以使电子束发生偏转并轰击阳极靶20。电子束轰击阳极靶20后，产生X射线。磁体30可以在电子束的整个路径上或者路径的至少一部分上产生磁场，以偏转电子束。

如图2所示，在本公开的一些实施例中，阳极靶20可以设置在磁体30产生的磁场中。阳极靶20的靶材可以包括金、镁、铝、铜或钼中的至少一种，电子束在磁体30产生磁场的作用下偏转轰击阳极靶20，产生X射线。根据阳极靶20靶材的不同，能够产生不同特性的X射线，例如，不同波段的X射线、不同强度的X射线等等。

如图2所示，在本公开的一些实施例中，阳极靶20还可以包括水冷管21，水冷管21穿设在阳极靶20的内部。水冷管21的水冷入口211和水冷出口212开设在阳极靶20的侧面，冷却水从水冷入口211进入水冷管21，在阳极靶20的内部循环，再从水冷出口212排出，对阳极靶20进行降温，避免阳极靶20因为高热功率而出现热损伤，造成设备寿命降低。

在本公开的一些实施例中，电子束在磁场中的偏转角在90°-360°之间，或者可以在90°-270°之间。如图1和图2所示，电子源10的电子束输出端与阳极靶20的表面可以位于同一平面内，也可以错开，位于两个平行的平面内，电子束在磁体30产生的磁场的作用下偏转180°，射在阳极靶20上。在其他实施例中，电子源10的电子束输出端与阳极靶20可以采用其他角度和排布方式。这样使得X射线源100的各部分空间排布灵活。由于磁场可以偏转电子束轨迹，使得电子源10的安装位置不必局限于阳极靶20的正面，而可以根据实际情况灵活排布。

此外，电子束的偏转能够增大X射线收集角，在传统X射线管的布置中，电子源直射阳极靶，因而必然会导致电子源遮挡部分X射线出射，使得X射线的收集角远小于2π。在本公开的一些实施例中，由于电子源可灵活排布，靶前的2π空间立体角均可被利用。对于反射式的X射线源，各方向X射线的发射强度并不均匀，越接近正出射的X射线强度越强，本公开实施例中的电子束的偏转角90°-360°之间，能够保证正出射的X射线可以被充分的收集和使用，提高X射线的收集效率。

另外，在本公开的一些实施例中，通过磁体30产生的磁场偏转电子束，使电子源10不必设置在阳极靶20的正面，能够有效避免因阳极靶20过热或电子能量过高时，靶面产生的阳离子沿着电子路径逆向轰击电子源10的灯丝，造成灯丝污染。由于阳离子和电子的回旋半径不同，离子无法进入电子源，从而可以有效保护灯丝，延长电子源10的使用寿命。

本领域技术人员可以理解，虽然图1和图2中示出的电子束在磁体30产生的磁场的作用下偏转180°，但这仅是示例性的。如图3所示，在本公开的另一些实施例中，X射线源300的电子源310也可以设置在阳极靶320的背面，电子源310射出的电子束在磁体330的作用下，偏转270°、甚至360°，射在阳极靶330上。

如图1所示，在本公开的一些实施例中，磁体30包括至少一个环形线圈31。通过对环形线圈31通电，使得环形线圈31内部产生磁场，对电子源10射出的电子束进行偏转，使电子束射入阳极靶20，以发射X射线。

本领域技术人员可以理解，虽然图1中示出了环形线圈31，但这仅是示例性的结构，本公开的磁体30也可以包括其他永磁体。本领域技术人员可以理解，环形线圈31仅是示例性的结构，磁体30还可以包括方形线圈、棱形线圈、三角形线圈等任何适合形状和排布的线圈。同样的，磁体30也可以包括方形永磁体、棱形永磁体、三角形永磁体等任何适合形状和排布的永磁体。

如图1和图2所示，在本公开的一些实施例中，阳极靶20设置在环形线圈31内，使环形线圈31产生的磁场位于电子的路径上。

在本公开的一些实施例中，X射线源100还可以包括调节装置(图中未示出)，调节装置能够用于调节磁体产生的磁场的强度和位置。

在本公开的一些实施例中，调节装置可以包括与磁体30连接的位置调节装置(图中未示出)，位置调节装置能够用于调节磁体30的位置，从而调节磁体30产生的磁场的位置，以改变电子束入射角度和/或入射位置。X射线源100通过电子束在阳极靶20上入射角度和/或入射位置的改变，而改变X射线的出射角度和/或出射位置，从而完成空间扫描。

在本公开的一些实施例中，调节装置还可以包括与至少一个环形线圈31连接的电流调节装置(图中未示出)。通过调节通入环形线圈31的电流大小，从而改变环形线圈31产生的磁场的场强，以对电子束的偏转角度进行调整。此外，在本公开的一些实施例中，电子源10可以包括调节器，用于调节电子源10发射的电子的能量。例如，调节器可以通过调节电子源10的加速电场的电压强度，来对电子能量进行调节，从而改变电子的回旋半径，以改变电子束的偏转角度，进而改变X射线的出射角度和/或出射位置。本公开中，磁场场强、电子能量以及电子回旋半径之间的关系如表1及图4所示。

电子能量	回旋半径	回旋半径	回旋半径	回旋半径	回旋半径
						keV	0.01m	0.03m	0.1m	0.3m	1m
0.1	3.38E-03	1.13E-03	3.38E-04	1.13E-04	3.38E-05
						0.3	5.84E-03	1.95E-03	5.84E-04	1.95E-04	5.84E-05
1	1.07E-02	3.55E-03	1.07E-03	3.55E-04	1.07E-04
						3	1.84E-02	6.14E-03	1.84E-03	6.14E-04	1.84E-04
10	3.33E-02	1.11E-02	3.33E-03	1.11E-03	3.33E-04
						30	5.60E-02	1.87E-02	5.60E-03	1.87E-03	5.60E-04
100	9.35E-02	3.12E-02	9.35E-03	3.12E-03	9.35E-04
						300	1.32E-01	4.42E-02	1.32E-02	4.42E-03	1.32E-03
1000	1.61E-01	5.35E-02	1.61E-02	5.35E-03	1.61E-03

表1磁场场强、电子能量以及电子回旋半径关系表

如表1和图4所示，在电子能量不变的情况下，磁场场强越强，电子回旋半径越小，电子束在阳极靶20上的入射位置越靠近电子源10；场强越弱，电子回旋半径越大，电子束在阳极靶20上的入射位置越远离电子源10。在本公开的一些实施例中，可以通过调节通入环形线圈31的电流大小，从而改变环形线圈31产生的磁场的场强，以对电子的回旋半径进行调整，进而通过电子束入射角度和/或入射位置的改变，达到X射线出射角度和/或出射位置的改变，实现X射线的空间扫描。

如图1所示，在本公开的一些实施例中，磁体30可以包括两组线圈31(例如，线圈31a、线圈31b)，阳极靶20设置在两组线圈31(例如，线圈31a、线圈31b)之间，电子源10设置在两组线圈31(例如，线圈31a、线圈31b)之间。

本领域技术人员可以理解，虽然图1示出了两组线圈31(例如，线圈31a、线圈31b)，但是这仅是示例性的，本公开的实施例中也可以使用一组线圈或多组线圈。其中，每组线圈可以包括一个或多个线圈。

需要指出的是，以上仅为本公开的示例性实施例而已，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种X射线源，其特征在于，包括：

电子源，用于发射电子束；

阳极靶，用于接收所述电子束以发射X射线；以及

磁体，用于在所述电子束的路径上产生磁场，以使所述电子束发生偏转并轰击所述阳极靶。

2.根据权利要求1所述的X射线源，其特征在于，所述阳极靶设置在所述磁体产生的磁场中。

3.根据权利要求1所述的X射线源，其特征在于，所述电子束在所述磁场中的偏转角在90°-270°之间或者90°-360°之间。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的X射线源，其特征在于，所述磁体包括至少一个环形线圈或至少一个永磁体。

5.根据权利要求4所述的X射线源，其特征在于，所述阳极靶设置在所述环形线圈内，或

所述阳极靶设置在靠近所述永磁体处。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的X射线源，其特征在于，还包括：

调节装置，用于调节所述磁体产生的磁场的强度和/或位置。

7.根据权利要求6所述的X射线源，其特征在于，

所述调节装置包括与所述磁体连接的位置调节装置，用于调节所述磁体的位置。

8.根据权利要求6所述的X射线源，其特征在于，所述磁体包括至少一个线圈，所述调节装置包括与至少一个线圈连接的电流调节装置。

9.根据权利要求8所述的X射线源，其特征在于，所述磁体包括两组线圈，所述阳极靶设置在所述两组线圈之间，所述电子源设置在所述两组线圈之间。

10.根据权利要求1所述的X射线源，其特征在于，

所述电子源包括磁屏蔽结构，用于屏蔽所述磁体产生的磁场；和/或

所述阳极靶包括穿设在所述阳极靶的内部的水冷管；和/或

所述电子源包括调节器，用于调节所述电子源发射的电子的能量。

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