一種產(chǎn)生分布式x射線的設(shè)備和方法
【專利摘要】一種產(chǎn)生分布式X射線的設(shè)備和方法。在真空中利用熱陰極產(chǎn)生具有一定初始運(yùn)動(dòng)能量、運(yùn)動(dòng)速度的電子束，對初始的低能電子束進(jìn)行周期性的掃描，讓其往復(fù)偏轉(zhuǎn)；在電子束前進(jìn)路徑上，按往復(fù)偏轉(zhuǎn)方向設(shè)置限流裝置，通過限流裝置上的陣列式開孔，只讓到達(dá)某些特定位置的部分電子束通過，形成順序的、陣列分布的電子束流，利用高壓電場對這些電子束流再次加速，讓其獲得高能量并轟擊長條形陽極靶，在陽極靶上順序產(chǎn)生相應(yīng)的陣列式分布的焦點(diǎn)和X射線。
【專利說明】一種產(chǎn)生分布式X射線的設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及分布式產(chǎn)生X射線，具體涉及一種產(chǎn)生分布式X射線的設(shè)備和方法。【背景技術(shù)】
[0002]X射線源是指產(chǎn)生X射線的設(shè)備，通常由X射線管、電源與控制系統(tǒng)、冷卻及屏蔽等輔助裝置構(gòu)成，核心是X射線管。X射線管通常由陰極、陽極、玻璃或陶瓷外殼構(gòu)成。陰極為直熱式螺旋鎢絲，工作時(shí)通過電流，加熱到約為2000K的工作溫度，產(chǎn)生熱發(fā)射的電子束流，陰極被一個(gè)前端開槽的金屬罩包圍，金屬罩使電子聚焦。陽極為銅塊端面鑲嵌的鎢靶，工作時(shí)陽極和陰極之間加有數(shù)十萬伏高壓，陰極產(chǎn)生的電子在電場作用下加速運(yùn)動(dòng)飛向陽極，并撞擊靶面，產(chǎn)生X射線。
[0003]X射線在工業(yè)無損檢測、安全檢查、醫(yī)學(xué)診斷和治療等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。特別是利用X射線的高穿透能力，制成的X射線透視成像設(shè)備在人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷姘l(fā)揮著重要作用。這類設(shè)備早期的是膠片式的平面透視成像設(shè)備，目前的先進(jìn)技術(shù)是數(shù)字化的、多視角的、高分辨率的立體成像設(shè)備，如CT(Computed Tomography),可以獲得高清晰度的三維立體圖形或切片圖像，是非常先進(jìn)的高端應(yīng)用。
[0004]在CT設(shè)備中(包括工業(yè)探傷CT，行李物品安檢CT，醫(yī)療診斷CT等)，通常是將X射線源放置在受檢對象的一側(cè)，另一側(cè)放置接收射線的探測器。X射線穿過受檢物品時(shí)，其強(qiáng)度會(huì)隨物品對象的厚度、密度等信息發(fā)生改變，探測器接收到的X射線強(qiáng)弱就包含了受檢物品的一個(gè)視角方向的結(jié)構(gòu)信息。如果再將X射線源和探測器圍繞受檢物品轉(zhuǎn)換位置，就可以獲得不同視角方向的結(jié)構(gòu)信息。利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和軟件算法對這些信息進(jìn)行結(jié)構(gòu)重建，就可以獲得受檢物品的立體圖像。目前的CT設(shè)備是將X射線源和探測器固定在圍繞受檢對象的圓形滑環(huán)上，工作中每運(yùn)動(dòng)一圈，就得到受檢對象一個(gè)厚度切面的圖像，稱為切片，受檢物品再沿厚度方向運(yùn)動(dòng)，得到一系列切片，這些切片和起來就是受檢物品的三維精細(xì)立體結(jié)構(gòu)。因此，現(xiàn)有的CT設(shè)備中，為了獲得不同的視角圖像信息，就要變換X射線源的位置，因此X射線源和探測器需要在滑環(huán)上運(yùn)動(dòng)，為了提高檢查速度，通常運(yùn)動(dòng)速度非常高。X射線源和探測器在滑環(huán)上的高速運(yùn)動(dòng)，降低了設(shè)備整體的可靠性和穩(wěn)定性，同時(shí)受運(yùn)動(dòng)速度的限制，CT的檢查速度也受到了限制。雖然近年來最新一代的CT采用圓周排列的探測器，可以使探測器不做運(yùn)動(dòng)，但是X射線源仍需滑環(huán)運(yùn)動(dòng)?？梢栽黾佣嗯盘綔y器，使X射線源運(yùn)動(dòng)一周，獲得多個(gè)切片圖像，可以提高CT檢查速度，但是沒有從根本上解決滑環(huán)運(yùn)動(dòng)帶來的問題。因此CT設(shè)備中需要一種能不移動(dòng)位置就能產(chǎn)生多個(gè)視角的X射線源。
[0005]為了提高檢查速度，通常X射線源陰極產(chǎn)生的電子束大功率長時(shí)間連續(xù)轟擊陽極鎢祀，而靶點(diǎn)面積很小，靶點(diǎn)的散熱也成為了很大的問題。
[0006]為了解決現(xiàn)有CT設(shè)備中滑環(huán)帶來的可靠性、穩(wěn)定性問題，檢查速度問題及陽極靶點(diǎn)耐熱問題，有些專利和文獻(xiàn)提供了一些方法。如旋轉(zhuǎn)靶X射線源，可以一定程度解決陽極靶過熱的問題。但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且產(chǎn)生X射線的靶點(diǎn)相對X射線源整機(jī)，仍然是一個(gè)確定的靶點(diǎn)位置。如有的技術(shù)為實(shí)現(xiàn)固定不動(dòng)X射線源的多個(gè)視角，在一個(gè)圓周上緊密排列多個(gè)獨(dú)立的傳統(tǒng)X射線源來取代X射線源的運(yùn)動(dòng)，雖然實(shí)現(xiàn)了多視角，但是成本高，且不同視角的靶點(diǎn)間距大，成像質(zhì)量(立體分辨率)很差。如專利文獻(xiàn)I (US4926452)提供了一種產(chǎn)生分布式X射線的光源方法，陽極靶具有很大的面積，緩解了靶過熱的問題，且靶點(diǎn)位置沿圓周變化，可以產(chǎn)生多個(gè)視角。雖然該專利技術(shù)是對獲得加速的高能量電子束進(jìn)行掃描偏轉(zhuǎn)，存在控制難道大，靶點(diǎn)位置不分立，重復(fù)性差的問題，但仍然是一種能產(chǎn)生分布式光源的有效方法。
[0007]如專利文獻(xiàn)2(W02011/119629)提供了一種產(chǎn)生分布式X射線源的光源方法，陽極靶具有很大的面積，緩解了靶過熱的問題，且靶點(diǎn)位置分散固定陣列式排列，可以產(chǎn)生多個(gè)視角。采用碳納米管作為冷陰極，進(jìn)行陣列排布，利用陰極柵極間的電壓控制場發(fā)射，從而控制每一個(gè)陰極按順序發(fā)射電子，在陽極靶上相應(yīng)順序位置轟擊靶點(diǎn)，成為分布式X射線源。但是存在生產(chǎn)工藝復(fù)雜、碳納米管的發(fā)射能力與壽命不高的不足之處。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的一個(gè)或多個(gè)問題，提出了一種產(chǎn)生分布式X射線的設(shè)備和方法。
[0009]在本發(fā)明的一個(gè)方面,提出了一種產(chǎn)生分布式X射線的設(shè)備，包括:電子槍，產(chǎn)生電子束流；掃描裝置，環(huán)繞電子束流設(shè)置，產(chǎn)生掃描磁場，以對所述電子束流進(jìn)行偏轉(zhuǎn)；限流裝置，具有規(guī)則設(shè)置的多個(gè)孔，當(dāng)所述電子束流在所述掃描裝置的控制下掃描所述限流裝置時(shí)，在所述限流裝置的下方依次、陣列式地輸出符合掃描順序的、與開孔位置對應(yīng)的脈沖式的電子束；陽極靶，設(shè)置在所述限流裝置的下游，通過在陽極靶上施加電壓，使所述限流裝置與所述陽極靶之間形成均勻電場，對所述陣列式的脈沖電子束進(jìn)行加速；加速后的電子束轟擊所述陽極靶，產(chǎn)生X射線。
[0010]在本發(fā)明的另一方面，提出了一種產(chǎn)生分布式X射線的方法，包括步驟:控制電子槍產(chǎn)生電子束流；控制掃描裝置產(chǎn)生掃描磁場，以對所述電子束流進(jìn)行偏轉(zhuǎn)；在所述掃描裝置的控制下用所述電子束流掃描限流裝置上規(guī)則設(shè)置的多個(gè)孔，順序輸出陣列式分布的脈沖式電子束；產(chǎn)生電場以對所述陣列式分布的脈沖式電子束進(jìn)行加速；加速后的電子束轟擊陽極祀，產(chǎn)生X射線。
[0011]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的上述方案，采用電磁掃描的方式變換束流和焦點(diǎn)位置，速度快，效率高，并且采用在高能量加速前進(jìn)行限流的設(shè)計(jì)，既獲得了陣列式分布的束流，又節(jié)省了電能，還有效防止限流裝置發(fā)熱。
[0012]此外，根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的方案，采用熱陰極源，相對于其它設(shè)計(jì)具有發(fā)射電流大、壽命長的優(yōu)點(diǎn)。
[0013]此外，采用直接對低初始運(yùn)動(dòng)能量的電子束流進(jìn)行掃描的方式，具有易于控制的優(yōu)點(diǎn)，而且能夠?qū)崿F(xiàn)更高的掃描速度。
[0014]此外，采用長條型大陽極的設(shè)計(jì)，有效緩解了陽極過熱的問題，有利于提高光源的功率。
[0015]此外，相對其它分布式X射線光源設(shè)備，上述實(shí)施例的方案電流大，靶點(diǎn)小，靶點(diǎn)位置分布均勻且重復(fù)性好，輸出功率高，工藝簡單，成本低。
[0016] 此外，將本發(fā)明實(shí)施例的產(chǎn)生分布式X射線的設(shè)備應(yīng)用于CT設(shè)備，無需移動(dòng)光源就能產(chǎn)生多個(gè)視角，因此可以省略滑環(huán)運(yùn)動(dòng)，有利于簡化結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性，提高檢查效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]下面的附圖表明了本發(fā)明的實(shí)施方式。這些附圖和實(shí)施方式以非限制性、非窮舉性的方式提供了本發(fā)明的一些實(shí)施例，其中:
[0018]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種產(chǎn)生分布式X射線的設(shè)備的示意圖；
[0019]圖2是描述在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的設(shè)備中電子束流受到磁場的作用運(yùn)動(dòng)方向產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的不意圖；
[0020]圖3是描述在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的設(shè)備中用來掃描限流裝置的鋸齒形掃描電流波形的示意圖；
[0021]圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的限流裝置的平面結(jié)構(gòu)示意；
[0022]圖5是如圖4所示的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的限流裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意；
[0023]圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例當(dāng)電子束流經(jīng)過限流裝置時(shí)的空間分布與強(qiáng)度變化； [0024]圖7是描述一個(gè)周期內(nèi)掃描電流、電子束流、X射線焦點(diǎn)相對限流裝置和陽極的位置關(guān)系的示意圖；以及
[0025]圖8是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的產(chǎn)生分布式X光源裝置的剖面及局部示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0026]下面將詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)注意，這里描述的實(shí)施例只用于舉例說明，并不用于限制本發(fā)明。在以下描述中，為了提供對本發(fā)明的透徹理解，闡述了大量特定細(xì)節(jié)。然而，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是:不必采用這些特定細(xì)節(jié)來實(shí)行本發(fā)明。在其他實(shí)例中，為了避免混淆本發(fā)明，未具體描述公知的結(jié)構(gòu)、電路、材料或方法。
[0027]在整個(gè)說明書中，對“ 一個(gè)實(shí)施例”、“實(shí)施例”、“ 一個(gè)示例”或“示例”的提及意味著:結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包含在本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，在整個(gè)說明書的各個(gè)地方出現(xiàn)的短語“在一個(gè)實(shí)施例中”、“在實(shí)施例中”、“一個(gè)示例”或“示例”不一定都指同一實(shí)施例或示例。此外，可以以任何適當(dāng)?shù)慕M合和/或子組合將特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性組合在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這里使用的術(shù)語“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)列出的項(xiàng)目的任何和所有組合。
[0028]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種產(chǎn)生分布式X射線的設(shè)備和方法。例如，在真空中利用電子槍的熱陰極產(chǎn)生具有一定初始運(yùn)動(dòng)能量、運(yùn)動(dòng)速度的電子束。然后，對初始的低能電子束進(jìn)行周期性的掃描，讓其往復(fù)偏轉(zhuǎn)。在電子束前進(jìn)路徑上，按往復(fù)偏轉(zhuǎn)方向設(shè)置限流裝置，通過限流裝置上的陣列式開孔，只讓到達(dá)某些特定位置的部分電子束通過，形成順序的、陣列分布的電子束流。接下來，利用高壓電場對這些電子束流再次加速，讓其獲得高能量并轟擊陽極靶，從而在陽極靶上順序產(chǎn)生相應(yīng)的陣列式分布的焦點(diǎn)和X射線。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，采用電磁掃描的方式變換束流和焦點(diǎn)位置，速度快，效率高，并且采用在高能量加速前進(jìn)行限流的設(shè)計(jì)，既獲得了陣列式分布的束流，又節(jié)省了電能，還有效防止限流裝置發(fā)熱。
[0029]例如,根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的產(chǎn)生分布式X射線的設(shè)備包括電子槍、掃描裝置、真空盒、限流裝置、陽極靶、電源及控制系統(tǒng)等。電子槍與真空盒頂部連接在一起。電子槍產(chǎn)生具有初始運(yùn)動(dòng)能量、運(yùn)動(dòng)速度的電子束流進(jìn)入真空盒。安裝在真空盒頂部外側(cè)的掃描裝置產(chǎn)生周期性的磁場，使電子束流產(chǎn)生周期性的偏轉(zhuǎn)。電子束流前向運(yùn)動(dòng)一定距離后，到達(dá)設(shè)置在真空盒中部的限流裝置。限流裝置上的陣列式開孔只讓處于恰當(dāng)位置的部分電子束通過，在限流裝置下方形成順序的、陣列分布的電子束流。設(shè)置在真空盒底部的陽極靶具有很高的電壓，在限流裝置與陽極靶間形成加速電場。通過限流裝置的順序的、陣列分布電子束流受到該電場加速，獲得高能量，并轟擊陽極祀，在陽極靶上順序產(chǎn)生相應(yīng)的陣列式分布的X射線焦點(diǎn)和X射線。電源及控制系統(tǒng)對電子槍、掃描裝置、陽極靶等提供相應(yīng)的工作電流和高壓，控制系統(tǒng)對整個(gè)設(shè)備的正常工作提供人機(jī)操作界面和邏輯管理、流程控制。
[0030]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種產(chǎn)生分布式X射線的設(shè)備的示意圖。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的產(chǎn)生分布式X射線的設(shè)備包括電子槍1、掃描裝置2、真空盒3、限流裝置4、陽極靶5、以及電源與控制系統(tǒng)6。電子槍I與真空盒3的上端連接。掃描裝置2安裝在真空盒3的上端外側(cè)，真空盒3內(nèi)的中部安裝有限流裝置4。例如限流裝置具有規(guī)則的多個(gè)開孔。陽極靶5例如為長條狀，安裝在真空盒3內(nèi)的下端，陽極靶5與限流裝置4平行，且具有基本相同的長度。在其他實(shí)施例中，長條狀陽極靶5的長度可以與板狀的限流裝置4的長度不同，例如大于和/或?qū)捰谙蘖餮b置，形狀上，長條狀陽極靶5也可以是與限流裝置4相對的面為長條狀平面，而背面可以是設(shè)計(jì)有其它形狀設(shè)計(jì)的非平面結(jié)構(gòu)，如散熱片式結(jié)構(gòu)或加強(qiáng)筋式結(jié)構(gòu)，從而提供更好的強(qiáng)度、更大的熱容量、更為優(yōu)良的散熱性能等。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，電子槍I用來產(chǎn)生具有初始運(yùn)動(dòng)速度和能量的電子束流10。電子槍的結(jié)構(gòu)例如包括:陰極，用于發(fā)射電子；聚焦極，用于限制電子束流，形成小尺寸束流斑點(diǎn)和較好的前向運(yùn)動(dòng)一致性；陽極，用于電子的加速和引出。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，電子槍I具體為熱陰極電子槍，它具有較大的電子束流發(fā)射能力，且使用壽命長。熱陰極電子槍的陰極通常由燈絲加熱到1000~2000°C，陰極發(fā)射電流密度可達(dá)到幾A/cm2，通常陽極接地，陰極處于負(fù)高壓，陰極高壓通常為負(fù)幾kV到負(fù)十幾kV。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，掃描裝置2可以包括無鐵芯的掃描線包或者帶鐵芯的掃描磁鐵，主要作用是在掃描電流的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生掃描磁場，從而使經(jīng)過其中心的電子束流10的前進(jìn)方向產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。圖2表示了電子束流10受到磁場的作用前進(jìn)方向產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的效果示意圖。磁場B的強(qiáng)度越大，則電子束流10前進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)角Θ越大，電子束流10運(yùn)動(dòng)到限流裝置4時(shí)，在限流裝置4上相對于中心的偏移量L也就越大，L與B存在著對應(yīng)關(guān)系:L=L(B)，也就是說通過控制B的大小就可以控制電子束流在限流裝置4上的偏移量L。而磁場B的大小由掃描電流Is的大小決定，即B = B(Is),通常為正比關(guān)系，從而通過控制掃描電流Is的大小就可以控制電子束流10在限流裝置4上的偏移量L。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，電子束的掃描通常采用鋸齒形掃描電流，理想的掃描電流是從負(fù)到正線性平穩(wěn)變化，到正最大時(shí)立刻變?yōu)樨?fù)最大，然后再重復(fù)周期性變化，產(chǎn)生的磁場波形也與電流波形相似。圖3表示了一種鋸齒形掃描電流的波形。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，真空盒3是四周密封的空腔殼體，內(nèi)部為高真空,殼體主要是絕緣材料，如玻璃或陶瓷等。真空盒3的上端開有供電子束流輸入的接口，中部安裝有限流裝置4，下端安裝有陽極靶5。上端與中部之間的空腔足夠電子束被掃描后的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不會(huì)對偏轉(zhuǎn)所形成的三角形區(qū)域內(nèi)的電子束流產(chǎn)生任何阻擋。中部與下端之間的空腔足夠電子束流平行運(yùn)動(dòng)，不會(huì)對限流裝置4與陽極靶5之間的矩形區(qū)域內(nèi)的電子束流10產(chǎn)生任何阻擋。真空盒3內(nèi)的高真空通過在高溫排氣爐內(nèi)烘烤排氣獲得，真空度通常優(yōu)于10_5Pa。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，真空盒3的殼體也可以是金屬材料，如不銹鋼等。真空盒3的殼體為金屬材料時(shí)，與內(nèi)部的限流裝置4及陽極靶5保持一定的距離，從而使真空盒3、限流裝置4、陽極靶5三者之間保持電氣絕緣，同時(shí)不會(huì)影響限流裝置4與陽極靶5之間的電場分布。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，限流裝置4是中間具有陣列開孔的長條形金屬平板。圖4表示了一種限流裝置4的平面結(jié)構(gòu)示意圖。限流裝置4上有一系列陣列排布的開孔4-a，4-b，4-c，。。。。，開孔的數(shù)目不少于兩個(gè)。開孔是為了讓部分電子束流通過，推薦每個(gè)開孔的形狀為長方形，形狀大小一致，排列為一條直線。每個(gè)開孔寬度D尺寸范圍為0.3mm-3mm,推薦為0.5mm-lmm,以便通過的電子束流具有較小的束斑，同時(shí)也具有一定的束流強(qiáng)度。每個(gè)開孔長度H尺寸范圍為2_-10_，推薦為4_，可以在不影響X射線靶點(diǎn)的情況下增加通過開孔的電子束流的強(qiáng)度。每個(gè)開孔之間的距離W要求不小于2R，R為電子束流10投影到限流裝置4上的束斑半徑，從而使得工作過程中，電子束流10投影到限流裝置4上的束斑隨磁場B的大小左右移動(dòng)，但是電子束斑只能覆蓋其中一個(gè)開孔，某個(gè)確定時(shí)刻電子束流都只能通過限流裝置上的一個(gè)開孔，也即通過限流裝置4開孔進(jìn)入到限流裝置4與陽極靶5間高壓電場進(jìn)行加速運(yùn)動(dòng)的電子束流都集中在一個(gè)開孔位置，最終轟擊陽極靶5形成一個(gè)X射線靶點(diǎn)。隨著時(shí)間的變化，電子束斑在限流裝置4上進(jìn)行移動(dòng)，電子束斑覆蓋的開孔位置也會(huì)移動(dòng)到下一個(gè)，電子束流就會(huì)通過下一個(gè)開孔，并相應(yīng)地在陽極靶5上形成下一個(gè)X射線靶點(diǎn)。 [0037]圖5表示了一種限流裝置的側(cè)切面結(jié)構(gòu)示意圖。限流裝置4的平板具有一定的厚度，每個(gè)開孔在電子束流偏轉(zhuǎn)方向上的切面的延長線相交于磁場B的中心，便于每個(gè)開孔都讓相同數(shù)量的電子束流通過。
[0038]圖6表示了電子束流經(jīng)過限流裝置4時(shí)的變化。電子槍I連續(xù)產(chǎn)生圓斑狀的電子束流進(jìn)入真空盒，受到掃描裝置4的作用，電子束流的行進(jìn)方向發(fā)生周期性的偏轉(zhuǎn)，在一個(gè)周期內(nèi)，電子束流在限流裝置4上束斑疊加，形成圖6上部分所示的電子束流強(qiáng)度在限流裝置4上方從左至右的均勻分布，由于限流裝置4上有陣列式分布的開孔，所以在限流裝置4下方形成圖6下部分所示的周期柱狀分布，每一個(gè)電子束從左至右依次產(chǎn)生，具有與限流板開孔相同的陣列式分布。每一個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)，一個(gè)周期內(nèi)，從左到右每個(gè)位置依次產(chǎn)生一個(gè)。
[0039]優(yōu)選的，限流裝置4與電子槍I的陽極具有相同的電壓，以便電子槍I產(chǎn)生的電子束流I O向限流裝置4運(yùn)動(dòng)時(shí)，除了受掃描磁場的影響發(fā)生偏轉(zhuǎn)外，不會(huì)受其它因素的影響而改變路徑。根據(jù)其他的實(shí)施例，限流裝置4與電子槍I的陽極之間也可以具有不同的電壓，這可以根據(jù)不同的應(yīng)用場合和需求而定。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，陽極靶5為長條形金屬，安裝在真空盒3的下端，在長度方向上與限流裝置4平行，在寬度方向上與限流裝置4形成一個(gè)小夾角。陽極靶5在長度方向上與限流裝置4完全平行(如圖1所示)。陽極靶5上加有正的高壓電壓，從而在陽極靶5和限流裝置4之間形成平行的高壓電場，穿過限流裝置4的電子束流受到高壓電場的加速，沿著電場方向運(yùn)動(dòng)，最終轟擊陽極祀5,產(chǎn)生X射線11。[0041]圖7是描述一個(gè)周期內(nèi)掃描電流、電子束流、X射線焦點(diǎn)相對限流裝置和陽極的位置關(guān)系的示意圖。如圖7所示，因?yàn)槟艽┻^限流裝置4的電子束流是陣列式依次分布的，所以電子束流10轟擊陽極靶5，產(chǎn)生的X射線及X射線焦點(diǎn)也是在陽極靶上陣列式分布的，。在一個(gè)周期內(nèi)，掃描電流Is(B)從負(fù)向最大向正向最大成線性緩慢變化，產(chǎn)生與掃描電流Is(B)相似的變化磁場B，不同的掃描電流Is (B)使電子束流投射到限流板的不同位置。大部分時(shí)刻，電子束流10被限流裝置4阻擋，但是某些時(shí)刻電子束流能恰好通過限流裝置4上的開孔。如在tn時(shí)刻，掃描電流大小為In，使得電子束流10投射在限流裝置的4-n開孔位置，透過去的電子束流成為I’，透過去的電子束流受到限流裝置4與陽極靶5間平行高壓電場加速，獲得高能量，并最終轟擊在陽極靶5上與限流孔4-n對應(yīng)的位置5-n，產(chǎn)生X射線，位置5-n成為X射線的焦點(diǎn)。因?yàn)橄蘖餮b置上的開孔是陣列式分布的，因此陽極靶5上產(chǎn)生的X射線也具有陣列式分布的焦點(diǎn)。
[0042]圖8表示了一種分布式X射線光源設(shè)備的側(cè)切面結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，陽極靶5在窄邊方向上與限流裝置4成一個(gè)小夾角，如圖8所示。陽極靶5上的高壓通常為幾十kV-幾百kV，陽極靶產(chǎn)生的X射線在與入射電子束成90度角的方向上強(qiáng)度最大，為射線可利用方向。陽極靶5傾斜一個(gè)小角，通常幾度至十幾度，一方面有利于有用X射線的出射，另一方面，較寬的電子束流，投射到陽極靶上，但是從X射線出射方向看，產(chǎn)生的射線焦點(diǎn)卻較小，相當(dāng)于縮小了焦點(diǎn)尺寸。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，陽極靶5推薦采用耐高溫的金屬鎢材料。根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，陽極靶5也可以采用其他材料，例如鑰等。
[0043]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，電源與控制系統(tǒng)6對分布式X光源設(shè)備的各關(guān)鍵部件提供必要的電源和工作控制。如圖1所示，電源與控制系統(tǒng)6包括電子槍電源61、聚焦電源62、掃描電源63、真空電源64和陽極電源65。
[0044]例如，電子槍電源61給電子槍I提供燈絲電流和負(fù)高壓。掃描電源63給掃描裝置提供掃描電流，使得電子槍I產(chǎn)生的電子束流按照圖3所示的掃描波形對限流裝置4進(jìn)行掃描。
[0045]聚焦電源62向聚焦裝置7提供電源，使得電子槍I產(chǎn)生的電子束流在進(jìn)入真空盒時(shí)具有更好的品質(zhì)特性，如束斑更小、電流密度更大、前向運(yùn)動(dòng)一致性更高等。
[0046]真空電源64與真空裝置8連接，控制真空裝置8并向其供電。真空裝置8安裝在真空盒上，在真空電源的作用下工作，用于維持真空盒內(nèi)的高真空。陽極電源65給陽極靶5提供正高壓并且對陽極高壓工作進(jìn)行邏輯控制。
[0047]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，分布式X光源設(shè)備還可以包括聚焦裝置7。聚焦裝置7由束流管道和管道外的聚焦線包組成，束流管道安裝在電子槍I與真空盒3之間。聚焦裝置7在聚焦電源63的作用下工作，可以使電子槍I產(chǎn)生的電子束流在進(jìn)入真空盒時(shí)具有更好的品質(zhì)特性，如束斑更小、電流密度更大、前向運(yùn)動(dòng)一致性更高等。
[0048]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，分布式X光源設(shè)備還可以包括真空裝置8。真空裝置8安裝在真空盒上，在真空電源64的作用下工作，用于維持真空盒內(nèi)的高真空。通常分布式X光源設(shè)備在工作時(shí)，電子束轟擊限流裝置4和陽極靶5，限流裝置4和陽極靶5會(huì)發(fā)熱并釋放少量氣體，使用真空裝置8可以將這部分氣體快速抽出，維持真空盒內(nèi)部的高真空度。真空裝置8優(yōu)選使用真空離子泵。
[0049]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，分布式X光源設(shè)備還可以包括可插拔高壓連接裝置9?？刹灏胃邏哼B接裝置9安裝在真空盒的下端，內(nèi)部與陽極靶5相連接，外部伸出真空盒，與真空盒一起形成密封結(jié)構(gòu)。可插拔高壓連接裝置9用于將高壓電源快速連接到陽極靶5。
[0050]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，分布式X光源設(shè)備還可以包括屏蔽與準(zhǔn)直裝置12，如圖8所示。屏蔽與準(zhǔn)直裝置12安裝在真空盒的外側(cè)，用于屏蔽不需要的X射線，在可利用的X射線出口位置開有與陽極相對應(yīng)的長條形開口，在開口處，沿X射線出射方向有一定的長度和寬度設(shè)計(jì)，以便將X射線限制在所需要應(yīng)用的范圍內(nèi)，屏蔽與準(zhǔn)直裝置12推薦使用鉛材料。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，分布式X光源設(shè)備的電源與控制系統(tǒng)6還相應(yīng)的包括聚焦裝置的電源和真空裝置的電源等。
[0051]如圖1和圖8所示，一種分布式X射線光源設(shè)備包括:電子槍1、掃描裝置2、真空盒3、限流裝置4、陽極靶5、聚焦裝置7、真空裝置8、可插拔高壓連接裝置9、屏蔽與準(zhǔn)直裝置12、以及電源與控制系統(tǒng)6。
[0052]根據(jù)一些實(shí)施例，電子槍I采用熱陰極電子槍。電子槍I出口與聚焦裝置7的真空管道一端連接。真空管道另一端與真空盒3的上端連接，真空管道的外側(cè)安裝有聚焦線包。真空盒3上端外側(cè)安裝有掃描裝置2，真空盒3內(nèi)的中部安裝有限流裝置4，真空盒3的中部側(cè)面安裝有真空裝置8，長條狀的陽極靶5以及與陽極靶5相連的可插拔高壓連接裝置9安裝在真空盒3內(nèi)的下端，陽極靶5與限流裝置4平行，且具有基本相同的長度。電源與控制系統(tǒng)6包括電子槍電源61、聚焦電源62、掃描電源63、真空電源64、陽極電源65、等多個(gè)模塊，通過電力電纜和控制電纜與系統(tǒng)的電子槍1、聚焦裝置7、掃描裝置2、真空裝置8、陽極靶5等部件相連。
[0053]在工作過程中，在電源與控制系統(tǒng)6的作用下，電子槍電源61，聚焦電源62、掃描電源63、真空電源64、陽極高壓電源65等按照設(shè)定的程序，分別開始工作。電子槍電源61給電子槍燈絲供電，電子槍I的燈絲將陰極加熱到非常高的溫度，產(chǎn)生大量熱發(fā)生電子。同時(shí)，電子槍電源61給電子槍陰極提供一個(gè)IOkV的負(fù)高壓，使得電子槍陰極和電子槍陽極之間形成一個(gè)小高壓加速電場，熱發(fā)射電子受到電場的作用，向電子槍陽極加速運(yùn)動(dòng)，形成電子束流10。
[0054]電子束流向電子槍陽極運(yùn)動(dòng)時(shí)受到電子槍聚焦極的作用，聚攏形成小束斑束流，并從電子槍陽極中心孔穿過，成為具備初始運(yùn)動(dòng)能量(IOkV)和運(yùn)動(dòng)速度的電子束流。電子束流向前進(jìn)入真空管道，受到聚焦裝置7的作用，束斑直徑進(jìn)一步縮小，成為小斑點(diǎn)高密度電子束流。電子束流再向前進(jìn)入真空盒3，在真空盒頂部受到掃描裝置2的作用，運(yùn)動(dòng)方向產(chǎn)生周期性偏轉(zhuǎn)。偏轉(zhuǎn)的電子束流向前運(yùn)動(dòng)到限流裝置4處，大部分受到限流裝置4的阻擋，被限流裝置4吸收，當(dāng)偏轉(zhuǎn)位置合適時(shí)，部分電子束流恰好可以通過限流裝置4上的開孔，進(jìn)入到限流裝置4與陽極靶5之間的高壓電場中，受到高壓電場的作用，沿電場方向運(yùn)動(dòng)，即從出限流裝置4開始向陽極垂直運(yùn)動(dòng)，最后獲得高能量，如160kV，并轟擊在陽極靶5上，產(chǎn)生X射線11。
[0055]由于在一個(gè)掃描周期中，電子束流依次通過陣列排布的限流裝置4開孔，因此依次有電子束流在陽極靶的對應(yīng)位置轟擊陽極靶，依次產(chǎn)生陣列排布的X射線和X射線靶點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了分布式X射線光源。陽極靶受到電子束流轟擊時(shí)釋放的氣體被真空裝置8實(shí)時(shí)抽走，真空盒內(nèi)維持高真空，有利于長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。
[0056] 屏蔽和準(zhǔn)直裝置12屏蔽無用方向上的X射線，讓可用方向上的X射線通過，并且將X射線限定在預(yù)定的范圍內(nèi)。
[0057]電源與控制系統(tǒng)6除了控制各電源按設(shè)定程序驅(qū)動(dòng)各個(gè)部件協(xié)調(diào)工作，同時(shí)可以通過通訊接口和人機(jī)界面接收外部命令，對系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行修改和設(shè)定，更新程序和進(jìn)行自動(dòng)控制調(diào)整。
[0058]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在一個(gè)光源設(shè)備中產(chǎn)生按某種順利周期變換焦點(diǎn)位置的X射線。此外，采用熱陰極源，相對于其它設(shè)計(jì)具有發(fā)射電流大、壽命長的優(yōu)點(diǎn)。此外，采用直接對低初始運(yùn)動(dòng)能量的電子束流進(jìn)行掃描的方式，具有易于控制的優(yōu)點(diǎn)，而且能夠?qū)崿F(xiàn)更高的掃描速度。此外，采用電磁掃描的方式變換束流和焦點(diǎn)位置，速度快，效率高。此外，采用在高能量加速前進(jìn)行限流的設(shè)計(jì)，既獲得了陣列式分布的束流，又節(jié)省了電能，還有效防止限流裝置發(fā)熱。此外，采用長條型大陽極的設(shè)計(jì)，有效緩解了陽極過熱的問題，有利于提高光源的功率。此外，相對其它分布式X射線光源設(shè)備，本發(fā)明實(shí)施例的設(shè)備電流大，靶點(diǎn)小，靶點(diǎn)位置分布均勻且重復(fù)性好，輸出功率高，工藝簡單，成本低。將本發(fā)明實(shí)施例的分布式X射線光源應(yīng)用于CT設(shè)備，無需移動(dòng)光源就能產(chǎn)生多個(gè)視角，因此可以省略滑環(huán)運(yùn)動(dòng)，有利于簡化結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性，提高檢查效率
[0059]以上的詳細(xì)描述通過使用方框圖、流程圖和/或示例，已經(jīng)闡述了產(chǎn)生分布式X射線的設(shè)備和方法的眾多實(shí)施例。在這種方框圖、流程圖和/或示例包含一個(gè)或多個(gè)功能和/或操作的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，這種方框圖、流程圖或示例中的每一功能和/或操作可以通過各種硬件、軟件、固件或?qū)嵸|(zhì)上它們的任意組合來單獨(dú)和/或共同實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的實(shí)施例所述主題的若干部分，例如控制過程，可以通過專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、數(shù)字信號處理器(DSP)、或其他集成格式來實(shí)現(xiàn)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到，這里所公開的實(shí)施例的一些方面在整體上或部分地可以等同地實(shí)現(xiàn)在集成電路中，實(shí)現(xiàn) 為在一臺(tái)或多臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)程序(例如，實(shí)現(xiàn)為在一臺(tái)或多臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行的一個(gè)或多個(gè)程序)，實(shí)現(xiàn)為在一個(gè)或多個(gè)處理器上運(yùn)行的一個(gè)或多個(gè)程序(例如，實(shí)現(xiàn)為在一個(gè)或多個(gè)微處理器上運(yùn)行的一個(gè)或多個(gè)程序)，實(shí)現(xiàn)為固件，或者實(shí)質(zhì)上實(shí)現(xiàn)為上述方式的任意組合，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本公開，將具備設(shè)計(jì)電路和/或?qū)懭胲浖?或固件代碼的能力。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，本公開所述的控制過程能夠作為多種形式的程序產(chǎn)品進(jìn)行分發(fā)，并且無論實(shí)際用來執(zhí)行分發(fā)的信號承載介質(zhì)的具體類型如何，本公開所述主題的示例性實(shí)施例均適用。信號承載介質(zhì)的示例包括但不限于:可記錄型介質(zhì)，如軟盤、硬盤驅(qū)動(dòng)器、緊致盤(CD)、數(shù)字通用盤(DVD)、數(shù)字磁帶、計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器等；以及傳輸型介質(zhì)，如數(shù)字和/或模擬通信介質(zhì)(例如，光纖光纜、波導(dǎo)、有線通信鏈路、無線通信鏈路等)。
[0060]雖然已參照幾個(gè)典型實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解，所用的術(shù)語是說明和示例性、而非限制性的術(shù)語。由于本發(fā)明能夠以多種形式具體實(shí)施而不脫離發(fā)明的精神或?qū)嵸|(zhì)，所以應(yīng)當(dāng)理解，上述實(shí)施例不限于任何前述的細(xì)節(jié)，而應(yīng)在隨附權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)廣泛地解釋，因此落入權(quán)利要求或其等效范圍內(nèi)的全部變化和改型都應(yīng)為隨附權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種產(chǎn)生分布式X射線的設(shè)備，包括: 電子槍，產(chǎn)生電子束流； 掃描裝置，環(huán)繞電子束流設(shè)置，產(chǎn)生掃描磁場，以對所述電子束流進(jìn)行偏轉(zhuǎn)； 限流裝置，具有規(guī)則設(shè)置的多個(gè)孔，當(dāng)所述電子束流在所述掃描裝置的控制下掃描所述限流裝置時(shí)，在所述限流裝置的下方依次、陣列式地輸出符合掃描順序的、與開孔位置對應(yīng)的脈沖式的電子束； 陽極靶，設(shè)置在所述限流裝置的下游，通過在陽極靶上施加電壓，使所述限流裝置與所述陽極靶之間形成均勻電場，對所述陣列式的脈沖電子束進(jìn)行加速； 加速后的電子束轟擊所述陽極靶，產(chǎn)生X射線。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括真空盒，設(shè)置在所述電子槍的下游，連接電子槍，包圍所述限流裝置和所述陽極靶，使所述電子束的產(chǎn)生和運(yùn)動(dòng)環(huán)境為高真空。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，還包括電源與控制裝置，給所述的電子槍、所述的掃描裝置、所述的陽極靶提供電源并進(jìn)行工作控制。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，所述限流裝置具體為具有多個(gè)孔的長條形金屬板。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，所述陽極靶具體為具有與所述限流裝置相近長度的長條形金屬板 。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中，所述陽極靶采用鎢材料制成。
7.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中，所述陽極靶具體為長度方向上與所述限流裝置平行，寬度方向上與所述限流裝置形成一個(gè)小夾角。
8.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，還包括聚焦裝置，設(shè)置在所述電子槍與所述真空盒的連接處，對所述電子槍產(chǎn)生的電子束流進(jìn)行聚焦，縮小電子束流的光斑。
9.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，還包括真空裝置，設(shè)置在真空盒上，使真空盒內(nèi)部維持高真空。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，所述真空裝置具體為真空離子泵。
11.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，還包括可插拔高壓連接裝置，設(shè)置在所述真空盒的下端，內(nèi)部連接所述陽極靶，外部伸出所述真空盒，對所述電源與控制裝置及所述陽極靶進(jìn)行快速連接。
12.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，還包括屏蔽與準(zhǔn)直裝置，設(shè)置在所述真空盒的外側(cè)，其中，所述屏蔽與準(zhǔn)直裝置開有與所述陽極靶對應(yīng)的長條形準(zhǔn)直口。
13.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，所述屏蔽與準(zhǔn)直裝置采用鉛材料制成。
14.一種產(chǎn)生分布式X射線的方法，包括步驟: 控制電子槍產(chǎn)生電子束流； 控制掃描裝置產(chǎn)生掃描磁場，以對所述電子束流進(jìn)行偏轉(zhuǎn)； 在所述掃描裝置的控制下用所述電子束流掃描限流裝置上規(guī)則設(shè)置的多個(gè)孔，順序輸出陣列式分布的脈沖式電子束； 產(chǎn)生電場以對所述陣列式分布的脈沖式電子束進(jìn)行加速； 加速后的電子束轟擊陽極靶，產(chǎn)生X射線。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述限流裝置具體為具有多個(gè)孔的長條形金屬板。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述陽極靶具體為具有與所述限流裝置相近長度的長條形金屬板。
【文檔編號】H01J35/14GK103903940SQ201210581566
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月27日
【發(fā)明者】李元景, 劉耀紅, 劉晉升, 唐華平, 唐傳祥, 陳懷璧, 閆忻水 申請人:清華大學(xué), 同方威視技術(shù)股份有限公司