專利名稱：輻照專用透射式直接水冷陽(yáng)極超大焦點(diǎn)x線管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
輻照專用透射式直接水冷陽(yáng)極超大焦點(diǎn)X線管技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型主要涉及一種輻照專用透射式直接水冷陽(yáng)極超大焦點(diǎn)X線管，本實(shí)用新型屬于致電離輻射輻照設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
[0002]利用致電離輻射的強(qiáng)穿透性及對(duì)生物體的輻照劑量生物效應(yīng)，人類從上世紀(jì)隨著和平利用核能口號(hào)開始廣泛把核輻照技術(shù)應(yīng)用于諸如食品保鮮，物品消毒滅菌殺蟲，輻照生物效應(yīng)研究，血液制品處理(防止輸血反應(yīng))等等各種應(yīng)用領(lǐng)域，也取得很大社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，輻照用核輻射源因而被廣泛應(yīng)用。由于核輻射的不可控特性，核輻射源在制造，運(yùn)輸，儲(chǔ)存以及最終報(bào)廢后都一直產(chǎn)生對(duì)周圍的輻射，可能對(duì)周圍人員安全造成危害。所以環(huán)境保護(hù)人士和廣大關(guān)心環(huán)境保護(hù)的公眾通過(guò)各種立法，一開始就把核輻射源作為具有對(duì)環(huán)境產(chǎn)生放射性核污染潛在威脅的危險(xiǎn)品嚴(yán)加管控。隨著公眾環(huán)保意識(shí)的不斷加強(qiáng)，以及所發(fā)生過(guò)的核物質(zhì)泄漏事故的嚴(yán)重后果產(chǎn)生惡劣影響，這種管控還在不斷加強(qiáng)，從而限制了輻照產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。從上世紀(jì)80年代以來(lái)，人們開始用可控致電離輻射技術(shù)例如加速器和X線裝置產(chǎn)生的致電離輻射來(lái)替代核輻射用于輻照產(chǎn)業(yè)，希望最終徹底擺脫對(duì)核輻照源的依賴， 消除對(duì)環(huán)境產(chǎn)生放射性核污染潛在威脅。但是，加速器存在設(shè)備體積大，價(jià)格昂貴，管理復(fù)雜，運(yùn)行成本高等缺點(diǎn)。從技術(shù)上分析，雖然其能量高，但束流強(qiáng)度有限且截面有限，如要求大面積照設(shè)需要掃描也降低了輻照強(qiáng)度。而X線發(fā)生裝置傳統(tǒng)上是被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)影像診斷，工業(yè)成像無(wú)損檢測(cè)和公共安全影像檢查，至今還在不斷發(fā)展推廣。從上世紀(jì)90年代起，美國(guó)，日本等國(guó)不少制造商開始設(shè)計(jì)生產(chǎn)專用生物樣品輻照的X線設(shè)備替代銫137放射源，由于輻射完全可控，不存在放射性核處理問(wèn)題，輻照腔體積小，防護(hù)完善，受到用戶和環(huán)保部門普遍歡迎，至今已在全球包括我國(guó)市場(chǎng)得到推廣。但是由于至今這些輻照X線設(shè)備大都直接采用工業(yè)成像X線發(fā)生器裝置，只是加了輻照屏蔽室。所采用關(guān)鍵核心部件X線管，都是工業(yè)成像用的水冷或油冷鎢靶反射式陽(yáng)極較小焦點(diǎn)X線管?！0003]這種X線管用作為輻照時(shí)存在的技術(shù)缺陷是射線出射方向主軸與電子束成90 度，其有效照射角度必須小于靶角度2倍，一般最大在40度左右，無(wú)法擴(kuò)大，用于工業(yè)X線成像沒(méi)問(wèn)題，用于輻照則顯著減少了照射面積。由于出射束個(gè)方向在靶內(nèi)過(guò)濾減弱長(zhǎng)度變化大，出射束的強(qiáng)度分布不均均，即所謂“足跟效應(yīng)”，在工業(yè)成像時(shí)可用過(guò)濾來(lái)改善，用于輻照則降低了輻照強(qiáng)度。由于工業(yè)X線檢測(cè)需要隨時(shí)靈活轉(zhuǎn)動(dòng)X線管照射方向，目前X線管大都通過(guò)高壓電纜與固定的高壓發(fā)生器相聯(lián)，而目前配套高壓電纜的耐壓等級(jí)最大225kV， 限制了 X線管的工作電壓提高(目前最高用正負(fù)壓兩條電纜為450kV)。根據(jù)輻射物理原理， 在靶材靶角及工作電壓確定后，其在于電子束90度方向產(chǎn)生X線能量轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)固定， 無(wú)法提高。這個(gè)轉(zhuǎn)化效率與管電壓數(shù)值及靶材原子序數(shù)之積成正比。在多種因素確定鎢是唯一可選靶材后，這個(gè)轉(zhuǎn)換效率的提高只能靠提高管電壓來(lái)取得，而醫(yī)學(xué)工業(yè)影像要求射線光子能量，并不是越高越好。雖然增大管電流可以直接增加X(jué)線輸出功率，但醫(yī)學(xué)工業(yè)成像要求X管焦點(diǎn)不能太大，而盡管采用水冷可以承受4-6千瓦功率，由于焦點(diǎn)尺寸較小的限制，水冷效率較低，陽(yáng)極最大負(fù)荷也無(wú)法提高。所以現(xiàn)有工業(yè)X線管及其工作電壓，并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)更高輻射能轉(zhuǎn)換效率的要求，現(xiàn)有管的陽(yáng)極負(fù)荷功率，也不能滿足更強(qiáng)輻照功率的要求，目前還很難取代現(xiàn)有高活度核輻照源。要廣泛用X線發(fā)生裝置作輻照源完全替代核輻照源，就需要研制新型專用輻照X線管，就在改善輻照面均勻性，增大出射輻照角度以增大輻照面積，盡量提高輻射能轉(zhuǎn)換效率，盡量增大輻照X線管功率等等各方面對(duì)專用輻照X線管提出一系列創(chuàng)新改進(jìn)的要求。[0004]美國(guó)Rad Source公司在多年利用工業(yè)X線管及發(fā)生裝置制造輻照專用X線源設(shè)備基礎(chǔ)上，與2007年研究開發(fā)出專用輻照X線管，即所謂4 π輻照X線管，可算為世界上第一種專門為輻照應(yīng)用設(shè)計(jì)的X線管。創(chuàng)新采用中心細(xì)管狀燈絲陰極，外包筒狀陽(yáng)極，在陽(yáng)極筒外套水冷筒結(jié)構(gòu)，使得整個(gè)陽(yáng)極筒表面為X線輻射體。從輻射物理角度分析，每個(gè)樣品筒接受的X線輻射，既有通O度至70度的透射X線通過(guò)陽(yáng)極筒水冷筒射出來(lái)，也90度至180度反射X線射通過(guò)陽(yáng)極筒水冷筒射出來(lái)。也就是說(shuō)，其結(jié)構(gòu)雖然含有透射陽(yáng)極技術(shù)及直接水冷技術(shù)，大大提高水冷效率，但是追求4 π輻照角度效果使得所采用的90度至180度反射X 線平均減弱了透射陽(yáng)極透射X線的增強(qiáng)效果，雖然其對(duì)所產(chǎn)生X線的利用率比常規(guī)X線管大為提高，但使得其總平均輻射效率比100%透射陽(yáng)極X線管大為降低。為解決輻照均勻性差的缺陷，采用了 6只樣品筒平行與陽(yáng)極筒并包圍在陽(yáng)極筒外，用專門設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)機(jī) 構(gòu)驅(qū)動(dòng)， 使得樣品筒圍繞陽(yáng)極筒在一個(gè)輻照周期圍陽(yáng)極筒公轉(zhuǎn)一圈，同時(shí)各自傳一圈。該X線管的另一問(wèn)題是未能做到永久真空密封，需要配合真空泵工作，是相對(duì)現(xiàn)有工業(yè)X線管的退步。[0005]透射陽(yáng)極X線技術(shù)，即采用較薄靶片同時(shí)當(dāng)作出射窗，X線出射主軸方向與電子束方向夾角接近O度，早在上世紀(jì)30年代就曾出現(xiàn)，當(dāng)時(shí)發(fā)明者主要強(qiáng)調(diào)其焦點(diǎn)可以直接靠近被照樣品的特點(diǎn)。目前也有幾種產(chǎn)品，一種是用于X線顯微鏡，采用微焦點(diǎn)極小陽(yáng)極功率，薄片陽(yáng)極靠空氣冷卻，由于靶片即窗口，可以把被照樣品放置特別近焦點(diǎn)，這樣在距離較遠(yuǎn)的膠片上可以獲得高放大倍數(shù)的樣品軟X線透視圖像。一種用于X線熒光分析的X線管，工作電壓在30kV至50kV，陽(yáng)極負(fù)荷數(shù)百瓦靠空氣冷卻，也是主要利用可以盡量靠近分析樣品的特點(diǎn)。但由于靶片工藝特別是陽(yáng)極冷卻技術(shù)的困難，至今在X線管產(chǎn)品中卻始終極少被采用。[0006]本實(shí)用新型作者在1993年在英國(guó)阿伯丁大學(xué)讀博士期間進(jìn)行X線能譜與強(qiáng)度理論和實(shí)驗(yàn)研究時(shí)，注意到X線韌致輻射的方向性即輻射強(qiáng)度角分布具有明顯向前傾向，最強(qiáng)韌致輻射方向與入射電子方向夾角隨著管電壓升高，從60kV到500kV由約40度一直減少到約15度。認(rèn)識(shí)到目前廣泛通用的90度方向出射的反射式陽(yáng)極X線管，其最強(qiáng)的部分并未得到應(yīng)用。因而提出了用透明基透射式陽(yáng)極利用最大韌致輻射方向射線的設(shè)想，經(jīng)過(guò)菲利浦醫(yī)學(xué)系統(tǒng)幫助，申請(qǐng)了名為“透射式陽(yáng)極X線管”的專利(EP0584871B1)并于1995年被歐洲專利局授權(quán)。作者并在菲利浦研究所進(jìn)行的博士后研究中，對(duì)透射陽(yáng)極進(jìn)行了理論與實(shí)驗(yàn)(150kV內(nèi))研究，得出透射與常規(guī)反射式X線能譜強(qiáng)度比值與管電壓關(guān)系的半經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式。該專利中，本實(shí)用新型作者給出了不同管電壓不同靶材對(duì)應(yīng)的靶層厚度計(jì)算公式，及不同管電壓最強(qiáng)韌致輻射方向角對(duì)應(yīng)表。但是該專利的具體應(yīng)用實(shí)施結(jié)構(gòu)圖是石墨旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極基體上覆鎢靶膜，電子束與出射X線軸夾角約30度。專為醫(yī)學(xué)成像設(shè)計(jì)。其后并未能獲得應(yīng)用。[0007]本實(shí)用新型作者在1998年10月，向中國(guó)專利局申請(qǐng)了發(fā)明專利“透射陽(yáng)極高效X線機(jī)”，2003年11月26日被國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局授權(quán)(ZL98114400. 4)。該專利中，整機(jī)包括透視陽(yáng)極X線管，一體化高壓發(fā)生器，控制臺(tái)，循環(huán)水冷卻器。說(shuō)明書中本實(shí)用新型作者給出了不同管電壓最強(qiáng)韌致輻射方向角對(duì)應(yīng)表及按半經(jīng)驗(yàn)公式推算出的透射反射管輸出強(qiáng)度 t匕。該專利附圖X線管中采用了 O度出射透射陽(yáng)極結(jié)構(gòu)和陽(yáng)極背后直接水冷。但是該專利實(shí)施例中采用較小焦點(diǎn)，陽(yáng)極組合體中靶片內(nèi)部還設(shè)有電子通道結(jié)構(gòu)，目標(biāo)僅為工業(yè)掃描成像用，與其后授權(quán)的另一發(fā)明“多功能工業(yè)X線成像系統(tǒng)”(ZL99 I 13199. I)配套。兩項(xiàng)發(fā)明至今尚未獲應(yīng)用。[0008]本實(shí)用新型雖然與發(fā)明“透射陽(yáng)極高效X線機(jī)”(ZL98114400. 4)中附圖2透射陽(yáng)極X線管在采用透射陽(yáng)極和靶背面直接水冷兩個(gè)特征上相同，但在焦點(diǎn)面積上做了實(shí)質(zhì)性改進(jìn)，而這種看似幾何尺寸關(guān)系的變化，已經(jīng)導(dǎo)致本項(xiàng)實(shí)用新型在工作功率及輻射性能實(shí)質(zhì)的變化。因?yàn)?，?yáng)極冷卻工程理論表明，對(duì)于固定陽(yáng)極靶當(dāng)背面保持恒定環(huán)境溫度時(shí)，靶面可承受電子流轟擊的最大功率是正比于靶材熔點(diǎn)導(dǎo)熱系數(shù)及電子束轟擊面尺寸(即實(shí)際焦點(diǎn)尺寸)。當(dāng)焦點(diǎn)尺寸小時(shí)，不論背面水冷流量如何加大，陽(yáng)極最大工作功率不可能提高。 也就是說(shuō)，前發(fā)明(ZL98114400. 4)中X線管，采用較小焦點(diǎn)，陽(yáng)極組合體中靶片內(nèi)部還設(shè)有電子通道結(jié)構(gòu)，目標(biāo)為工業(yè)掃描成像用，只能工作在較小功率(I千瓦以內(nèi))，輻射效率及射束均勻性雖然高于普通工業(yè)X線管，只適合為工業(yè)掃描成像用。但是用作為輻照專用，還是存在最大功率小，冷卻效率低的缺陷。本項(xiàng)實(shí)用新型，去掉其電子通道結(jié)構(gòu)，采用無(wú)聚焦碗臺(tái)大面積陰極發(fā)射面，及配套大面積透射陽(yáng)極靶片，使陰極發(fā)射片至透射陽(yáng)極靶片距離小于兩片直徑尺寸，從而獲得超大面積焦點(diǎn)(焦點(diǎn)尺寸為普通工業(yè)成像X管焦點(diǎn)尺寸數(shù)十倍以上)，使得本實(shí)用新型的陽(yáng)極負(fù)荷功率也相應(yīng)提高數(shù)十倍。此外，本實(shí)用新型出射X線的有效輻照角度也比前述發(fā)明以及普通工業(yè)成像X管大得多，可大于100度錐角。使得與電子束方向從40度至15度的出射的最大韌致輻射均在可用射束范圍，比起反射式陽(yáng)極90度出射的X線，產(chǎn)生X線轉(zhuǎn)換效率，在工作電壓大于160kV以上時(shí)，會(huì)有顯著提高。同時(shí)其輻射場(chǎng)均勻性也遠(yuǎn)高于反射式陽(yáng)極輻射場(chǎng)的均勻性。隨著綠色環(huán)保意識(shí)在全球不斷增強(qiáng)，核輻照在食品生物制品輻照方面的普遍應(yīng)用的現(xiàn)狀已經(jīng)對(duì)大力發(fā)展輻照專用X線設(shè)備提出了強(qiáng)烈需求，從而最終徹底擺脫對(duì)核輻照源的依賴，消除對(duì)環(huán)境產(chǎn)生放射性核污染潛在威脅。發(fā)明內(nèi)容[0010]發(fā)明目的[0011]本實(shí)用新型提出一種創(chuàng)新X線管陽(yáng)極和陰極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，目的是用于高電壓大功率高轉(zhuǎn)換效率大輻照角度X線發(fā)生裝置的核心部件，用于輻照產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，替代現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的鈷60或銫137放射性核輻照源，從而最終徹底擺脫對(duì)核輻照源的依賴，消除對(duì)環(huán)境產(chǎn)生放射性核污染潛在威脅。[0012]技術(shù)方案[0013]本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的[0014]輻照專用透射式直接水冷陽(yáng)極超大焦點(diǎn)X線管，包括陽(yáng)極組合體、陰極組合體、絕緣陶瓷真空封裝外殼以及設(shè)置在絕緣陶瓷真空封裝外殼外的陽(yáng)極水冷套，其特征在于陽(yáng)極組合體外端部設(shè)有透射式陽(yáng)極靶片，陰極組合體的前端部設(shè)有大面積發(fā)射陰極片，陽(yáng)極水冷套外端部中心設(shè)有出射窗；陽(yáng)極靶片與大面積發(fā)射陰極片及出射窗相互平行且中心均位于X線管中心軸；大面積發(fā)射陰極片發(fā)射的電子束直接射入陽(yáng)極組合體內(nèi)的透射式陽(yáng)極靶片上形成超大面積焦點(diǎn)；陽(yáng)極水冷套是在X線管真空密封部分外，包套在露出管外部分的陽(yáng)極組合體的凸出部分上，其相互連接方式為防水密封可裝配方式；陽(yáng)極水冷套兩側(cè)裝有進(jìn)水管接頭和出水管接頭。[0015]陽(yáng)極靶片是由不同材料復(fù)合結(jié)構(gòu)制成；作為靶片，陽(yáng)極靶片內(nèi)層由高原子序數(shù)重金屬制成，厚度等于工作管電壓加速后電子在該重金屬中的射程；作為X線真空管的出射窗，陽(yáng)極靶片中層由低原子序數(shù)高導(dǎo)熱金屬制成，周邊與陽(yáng)極組合體真空密封焊接；作為冷卻水流隔離，陽(yáng)極靶片外層覆有低原子序數(shù)材料耐腐蝕耐輻射涂層。[0016]大面積發(fā)射陰極片、陽(yáng)極靶片及出射窗的直徑尺寸，大于它們相互間的距離尺寸； 陽(yáng)極靶片、出射窗均為突出弧形面及帶有波紋。[0017]大面積發(fā)射陰極片采用平面狀直熱式或間接加熱式陰極，或者平面狀場(chǎng)致發(fā)射陰極。[0018]絕緣陶瓷真空封裝外殼采用波紋陶瓷或金屬殼 封接絕緣陶瓷或采用玻璃真空封裝外殼。[0019]優(yōu)點(diǎn)及效果[0020]由于采用上述創(chuàng)新的材料結(jié)構(gòu)及工作方式，和普通工業(yè)X線管相比，本實(shí)用新型的明顯優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用效果是[0021](I)輻射轉(zhuǎn)換效率高，由于采用透射陽(yáng)極技術(shù)使與電子束夾角40度至10度的X線韌致輻射最大值方向的輻射線都納入應(yīng)用射線束(不向傳統(tǒng)反射式陽(yáng)極X線管這些最大值方向的輻射線都被屏蔽掉)，所以比相同管電壓及靶材的普通X線管的X線輻射轉(zhuǎn)換效率顯著提高。采用的工作管電壓越高，效率提高比值越大。而且本實(shí)用新型采用比鎢更高原子序數(shù)靶材(例如金，鉬等)，以及采用更高工作電壓(例如300kV以至900kV)，使輻射轉(zhuǎn)換效率進(jìn)一步大幅提聞。[0022](2)輻射強(qiáng)度大，由于采用超大焦點(diǎn)(比傳統(tǒng)工業(yè)成像X管焦點(diǎn)尺寸大數(shù)十倍)，以及獨(dú)特的薄靶片背后直接冷卻水流冷卻陽(yáng)極技術(shù)，使得本實(shí)用新型陽(yáng)極耐受功率比普通工業(yè)X線管大數(shù)十倍，因而可以連續(xù)工作在大功率條件，加上高輻射轉(zhuǎn)換效率，使得本實(shí)用新型可以產(chǎn)生比傳統(tǒng)工業(yè)成像X管強(qiáng)得多(高出幾個(gè)數(shù)量級(jí))的輻射強(qiáng)度。替代活度大得多的核輻照源。[0023](3)輻照角度大，輻照均勻性好，由于采用透射陽(yáng)極技術(shù)，與傳統(tǒng)工業(yè)成像X管相 t匕，本實(shí)用新型出射X線束的張角不受靶角度(靶面與出射束中心軸垂直)限制，出射束可以接近2 立體角發(fā)出，均勻射束可以達(dá)到80度至100度(傳統(tǒng)傳統(tǒng)工業(yè)成像X管靶角最大 30度時(shí)，出射X線束的張角在45度左右)。由于不存在“足跟效應(yīng)”，出射束的均勻性比傳統(tǒng)傳統(tǒng)工業(yè)成像X管出射束均勻性也有大幅度改善。


[0024]圖I為本實(shí)用新型輻照專用透射式直接水冷陽(yáng)極超大焦點(diǎn)X線管結(jié)構(gòu)剖面示意圖；[0025]圖2為本實(shí)用新型中透射陽(yáng)極靶片及出射窗局部結(jié)構(gòu)示意圖。[0026]其中1、陽(yáng)極靶片，2、陽(yáng)極組合體，3、陽(yáng)極水冷套，4、陰極組合體，5、絕緣陶瓷真空封裝外殼，6、大面積發(fā)射陰極片，7、出射窗，8、進(jìn)水管接頭，9、出水管接頭。
具體實(shí)施方式
[0027]
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說(shuō)明[0028]本實(shí)用新型就是針對(duì)現(xiàn)有工業(yè)X線管被用來(lái)作為輻照X線源所存在的上述各種不足所做的革命性技術(shù)變革，為專用高效輻照X線管的設(shè)計(jì)制造開辟一條全新的技術(shù)路線。[0029]本實(shí)用新型屬于致電離輻射輻照設(shè)備的革新，即用可控的創(chuàng)新的專門為輻照設(shè)計(jì)開發(fā)的X射線發(fā)生裝置來(lái)替代目前廣泛采用的其輻射不可控的具有對(duì)環(huán)境產(chǎn)生放射性核污染潛在威脅的放射性核輻照源設(shè)備，以保護(hù)人類生存環(huán)境?；蛴糜诖骐m然可控輻射且無(wú)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生放射性核污染潛在威脅的加速器輻照設(shè)備，以簡(jiǎn)化設(shè)備降低購(gòu)置及運(yùn)行成本。輻照專用高效率大功率超大焦點(diǎn)超高工作電壓的創(chuàng)新X線管，則是創(chuàng)新的專門為輻照設(shè)計(jì)開發(fā)的X射線發(fā)生裝置的最關(guān)鍵核心技術(shù)。[0030]本實(shí)用新型從物理原理和工藝技術(shù)上對(duì)現(xiàn)有工業(yè)X線管做了三方面實(shí)質(zhì)性改變(I)用透射式陽(yáng)極替代反射式陽(yáng)極；[0032](2)采用大面積陰極發(fā)射片在透射陽(yáng)極上產(chǎn)生超大面積焦點(diǎn)，替代傳統(tǒng)陰極聚焦碗臺(tái)結(jié)構(gòu)小陰極發(fā)射面在反射式陽(yáng)極上產(chǎn)生較小焦點(diǎn)；[0033](3)在透射式陽(yáng)極片后面采用直接的水冷，替代傳統(tǒng)陽(yáng)極的較間接的水冷或油冷， 以及現(xiàn)有透射陽(yáng)極X線管陽(yáng)極的空氣冷卻。[0034]本實(shí)用新型是一種輻照專用透射式直接水冷陽(yáng)極超大焦點(diǎn)X線管，包括陽(yáng)極組合體2、陰極組合體4、絕緣陶瓷真空封裝外殼5以及設(shè)置在絕緣陶瓷真空封裝外殼5外的陽(yáng)極水冷套3，其特征在于陽(yáng)極組合體2外端部設(shè)有透射式陽(yáng)極靶片1，陰極組合體4的前端部不設(shè)置常規(guī)X線管陰極聚焦碗形臺(tái)，而設(shè)有大面積發(fā)射陰極片6，陽(yáng)極水冷套3外端部中心設(shè)有出射窗7 ;其相互結(jié)構(gòu)關(guān)系是陽(yáng)極靶片I與大面積發(fā)射陰極片6及出射窗7相互平行且中心均位于X線管中心軸；工作時(shí)大面積發(fā)射陰極片6發(fā)射的電子束直接射入陽(yáng)極組合體內(nèi)的透射式陽(yáng)極靶片I上形成超大面積焦點(diǎn)。[0035]陽(yáng)極水冷套3是在上述X線管真空密封部分外，包套在露出管外部分的陽(yáng)極組合體2的凸出部分上，其相互連接方式(陽(yáng)極水冷套3與陽(yáng)極組合體2之間的連接方式)為防水密封可裝配連接；陽(yáng)極水冷套3兩側(cè)裝有進(jìn)水管接頭8和出水管接頭9，使得冷卻水流能連續(xù)流經(jīng)陽(yáng)極組合體前端外表面及陽(yáng)極靶片I與出射窗7之間的間隙。[0036]在工作電壓方式上，本實(shí)用新型所述X線管的工作特征是陰極陽(yáng)極之間加的日常運(yùn)行高壓為預(yù)定的某較高的固定值(即不像普通醫(yī)用或工業(yè)用X射線管工作電壓在一定范圍內(nèi)可連續(xù)調(diào)整)，根據(jù)靶片內(nèi)層厚度靶片至陰極發(fā)射片距離及管殼耐壓等級(jí)設(shè)計(jì)，該電壓可在160kV至900kV范圍甚至更高，均采用陽(yáng)極接地陰極加負(fù)高壓。[0037]本實(shí)用新型所述X線管的輻射特征是由陽(yáng)極靶片I上大面積焦點(diǎn)發(fā)出的X射線是透過(guò)陽(yáng)極靶片后再穿過(guò)水冷層和出射窗7射出X線管供輻照應(yīng)用，替代放射性核輻照源。 本實(shí)用新型出射X線的輻照角度也比前述發(fā)明以及普通工業(yè)成像X管大得多，可大于100 度錐角。使得與電子束方向從40度至15度的出射的最大韌致輻射均在可用射束范圍，比起反射式陽(yáng)極90度出射的X線，產(chǎn)生X線轉(zhuǎn)換效率，在工作電壓大于160kV以上時(shí)，會(huì)有顯著提高。同時(shí)其輻射場(chǎng)均勻性也遠(yuǎn)高于反射式陽(yáng)極輻射場(chǎng)的均勻性。[0038]陽(yáng)極靶片I是由不同材料復(fù)合結(jié)構(gòu)制成；作為靶片，陽(yáng)極靶片內(nèi)層由高原子序數(shù)重金屬制成，厚度等于工作管電壓加速后電子在該重金屬中的射程；作為X線真空管的出射窗，陽(yáng)極靶片中層由低原子序數(shù)高導(dǎo)熱金屬制成，周邊與陽(yáng)極組合體真空密封焊接；作為冷卻水流隔離，陽(yáng)極靶片外層覆有低原子序數(shù)材料耐腐蝕耐輻射涂層。[0039]大面積發(fā)射陰極片6、陽(yáng)極靶片I及出射窗7的直徑尺寸，一般大于它們之間的距離尺寸(即片間距離尺寸包括大面積發(fā)射陰極片6至陽(yáng)極靶片I之間的間距，陽(yáng)極靶片I 至出射窗7之間的間距，小于各片(大面積發(fā)射陰極片6、陽(yáng)極靶片I及出射窗7)的直徑)； 陽(yáng)極靶片I、出射窗7均為突出弧形面及帶有波紋，以增強(qiáng)其剛性及增大有效面積。[0040]大面積發(fā)射陰極片6可以采用平面狀直熱式或間接加熱式陰極；還可以采用其它原理如場(chǎng)致發(fā)射大面積發(fā)射陰極。[0041]X線管真空封裝特征在于絕緣陶瓷真空封裝外殼5可以采用波紋陶瓷或金屬殼封接絕緣陶瓷，也可以采用玻璃真空封裝外殼。[0042]實(shí)施例圖I是采用波紋陶瓷真空封接外殼，陰極發(fā)射片采用間熱式平面發(fā)射體，以及陽(yáng)極靶片與出射窗采用突出弧形面及帶波紋結(jié)構(gòu)的輻照專用透射式直接水冷陽(yáng)極超大焦點(diǎn)X 線管實(shí)施例(見圖I)。本實(shí)施例包括陽(yáng)極組合體2和陰極組合體4及絕緣波紋陶瓷真空封裝外殼5，以及真空封裝殼外的陽(yáng)極水冷套3。陽(yáng)極組合體2外端部有透射式陽(yáng)極靶片1，陰極組合體4的前端部不設(shè)置常規(guī)X線管陰極聚焦碗形臺(tái)，而設(shè)有大面積發(fā)射陰極片6，陽(yáng)極水冷套3外端部中心設(shè)有出射窗7。其相互結(jié)構(gòu)關(guān)系是陽(yáng)極靶片I與大面積發(fā)射陰極片6 及出射窗7相互平行且中心均位于X線管中心軸。注意本實(shí)施例中大面積發(fā)射陰極片，陽(yáng)極靶片，出射窗的直徑尺寸較大，大于它們之間的距離尺寸。陽(yáng)極靶片，出射窗為突出弧形面并帶有波紋(見圖2)，以增強(qiáng)其剛性及增大有效面積。大面積發(fā)射陰極片6為間接加熱式， 工作時(shí)發(fā)射的電子束直接射入陽(yáng)極體內(nèi)的透射式陽(yáng)極靶片I上形成超大面積焦點(diǎn)。透射陽(yáng)極靶片I是由復(fù)合結(jié)構(gòu)不同材料制成。作為靶片，其內(nèi)層由高原子序數(shù)重金屬制成，厚度等于設(shè)定工作管電壓加速后電子在該重金屬中的射程；作為X線真空管的出射窗，靶片中層由低原子序數(shù)高導(dǎo)熱金屬制成，周邊與陽(yáng)極組合體真空密封焊接；作為冷卻水流隔離，其外層覆有低原子序數(shù)材料耐腐蝕耐輻射涂層。陽(yáng)極水冷套3是在真空密封X線管外包套在露出管外部分的陽(yáng)極組合體2的凸出部分上，其相互連接方式為防水密封可裝配方式。水冷套3兩側(cè)裝有進(jìn)水管接頭8、出水管接頭9，使得冷卻水流能連續(xù)流經(jīng)陽(yáng)極組合體前端外表面及陽(yáng)極靶片I與出射窗7之間的間隙。圖2以局部解剖方式，給出了本實(shí)用新型中透射陽(yáng)極靶片及出射窗局部結(jié)構(gòu)示意圖。可以看出，工作時(shí)冷卻水流能順波紋走向從陽(yáng)極靶片 I與出射窗7之間的間隙中高速流過(guò)，給靶片I有效的冷卻，使之能夠承受很大的陽(yáng)極功率負(fù)荷。[0044]本實(shí)用新型X線管的工作特征是陰極陽(yáng)極之間加的日常運(yùn)行高壓為預(yù)定的某較高的固定值(即不像普通醫(yī)用或工業(yè)用X射線管工作電壓在一定范圍內(nèi)可連續(xù)調(diào)整)，根據(jù)靶片內(nèi)層厚度靶片至陰極發(fā)射片距離及管殼耐壓等級(jí)作系列化設(shè)計(jì)，該電壓可在300kV至 900kV范圍甚至更高，均采用陽(yáng)極接地陰極加負(fù)高壓。本X線管的輻射特征是由陽(yáng)極靶片 I上大面積焦點(diǎn)發(fā)出的X射線是透過(guò)陽(yáng)極靶片后再穿過(guò)水冷層和出射窗7射出X線管供輻照應(yīng)用，替代放射性核輻照源。本實(shí)施例的出射束可以接近2 π立體角發(fā)出，均勻射束可以達(dá)到80度至100度(傳統(tǒng)傳統(tǒng)工業(yè)成像X管 靶角最大30度時(shí)，出射X線束的張角在45度左右)。由于不存在“足跟效應(yīng)”，出射束的均勻性比傳統(tǒng)傳統(tǒng)工業(yè)成像X管出射束均勻性也有大幅度改善。
權(quán)利要求1.輻照專用透射式直接水冷陽(yáng)極超大焦點(diǎn)X線管，包括陽(yáng)極組合體(2)、陰極組合體(4)、絕緣陶瓷真空封裝外殼(5)以及設(shè)置在絕緣陶瓷真空封裝外殼(5)外的陽(yáng)極水冷套(3)，其特征在于陽(yáng)極組合體(2)外端部設(shè)有透射式陽(yáng)極靶片(1)，陰極組合體(4)的前端部設(shè)有大面積發(fā)射陰極片(6)，陽(yáng)極水冷套(3)外端部中心設(shè)有出射窗(7);陽(yáng)極靶片(I)與大面積發(fā)射陰極片(6)及出射窗(7)相互平行且中心均位于X線管中心軸；大面積發(fā)射陰極片(6)發(fā)射的電子束直接射入陽(yáng)極組合體內(nèi)的透射式陽(yáng)極靶片(I)上形成超大面積焦點(diǎn)； 陽(yáng)極水冷套(3)是在X線管真空密封部分外，包套在露出管外部分的陽(yáng)極組合體(2)的凸出部分上，其相互連接方式為防水密封可裝配方式；陽(yáng)極水冷套(3)兩側(cè)裝有進(jìn)水管接頭(8) 和出水管接頭(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輻照專用透射式直接水冷陽(yáng)極超大焦點(diǎn)X線管，其特征在于 陽(yáng)極靶片(I)是復(fù)合結(jié)構(gòu)；作為靶片，陽(yáng)極靶片內(nèi)層由高原子序數(shù)重金屬制成，厚度等于工作管電壓加速后電子在該重金屬中的射程；作為X線真空管的出射窗，陽(yáng)極靶片中層由低原子序數(shù)高導(dǎo)熱金屬制成，周邊與陽(yáng)極組合體真空密封焊接；作為冷卻水流隔離，陽(yáng)極靶片外層覆有低原子序數(shù)材料耐腐蝕耐輻射涂層。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輻照專用透射式直接水冷陽(yáng)極超大焦點(diǎn)X線管，其特征在于 大面積發(fā)射陰極片(6)、陽(yáng)極靶片(I)及出射窗(7)的直徑尺寸，大于它們相互間的距離尺寸；陽(yáng)極靶片(I )、出射窗(7 )均為突出弧形面及帶有波紋。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輻照專用透射式直接水冷陽(yáng)極超大焦點(diǎn)X線管，其特征在于 大面積發(fā)射陰極片(6)采用平面狀直熱式或間接加熱式陰極，或者平面狀場(chǎng)致發(fā)射陰極。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輻照專用透射式直接水冷陽(yáng)極超大焦點(diǎn)X線管，其特征在于 絕緣陶瓷真空封裝外殼(5)采用波紋陶瓷或金屬殼封接絕緣陶瓷或采用玻璃真空封裝外殼。
專利摘要本實(shí)用新型是一種輻照專用透射式直接水冷陽(yáng)極超大焦點(diǎn)X線管，包括陽(yáng)極組合體、陰極組合體、絕緣陶瓷真空封裝外殼以及設(shè)置在絕緣陶瓷真空封裝外殼外的陽(yáng)極水冷套。本實(shí)用新型具輻射轉(zhuǎn)換效率高、輻射強(qiáng)度大、輻照角度大，輻照均勻性好等優(yōu)點(diǎn)，與高壓電源配套用于輻照產(chǎn)業(yè)替代放射性核輻照源，從而最終徹底擺脫對(duì)核輻照源的依賴，消除對(duì)環(huán)境產(chǎn)生放射性核污染潛在威脅。
文檔編號(hào)H01J35/06GK202796844SQ20122042098
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月23日
發(fā)明者譚大剛 申請(qǐng)人:匯佳生物儀器(上海)有限公司