專利名稱：X射線源及x射線產(chǎn)生方法
X射線源及X射線產(chǎn)生方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種X射線源，特別是涉及一種用于醫(yī)用/工業(yè)CT系統(tǒng)及顯微CT的X射線源及X射線產(chǎn)生方法。
背景技術(shù)：
X射線成像技術(shù)，即利用X射線能夠穿透物質(zhì)并根據(jù)穿透物質(zhì)量的大小進(jìn)行衰減的性質(zhì)，通過探測(cè)X射線的衰減程度來實(shí)現(xiàn)對(duì)物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的無損成像，其包括X射線攝影技術(shù)(Radiography)與X射線計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)(ComputedTomography，CT)。其中，CT技術(shù)是通過對(duì)物體進(jìn)行不同視角的射線投影測(cè)量而獲取物體橫截面信息的成像技術(shù)。CT系統(tǒng)包含X射線源、X射線探測(cè)器、機(jī)架等主要部件，其中X射線源作X射線的產(chǎn)生裝置，是CT系統(tǒng)的關(guān)鍵核心部件之一。醫(yī)用/工業(yè)CT及顯微CT等成像系統(tǒng)所需要的X射線能量范圍通常從幾十千電子伏特到幾百千電子伏特，其裝備的X射線源通常采用高速電子束轟擊陽(yáng)極靶產(chǎn)生X射線的原理。即在真空容器中，由電子源發(fā)射的一定流強(qiáng)的電子束流，并在高壓電場(chǎng)的作用下得到加速，轟擊陽(yáng)極靶。陽(yáng)極靶通常由原子序數(shù)高的金屬構(gòu)成，電子轟擊陽(yáng)極靶后減速，通過韌致輻射過程產(chǎn)生X射線。不斷發(fā)展的CT系統(tǒng)對(duì)核心部件X射線源提出了更高的要求。CT系統(tǒng)尤其是用于動(dòng)態(tài)成像(如心肺成像)的CT系統(tǒng)，為了減少產(chǎn)生由于被掃描物體或病人由于運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的偽影，對(duì)X射線源的時(shí)間分辨有很高的要求。CT系統(tǒng)出于縮短掃描時(shí)間和提高輻射劑量利用率的考慮，也期望X射線源有更高的時(shí)間分辨。傳統(tǒng)的X射線源的設(shè)計(jì)方案主要有兩種:( I)傳統(tǒng)的 X射線源，采用熱陰極作為電子發(fā)射源，通過熱電子發(fā)射發(fā)射電子，電子受到加速轟擊陽(yáng)極靶產(chǎn)生X射線。其陰極通常是由鎢制成的燈絲，在通電流時(shí)產(chǎn)生熱量，電子受熱獲得能量逸出。電子在電場(chǎng)的加速下，轟擊陽(yáng)極靶，通過韌致輻射過程產(chǎn)生X射線。(2)近年來了發(fā)展的一種新型的場(chǎng)發(fā)射X射線源，采用冷陰極作為電子發(fā)射源，即陰極(例如碳納米管薄膜)在高壓電場(chǎng)的作用下，通過場(chǎng)致發(fā)射機(jī)制產(chǎn)生電子，電子受到加速轟擊陽(yáng)極靶產(chǎn)生X射線(如專利CN200710025641.2，場(chǎng)致發(fā)射陰極X射線管)。該種X射線源通常采用二極式和三極式結(jié)構(gòu)。二極式場(chǎng)發(fā)射X射線管采用陰極加陽(yáng)極的結(jié)構(gòu)，陰極在陽(yáng)極電壓提供的高壓電場(chǎng)的作用下發(fā)射電子，并得到加速轟擊陽(yáng)極靶從而產(chǎn)生X射線。三極式場(chǎng)發(fā)射X射線管在陰極和陽(yáng)極之間加入獨(dú)立的電極，稱為柵極，用于施加場(chǎng)發(fā)射所需要的電場(chǎng)。通過打開或關(guān)閉柵極電場(chǎng)，可瞬間激活或中斷電子束的發(fā)射，可實(shí)現(xiàn)X射線的可編程、脈沖式發(fā)射。該類射線源通常采用一定的聚焦電極用于約束電子束，從而獲得更小的焦斑。由于柵極的存在，此類X射線管的常限于采用陽(yáng)極接正高壓，陰極接地的高壓接入設(shè)計(jì)。采用熱電子發(fā)射原理的傳統(tǒng)X射線源，由于熱陰極無法驟然升溫或冷卻，電子束流不能隨時(shí)通斷，因而時(shí)間分辨率有限，無法進(jìn)行可編程、脈沖式的X射線發(fā)射。由于無法進(jìn)行X射線的精確曝光，也就無法得到輻射劑量的百分百利用率。場(chǎng)發(fā)射X射線源通過關(guān)閉柵極電場(chǎng)或使陰極電極懸空的方法，瞬間中斷電子束的發(fā)射，實(shí)現(xiàn)X射線的可編程、脈沖式發(fā)射。然而，這樣的X射線控制方式，大大限制了 X射線源的高壓接入方式，即局限于采用陽(yáng)極接正高壓，陰極接地的設(shè)計(jì)，這樣使得高壓接入更加復(fù)雜。同時(shí)，由于陽(yáng)極靶接入高壓，大大增加了陽(yáng)極靶散熱的難度。場(chǎng)發(fā)射X射線源的陰極發(fā)射區(qū)域的大小和形狀是固定不變的，不可以隨要求進(jìn)行改變，因而依賴于聚焦電極等的配置變化來改變焦斑的特性。同時(shí)，該種X射線源常需要由柵極來控制X射線的發(fā)射。因此，以上兩點(diǎn)都增加了場(chǎng)發(fā)射X射線源的復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容鑒于上述狀況，有必要提供一種將光陰極作為電子發(fā)射源的X射線源。該X射線源能夠克服傳統(tǒng)X射線源時(shí)間分辨率有限，無法進(jìn)行可編程、脈沖式X射線發(fā)射的缺點(diǎn)；同時(shí)，也克服了場(chǎng)發(fā)射X射線源陰極發(fā)射區(qū)域的大小和形狀無法隨時(shí)控制，高壓接入難度大，陽(yáng)極靶不易散熱和結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜的缺點(diǎn)。一種X射線源，包括控制電路、普通光源、光學(xué)組件、普通光入射窗、光陰極、電子束聚焦結(jié)構(gòu)、陽(yáng)極靶、X射線出射窗及真空容器；所述控制電路，用于控制所述普通光源的工作狀態(tài)；所述普通光源，用于發(fā)射特定波長(zhǎng)范圍的光線；所述光學(xué)組件，用于對(duì)所述普通光源發(fā)射的光線進(jìn)行聚焦；所述普通 光入射窗，設(shè)于所述真空容器上，所述普通光入射窗用于透過所述特定波長(zhǎng)范圍的光線；所述光陰極，用于光激發(fā)電子；所述電子束聚焦結(jié)構(gòu)，用于對(duì)所述光陰極產(chǎn)生的電子束進(jìn)行聚焦；所述陽(yáng)極靶，受到加速電子的轟擊而通過韌致輻射產(chǎn)生X射線；所述X射線出射窗，設(shè)于所述真空容器上，所述X射線出射窗用于透過X射線；及所述真空容器，用于封裝所述光陰極、電子束聚焦結(jié)構(gòu)及陽(yáng)極靶；其中，所述普通光源發(fā)射的光線，經(jīng)過所述光學(xué)組件聚焦后，透過所述普通光入射窗而照射到所述光陰極上，所述光陰極受到光激發(fā)而產(chǎn)生電子；所述電子束在所述電子束聚焦結(jié)構(gòu)的約束下，并在高壓電場(chǎng)的加速作用下轟擊所述陽(yáng)極靶，使所述陽(yáng)極靶產(chǎn)生X射線。相較于傳統(tǒng)的X射線源，上述X射線源至少具有以下優(yōu)點(diǎn):( I)上述X射線源相比傳統(tǒng)X射線源具有更高應(yīng)用范圍與價(jià)值。上述X射線源利用光電效應(yīng)機(jī)制產(chǎn)生X射線，采用光陰極尤其是大電流密度光陰極作為電子發(fā)射源，其電子束流能夠瞬時(shí)通斷，X射線發(fā)射具有極高的時(shí)間分辨率，能夠?qū)崿F(xiàn)可編程、脈沖式發(fā)射。由于其能夠?qū)崿F(xiàn)X射線曝光的精確控制，也就能夠最大程度的利用輻射劑量。(2)上述X射線源相比場(chǎng)發(fā)射X射線源，具有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，能夠降低成本。通過改變真空容器外的光學(xué)組件，就可以改變光陰極的照射區(qū)域的大小與形狀，從而間接改變陽(yáng)極靶上焦斑的大小與形狀。由于無需如場(chǎng)發(fā)射X射線源一樣引入聚焦電極和柵極，大大減少了 X射線源的復(fù)雜性與成本。場(chǎng)發(fā)射X射線源為了實(shí)現(xiàn)X射線發(fā)射的控制，常采用陽(yáng)極接正高壓、陰極接地的設(shè)計(jì)，這樣使得高壓接入更加復(fù)雜。同時(shí)，由于陽(yáng)極靶處于高電壓，也大大復(fù)雜了陽(yáng)極靶散熱的難度。相比而言，本發(fā)明沒有這樣的結(jié)構(gòu)限制，從而使得高壓接入及陽(yáng)極靶散熱更加方便。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述普通光源為激光發(fā)生器、激光二極管、光纖激光器或高亮度發(fā)光二極管。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述普通光源波長(zhǎng)的特定值或特定范圍由所述光陰極的構(gòu)成材料特性決定，使得選定某個(gè)特定波長(zhǎng)或特定波長(zhǎng)范圍的光子能夠使X射線管采用的光陰極材料的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到最大值或者適用值。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述光陰極采用堿金屬、負(fù)電子親和勢(shì)II1-V族半導(dǎo)體化合物或金屬。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述真空容器的封裝形式為玻璃封裝、金屬陶瓷封裝或采用能夠維持一定高真空度的金屬真空腔體。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述真空容器的真空度范圍為小于等于10_6毫米汞柱大于等于10 11暈米萊柱。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述普通光入射窗口由光學(xué)玻璃制成。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述光學(xué)玻璃為石英玻璃、K9玻璃、鑰玻璃或普通玻璃制成。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述X射線出射窗口由低原子序數(shù)的材料構(gòu)成。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述低原子序數(shù)的材料為金屬鈹。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述光陰極的表面與水平方向夾角范圍為從大于等于5度小于等于85度，所述陽(yáng)極靶的表面與水平方向夾角范圍為大于等于5度小于等于15度。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述光陰極與陽(yáng)極靶之間接有高電壓，所述高電壓的高壓接法為(I)陽(yáng)極接正高壓，陰極接負(fù)高壓、(2)陽(yáng)極接正高壓，陰極接地、或(3)陽(yáng)極接地，陰極接負(fù)高壓。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述電子束聚焦結(jié)構(gòu)具有圍攏式結(jié)構(gòu)，其電位與所述光陰極相等或相近，以靜電透鏡的形式聚焦發(fā)散的光電子。同時(shí)，本發(fā)明還提供一種X射線產(chǎn)生方法。一種X射線產(chǎn)生方法，其采用上述X射線源，其特征在于，所述X射線產(chǎn)生方法包括如下步驟:通過所述控制電路控制所述普通光源的開啟與關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)X射線的可編程、脈沖式發(fā)射；或/及通過改變所述真空容器外的光學(xué)組件，改變所述光陰極的照射區(qū)域的大小與形狀，從而改變所述陽(yáng)極靶上焦斑的大小與形狀；或/及通過所述控制電 路控制所述普通光源的光強(qiáng)大小，從而調(diào)整X射線的強(qiáng)度。

圖1為本發(fā)明實(shí)施方式的X射線源的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式
為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳的實(shí)施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實(shí)現(xiàn)，并不限于本文所描述的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例的目的是使對(duì)本發(fā)明的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。需要說明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”另一個(gè)元件，它可以直接在另一個(gè)元件上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個(gè)元件被認(rèn)為是“連接”另一個(gè)元件，它可以是直接連接到另一個(gè)元件或者可能同時(shí)存在居中元件。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的。除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體的實(shí)施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“及/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施方式的X射線源100包括控制電路110、普通光源120、光學(xué)組件130、真空容器140、普通光入射窗150、光陰極160、電子束聚焦結(jié)構(gòu)170、陽(yáng)極靶180和X射線出射窗190?？刂齐娐?10用于控制普通光源120的工作狀態(tài)。普通光源120用于發(fā)射特定波長(zhǎng)范圍的光線。光學(xué)組件13用于對(duì)普通光源120發(fā)射的光線進(jìn)行聚焦。普通光入射窗150設(shè)于真空容器140上，普通光入射窗150用于透過特定波長(zhǎng)范圍的光線。光陰極160用于光激發(fā)電子。電子束聚焦結(jié)構(gòu)170用于對(duì)光陰極160產(chǎn)生的電子束進(jìn)行聚焦。陽(yáng)極靶180受到加速電子的轟擊而韌致輻射過程產(chǎn)生X射線。X射線出射窗190設(shè)于真空容器140上，X射線出射窗190用于透過X射線。真空容器140用于封裝光陰極160、電子束聚焦結(jié)構(gòu)170及陽(yáng)極靶180。其中，普通光源120發(fā)射的光線，經(jīng)過光學(xué)組件130聚焦后，透過普通光入射窗150而照射到光 陰極160上，光陰極160受到光激發(fā)而產(chǎn)生電子；電子束在電子束聚焦結(jié)構(gòu)170的約束下，并在高壓電場(chǎng)的加速作用下轟擊陽(yáng)極靶180，使陽(yáng)極靶180產(chǎn)生X射線。該X射線源100的工作機(jī)制如下，可實(shí)現(xiàn)可編程、脈沖式X射線發(fā)射:由控制電路110控制的普通光源120發(fā)出特定波長(zhǎng)或者一定波長(zhǎng)范圍的光束，該光束經(jīng)由光學(xué)組件130進(jìn)行反射、聚焦等后，通過真空容器140上的普通光入射窗150，進(jìn)入真空容器140照射在光陰極160上。光陰極160采用具有大電流密度特性的光陰極160材料，光陰極160受到該光束照射后，通過光電效應(yīng)機(jī)制發(fā)射出電子，電子束流在電子束聚焦結(jié)構(gòu)170的約束下，同時(shí)在陽(yáng)極靶180產(chǎn)生的高壓電場(chǎng)的作用下，得到加速并轟擊陽(yáng)極靶180。電子轟擊陽(yáng)極靶180后減速，通過韌致輻射過程產(chǎn)生X射線，最后X射線由X射線出射窗190輸出真空容器140外。普通光束根據(jù)普通光源120的控制原理，由一定結(jié)控制電路110進(jìn)行控制。通過控制電路110的作用，可以調(diào)整普通光源120的光強(qiáng)大小，從而間接調(diào)整X射線的強(qiáng)度。通過對(duì)電路的控制，就可以控制普通光源120的瞬時(shí)的開啟或關(guān)閉，使得光陰極160得到激活或關(guān)閉，從而間接控制由陽(yáng)極靶180的產(chǎn)生的X射線的開啟或關(guān)閉。以下具體說明上述X射線源100的各個(gè)部件的結(jié)構(gòu):普通光源120可以發(fā)射特定波長(zhǎng)范圍的光線，其可以為但不限于激光發(fā)生器、激光二極管、光纖激光器、高亮度發(fā)光二極管等。普通光源120發(fā)射的波長(zhǎng)的特定值或特定范圍由光陰極160的構(gòu)成材料特性決定，即選定某個(gè)特定波長(zhǎng)或特定波長(zhǎng)范圍的光子能夠使X射線管采用的光陰極160材料的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到最大值或者適用值。光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到極大的情形包括但不限于以下情況:光陰極160采用堿金屬時(shí)，可采用He-Ne激光器或Ar離子激光器作為普通光源120 ;光陰極160采用負(fù)電子親和勢(shì)II1-V族半導(dǎo)體化合物時(shí)，可用倍頻鋁-釔鋁石榴石激光器作為普通光源120 ;光陰極160為金屬時(shí)，可用KrF準(zhǔn)分子激光器或者ArF準(zhǔn)分子激光器作為普通光源120。對(duì)于以上列舉的光陰極160的情形，也可用相應(yīng)波長(zhǎng)峰值的激光二極管或光纖激光器或高亮度發(fā)光二極管作為普通替代激光器作為普通光源120，從而達(dá)到需要的光陰極160電子發(fā)射密度。光陰極160、電子束聚焦結(jié)構(gòu)170、陽(yáng)極靶180封裝在一個(gè)高真空的真空容器140中。真空容器140可以采取玻璃封裝、金屬陶瓷封裝等真空封裝形式，也可以采用能夠維持一定高真空度的金屬真空腔體。真空容器140的真空度依光陰極160的特性而定，真空度范圍可以為小于等于10-6毫米汞柱大于等于10-11毫米汞柱。普通光入射窗150裝設(shè)在真空容器140上，其由可透過特定波長(zhǎng)普通光的材料構(gòu)成，可以是但不限于石英玻璃。X射線出射窗190 口裝設(shè)于真空容器140上，其由高X射線穿透率的材料構(gòu)成，可以是但不限于金屬鈹。光陰極160及陽(yáng)極靶180均可傾斜設(shè)置，例如，光陰極160表面與水平方向夾角范圍為大于等于5度小于等于85度，陽(yáng)極靶180表面與水平方向夾角范圍為大于等于5度小于等于15度。光陰極160可以由大發(fā)射密度的光陰極材料構(gòu)成，并選用導(dǎo)電導(dǎo)熱性能良好的材料作為襯底。光陰極160材料可選用但不限于由堿金屬組成的化合物半導(dǎo)體材料，如有銻銫化合物(Cs3-Sb)，雙堿材料(K2-Cs-Sb)和多堿材料(Na-K-Cs-Sb);負(fù)電子親和勢(shì)II1-V族半導(dǎo)體化合物，如GaAs (Cs，02)、GaAs (Cs，F(xiàn));金屬材料，如Al，Cu，Zn，Na, Cu-Be,不銹鋼304 等。電子束聚 焦結(jié)構(gòu)170由導(dǎo)電體材料構(gòu)成，導(dǎo)電體材料包括但不限于不銹鋼、無氧銅等材料。電子束聚焦結(jié)構(gòu)170具有圍攏式結(jié)構(gòu)，其電位與光陰極相等或相近，以靜電透鏡的形式聚焦發(fā)散的光電子，從而約束電子束，以在陽(yáng)極靶180上獲得適度尺寸的焦斑。陽(yáng)極靶180由原子序數(shù)高的金屬構(gòu)成，包括但不限于鎢、鑰、銅等金屬，并通過焊接、鑲嵌等工藝與散熱材料(包括不限于無氧銅、合金材料)緊密接觸以提高陽(yáng)極靶180的散熱率。光陰極160與陽(yáng)極靶180之間接有高電壓，電壓范圍根據(jù)應(yīng)用需求不同從20千電子伏特至500千電子伏特。高電壓可以采用以下三種高壓接法的一種:1.陽(yáng)極接正高壓，陰極接負(fù)高壓；I1.陽(yáng)極接正高壓，陰極接地；II1.陽(yáng)極接地，陰極接負(fù)高壓。普通光源120發(fā)出的光線，經(jīng)過光學(xué)組件130進(jìn)行光束的反射、匯聚等過程，在光陰極160上形成一定大小、形狀的光斑。光陰極160被照射的區(qū)域，在普通光的激發(fā)下，發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，即光子有一定的概率轉(zhuǎn)換成光電子。光陰極160的照射區(qū)域產(chǎn)生的光電子，其電流強(qiáng)度范圍可從幾微安培至幾百毫安培。光電子在電子束聚焦結(jié)構(gòu)170的作用下聚焦，并在陽(yáng)極電場(chǎng)產(chǎn)生的電場(chǎng)的作用下得出加速，轟擊陽(yáng)極靶180形成一定大小形狀的焦斑，并通軔致輻射機(jī)制發(fā)射X射線。從焦斑區(qū)域發(fā)出的X射線束從真空容器140的X射線出射窗190射出。
通過調(diào)整光學(xué)組件130配置，就可以方便的改變光陰極160的照射區(qū)域的大小與形狀，從而間接的改變陽(yáng)極靶180上焦斑的區(qū)域大小與形狀。這樣就可以在不改變光源及真空容器140中的配置的情況下，調(diào)整X射線源100焦斑的參數(shù)。普通光源120可以較為容易地通過控制電路110進(jìn)行控制。通過控制電路110的作用，可以調(diào)整普通光源120的光強(qiáng)大小，從而調(diào)整X射線的強(qiáng)度。通過控制電路110可容易地控制普通光源120的瞬時(shí)的開啟或關(guān)閉。普通光束的瞬時(shí)照射或消失，將瞬時(shí)激發(fā)或關(guān)閉光陰極160的電子束，從而間接控制由陽(yáng)極靶180的產(chǎn)生的X射線的開啟或關(guān)閉。從而實(shí)現(xiàn)X射線源100的可編程的、脈沖式的發(fā)射。需要說明的是，在本實(shí)施方式中，光陰極160可以是反射式光陰極，也可以為透射式光陰極。陽(yáng)極靶180可以是反射式陽(yáng)極靶設(shè)計(jì)，也可以用透射式陽(yáng)極靶設(shè)計(jì)加以替代。陽(yáng)極靶180可以是固定陽(yáng)極設(shè)計(jì)，也可以用旋轉(zhuǎn)式陽(yáng)極靶替代。電子束聚焦結(jié)構(gòu)170可以是添加或替換為靜電透鏡(包括但不限于單個(gè)或多個(gè)聚焦電極)，也可以是添加或替換為磁透鏡(包括但不限于永磁體或者磁螺線管)，也可以是添加或替換為由靜電透鏡和磁透鏡組成的電磁透鏡。相較于傳統(tǒng)的X射線源，上述X射線源100至少具有以下優(yōu)點(diǎn):(I)上述X射線源100相比傳統(tǒng)X射線源具有更高應(yīng)用范圍與價(jià)值。上述X射線源100利用光電效應(yīng)機(jī)制產(chǎn)生X射線，采用光陰極160尤其是大電流密度光陰極160作為電子發(fā)射源，其電子束流能夠瞬時(shí)通斷，X射線發(fā)射具有極高的時(shí)間分辨率，能夠?qū)崿F(xiàn)可編程、脈沖式發(fā)射。由于其能夠?qū)崿F(xiàn)X射線曝光的精確控制，也就能夠最大程度的利用輻射劑量。(2)上述X射線源100相比場(chǎng)發(fā)射X射線源，具有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，能夠降低成本。上述X射線源100通過改變真空容器140外的光學(xué)組件130，就可以改變光陰極160的照射區(qū)域的大小與形狀，從而間接改變陽(yáng)極靶180上焦斑的大小與形狀。由于無需如場(chǎng)發(fā)射X射 源一樣引入聚焦電極和柵極，大大減少了 X射線源100的復(fù)雜性與成本。場(chǎng)發(fā)射X射線源為了實(shí)現(xiàn)X射線發(fā)射的控制，常采用陽(yáng)極接正高壓、陰極接地的設(shè)計(jì)，這樣使得高壓接入更加復(fù)雜。同時(shí)，由于陽(yáng)極靶180處于高電壓，也大大復(fù)雜了陽(yáng)極靶180散熱的難度。相比而言，本發(fā)明沒有這樣的結(jié)構(gòu)限制，從而使得高壓接入及陽(yáng)極靶180散熱更加方便。同時(shí)，本發(fā)明還提供一種X射線產(chǎn)生方法。一種X射線產(chǎn)生方法，其采用上述X射線源，X射線產(chǎn)生方法包括如下步驟:通過控制電路110控制普通光源120的開啟與關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)X射線的可編程、脈沖式發(fā)射；或/及通過改變真空容器140外的光學(xué)組件130，改變光陰極160的照射區(qū)域的大小與形狀，從而改變陽(yáng)極靶180上焦斑的大小與形狀；或/及通過控制電路110控制普通光源120的光強(qiáng)大小，從而調(diào)整X射線的強(qiáng)度。以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種X射線源，其特征在于，包括控制電路、普通光源、光學(xué)組件、普通光入射窗、光陰極、電子束聚焦結(jié)構(gòu)、陽(yáng)極靶、X射線出射窗及真空容器； 所述控制電路，用于控制所述普通光源的工作狀態(tài)； 所述普通光源，用于發(fā)射特定波長(zhǎng)范圍的光線； 所述光學(xué)組件，用于對(duì)所述普通光源發(fā)射的光線進(jìn)行聚焦； 所述普通光入射窗，設(shè)于所述真空容器上，所述普通光入射窗用于透過所述特定波長(zhǎng)范圍的光線； 所述光陰極，用于光激發(fā)電子； 所述電子束聚焦結(jié)構(gòu)，用于對(duì)所述光陰極產(chǎn)生的電子束進(jìn)行聚焦； 所述陽(yáng)極靶，受到加速電子的轟擊而通過韌致輻射產(chǎn)生X射線； 所述X射線出射窗，設(shè)于所述真空容器上，所述X射線出射窗用于透過X射線；及 所述真空容器，用于封裝所述光陰極、電子束聚焦結(jié)構(gòu)及陽(yáng)極靶； 其中，所述普通光源發(fā)射的光線，經(jīng)過所述光學(xué)組件聚焦后，透過所述普通光入射窗而照射到所述光陰極上，所述光陰極受到光激發(fā)而產(chǎn)生電子；所述電子束在所述電子束聚焦結(jié)構(gòu)的約束下，并在高壓電場(chǎng)的加速作用下轟擊所述陽(yáng)極靶，使所述陽(yáng)極靶產(chǎn)生X射線。
2.如權(quán)利要求1所述的X射線源，其特征在于，所述普通光源為激光發(fā)生器、激光二極管、光纖激光器或高亮度發(fā)光二極管。
3.如權(quán)利要求1所述的X射線源，其特征在于，所述普通光源波長(zhǎng)的特定值或特定范圍由所述光陰極的構(gòu)成材料特性決定，使得選定某個(gè)特定波長(zhǎng)或特定波長(zhǎng)范圍的光子能夠使X射線管采用的光陰極材料的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到最大值或者適用值。
4.如權(quán)利要求3所述的X射線源，其特征在于，所述光陰極采用堿金屬、負(fù)電子親和勢(shì)II1-V族半導(dǎo)體化合物或金屬。
5.如權(quán)利要求1所述的X射線源，其特征在于，所述真空容器的封裝形式為玻璃封裝、金屬陶瓷封裝或采用能夠維持一定高真空度的金屬真空腔體。
6.如權(quán)利要求1所述的X射線源，其特征在于，所述真空容器的真空度范圍為小于等于10_6毫米汞柱大于等于10—11毫米汞柱。
7.如權(quán)利要求1所述的X射線源，其特征在于，所述普通光入射窗口由光學(xué)玻璃制成。
8.如權(quán)利要求7所述的X射線源，其特征在于，所述光學(xué)玻璃為石英玻璃、K9玻璃、鑰玻璃或普通玻璃。
9.如權(quán)利要求1所述的X射線源，其特征在于，所述X射線出射窗口由低原子序數(shù)的材料構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求9所述的X射線源，其特征在于，所述低原子序數(shù)的材料為金屬鈹。
11.如權(quán)利要求1所述的X射線源，其特征在于，所述光陰極的表面與水平方向夾角范圍為從大于等于5度小于等于85度，所述陽(yáng)極靶的表面與水平方向夾角范圍為大于等于5度小于等于15度。
12.如權(quán)利要求1所述的X射線源，其特征在于，所述光陰極與陽(yáng)極靶之間接有高電壓，所述高電壓的高壓接法為(I)陽(yáng)極接正高壓，陰極接負(fù)高壓、(2)陽(yáng)極接正高壓，陰極接地、或(3)陽(yáng)極接地，陰極接負(fù)高壓。
13.如權(quán)利要求1所述的X射線源，其特征在于，所述電子束聚焦結(jié)構(gòu)具有圍攏式結(jié)構(gòu)，其電位與所述光陰極相等或相近，以靜電透鏡的形式聚焦發(fā)散的光電子。
14.一種X射線產(chǎn)生方法，其采用如權(quán)利要求f 13任一項(xiàng)所述的X射線源，其特征在于，所述X射線產(chǎn)生方法包括如下步驟: 通過所述控制電路控制所述普通光源的開啟與關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)X射線的可編程、脈沖式發(fā)射；或/及 通過改變所述真空容器外的光學(xué)組件，改變所述光陰極的照射區(qū)域的大小與形狀，從而改變所述陽(yáng)極靶上焦斑的大小與形狀；或/及 通過所述控制 電路控制所述普通光源的光強(qiáng)大小，從而調(diào)整X射線的強(qiáng)度。
全文摘要
一種X射線源，包括:控制電路，用于控制普通光源的工作狀態(tài)；普通光源，用于發(fā)射特定波長(zhǎng)范圍的光線；光學(xué)組件，用于對(duì)普通光源發(fā)射的光線進(jìn)行聚焦；光陰極，用于光激發(fā)電子；電子束聚焦結(jié)構(gòu)，用于對(duì)光陰極產(chǎn)生的電子束進(jìn)行聚焦；陽(yáng)極靶，受到加速電子的轟擊而通過韌致輻射產(chǎn)生X射線；X射線出射窗及普通光入射窗，設(shè)于真空容器上；真空容器，用于封裝光陰極、電子束聚焦結(jié)構(gòu)及陽(yáng)極靶。上述X射線源具有高時(shí)間分辨率、可編程、脈沖式發(fā)射、發(fā)射區(qū)域的大小和形狀可改變、高壓容易接入難度小、陽(yáng)極靶容易散熱和結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明還提供一種X射線產(chǎn)生方法。
文檔編號(hào)H01J35/06GK103219211SQ20121056311
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2012年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月22日
發(fā)明者陳垚, 鄭海榮, 陳婷, 桂建保, 蔣昌輝 申請(qǐng)人:深圳先進(jìn)技術(shù)研究院