專利名稱：柵控碳納米陰極場(chǎng)發(fā)射x射線管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種X射線管，特別是涉及一種柵控碳納米陰極場(chǎng)發(fā)射X射線管。
背景技術(shù)：
X射線管為利用高速電子撞擊金屬靶面產(chǎn)生X射線的真空電子器件。 傳統(tǒng)的x射線管一般采用熱電子發(fā)射陰極，將鎢、六鑭化鉬等材料加熱到足夠高溫度， 使一部分動(dòng)能大的電子克服物體表面勢(shì)壘而逸出體外，形成電子束發(fā)射。因此此種x射線管
能耗大，且需要滿足大電流、耐高溫的使用要求。
場(chǎng)致發(fā)射不需要給陰極加熱，利用強(qiáng)電場(chǎng)使物體表面附近的電子穿過表面勢(shì)壘而發(fā)射；
場(chǎng)致發(fā)射的強(qiáng)度依賴于材料的功函數(shù)和表面結(jié)構(gòu)。場(chǎng)致電子發(fā)射陰極電子源具有能耗低、發(fā) 射壽命長(zhǎng)、發(fā)射強(qiáng)度大等優(yōu)點(diǎn)。
碳納米管是一種碳的同素異形體，作為一維納米材料，因其具有良好的場(chǎng)發(fā)射特性、較 低的開啟電壓、穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)及較低的真空環(huán)境要求等特點(diǎn)，而在場(chǎng)發(fā)射電子源方面具有 廣闊的應(yīng)用前景，利用碳納米管作為場(chǎng)發(fā)射材料已經(jīng)成為近年來本領(lǐng)域的熱點(diǎn)話題。
使用碳納米管陰極場(chǎng)發(fā)射X射線管作為射線源的便攜機(jī)與傳統(tǒng)的熱陰極射線管X光機(jī)相
比，具有輕便、啟動(dòng)快(無需預(yù)熱)、省電的優(yōu)點(diǎn)。尤其最后一條，對(duì)于用蓄電池做電源的便
攜機(jī)，碳納米管陰極x射線管具有很大的優(yōu)勢(shì)。
現(xiàn)有專利技術(shù)中，將碳納米管作為陰極應(yīng)用于x射線管，主要是帶有柵控結(jié)構(gòu)的三極X 射線管，即陽極、柵極和陰極。從專利檢索情況看，目前將碳納米管作為陰極應(yīng)用于x射線
管的國(guó)內(nèi)專利有兩份1、專利號(hào)為03127012. 3，"一種新型場(chǎng)致發(fā)射的醫(yī)用微型X射線管"， 此管結(jié)構(gòu)為端窗結(jié)構(gòu)，無電子束會(huì)聚，在具體實(shí)施方式
上沒有具體電參數(shù)標(biāo)識(shí)；2、專利號(hào)為 03133383.4,"低壓場(chǎng)發(fā)射陰極X射線管"，此管為不帶陽極帽的側(cè)窗結(jié)構(gòu)，在具體實(shí)施方式
上，陽極加壓為600V。
從可査詢到的文獻(xiàn)資料來看，現(xiàn)有的柵控結(jié)構(gòu)發(fā)射X射線管，都有一定的局限性。 一是 很難在陰陽極之間加較高的電壓，目前所加最高電壓不超過20kV，由于無法加高電壓，其射 線穿透力較差；二是很難在高電壓下持續(xù)穩(wěn)定的工作；三是發(fā)射的射線束在許多情況下沒有 會(huì)聚
發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的主要目的在于提供一種具有高電壓、高穿透特點(diǎn)并 具有一定會(huì)聚的柵控式碳納米陰極場(chǎng)發(fā)射X射線管。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述柵控碳納米陰極場(chǎng)發(fā)射X射線管采用了下述技術(shù)方案
所述柵控碳納米陰極場(chǎng)發(fā)射X射線管包括散熱器、陽極組件、真空容器、陰極組件和接 線管，所述陽極組件一端與散熱器安裝在一起，而另一端封裝在真空容器中；所述陰極組件 封裝在真空容器內(nèi)，其一端與所述接線管連接在一起。
其中，所述陽極組件為包括過渡環(huán)、陽極封接件、陽極靶組件、出射窗和陽極帽。過渡 環(huán)為套設(shè)于陽極耙組件并與陽極封接件連接，而所述陽極封接件為封接于真空容器一端；所
述陽極耙組件一端為伸出真空容器且與散熱器連接，所述陽極靶組件另一端嵌有一定傾角的 陽極耙；所述陽極帽為套設(shè)于該陽極靶組件的另一端末并與該端一起封裝在真空容器內(nèi)；所 述出射窗設(shè)在該所述陽極帽正對(duì)陽極靶的一側(cè)。所述陰極組件包括陰極罩、固定螺釘、芯柱 帽、芯柱、陰極封接件、第一絕緣環(huán)、陰極托、碳納米陰極、屏蔽環(huán)、第二絕緣環(huán)以及柵極。 所述芯柱、第一絕緣環(huán)和陰極托為通過芯柱帽與芯柱引線焊接固定在一起；將碳納米陰極放 置于陰極托內(nèi)，使其與所述芯柱引線亦連接；所述屏蔽環(huán)、第二絕緣環(huán)、柵極為依序與碳納 米陰極組裝；所述陰極罩設(shè)于所述陰極封接件、芯柱、第一絕緣環(huán)、陰極托、芯柱帽、碳納 米陰極、屏蔽環(huán)、第二絕緣環(huán)以及柵極外，通過固定螺釘與將所述芯柱固定?。凰鲫帢O封 接件一端與芯柱相接，另一端則連接于真空容器。
在所述柵控碳納米陰極場(chǎng)發(fā)射X射線管中，高壓為通過與陽極組件連接在一起的散熱器 引入，且在碳納米陰極與柵極之間加較低電壓，通過柵極電場(chǎng)將電子束從該碳納米陰極表面 拉出，拉出的電子束在陰陽極間高壓電場(chǎng)的作用下高速轟擊陽極靶，從而產(chǎn)生所需的X射線。
通過調(diào)控該控制柵極電壓達(dá)到控制碳納米陰極場(chǎng)發(fā)射束流大小，并利用陰極罩對(duì)場(chǎng)發(fā)射 電子束進(jìn)行聚焦。通過在陽極施加高壓將一定比例發(fā)射束流拉出，并在特定的陰極罩結(jié)構(gòu)下 進(jìn)行聚焦，高速轟擊陽極靶。
相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述柵控碳納米陰極場(chǎng)發(fā)射X射線管具有如下特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)
1、 具有高電壓、高穿透的特點(diǎn)，陽極可以加到高于100kV的電壓，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(shù)領(lǐng)域。
2、 具有較好的發(fā)射效果。獨(dú)特的柵控結(jié)構(gòu)、陰極聚焦結(jié)構(gòu)以及合理的陰陽極間距離，保 證了具有應(yīng)用價(jià)值的一定形狀和尺寸的焦斑。
3、 在高電壓下，能夠穩(wěn)定持續(xù)地工作一定時(shí)間。


圖1為本發(fā)明所述柵控碳納米陰極場(chǎng)發(fā)射X射線管的整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明所示之陰極組件的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖以及具體組裝過程和應(yīng)用對(duì)本發(fā)明所述柵控碳納米陰極場(chǎng)發(fā)射x射線管作
進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
本發(fā)明所述柵控碳納米陰極場(chǎng)發(fā)射x射線管為通過利用碳納米陰極具有良好場(chǎng)發(fā)射的特
點(diǎn)，且將此碳納米陰極作為陰極組件的一部分封接在真空容器內(nèi)，并通過柵極電場(chǎng)將電子束 從碳納米陰極表面拉出，拉出的電子束在陽極高壓電場(chǎng)的激勵(lì)下以及陰極罩的聚焦下，高速
去轟擊陽極耙，從而產(chǎn)生出x射線。
參照?qǐng)D1中所示，本發(fā)明所述柵控碳納米陰極場(chǎng)發(fā)射X射線管包括真空容器3、散熱器1、 部分與散熱器1連接而另一部分為封裝在真空容器3內(nèi)的陽極組件2、封裝在真空容器3內(nèi) 的陰極組件4以及與陰極組件4連接的接線管5。
見圖l，所述陽極組件2為主要包括過渡環(huán)21、陽極封接件22、陽極靶組件23、出射窗 24和陽極帽25;其中，所述過渡環(huán)21為套設(shè)于陽極靶組件23上并與所述陽極封接件22連 接，而所述陽極封接件22為與真空容器3連接，將陽極靶組件23部分封裝于真空容器3內(nèi)； 所述陽極耙組件23 —端為伸出真空容器3而與散熱器1連接，該所述陽極靶組件23中嵌有 一定傾角的陽極靶231;所述陽極帽25為套設(shè)于所述陽極靶組件23封裝于真空容器3內(nèi)那 一端上，且所述出射窗24設(shè)在該所述陽極帽25正對(duì)陽極靶231的一側(cè)。
結(jié)合圖1和圖2中所示，所述陰極組件4主要包括陰極罩41、固定螺釘42、芯柱帽43、 芯柱44、陰極封接件45、第一絕緣環(huán)460、陰極托47、碳納米陰極48、屏蔽環(huán)49、第二絕 緣環(huán)461以及柵極40。其中，所述芯柱44、第一絕緣環(huán)460和陰極托47為通過芯柱帽43與 芯柱引線6焊接固定在一起，將碳納米陰極48放置于陰極托47內(nèi)使其與所述芯柱引線6連 接；所述屏蔽環(huán)49、第二絕緣環(huán)461為依序疊加組裝在碳納米陰極48周側(cè)；所述柵極40為 裝設(shè)在第二絕緣環(huán)461上且位于所述碳納米陰極48上；所述陰極罩41為設(shè)于所述陰極封接 件45、芯柱44、第一絕緣環(huán)460、陰極托47、芯柱帽43、碳納米陰極48、屏蔽環(huán)49、第二 絕緣環(huán)461和柵極40外，通過固定螺釘42將其與所述芯柱44固定；所述陰極封接件45 — 端為與芯柱44相連接，另一端則連接于真空容器3。
此外，所述碳納米陰極48為釆用真空包裝儲(chǔ)存的方式，所述柵控碳納米陰極場(chǎng)發(fā)射X射 線管裝管前必須超凈環(huán)境下進(jìn)行拆封。參見圖2，在本發(fā)明中，對(duì)于陰極組件4而言，其在 裝管時(shí)為首先將芯柱44、第一絕緣環(huán)460、陰極托47通過芯柱帽43與芯柱引線6焊接牢固；
5其次再依序放入碳納米陰極48、第二絕緣環(huán)461、屏蔽環(huán)49以及柵極40;最后再將陰極罩 41通過固定螺釘42固定在芯柱44上，而使該陰極組件4定位在真空容器3內(nèi)。
所述柵控碳納米陰極場(chǎng)發(fā)射X射線管為通過一系列的真空釬焊、真空材料封接、真空除 氣、真空鑄靶等特殊真空工藝制成。所述柵極40可采用柵網(wǎng)或者膜孔方式，即實(shí)際應(yīng)用中， 所述柵極40可為柵網(wǎng)或者膜孔板。且所述柵極40與碳納米陰極48之間的間距為0. 1 2mm。
另外，在本發(fā)明所述柵控碳納米陰極場(chǎng)發(fā)射X射線管中，高壓為通過與陽極組件2連接 在一起的散熱器1引入，并且在碳納米陰極48與柵極40之間可加較低電壓。
本發(fā)明所述柵控碳納米陰極場(chǎng)發(fā)射X射線管在陽極高壓工作狀態(tài)下，可通過調(diào)控柵極40 所加電壓去控制發(fā)射束流的大小。
參見圖2中所示，獨(dú)特的陰極聚焦結(jié)構(gòu)，B卩，碳納米陰極48，屏蔽環(huán)49、第二絕緣環(huán) 461、柵極40以及設(shè)于該所述碳納米陰極48，屏蔽環(huán)49、第二絕緣環(huán)461和柵極40上的陰 極罩41，可實(shí)現(xiàn)一定焦斑及束流大小的電子束輸出。
權(quán)利要求
1. 一種柵控碳納米陰極場(chǎng)發(fā)射X射線管，其特征在于，包括散熱器、陽極組件、真空容器、陰極組件和接線管，所述陽極組件一端與散熱器安裝在一起，而另一端則封裝在真空容器中；所述陰極組件為封裝在真空容器內(nèi)，其一端與所述接線管連接在一起；其中，所述陽極組件為包括過渡環(huán)、陽極封接件、陽極靶組件、出射窗和陽極帽；過渡環(huán)為套設(shè)于陽極靶組件并與陽極封接件連接，而所述陽極封接件為封接于真空容器一端；所述陽極靶組件一端為伸出真空容器且與散熱器連接，所述陽極靶組件另一端嵌有一定傾角的陽極靶；所述陽極帽為套設(shè)于該陽極靶組件的另一端末并與該端一起封裝在真空容器內(nèi)；所述出射窗設(shè)在該所述陽極帽正對(duì)陽極靶的一側(cè)；所述陰極組件包括陰極罩、固定螺釘、芯柱帽、芯柱、陰極封接件、第一絕緣環(huán)、陰極托、碳納米陰極、屏蔽環(huán)、第二絕緣環(huán)以及柵極；所述芯柱、第一絕緣環(huán)和陰極托為通過芯柱帽與芯柱引線焊接固定在一起；碳納米陰極放置于陰極托內(nèi)，且與所述芯柱引線連接；所述屏蔽環(huán)、第二絕緣環(huán)、柵極為依序與碳納米陰極組裝；所述陰極罩為設(shè)于所述陰極封接件、芯柱、第一絕緣環(huán)、陰極托、芯柱帽、碳納米陰極、屏蔽環(huán)、第二絕緣環(huán)以及柵極外，通過固定螺釘與所述芯柱固定住；所述陰極封接件一端與芯柱相接，另一端則連接于真空容器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述柵控碳納米陰極場(chǎng)發(fā)射X射線管，其特征在于，所述控制柵極與碳納米陰極間距為0. 1 2mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述柵控碳納米陰極場(chǎng)發(fā)射X射線管，其特征在于，高壓為通過與陽極組件連接在一起的散熱器引入。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述柵控碳納米陰極場(chǎng)發(fā)射X射線管，其特征在于，在所述碳納米陰極與柵極之間加較低電壓，且通過柵極電場(chǎng)將電子束從該碳納米陰極表面拉出。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述柵控碳納米陰極場(chǎng)發(fā)射X射線管，其特征在于，所述柵極為柵網(wǎng)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述柵控碳納米陰極場(chǎng)發(fā)射X射線管，其特征在于，所述柵極為膜孔板。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種柵控碳納米陰極場(chǎng)發(fā)射X射線管，包括散熱器、陽極組件、真空容器、陰極組件和接線管，其中，所述陽極組件為包括過渡環(huán)、陽極封接件、陽極靶組件、出射窗和陽極帽；所述陰極組件包括陰極罩、固定螺釘、芯柱帽、芯柱、陰極封接件、第一絕緣環(huán)、陰極托、碳納米陰極、屏蔽環(huán)、第二絕緣環(huán)及柵極；其利用碳納米陰極具有良好場(chǎng)發(fā)射的特點(diǎn)，將此碳納米陰極作為陰極組件的一部分封接在真空容器內(nèi)，且通過柵極電場(chǎng)將電子束從碳納米陰極表面拉出，拉出的電子束在陽極高壓電場(chǎng)的激勵(lì)下以及陰極罩的聚焦下，高速轟擊陽極靶。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于具有高電壓、高穿透的特點(diǎn)，可在高電壓下穩(wěn)定持續(xù)的工作，可實(shí)現(xiàn)一定焦斑及束流大小的電子束輸出。
文檔編號(hào)H01J35/00GK101521135SQ20091008086
公開日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2009年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月26日
發(fā)明者翔 任, 劉建英, 徐衛(wèi)平, 澤 梁, 步國(guó)偉, 王奇志, 力 陳 申請(qǐng)人:公安部第一研究所;北京中盾安民分析技術(shù)有限公司