專利名稱：碳納米陰極場發(fā)射x射線管的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種X射線管，尤其涉及一種利用碳納米制作成陰極的場發(fā)射X射線 管。屬于電真空器件技術領域。
背景技術：
納米管被發(fā)現(xiàn)于二十世紀九十年代初，是近年來材料學和凝聚態(tài)物理研究的前沿 和熱點之一，納米碳管具有尖端細小、長徑比大、強度和韌性高、熱穩(wěn)定性與導電性好等特 點，具備了高性能場發(fā)射材料的基本特征，是理想的陰極發(fā)射材料?，F(xiàn)有技術中，將碳納米管作為陰極應用于X射線管，主要是帶有柵極的三極結構X 射線管，即陽極、柵極和陰極，而兩極結構的X射線管卻很少。從目前技術看，不管是兩極還是三極結構，都有兩個共同的局限性。一是很難在 陰陽極之間加較高的電壓，由于無法加高電壓，其穿透力比較差，目前所加最高電壓不超過 20kV ；二是很難在高電壓下持續(xù)穩(wěn)定的工作。由于上述所限，使其應用范圍和場合受到很多局限。作為X射線管，在具有高電壓 的同時，并具有一定形狀和尺寸的焦斑才具有廣泛的應用價值?，F(xiàn)在通用的X射線管是熱陰極式X射線管，陰極燈絲采用螺旋結構的鎢絲，在工作 過程中需要給燈絲單獨供電，限制了其在便攜X射線檢測方面的應用；燈絲的螺旋結構注 定其無法獲得均勻焦斑分布及實現(xiàn)所需微小焦斑。用碳納米陰極取代螺旋燈絲陰極能極大克服目前通用X射線管存在的不足，極大 的提高X射線管的性能，是目前碳納米材料研究的主要內(nèi)容之一。但由于工藝、技術及設計 方面的種種原因，尚未取得突破性的進展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種具有高電壓、高穿透特點 并具有一定形狀大小焦斑、能夠在高電壓下持續(xù)穩(wěn)定工作一段時間的兩極式碳納米陰極場 發(fā)射X射線管。本發(fā)明的碳納米陰極場發(fā)射X射線管是通過以下技術方案實現(xiàn)的一種碳納米陰極場發(fā)射X射線管，包括真空容器，所述真空容器上端設散熱器、下 端設接線管，所述散熱器與陽極靶組件上端連接，高壓電通過陽極靶組件與上端連接的散 熱器引入，所述陽極靶組件通過過渡環(huán)與陽極封接件連接，所述陽極封接件與真空容器密 封連接，所述陽極靶組件下端嵌有靶面并具有一定的傾角，所述陽極靶組件下端外圍設有 陽極帽，所述陽極帽一側設出射窗，所述出射窗設置在靶面所正對的陽極帽一側，所述真空 容器下端通過陰極封接件與芯柱連接，所述芯柱上端放置碳納米陰極，所述芯柱通過固定 螺釘與陰極罩固定連接并同時將碳納米陰極固定住，在碳納米陰極與陽極靶面之間加高壓 電，使碳納米陰極產(chǎn)生場發(fā)射，場發(fā)射電子束在高壓電場的作用下，高速轟擊靶面，產(chǎn)生所 需的X射線。制成的碳納米陰極采用真空包裝儲存方式，在組裝碳納米陰極前保持超凈環(huán)境拆封，碳納米陰極在裝管過程中必須采用特殊的真空工藝進行處理，獨特的陰極聚焦結 構實現(xiàn)一定形狀及大小焦斑電子束輸出。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術具有如下特點及優(yōu)勢1、本發(fā)明的碳納米陰極場發(fā)射X射線管具有高電壓、高穿透的特點，陽極電壓可 以加到150KV甚至更高，能夠產(chǎn)生高穿透X射線，因此，可廣泛用于安全檢查、醫(yī)療診斷及探 傷檢查等技術領域。2、本發(fā)明的碳納米陰極場發(fā)射X射線管為兩極聚焦結構，因此X射線發(fā)射效果較 好。獨特的陰極聚焦結構和合理的陰陽極之間的距離控制，既實現(xiàn)了高電壓、高穿透的特 點，又保證了具有應用價值的一定形狀和尺寸的焦斑。3.本發(fā)明的X射線管在高電壓下，能夠穩(wěn)定持續(xù)地工作一定時間。


圖1為本發(fā)明的碳納米陰極場發(fā)射X射線管結構剖面圖。
具體實施例方式為了使本領域的一般技術人員能夠清楚理解本發(fā)明的技術方案，現(xiàn)結合附圖對本 發(fā)明作進一步詳盡地說明本發(fā)明的碳納米陰極場發(fā)射X射線管，如圖1所示，包括真空容器3，真空容器3上 端設散熱器1、下端設接線管2，散熱器1與陽極靶組件6上端連接，陽極靶組件6通過過渡 環(huán)4與陽極封接件5連接，陽極封接件5與真空容器3密封連接，陽極靶組件6下端嵌有靶 面9并具有一定的傾角，傾角為10-45度，陽極靶組件6下端外圍設有陽極帽8，陽極帽8 一 側設出射窗7，出射窗7設置在靶面9所正對的陽極帽8 一側。真空容器3下端通過陰極封 接件14與芯柱13連接，芯柱13上端設碳納米陰極12，芯柱13通過固定螺釘11與陰極罩 10固定地連接，并同時也將碳納米陰極12固定住。首先按照X射線管特定結構要求將碳納米陰極12基底做成一定的形狀，并在基底 上表面生成碳納米發(fā)射層，制成碳納米陰極；然后通過真空釬焊、真空材料封接、真空除氣、 真空鑄靶等必須的特殊工藝處理制成X射線管。利用碳納米陰極12具有良好場發(fā)射特點，將此碳納米陰極12作為陰極組件的一 部分封接在真空容器3內(nèi)，通過陽極高壓電場將電子束從碳納米陰極12表面拉出，拉出的 電子束在高電壓的作用下加速轟擊靶面9，產(chǎn)生所需的X射線，根據(jù)需要可以設計成不同的 碳納米陰極12與靶面9之間的間距，可調(diào)控陽極靶組件6所需的陽極高壓，達到要求的發(fā) 射束流。本發(fā)明結構的X射線管最高陽極電壓可達到450kV。在對本發(fā)明進行大量的試驗得出如圖1所示，在陽極高壓150kV、碳納米陰極12 場發(fā)射束流0. 5mA條件下，實現(xiàn)焦斑大小約0. 9mmX 2. 0mm,并連續(xù)加電試驗8h，測試劑量率 為63mGy/h (測試劑量儀相對X射線管靶面9的靶心約750mm，其中包括油厚250mm及8mm 有機玻璃厚)，提高碳納米陰極12場發(fā)射束流到1mA，能夠連續(xù)穩(wěn)定地發(fā)射X射線，調(diào)整所 加陽極高壓，最高到達280kV，能夠產(chǎn)生具有更大穿透的X射線。本發(fā)明如圖1所設計的為陽極電壓150kV、發(fā)射束流3mA及焦斑不大于1. 5mm場發(fā) 射X射線管，以此作為核心發(fā)射源，為新型便攜式安檢機的核心部件的開發(fā)打下了堅實的基礎 本發(fā)明為一種具有高電壓、高穿透特點的“碳納米陰極場發(fā)射X射線管”，主要用 于安全檢查、醫(yī)療診斷、探傷檢查及其它應用X射線的領域，其X射線發(fā)射效果好。
權利要求
一種碳納米陰極場發(fā)射X射線管，包括真空容器(3)，其特征在于，所述真空容器(3)上端設散熱器(1)、下端設接線管(2)，所述散熱器(1)與陽極靶組件(6)上端連接，所述陽極靶組件(6)通過過渡環(huán)(4)與陽極封接件(5)連接，所述陽極封接件(5)與所述真空容器(3)密封連接，所述陽極靶組件(6)下端成角度地設置靶面(9)，所述陽極靶組件(6)下端外圍設有陽極帽(8)，所述陽極帽(8)一側設出射窗(7)，所述真空容器(3)下端通過陰極封接件(14)與芯柱(13)連接，所述芯柱(13)上端設碳納米陰極(12)，所述芯柱(13)通過固定螺釘(11)與陰極罩(10)固定地連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的碳納米陰極場發(fā)射X射線管，其特征在于，所述靶面(9)與陽 極帽(8)端面成10-45度角。
3.根據(jù)權利要求1所述的碳納米陰極場發(fā)射X射線管，其特征在于，所述出射窗(7)設 置在所述靶面(9)正對的陽極帽一側。
全文摘要
本發(fā)明的碳納米陰極場發(fā)射X射線管，包括上端設散熱器、下端設接線管的真空容器，散熱器與陽極靶組件上端連接，陽極靶組件的高壓通過散熱器引入，陽極靶組件通過過渡環(huán)與陽極封接件連接，陽極封接件與真空容器密封連接，陽極靶組件下端成角度地設置靶面，陽極靶組件下端外圍設有陽極帽，陽極帽一側設出射窗，真空容器下端通過陰極封接件與芯柱連接，芯柱上端設碳納米陰極，芯柱通過固定螺釘與陰極罩固定連接，碳納米陰極采用真空包裝儲存，組裝前保持超凈環(huán)境，碳納米陰極在裝管過程中采用特殊真空工藝進行處理，獨特的陰極聚集結構實現(xiàn)焦斑電子束輸出。本發(fā)明具有高電壓、高穿透的特點，能夠產(chǎn)生高穿透的X射線，廣泛用于安檢、醫(yī)療診斷、探傷。
文檔編號H01J35/00GK101834108SQ20091007958
公開日2010年9月15日 申請日期2009年3月11日 優(yōu)先權日2009年3月11日
發(fā)明者任翔, 劉建英, 徐衛(wèi)平, 梁澤, 步國偉, 王奇志, 陳力 申請人:公安部第一研究所;北京中盾安民分析技術有限公司