一種背柵極式可柵控冷陰極X射線管制造技術

一種背柵極式可柵控X射線管，包括真空腔體、陽極組件、陰極組件、電源與散熱系統，所述陽極組件一端處在真空腔體之外，用于連接所需電源與散熱系統，另一端封裝在真空腔體內；陽極組件包括陽極靶，陽極金屬罩以及陽極連接柱；其中陽極靶用于產生X射線，其鑲嵌在陽極金屬罩內，在于所述陰極組件包括陰極基片、陰極托、陰極罩、絕緣陶瓷柱以及引出電極；陰極組件的引出電極部分在真空腔體外，陰極組件的其他部件均被封裝在真空腔體內；所述陰極基片中集成了碳納米發射體、發射體電極、絕緣層以及柵極襯底；由于柵極距離發射體的距離很近，因此所需柵極電壓極低和高電子發射效率。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種X射線管，特別是涉及一種帶柵控的冷陰極X射線管。
技術介紹
X射線管是一種允許X射線可控發射的器件。它們被應用在各種系統中，例如，應用于醫療、工業和安全領域的X射線成像技術，光譜分析(X射線熒光光譜、X射線光電子能譜分析)，χ射線衍射分析等。射線管中產生χ射線的原理是利用高能電子(幾萬電子伏特)，轟擊金屬靶。這些電子和靶材之間的相互作用倍增，直至發出X射線。X射線強度與靶材料上的電子流成正比。X射線的穿透性與靶材料上的施加電壓成正比。X射線的發射面積由電子束轟擊的范圍決定，對需要小發射斑點的應用情況，例如需要X射線光學的成像應用中，可以在射線管中配置電子光學裝置將電子束聚焦在靶材料上很小的區域。傳統X射線管是利用加熱真空管內的金屬絲到上千攝氏度高溫來產生高能電子。 與傳統的熱電子發射相比，場發射無需加熱，可以在室溫下進行，只需施加一定的電場即可，因此場發射具有更高的能量利用率。此外，場發射還具有其他一些獨特的性質，例如，對電場變化的快速響應，對溫度波動和輻射不敏感，發射出的電子束高度可控，高開關比，電子的彈道傳輸，而且很小的電壓調制范圍就可以調控很大的電流范圍。碳納米材料是碳的一種同素異形體，是一維納米材料。由于具有較高的長徑比 (或高寬比)、穩定的化學和機械性能，因此具有優秀的場發射性能。例如，低開啟電壓、高電子發射穩定性、長壽命等。因此，近些年來，將碳納米材料應用于場發射器件已經成為研究的熱點。在現有專利中，將碳納米材料應用于X射線管，基本是帶柵控的結構。通過專利檢索，目前國內利用碳納米材料做電子源的X射線管專利有8份1、專利03127012. 3， “一種新型場致發射的醫用微型X射線管”，此專利涉及的X射線管，無電子束匯聚功能， 難以實現小焦點；2、專利 CN201378580Y、CN201378579Y、CN101521135B, CN101494149A 和 CN101101848B, “柵控碳納米陰極場發射X射線管，該專利涉及的射線管有兩個不足之處， (1)柵極位于陰極上方，距離陰極0. Imm 2mm，柵極電壓要達到500V以上，才能獲得足夠電流，柵極電壓較高，( 柵極通常采用金屬網，截獲電子較多，陰極發射電子利用率較低； 3、專利CN101494150A，該專利設計的射線管，柵極類型為平面柵極，該結構所用場發射材料為氧化鋅，發射性能比碳納米材料差；4、專利CN1553473A，該專利陽極電壓過低，射線穿透力差。從現有技術來看，目前可柵控的X射線管都有一定的局限性，主要集中在以下幾個方面(1)柵極調制電壓高；( 柵極截獲電子較多，電子利用率低；C3)無電子匯聚等寸。
技術實現思路
本專利技術目的是，為了彌補現有技術的足之處，提供一種低柵極調制電壓、高電子發射效率、高電子利用率并具有較高電子匯聚作用的柵控式碳納米陰極場發射X射線管。本專利技術的技術方案是一種背柵極式可柵控X射線管，包括真空腔體、陽極組件、 陰極組件、電源與散熱系統，所述陽極組件一端處在真空腔體之外，用于連接所需電源與散熱系統，另一端封裝在真空腔體內；陽極組件包括陽極靶，陽極金屬罩以及陽極連接柱；其中陽極靶用于產生X射線，其鑲嵌在陽極金屬罩內，陽極靶的法線與陽極和陰極的連線具有一傾斜角度；陽極金屬罩一般為散熱性較好的金屬材料，易于散熱；陽極連接柱一部分嵌入陽極金屬罩，一部分在真空腔體外，用于連接高壓電源和散熱裝置；所述陰極組件包括陰極基片、陰極托、陰極罩、絕緣陶瓷柱以及引出電極；陰極組件的引出電極部分在真空腔體外，陰極組件的其他部件均被封裝在真空腔體內；所述陰極罩為金屬，用于固定陰極組件；陰極罩上表面設有作為電子通道的開口， 陰極罩對電子束有一定聚焦作用；陰極罩將陰極基片和絕緣陶瓷柱包裹在內部，陰極基片被壓在陰極罩和絕緣陶瓷片之間；陶瓷柱側部有卡口，將陰極罩卡入卡口內，起到固定作用；陰極罩與一條引出電極相連，并引出到絕緣腔體之外；所述陰極基片中集成了碳納米發射體、發射體電極、絕緣層以及柵極襯底；柵極襯底位于陰極基片底部(因此稱為背柵極；絕緣層是位于柵極襯底和發射體電極之間絕緣薄膜，絕緣薄膜層是采用薄膜技術制備， 厚度極薄；碳納米發射體位于發射體電極之上，發射體電極具有一定的圖案(網狀、條狀等)，只有在發射體電極上制備有碳納米發射體。整個陰極基片置于陰極托之上，陰極托與第二條引出電極相連，第二條引出電極穿過絕緣陶瓷柱，并引出到真空腔體之外；引出電極需具有一定的強度，用于支撐陰極組件，并與真空腔體封接到一起。在所述背柵極X射線管中，高壓通過陽極連接柱引入；陰極罩與發射體電極相連， 并連接一條引出電極；陰極托與柵極襯底相連，并連接第二條引出電極；將陰極托接地，并在兩條引出電極之間施加較低電壓，即相當于在發射體電極和柵極之間施加此較低電壓； 通過該柵極電壓將電子從碳納米發射體中拉出，由于柵極距離發射體很近，因此所需柵極電壓非常低；拉出電子束在陽極和陰極罩之間的高壓的作用下形成高能電子，并轟擊陽極靶面，從而產生X射線。碳納米發射體發射電流的大小可以通過改變柵極電壓調制。由于陰極罩開口具有特定形狀，因此陰極罩表面開口處在陽極高壓的影響下，會形成一個靜電透鏡，對發射電子束有匯聚作用，在陽極靶面形成較小焦斑。本專利技術的有益效果是與現有技術相比，本專利技術所述背柵極式可柵控X射線管具有以下兩個主要優勢1)獨特的柵極結構由于柵極距離發射體的距離很近，因此所需柵極電壓極低。2)高電子發射效率由于不需要發射體前部的柵極網片或模孔，因此發射電子可全部到達陽極，利用率非常高。于此同時，該X射線管還具有以下共有優勢1)陽極可以施加最高140kV的電壓，X射線具有高穿透性，可廣泛適用于醫療診斷、工業探傷以及安全檢查等領域。2)陰極發射性能好，焦點小，電流穩定，在高壓下可以穩定工作一定時間。 附圖說明圖1為本專利技術所述背柵極式可柵控X射線管的整體結構示意2為所述陰極組件的結構示意圖具體實施方案下面結合附圖對本專利技術的一種實施方案做詳細說明本專利技術所述背柵極式可柵控碳納米陰極X射線管是利用碳納米材料優秀的場發射性能，并將其封裝在真空容器中，作為陰極組件的一部分。通過柵極電壓在碳納米發射體表面形成的高電場，將電子束從發射體內部拉出。在所述柵極襯底和發射體電極之間施加低電壓為0 50V，尤其可以在35V以下，將電子從碳納米發射體中拉出。電子束通過陰極罩開口的聚焦后，轟擊到陽極靶面上，從而產生X射線。陽極高壓可以施加到140kV。如圖1所示，本專利技術所述背柵極式可柵控碳納米陰極X射線管，包括，真空腔體1、 部分封裝在真空腔體1內的陽極組件2和部分封裝在內部的陰極組件3。所述陽極組件2 —端處在真空腔體1之外，用于連接工作時所需高壓電源與散熱系統，另一端封裝在真空腔體1內；所述陰極組件3，其所包含引出電極部分31在真空腔體 1夕卜，其所包含的其他部分均被封裝在真空腔體1內。如圖1和圖2所示，所述陰極組件3包括陰極基片35、陰極托36、陰極罩32、絕緣陶瓷柱33以及引出電極31。所述陰極罩32為金屬，用于固定陰極組件3。陰極罩32上表面有開口，為電子通道，并對電子束有一定聚焦作用。陰極罩32將陰極基片35和絕緣陶瓷柱33包裹在內部，陰極基片35被壓在陰極罩32和絕本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種背柵極式可柵控X射線管，包括真空腔體、陽極組件、陰極組件、電源與散熱系統，所述陽極組件一端處在真空腔體之外，用于連接所需電源與散熱系統，另一端封裝在真空腔體內；陽極組件包括陽極靶，陽極金屬罩以及陽極連接柱；其中陽極靶用于產生X射線，其鑲嵌在陽極金屬罩內，陽極靶的法線與陽極和陰極的連線具有一傾斜角度；陽極金屬罩為散熱性好的金屬材料；陽極連接柱一部分嵌入陽極金屬罩，一部分在真空腔體外，用于連接高壓電源和散熱系統；其特征是在于所述陰極組件包括陰極基片、陰極托、陰極罩、絕緣陶瓷柱以及引出電極；陰極組件的引出電極部分在真空腔體外，陰極組件的其他部件均被封裝在真空腔體內；所述陰極罩為金屬，用于固定陰極組件；陰極罩上表面設有作為電子通道的開口，陰極罩對電子束有一定聚焦作用；陰極罩將陰極基片和絕緣陶瓷柱包裹在內部，陰極基片被壓在陰極罩和絕緣陶瓷片之間；陶瓷柱側部有卡口，將陰極罩卡入卡口內，起到固定作用；陰極罩與一條引出電極相連，并引出到絕緣腔體之外；所述陰極基片中集成了碳納米發射體、 發射體電極、絕緣層以及柵極襯底；柵極襯底位于陰極基片底部被稱為背柵極構成背柵極 X射線管；絕緣層是位于柵極襯底和發射體電極之間絕緣薄膜；碳納米發射體位于發射體電極之上，發射體電極具有網狀或條狀圖案；整個陰極基片置于陰極托之上，陰極托與第二條引出電極相連，第二條引出電極穿過絕緣陶瓷柱，并引出到真空腔體之外；引出電極用于支撐陰極組件，并與真空腔體封接到一起。2.根據...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李馳，張研，
申請(專利權)人：李馳，張研，
類型：發明
國別省市：