X射線轉(zhuǎn)換靶片、靶層板及靶層板的加工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種X射線轉(zhuǎn)換靶片、靶層板及靶層板的加工方法，該X射線轉(zhuǎn)換靶片包括轉(zhuǎn)換層和導(dǎo)熱層，該轉(zhuǎn)換層設(shè)置于該導(dǎo)熱層的上方，該轉(zhuǎn)換層用于將電子束轉(zhuǎn)換成X射線，該導(dǎo)熱層用于將該轉(zhuǎn)換層透射出的電子束轉(zhuǎn)換成X射線和用于快速實(shí)現(xiàn)該轉(zhuǎn)換層的熱量在垂直掃描方向上的擴(kuò)散。靶層板的加工方法包括以下步驟：S1、將若干個(gè)如上所述的X射線轉(zhuǎn)換靶片分別彎曲形成一圓弧板；S2、將若干該圓弧板通過焊接形成一靶層板。該靶層板采用如上所述的加工方法制得。本發(fā)明提高了電子束能量的利用率，提高轉(zhuǎn)換靶的轉(zhuǎn)換效率；另外，提高了X射線轉(zhuǎn)換靶片的散熱能力和使用壽命；此外，使得熔點(diǎn)低，加工性能不好，但原子序數(shù)更高的材料得到應(yīng)用。
【專利說明】 X射線轉(zhuǎn)換靶片、靶層板及靶層板的加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種X射線轉(zhuǎn)換靶片、靶層板及靶層板的加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電子束轉(zhuǎn)換成X射線通常以軔致輻射的方式獲得。即將電子束轟擊在高原子序數(shù)材料上，電子與材料相互作用的過程中，通過軔致輻射作用發(fā)出X射線。由于X射線在穿透性上相對(duì)電子束有明顯的優(yōu)勢(shì)，輻照工業(yè)將大尺寸和高密度材料的輻照加工用X射線進(jìn)行。為提高輻照生產(chǎn)效率，對(duì)電子束轉(zhuǎn)換成X射線時(shí)的功率輸出的要求越來(lái)越高。同時(shí)，為降低生產(chǎn)成本，對(duì)X射線轉(zhuǎn)換靶的轉(zhuǎn)換效率的要求也越來(lái)越高。
[0003]而X射線轉(zhuǎn)換靶的轉(zhuǎn)換效率一方面與電子在物質(zhì)中發(fā)生軔致輻射過程中釋放的X射線總份額有關(guān)，另一方面與電子能量的利用率和X射線被靶層板的吸收程度有關(guān)。對(duì)于前者，單一能量的入射電子束，選擇原子序數(shù)盡可能高的作用材料，可以提高轉(zhuǎn)換靶的轉(zhuǎn)換效率。對(duì)于后者，與材料的結(jié)構(gòu)尤其是厚度尺寸相關(guān)，單能電子束在轉(zhuǎn)換靶的轉(zhuǎn)換效率要獲得最大的X射線轉(zhuǎn)換份額，靶層板的材料需要選擇一個(gè)最佳厚度。但是穿透這個(gè)靶層材料后，剩余的電子能量一般對(duì)于X射線轉(zhuǎn)換份額不再有貢獻(xiàn)，而是需要低序數(shù)材料將其完全吸收變成熱能。
[0004]在傳統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用中，電子束轉(zhuǎn)換成X射線時(shí)電子束的能量一般限制在IOMeV以下。在這個(gè)能量范圍，通過軔致輻射釋放的X射線份額相對(duì)電子束總功率比較小?，F(xiàn)有的轉(zhuǎn)換靶中主要用來(lái)進(jìn)行電子束X射線轉(zhuǎn)換的部件為靶層板。電子束與靶層板作用后，發(fā)生軔致輻射，一部分能量將轉(zhuǎn)換成X射線，一部分能量將變成熱，剩余的能量將隨透射的電子束被轉(zhuǎn)換靶的其他部件吸收。
[0005]通常靶層板包括X射線轉(zhuǎn)換靶片，現(xiàn)有技術(shù)中，該X射線轉(zhuǎn)換靶片為單層的高原子序數(shù)材料。因此，現(xiàn)有的X射線轉(zhuǎn)換靶片以及靶層板存在以下技術(shù)問題:
[0006](I)電子束與單層的靶層板作用后還有剩余的電子束能量，而這些電子束能量最終被冷卻劑或基板吸收，使得電子束能量的利用率較低，轉(zhuǎn)換靶的轉(zhuǎn)換效率較低；
[0007](2)該X射線轉(zhuǎn)換靶片對(duì)材料的耐熱性能和機(jī)械加工性能的要求，限制靶層板對(duì)高原子序數(shù)材料的選擇范圍；
[0008](3)X射線轉(zhuǎn)換靶片中高原子序數(shù)材料的導(dǎo)熱性能差，尤其是在垂直于掃描方向上的熱擴(kuò)散性能不好，熱能容易在局部積累使局部溫升過高，造成X射線轉(zhuǎn)換靶片損壞和使用壽命下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)的X射線轉(zhuǎn)換靶片以及靶層板轉(zhuǎn)換效率低、高原子序數(shù)材料選擇范圍受到限制、轉(zhuǎn)換靶散熱效果不好、X射線轉(zhuǎn)換靶片易損壞以及使用壽命低的缺陷，提供了一種X射線轉(zhuǎn)換靶片、靶層板及靶層板的加工方法。
[0010]本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問題:[0011 ] 一種X射線轉(zhuǎn)換靶片，其特點(diǎn)在于，其包括一轉(zhuǎn)換層和一導(dǎo)熱層，該轉(zhuǎn)換層設(shè)置于該導(dǎo)熱層的上方，該轉(zhuǎn)換層用于將電子束轉(zhuǎn)換成X射線，該導(dǎo)熱層用于將該轉(zhuǎn)換層透射出的電子束轉(zhuǎn)換成X射線和用于快速實(shí)現(xiàn)該轉(zhuǎn)換層的熱量在垂直掃描方向上的擴(kuò)散。
[0012]在本方案中，該X射線轉(zhuǎn)換靶片設(shè)置有轉(zhuǎn)換層和導(dǎo)熱層，當(dāng)電子束與復(fù)合靶片作用時(shí)，電子束與轉(zhuǎn)換層發(fā)生軔致輻射釋放X射線后，透射的電子束還將與導(dǎo)熱層繼續(xù)發(fā)生軔致輻射作用釋放X射線，即繼續(xù)利用了從轉(zhuǎn)換層透射的電子束的剩余能量，從而提高了電子束能量的利用率。因此，該X射線轉(zhuǎn)換靶片有利于提高電子束能量的利用率，提高轉(zhuǎn)換靶的轉(zhuǎn)換效率。另外，導(dǎo)熱層實(shí)現(xiàn)了該轉(zhuǎn)換層的熱量在垂直掃描方向上的擴(kuò)散，提高了X射線轉(zhuǎn)換靶片的散熱能力。
[0013]較佳地，該轉(zhuǎn)換層通過爆炸焊接與該導(dǎo)熱層固接。
[0014]在本方案中，爆炸焊接是利用炸藥爆炸產(chǎn)生的巨大能量將2種或多種不同熔點(diǎn)， 不同強(qiáng)度，不同厚度，不同膨脹系數(shù)以及硬度差別很大的金屬焊接在一起，甚至能對(duì)金屬與非金屬材料實(shí)施焊接。將轉(zhuǎn)換層用爆炸焊接的方法焊接導(dǎo)熱層上，爆炸焊接能保證轉(zhuǎn)換層與導(dǎo)熱層具有很高界面貼合率，而且其接觸熱阻很小，可以忽略。這樣在X射線轉(zhuǎn)換靶片的厚度方向上，轉(zhuǎn)換層的局部的熱量將迅速沿電子束前進(jìn)方向傳遞到導(dǎo)熱層，然后在垂直掃描方向上擴(kuò)散，易將電子束與轉(zhuǎn)換層作用后產(chǎn)生的熱量擴(kuò)散到整個(gè)X射線轉(zhuǎn)換靶片，以促進(jìn)X射線轉(zhuǎn)換靶片的散熱，提高X射線轉(zhuǎn)換靶片的使用壽命。
[0015]較佳地，該轉(zhuǎn)換層的材料的原子序數(shù)大于70。
[0016]在本方案中，采用上述結(jié)構(gòu)形式，使得該轉(zhuǎn)換層在電子束能量較低的情況下就有較高的X射線轉(zhuǎn)換份額，提高了轉(zhuǎn)換靶的轉(zhuǎn)換效率。
[0017]較佳地，該轉(zhuǎn)換層為鉭板或鎢板。
[0018]在本方案中，鉭板或鎢板不僅能夠保證較高的電子束轉(zhuǎn)換成X射線的轉(zhuǎn)換效率， 且該鉭板或鎢板的延展性能和加工性能較好，提供了該X射線轉(zhuǎn)換靶片的可加工性。
[0019]較佳地，該導(dǎo)熱層的材料的導(dǎo)熱系數(shù)大于200W/(m ? K)。
[0020]在本方案中，該導(dǎo)熱層一方面起到有效利用透射的電子束剩余能量的作用，另一方面將前面轉(zhuǎn)換層的熱量沿與掃描垂直的方向擴(kuò)散到整個(gè)X射線轉(zhuǎn)換靶片。
[0021]較佳地，該導(dǎo)熱層的材質(zhì)為銅。
[0022]較佳地，該導(dǎo)熱層的下表面上設(shè)有若干條紋槽，各該條紋槽間隔平行設(shè)置于該導(dǎo)熱層上。
[0023]在本方案中，條紋槽將使冷卻劑層與導(dǎo)熱層之間傳熱系數(shù)得到加強(qiáng)。
[0024]較佳地，各該條紋槽的形狀為人字形。
[0025]較佳地，該X射線轉(zhuǎn)換靶片還包括一設(shè)置于該轉(zhuǎn)換層與該導(dǎo)熱層之間的過渡層， 該過渡層通過爆炸焊接與該轉(zhuǎn)換層、導(dǎo)熱層相連接，該過渡層用于將從該轉(zhuǎn)換層透射出的電子束轉(zhuǎn)換成X射線。
[0026]在本方案中，過渡層可以將讓熔點(diǎn)低，加工性能不好，但原子序數(shù)更高的材料得到應(yīng)用，從而將從轉(zhuǎn)換層透射出的電子束轉(zhuǎn)換成X射線，進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)換靶的轉(zhuǎn)換效率。
[0027]較佳地，該過渡層的材質(zhì)為鉛或鈾。
[0028]本發(fā)明還提供了一種靶層板的加工方法，其特點(diǎn)在于，其具體包括以下步驟:
[0029]S1、將若干個(gè)如上所述的X射線轉(zhuǎn)換靶片分別彎曲形成一圓弧板；[0030]S2、將若干該圓弧板通過焊接形成一靶層板。
[0031]較佳地，步驟S2中若干該圓弧板在焊接時(shí)每?jī)蓚€(gè)該圓弧板之間首尾相接。
[0032]本發(fā)明還提供了一種靶層板，其特點(diǎn)在于，該靶層板采用如上所述的加工方法制得。
[0033]在本方案中，采用上述結(jié)構(gòu)形式，提高了該靶層板的轉(zhuǎn)換效率和散熱能力，提高了該靶層板的使用壽命。
[0034]在符合本領(lǐng)域常識(shí)的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實(shí)例。
[0035]本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于:
[0036]本發(fā)明提高了電子束能量的利用率，提高轉(zhuǎn)換靶的轉(zhuǎn)換效率；另外，提高了 X射線轉(zhuǎn)換靶片的散熱能力和使用壽命；此外，使得熔點(diǎn)低，加工性能不好，但原子序數(shù)更高的材料得到應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]圖1為本發(fā)明X射線轉(zhuǎn)換靶片的較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038]圖2為與圖1對(duì)應(yīng)的后視圖。
[0039]圖3為本發(fā)明靶層板的較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040]附圖標(biāo)記說明:`[0041]X射線轉(zhuǎn)換靶片:1 轉(zhuǎn)換層:2 導(dǎo)熱層:3
[0042]條紋槽:4靶層板:5
【具體實(shí)施方式】
[0043]下面舉個(gè)較佳實(shí)施例，并結(jié)合附圖來(lái)更清楚完整地說明本發(fā)明。
[0044]如圖1所示，本發(fā)明X射線轉(zhuǎn)換靶片I包括一轉(zhuǎn)換層2和一導(dǎo)熱層3。該轉(zhuǎn)換層2設(shè)置在該導(dǎo)熱層3的上方，該轉(zhuǎn)換層2用于將電子束轉(zhuǎn)換成X射線。該導(dǎo)熱層3用于將該轉(zhuǎn)換層2透射出的電子束轉(zhuǎn)換成X射線和用于快速實(shí)現(xiàn)該轉(zhuǎn)換層2的熱量在垂直掃描方向上的擴(kuò)散。
[0045]在本實(shí)施例中，該X射線轉(zhuǎn)換靶片I設(shè)置有轉(zhuǎn)換層2和導(dǎo)熱層3，當(dāng)電子束與復(fù)合靶片作用時(shí)，電子束與轉(zhuǎn)換層2發(fā)生軔致輻射釋放X射線后，透射的電子束還將與導(dǎo)熱層3繼續(xù)發(fā)生軔致輻射作用釋放X射線，即繼續(xù)利用了從轉(zhuǎn)換層2透射的電子束的剩余能量，從而提高了電子束能量的利用率。因此，該X射線轉(zhuǎn)換靶片I有利于提高電子束能量的利用率，提高轉(zhuǎn)換靶的轉(zhuǎn)換效率。另外，導(dǎo)熱層3實(shí)現(xiàn)了該轉(zhuǎn)換層2的熱量在垂直掃描方向上的擴(kuò)散，提高了 X射線轉(zhuǎn)換靶片I的散熱能力。
[0046]其中，該轉(zhuǎn)換層2通過爆炸焊接與該導(dǎo)熱層3固接。爆炸焊接是利用炸藥爆炸產(chǎn)生的巨大能量將2種或多種不同熔點(diǎn)，不同強(qiáng)度，不同厚度，不同膨脹系數(shù)以及硬度差別很大的金屬焊接在一起，甚至能對(duì)金屬與非金屬材料實(shí)施焊接。
[0047]在實(shí)際的應(yīng)用中，將轉(zhuǎn)換層2用爆炸焊接的方法焊接導(dǎo)熱層3上，爆炸焊接能保證轉(zhuǎn)換層2與導(dǎo)熱層3具有很高界面貼合率，而且其接觸熱阻很小，可以忽略。這樣在X射線轉(zhuǎn)換靶片的厚度方向上，轉(zhuǎn)換層2的局部的熱量將迅速沿電子束前進(jìn)方向傳遞到導(dǎo)熱層3，然后在垂直掃描方向上擴(kuò)散，易將電子束與轉(zhuǎn)換層2作用后產(chǎn)生的熱量擴(kuò)散到整個(gè)X射線轉(zhuǎn)換靶片，以促進(jìn)X射線轉(zhuǎn)換靶片的散熱，提高X射線轉(zhuǎn)換靶片的使用壽命。
[0048]另外，該轉(zhuǎn)換層2的材料的原子序數(shù)大于70。
[0049]一定能量的電子束作用于材料中，產(chǎn)生軔致輻射的能力與該材料的原子序數(shù)有關(guān)。衡量材料在一定能量電子束作用下，對(duì)電子束轉(zhuǎn)換成X射線的能力可以用這種材料臨界能量Era表示，Era (MeV)~800/(Z+1.2)。當(dāng)作用的電子束能量等于臨界能量Era時(shí)，電離損失和輻射損失相等。電子能量越高于臨界能量Era時(shí)，輻射損失越大于電離損失，即轉(zhuǎn)換成X射線的份額越多。電子能量越低于臨界能量Era時(shí)，電離損失越大于輻射損失，即電子束功率更多的將變成熱，而轉(zhuǎn)換成X射線的份額越少。
[0050]常見靶材的臨界能量如下表:
[0051]表1
[0052]
【權(quán)利要求】
1.一種X射線轉(zhuǎn)換IE片,其特征在于,其包括一轉(zhuǎn)換層和一導(dǎo)熱層,該轉(zhuǎn)換層設(shè)置于該導(dǎo)熱層的上方，該轉(zhuǎn)換層用于將電子束轉(zhuǎn)換成X射線，該導(dǎo)熱層用于將該轉(zhuǎn)換層透射出的電子束轉(zhuǎn)換成X射線和用于快速實(shí)現(xiàn)該轉(zhuǎn)換層的熱量在垂直掃描方向上的擴(kuò)散。
2.如權(quán)利要求1所述的X射線轉(zhuǎn)換靶片，其特征在于，該轉(zhuǎn)換層通過爆炸焊接與該導(dǎo)熱層固接。
3.如權(quán)利要求1所述的X射線轉(zhuǎn)換靶片，其特征在于，該轉(zhuǎn)換層的材料的原子序數(shù)大于70。
4.如權(quán)利要求1所述的X射線轉(zhuǎn)換靶片，其特征在于，該轉(zhuǎn)換層為鉭板或鎢板。
5.如權(quán)利要求1所述的X射線轉(zhuǎn)換靶片，其特征在于，該導(dǎo)熱層的材料的導(dǎo)熱系數(shù)大于 200W/(m ? K)。
6.如權(quán)利要求1所述的X射線轉(zhuǎn)換靶片，其特征在于，該導(dǎo)熱層的材質(zhì)為銅。
7.如權(quán)利要求1所述的X射線轉(zhuǎn)換靶片，其特征在于，該導(dǎo)熱層的下表面上設(shè)有若干條紋槽，各該條紋槽間隔平行設(shè)置于該導(dǎo)熱層上。
8.如權(quán)利要求7所述的X射線轉(zhuǎn)換靶片，其特征在于，各該條紋槽的形狀為人字形。
9.如權(quán)利要求1~8中任意一項(xiàng)所述的X射線轉(zhuǎn)換靶片，其特征在于，該X射線轉(zhuǎn)換靶片還包括一設(shè)置于該轉(zhuǎn)換層與該導(dǎo)熱層之間的過渡層，該過渡層通過爆炸焊接與該轉(zhuǎn)換層、導(dǎo)熱層相連接，該過渡層用于將從該轉(zhuǎn)換層透射出的電子束轉(zhuǎn)換成X射線。
10.如權(quán)利要求9所述的X射線轉(zhuǎn)換靶片，其特征在于，該過渡層的材質(zhì)為鉛或鈾。
11.一種靶層板的加工方法，其特征在于，其具體包括以下步驟:51、將若干個(gè)如權(quán)利要求1~10中任意一項(xiàng)所述的X射線轉(zhuǎn)換靶片分別彎曲形成一圓弧板；52、將若干該圓弧板通過焊接形成一靶層板。
12.如權(quán)利要求11所述的加工方法，其特征在于，步驟S2中若干該圓弧板在焊接時(shí)每?jī)蓚€(gè)該圓弧板之間首尾相接。
13.—種靶層板，其特征在于，該靶層板采用如權(quán)利要求11~12所述的加工方法制得。
【文檔編號(hào)】H01J35/08GK103578896SQ201310517785
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月28日
【發(fā)明者】何子鋒, 楊永金, 黃建鳴, 吳新時(shí), 李德明, 張宇田, 朱希愷 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所