專利名稱：X射線管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及X射線，尤其涉及ー種結(jié)構(gòu)簡單、耐用的X射線管。
背景技術(shù)：
目前，在強電場下，電子可以通過隧道效應(yīng)穿過材料表面勢壘發(fā)生放電現(xiàn)象，這就是場致發(fā)射。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，人們使用納米材料研制出了場發(fā)射電子源，然后利用該電子源研制X射線源。該X射線源的基本技術(shù)原理如下納米管在外加強電場的作用下產(chǎn) 生場致發(fā)射，然后電子在電場的加速下轟擊陽極產(chǎn)生X射線。采用納米管后的X射線源具有許多優(yōu)點無需加熱燈絲，可以隨時開啟，時間響應(yīng)快，脈沖頻率高，壽命比熱燈絲更長。為了實現(xiàn)高頻率脈沖發(fā)射，帶有柵極的場發(fā)射陰極X射線管由以下幾部分組成基于納米材料的場發(fā)射陰極、控制X射線管工作的柵極、控制電子束聚焦的聚焦極、接受電子轟擊產(chǎn)生X光子的陽極。采用碳納米管材料來制造場發(fā)射陰極X射線管的陰極雖然具有前面介紹的諸多優(yōu)點，但是碳納米管陰極的輻射損傷問題卻直接制約著X射線管的使用壽命。雖然碳納米管是在真空狀態(tài)下工作，但是X射線管內(nèi)無法實現(xiàn)絕對真空，依然存在少量空氣分子。這些空氣分子被高能電子束電離后，帶正電荷的離子在管內(nèi)的強電場作用下會向陰極方向加速，有可能轟擊到陰極的碳納米管。由于碳納米管自身的物理特點，其化學(xué)鍵的能量只有20-30eV,抗擊離子轟擊的能力比較差，工作壽命短。雖然在碳納米管陰極與陽極之間放置的金屬網(wǎng)柵極可以隔離大部分空氣離子直接撞擊陰極，降低陰極被輻射損傷的概率，但是也無法避免少量離子穿過柵極的孔洞轟擊陰極。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要提供ー種結(jié)構(gòu)簡單、耐用的X射線管。本發(fā)明提供的X射線管，包括第一偏轉(zhuǎn)電極、陰極、柵極、第二偏轉(zhuǎn)電極、聚焦極以及陽極，其中所述柵極與所述陰極設(shè)置于所述第一偏轉(zhuǎn)電極與所述第二偏轉(zhuǎn)電極之間，所述第一偏轉(zhuǎn)電極與所述陰極導(dǎo)通，所述第二偏轉(zhuǎn)電極與所述柵極導(dǎo)通，所述第一偏轉(zhuǎn)電極與所述陰極等電位，所述第二偏轉(zhuǎn)電極與所述柵極等電位，其中，所述陰極包括電子發(fā)射區(qū)，所述第一偏轉(zhuǎn)電極與所述第二偏轉(zhuǎn)電極之間的距離大于所述陰極的電子發(fā)射區(qū)的長度；所述柵極與所述陰極之間設(shè)置有第一電源，使所述柵極的電勢高于所述陰極的電勢，使所述第二偏轉(zhuǎn)電極的電勢高于所述第一偏轉(zhuǎn)電極的電勢；所述聚焦極與所述第二偏轉(zhuǎn)電極導(dǎo)通，所述聚焦極與所述第二偏轉(zhuǎn)電極等電位；所述聚焦極與所述陽極之間設(shè)置有第二電源，為所述X射線管提供工作電壓，其中，所述第二電源的電壓高于所述第一電源的電壓，所述陽極的電勢高于所述聚焦極的電勢。本發(fā)明還提供另ー種X射線管，包括第一偏轉(zhuǎn)電極、陰極、柵極、第二偏轉(zhuǎn)電扱、聚焦極以及陽極，其中所述柵極與所述陰極設(shè)置于所述第一偏轉(zhuǎn)電極與所述第二偏轉(zhuǎn)電極之間，其中，所述陰極包括電子發(fā)射區(qū)，所述第一偏轉(zhuǎn)電極與所述第二偏轉(zhuǎn)電極之間的距離大于所述陰極的電子發(fā)射區(qū)的長度；所述柵極與所述陰極之間設(shè)置有第一電源，使所述柵極的電勢高于所述陰極的電勢；所述第一偏轉(zhuǎn)電極與所述第二偏轉(zhuǎn)電極設(shè)有第三電源，使所述第二偏轉(zhuǎn)電極的電勢高于所述第一偏轉(zhuǎn)電極的電勢所述聚焦極與所述第二偏轉(zhuǎn)電極導(dǎo)通，所述聚焦極與所述第二偏轉(zhuǎn)電極等電位；所述聚焦極與所述陽極之間設(shè)置有第二電源，為所述X射線管提供工作電壓，其中，所述第二電源的電壓高于所述第一電源以及所述第三電源的電壓，所述陽極的電勢高于所述聚焦極的電勢。本發(fā)明所提供的X射線管結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，且延長了 X射線管的壽命。



圖I為本發(fā)明ー實施方式中X射線管的三維結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明ー實施方式中X射線管的電路連接圖；圖3為本發(fā)明另ー實施方式中X射線管的電路連接圖；圖4為本發(fā)明ー實施方式中X射線管的電子運動軌跡圖；圖5為本發(fā)明ー實施方式中X射線管的離子運動軌跡圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“內(nèi)”、“外”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明而不是要求本發(fā)明必須以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。請參閱圖1，圖I所示為本發(fā)明ー實施方式中X射線管的三維結(jié)構(gòu)圖。在本實施方式中，X射線管包括第一偏轉(zhuǎn)電極10、柵極20、陰極30、第二偏轉(zhuǎn)電極40、聚焦極50以及陽極60。在本實施方式中，第一偏轉(zhuǎn)電極10呈“7”形，第二偏轉(zhuǎn)電極40與第一偏轉(zhuǎn)電極10的ー邊平行。在本發(fā)明其他實施方式中，第一偏轉(zhuǎn)電極10呈弧形或者是其他形狀，目的是與所第二偏轉(zhuǎn)電極40形成偏轉(zhuǎn)電場。在本實施方式中，所述陰極30包括電子發(fā)射區(qū)，第一偏轉(zhuǎn)電極10與第二偏轉(zhuǎn)電極40之間的距離大于陰極30的電子發(fā)射區(qū)的長度。在本實施方式中，陰極30電子發(fā)射區(qū)長6mm,第一偏轉(zhuǎn)電極10與第二偏轉(zhuǎn)電極40之間的距離為Imm 30mm。特別地,在本實施方式中，陰極30長6mm,第一偏轉(zhuǎn)電極10與第二偏轉(zhuǎn)電極40之間的距離為8mm。在本實施方式中，聚焦極50為圓環(huán)，內(nèi)徑為8mm,外徑為10mm,長為3mm。陽極60呈柱狀，材質(zhì)為金屬，半徑為IOmm,陽極60表面離第二偏轉(zhuǎn)電極40的距離為15mm。在本發(fā)明其他實施方式中，聚焦極50也可以為其他的形狀。請參閱圖2，圖2所示為本發(fā)明ー實施方式中X射線管的電路連接圖。在本實施方式中，所述柵極20與所述陰極30設(shè)置于所述第一偏轉(zhuǎn)電極10與所述第二偏轉(zhuǎn)電極40之間。
在本實施方式中，所述第一偏轉(zhuǎn)電極10與所述陰極30導(dǎo)通，所述第二偏轉(zhuǎn)電極40與所述柵極20導(dǎo)通，所述第一偏轉(zhuǎn)電極10與所述陰極30等電位，所述第二偏轉(zhuǎn)電極40與所述柵極20等電位。在本實施方式中，所述柵極20與所述陰極30之間設(shè)置有第一電源70，使所述柵極20的電勢高于所述陰極30的電勢，使所述第二偏轉(zhuǎn)電極40的電勢高于所述第一偏轉(zhuǎn)電極10的電勢。在本實施方式中，為了讓該X射線管能夠正常工作，柵極20和陰極30之間設(shè)置的第一電源70電源，用于加載正向電壓，即柵極20電勢高于陰極30，這樣才能實現(xiàn)X射線管所需要的場致電子發(fā)射，使得電子在電場作用下由陰極30向柵極20運動。柵極20和陰極30之間所需加載的電壓值和柵極20與陰極30之間的距離密切相關(guān)，距離越近，所需電壓就越小。在本實施方式中，陰極30與柵極20之間的距離小于等于1mm，第一電源70所提供的電壓為100V 5000V。 在本實施方式中，所述聚焦極50與所述第二偏轉(zhuǎn)電極40導(dǎo)通，所述聚焦極50與所述第二偏轉(zhuǎn)電極40等電位。在本實施方式中，所述聚焦極50與所述陽極60之間設(shè)置有第二電源80，為所述X射線管提供工作電壓。在本實施方式中，工作電壓的范圍為20Kv 200kV。在本實施方式中，所述第二電源80的電壓高于所述第一電源70的電壓，所述陽極60的電勢高于所述聚焦極50的電勢。在本實施方式中，柵極20為金屬柵網(wǎng)，包括柵孔(圖未示)。請參閱圖3，圖3所示為本發(fā)明另ー實施方式中X射線管的電路連接圖。在本實施方式中，所述柵極20與所述陰極30設(shè)置于所述第一偏轉(zhuǎn)電極10與所述第二偏轉(zhuǎn)電極40之間，其中，所述陰極30包括電子發(fā)射區(qū)，所述第一偏轉(zhuǎn)電極10與所述第ニ偏轉(zhuǎn)電極40之間的距離大于所述陰極30的電子發(fā)射區(qū)的長度。在本實施方式中，所述柵極20與所述陰極30之間設(shè)置有第一電源70，使所述柵極20的電勢高于所述陰極30的電勢在本實施方式中，所述第一偏轉(zhuǎn)電極10與所述第二偏轉(zhuǎn)電極40之間設(shè)有第三電源90，使所述第二偏轉(zhuǎn)電極40的電勢高于所述第一偏轉(zhuǎn)電極10的電勢。在本實施方式中，所述第三電源90所提供的電壓為100V 5000V。在本實施方式中，第一偏轉(zhuǎn)電極10與第二偏轉(zhuǎn)電極40之間的電壓和兩者之間的距離有夫，距離越近，所需電壓就越小。在本實施方式中，所述第一偏轉(zhuǎn)電極10與所述第二偏轉(zhuǎn)電極40之間的最小距離受限于所述陰極30的尺寸。在本實施方式中，所述聚焦極50與所述第二偏轉(zhuǎn)電極40導(dǎo)通，所述聚焦極與所述第二偏轉(zhuǎn)電極等電位。在本實施方式中，所述聚焦極50與所述陽極60之間設(shè)置有第二電源80。在本實施方式中，第二電源80的電壓高于所述第一電源70與所述第三電源90的電壓，所述陽極60的電勢高于所述聚焦極50的電勢。請參閱圖4，圖4所示為本發(fā)明ー實施方式中X射線管的電子運動軌跡圖。在本實施方式中，當(dāng)?shù)谝浑娫?0與第二電源80為所述X射線管加載電壓完畢后，陰極30和柵極20、第一偏轉(zhuǎn)電極10和第二偏轉(zhuǎn)電極40、第一偏轉(zhuǎn)電極10和陽極60,這些電極之間都存在著強電場。陰極30和柵極20之間強電場使得電子從陰極30發(fā)射出來，飛向柵極20。一部分電子將撞擊在金屬柵網(wǎng)上，被柵極20截留，而另外一部分電子則將穿過柵孔到達第一偏轉(zhuǎn)電極10和第二偏轉(zhuǎn)電極40之間的偏轉(zhuǎn)電場。此處偏轉(zhuǎn)電場的場強實際是由兩部分組成，一部分是第一偏轉(zhuǎn)電極10和第二偏轉(zhuǎn)電極40之間電勢差產(chǎn)生，另一部分則是第一偏轉(zhuǎn)電極10和陽極60之間的電勢差產(chǎn)生。到達偏轉(zhuǎn)電場的電子在強電場力的作用下向第二偏轉(zhuǎn)電極40所在方向偏轉(zhuǎn)，然后穿過聚焦極50到達聚焦極50和陽極60生成的加速與聚焦電場，電子束在該加速與聚焦電場中獲得更多能量，并逐漸匯聚成一個窄束打在陽極60上。在本實施方式中，電子窄束打在陽極60上的焦點尺寸小于1mm。請參閱圖5，圖5所示為本發(fā)明ー實施方式中X射線管的離子運動軌跡圖。在本實施方式中，當(dāng)電子在聚焦極50和陽極60之間加速時，由于電子的能量很高，能夠很容易將聚焦極50和陽極60之間的空氣分子電離。因第二偏轉(zhuǎn)電極40與陽極60之間的電勢差，以及第一偏轉(zhuǎn)電極10與第二偏轉(zhuǎn)電極40之間的電勢差，空氣分子電離后的 正離子在電場力作用下向第一偏轉(zhuǎn)電極10飛去，最后撞擊在第一偏轉(zhuǎn)電極10上面,從而避免了場發(fā)射陰極30可能受到的轟擊。若第一偏轉(zhuǎn)電極10是由具備吸氣功能的金屬制成，比如鈦，則空氣將被第一偏轉(zhuǎn)電極10吸收，這樣就減少了 X射線管中空氣分子的數(shù)量，有利于真空度的保持，并減少了陰極30被空氣分子破壞的可能性。本發(fā)明所提供的X射線管通過在柵極20與陰極30之間設(shè)置有第一電源70，在聚焦及50與陽極60之間設(shè)置第二電源80，實現(xiàn)了 X射線管結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，且延長了 X射線管的壽命。雖然本發(fā)明參照當(dāng)前的較佳實施方式進行了描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)能理解，上述較佳實施方式僅用來說明本發(fā)明，并非用來限定本發(fā)明的保護范圍，任何在本發(fā)明的精神和原則范圍之內(nèi)，所做的任何修飾、等效替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種X射線管，包括第一偏轉(zhuǎn)電極、陰極、柵極、第二偏轉(zhuǎn)電極、聚焦極以及陽極，其中 所述柵極與所述陰極設(shè)置于所述第一偏轉(zhuǎn)電極與所述第二偏轉(zhuǎn)電極之間，所述第一偏轉(zhuǎn)電極與所述陰極導(dǎo)通，所述第二偏轉(zhuǎn)電極與所述柵極導(dǎo)通，所述第一偏轉(zhuǎn)電極與所述陰極等電位，所述第二偏轉(zhuǎn)電極與所述柵極等電位，其中，所述陰極包括電子發(fā)射區(qū)，所述第一偏轉(zhuǎn)電極與所述第二偏轉(zhuǎn)電極之間的距離大于所述陰極的電子發(fā)射區(qū)的長度； 所述柵極與所述陰極之間設(shè)置有第一電源，使所述柵極的電勢高于所述陰極的電勢，使所述第二偏轉(zhuǎn)電極的電勢高于所述第一偏轉(zhuǎn)電極的電勢； 所述聚焦極與所述第二偏轉(zhuǎn)電極導(dǎo)通，所述聚焦極與所述第二偏轉(zhuǎn)電極等電位； 所述聚焦極與所述陽極之間設(shè)置有第二電源，為所述X射線管提供工作電壓，其中，所述第二電源的電壓高于所述第一電源的電壓，所述陽極的電勢高于所述聚焦極的電勢。
2.如權(quán)利要求I所述的X射線管，其特征在于，所述第一電源的電壓為IOOV 5000V。
3.如權(quán)利要求I所述的X射線管，其特征在于，所述第二電源的電壓為20KV 200KV。
4.如權(quán)利要求I所述的X射線管，其特征在于，所述第一偏轉(zhuǎn)電極由具備吸氣功能的金屬制成。
5.一種X射線管，包括第一偏轉(zhuǎn)電極、陰極、柵極、第二偏轉(zhuǎn)電極、聚焦極以及陽極，其中 所述柵極與所述陰極設(shè)置于所述第一偏轉(zhuǎn)電極與所述第二偏轉(zhuǎn)電極之間，其中，所述陰極包括電子發(fā)射區(qū)，所述第一偏轉(zhuǎn)電極與所述第二偏轉(zhuǎn)電極之間的距離大于所述陰極的電子發(fā)射區(qū)的長度； 所述柵極與所述陰極之間設(shè)置有第一電源，使所述柵極的電勢高于所述陰極的電勢；所述第一偏轉(zhuǎn)電極與所述第二偏轉(zhuǎn)電極設(shè)有第三電源，使所述第二偏轉(zhuǎn)電極的電勢高于所述第一偏轉(zhuǎn)電極的電勢； 所述聚焦極與所述第二偏轉(zhuǎn)電極導(dǎo)通，所述聚焦極與所述第二偏轉(zhuǎn)電極等電位； 所述聚焦極與所述陽極之間設(shè)置有第二電源，為所述X射線管提供工作電壓，其中，所述第二電源的電壓高于所述第一電源與所述第三電源的電壓，所述陽極的電勢高于所述聚焦極的電勢。
6.如權(quán)利要求5所述的X射線管，其特征在于，所述第一電源的電壓為100V 5000V。
7.如權(quán)利要求5所述的X射線管，其特征在于，所述第三電源的電壓為100V 5000V。
8.如權(quán)利要求5所述的X射線管，其特征在于，所述第二電源的電壓為20KV 200KV。
9.如權(quán)利要求5所述的X射線管，其特征在于，所述第一偏轉(zhuǎn)電極由具備吸氣功能的金屬制成。
全文摘要
一種X射線管，其中柵極與陰極設(shè)置于第一偏轉(zhuǎn)電極與第二偏轉(zhuǎn)電極之間，第一偏轉(zhuǎn)電極與陰極導(dǎo)通，第二偏轉(zhuǎn)電極與柵極導(dǎo)通，第一偏轉(zhuǎn)電極與陰極等電位，第二偏轉(zhuǎn)電極與柵極等電位，其中，陰極包括電子發(fā)射區(qū)，第一偏轉(zhuǎn)電極與第二偏轉(zhuǎn)電極之間的距離大于電子發(fā)射區(qū)的長度；柵極與陰極之間設(shè)置有第一電源，使柵極的電勢高于陰極的電勢，使第二偏轉(zhuǎn)電極的電勢高于第一偏轉(zhuǎn)電極的電勢；聚焦極與第二偏轉(zhuǎn)電極導(dǎo)通，聚焦極與第二偏轉(zhuǎn)電極等電位；聚焦極與陽極之間設(shè)置有第二電源，其中，第二電源的電壓高于第一電源的電壓，陽極的電勢高于聚焦極的電勢。本發(fā)明中的X射線管結(jié)構(gòu)簡單，成本低，且使用壽命長。
文檔編號H01J35/02GK102842477SQ20121035208
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月20日
發(fā)明者代秋聲, 徐品, 邢曉曼 申請人:蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所