一種冷陰極x射線管陰極的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種冷陰極X射線管陰極，包括一個(gè)陰極基座，所述陰極基座由上下兩個(gè)同軸設(shè)置的圓柱體組成、截面呈“凸”字形，陰極基座的中心軸線上開設(shè)有一個(gè)陰極棒通孔，通孔內(nèi)設(shè)置有陰極棒；所述陰極棒的三維尺寸可控，且陰極頭上設(shè)置電子發(fā)射體；包括一個(gè)柵極，所述柵極為杯狀結(jié)構(gòu)、內(nèi)部開設(shè)有一個(gè)與陰極基座配套的“凸”字形凹槽，所述陰極基座可嵌套設(shè)置于柵極凹槽內(nèi)且與柵極內(nèi)壁不接觸；所述柵極中心設(shè)一個(gè)半圓錐的用于聚焦陰極發(fā)射出來的電子的電子透射孔；利用碳納米材料冷陰極作為電子發(fā)射源的X射線管，通過陰極棒的尺寸能有效控制陰極制備及發(fā)射面積；并采用三極式結(jié)構(gòu)，通過柵極聚焦，可實(shí)現(xiàn)小焦點(diǎn)，提高X射線成像的分辨率。
【專利說明】一種冷陰極X射線管陰極

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種X射線管，具體涉及一種冷陰極X射線管陰極。

【背景技術(shù)】
[0002]X射線管是一種實(shí)現(xiàn)X射線可控發(fā)射的器件。它們被應(yīng)用于各種系統(tǒng)中，例如，應(yīng)用于醫(yī)療、工業(yè)、和安全等領(lǐng)域的X射線成像技術(shù)，光譜分析(X射線熒光光譜、X射線光電子能譜分析)，x射線衍射分析等。X射線管中產(chǎn)生X射線的原理是利用高能電子(幾萬電子伏特)，轟擊金屬靶，這些電子和靶材之間的相互作用增倍，直至發(fā)出X射線。X射線強(qiáng)度與達(dá)到靶材材料上的電子流成正比。X射線的穿透性與靶材料上的施加電壓成正比。X射線的發(fā)射面積由電子束轟擊靶材的范圍決定，一般通過X射線管中的電子光學(xué)裝置可以將電子束聚焦在靶材上很小的區(qū)域，以此形成小發(fā)射焦斑。
[0003]傳統(tǒng)X射線管一般采用熱陰極，通過加熱真空管內(nèi)的金屬絲達(dá)到上千攝氏度高溫來產(chǎn)生高能電子。但熱陰極存在體積較大、電子發(fā)射調(diào)制時(shí)間較長(zhǎng)(毫秒級(jí)別)、功耗大等缺陷。針對(duì)熱陰極的這些缺陷，性能優(yōu)良的冷陰極的研宄應(yīng)運(yùn)而生。室溫下，陰極在電場(chǎng)作用下發(fā)射電子(稱為場(chǎng)發(fā)射)，因此場(chǎng)發(fā)射具有更高的能量利用率。此外，場(chǎng)發(fā)射還具有一些獨(dú)特的性質(zhì)，例如，對(duì)電場(chǎng)變化的快速響應(yīng)，對(duì)溫度波動(dòng)和輻射不敏感，發(fā)射出的電子束高度可控，高開關(guān)比，電子的彈道傳輸，而且很小的電壓調(diào)制范圍就可以調(diào)制很大的電流范圍。
[0004]碳納米材料是碳的一種同素異形體，是準(zhǔn)一維納米材料。由于具有較高的長(zhǎng)徑比、穩(wěn)定的化學(xué)和機(jī)械性能，因此具有優(yōu)秀的場(chǎng)發(fā)射性能。例如，低開啟電壓、高電子發(fā)射穩(wěn)定性，長(zhǎng)壽命等。近年來，將碳納米材料應(yīng)用于場(chǎng)發(fā)射器件已經(jīng)成為研宄的熱點(diǎn)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型目的是:為提高X射線成像的分辨率，以及縮短X射線的曝光時(shí)間，本實(shí)用新型提供一種利用碳納米材料冷陰極作為電子發(fā)射源的X射線管陰極，陰極棒的三維尺寸可控，通過陰極棒的尺寸能有效控制陰極制備及發(fā)射面積；陰極發(fā)射性能好，電流穩(wěn)定；并采用三極式結(jié)構(gòu)，通過柵極聚焦，可實(shí)現(xiàn)小焦斑，提高X射線成像的分辨率，并且能在高電壓下可以穩(wěn)定工作一段時(shí)間；它們被應(yīng)用于各種系統(tǒng)中，例如，應(yīng)用于醫(yī)療、工業(yè)、和安全等領(lǐng)域的X射線成像技術(shù)，光譜分析(X射線熒光光譜、X射線光電子能譜分析)，X射線衍射分析等。
[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種冷陰極X射線管陰極，包括一個(gè)陰極基座，所述陰極基座由上下兩個(gè)同軸設(shè)置的圓柱體組成、截面呈“凸”字形，陰極基座的中心軸線上開設(shè)有一個(gè)陰極棒通孔，通孔內(nèi)設(shè)置有陰極棒；所述陰極棒的三維尺寸可控，且陰極頭上設(shè)置電子發(fā)射體；
[0007]包括一個(gè)柵極，所述柵極為杯狀結(jié)構(gòu)、內(nèi)部開設(shè)有一個(gè)與陰極基座配套的“凸”字形凹槽，所述陰極基座可嵌套設(shè)置于柵極凹槽內(nèi)且與柵極內(nèi)壁不接觸；所述柵極中心設(shè)一個(gè)半圓錐的用于聚焦陰極發(fā)射出來的電子的電子透射孔；
[0008]包括一個(gè)平板芯柱，所述平板芯柱包括一個(gè)支撐板和一個(gè)中空玻璃芯柱；支撐板上設(shè)置有與陰極基座連接并固定的連接柱和分別連接到柵極和陰極上的導(dǎo)電柱，導(dǎo)電柱另一端連接于X射線管的外接電源，柵極接高壓，陰極接地。
[0009]進(jìn)一步的，所述陰極基座的上方小圓柱體周向與柵極內(nèi)側(cè)壁之間設(shè)置有一圈吸氣劑；吸氣劑附著在柵極內(nèi)壁，形成一層中空柱狀的結(jié)構(gòu)，用于均勻吸收部件在工作中釋放的氣體，保持X射線管內(nèi)電子場(chǎng)發(fā)射所需的真空度，延長(zhǎng)陰極電子發(fā)射壽命。
[0010]進(jìn)一步的，所述陰極基座上對(duì)稱的開設(shè)有2-5個(gè)基座安裝固定通孔，基座安裝固定通孔兩側(cè)各安裝有一個(gè)T型中空絕緣陶瓷，所述T型中空絕緣陶瓷的垂直端插入通孔內(nèi)、水平端露置于外側(cè)使陰極基座和柵極絕緣；固定螺栓穿過T型中空絕緣陶瓷固定于柵極上對(duì)稱開設(shè)的螺孔內(nèi)，使陰極基座與柵極同軸連接。通過固定螺栓和中空T型陶瓷，陰極基座和柵極間具有良好的連接強(qiáng)度和定位精度。
[0011]進(jìn)一步的，所述陰極基座側(cè)面對(duì)應(yīng)三個(gè)安裝孔的位置，開設(shè)有三個(gè)通孔導(dǎo)氣孔。使真空抽得更徹底。因?yàn)閮蓚€(gè)對(duì)稱的T型中空絕緣陶瓷對(duì)接后和陰極基座中間存在縫隙，縫隙中的空氣通過小孔排除，T型中空絕緣陶瓷為T型氧化鋁陶瓷。
[0012]進(jìn)一步的，為了方便X射線管的組裝，所述柵極外側(cè)套設(shè)有一個(gè)杯狀的柵極罩，合成一個(gè)封裝空間，該空間可封裝柵極和陰極基座。且柵極罩中心開設(shè)有一個(gè)柵極罩透射孔。
[0013]進(jìn)一步的，所述支撐板上還設(shè)置一個(gè)導(dǎo)電柱可用于擴(kuò)展功能。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0015]第一、X射線管陰極實(shí)現(xiàn)冷陰極發(fā)射，克服了熱陰極X射線管存在體積較大、電子發(fā)射調(diào)制時(shí)間較長(zhǎng)(毫秒級(jí)別)、功耗大等缺陷問題。實(shí)現(xiàn)開機(jī)瞬間電場(chǎng)開啟發(fā)射電子，縮短X射線的曝光時(shí)間；能廣泛地應(yīng)用于各種系統(tǒng)中，例如，應(yīng)用于醫(yī)療、工業(yè)、和安全等領(lǐng)域的X射線成像技術(shù)，光譜分析(X射線熒光光譜、X射線光電子能譜分析)，X射線衍射分析等。
[0016]第二、碳納材料是準(zhǔn)一維納米材料。由于具有較高的長(zhǎng)徑比、穩(wěn)定的化學(xué)和機(jī)械性能，因此具有優(yōu)秀的場(chǎng)發(fā)射性能。例如，低開啟電壓、高電子發(fā)射穩(wěn)定性，長(zhǎng)壽命等。
[0017]第三、X射線成像設(shè)備的X射線管陰極中，通過陰極棒的尺寸能有效控制陰極制備及發(fā)射面積。陰極發(fā)射性能好，電流穩(wěn)定，并采用三極式結(jié)構(gòu)，通過柵極聚焦，可實(shí)現(xiàn)小焦點(diǎn)，提高X射線成像的分辨率，并且能在高電壓下可以穩(wěn)定工作一段時(shí)間。
[0018]第四、使用吸氣劑，能有效維持X射線管內(nèi)部真空度，有利于延長(zhǎng)冷陰極的使用(工作)壽命。
[0019]第四、整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易，可功能擴(kuò)展，進(jìn)而可降低X射線成像設(shè)備的開發(fā)和維護(hù)成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本實(shí)用新型冷陰極X射線管陰極的爆炸圖；
[0021]圖2為本實(shí)用新型冷陰極X射線管陰極的裝配圖；
[0022]圖3為T型中空絕緣陶瓷的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4為T型中空絕緣陶瓷的裝配圖。
[0024]圖中:1為平板芯柱、2為導(dǎo)電柱、3為連接柱、4為固定螺栓、5為T型中空絕緣陶瓷、6為陰極基座、7為基座安裝固定通孔、8為通孔導(dǎo)氣孔、9為陰極棒通孔、10為吸氣劑、11為陰極棒、12為柵極、13為螺孔、14為電子透射孔、15為柵極罩、16為柵極罩透射孔。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。
[0026]如圖1、2所示，一種冷陰極X射線管陰極，包括一個(gè)陰極基座6，所述陰極基座6由上下兩個(gè)同軸設(shè)置的圓柱體組成、截面呈“凸”字形，陰極基座6的中心軸線上開設(shè)有一個(gè)陰極棒通孔9(陰極孔為圓形或方形，孔徑尺寸根據(jù)實(shí)際需要的發(fā)射電流的陰極尺寸決定)，通孔內(nèi)設(shè)置有陰極棒11 ;所述陰極棒的三維尺寸可控，通過陰極棒的尺寸能有效控制陰極制備及發(fā)射面積，陰極頭上通過物理化學(xué)方法制備電子發(fā)射體。
[0027]包括一個(gè)柵極12，所述柵極12為杯狀結(jié)構(gòu)、內(nèi)部開設(shè)有一個(gè)與陰極基座配套的“凸”字形凹槽，所述陰極基座6可嵌套設(shè)置于柵極凹槽內(nèi)且與柵極內(nèi)壁不接觸；所述柵極12中心設(shè)一個(gè)半圓錐的電子透射孔14，用于聚焦陰極發(fā)射出來的電子，并讓電子穿過透射孔射向陽極。發(fā)射原理是電子的場(chǎng)致發(fā)射:柵極接高壓，陰極接地。陰極和柵極之間的空間電場(chǎng)降低了電子的逸出功，從而在低電場(chǎng)下實(shí)現(xiàn)大電流發(fā)射。柵極和陰極的極間距由發(fā)射電子的發(fā)射體形貌，高度來決定。
[0028]陰極基座的上方小圓柱體周向與柵極內(nèi)側(cè)壁之間設(shè)置有一圈吸氣劑10 ;吸氣劑附著在柵極內(nèi)壁，形成一層中空柱狀的結(jié)構(gòu)，用于均勻吸收部件在工作中釋放的氣體，保持X射線管內(nèi)電子場(chǎng)發(fā)射所需的真空度，延長(zhǎng)陰極電子發(fā)射壽命。
[0029]所述陰極基座6上對(duì)稱的開設(shè)有3個(gè)基座安裝固定通孔(基座安裝固定通孔的個(gè)數(shù)在2-5個(gè)均可)，基座安裝固定通孔兩側(cè)各安裝有一個(gè)T型中空絕緣陶瓷5 (如圖3所示)，所述T型中空絕緣陶瓷5的垂直端插入通孔內(nèi)、水平端露置于外側(cè)使陰極基座和柵極絕緣；固定螺栓4穿過T型中空絕緣陶瓷固定于柵極上對(duì)稱開設(shè)的螺孔13內(nèi)，使陰極基座與柵極同軸(中心軸)連接。通過固定螺栓和中空T型陶瓷，陰極基座和柵極間具有良好的連接強(qiáng)度和定位精度。
[0030]如圖4所示，所述陰極基座6側(cè)面對(duì)應(yīng)三個(gè)安裝孔的位置，開設(shè)有三個(gè)通孔導(dǎo)氣孔8，使真空抽得更徹底。因?yàn)閮蓚€(gè)對(duì)稱的T型中空絕緣陶瓷對(duì)接后和陰極基座中間存在縫隙，縫隙中的空氣通過小孔排除，T型中空絕緣陶瓷為T型氧化鋁陶瓷。
[0031]為了方便X射線管的組裝，在其一種示意性實(shí)施方式中，所述柵極12外側(cè)套設(shè)有一個(gè)杯狀的柵極罩15，合成一個(gè)封裝空間，該空間可封裝柵極和陰極基座。且柵極罩中心開設(shè)有一個(gè)柵極罩透射孔16。
[0032]包括一個(gè)平板芯柱1，所述平板芯柱I包括一個(gè)支撐板一個(gè)中空玻璃芯柱。支撐板上分別設(shè)置有三個(gè)連接柱3和三個(gè)導(dǎo)電柱2，三個(gè)連接柱與陰極基座連接并固定，三個(gè)導(dǎo)線柱其中兩個(gè)一端通過可閥絲(導(dǎo)電金屬即可)分別連接到柵極和陰極上，另一端連接于X射線管的外接電源，通過供電電源向柵極提供高電壓。第三個(gè)可用于擴(kuò)展功能。
[0033]該冷陰極X射線管陰極中，陰極發(fā)射面積通過陰極棒的尺寸能進(jìn)行有效控制，三極式結(jié)構(gòu)，通過柵極聚焦，可實(shí)現(xiàn)小焦點(diǎn)。整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易，進(jìn)而可降低X射線成像設(shè)備的開發(fā)和維護(hù)成本。
[0034]如上所述的X射線成像設(shè)備的X射線管陰極，所述柵極、陰極基座，連接柱、導(dǎo)電柱、螺栓等材料為熱膨脹系數(shù)一致或近似的金屬材質(zhì)。
[0035]所述陰極棒材料為含可催化制備發(fā)射體的金屬或金屬化合物，如常見的鐵、鈷、鎳，等純金屬催化劑或含催化劑金屬的化合物等。發(fā)射體制備方法為物理氣相沉積，化學(xué)氣相沉積，絲網(wǎng)印刷，溶液法等。通常發(fā)射體厚度為幾十微米。
[0036]應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
【權(quán)利要求】
1.一種冷陰極X射線管陰極，其特征在于:包括一個(gè)陰極基座(6),所述陰極基座(6)由上下兩個(gè)同軸設(shè)置的圓柱體組成、截面呈“凸”字形，陰極基座出)的中心軸線上開設(shè)有一個(gè)陰極棒通孔(9),通孔內(nèi)設(shè)置有陰極棒(11)；所述陰極棒的三維尺寸可控，且陰極頭上設(shè)置電子發(fā)射體； 包括一個(gè)柵極(12),所述柵極(12)為杯狀結(jié)構(gòu)、內(nèi)部開設(shè)有一個(gè)與陰極基座配套的“凸”字形凹槽，所述陰極基座(6)可嵌套設(shè)置于柵極凹槽內(nèi)且與柵極內(nèi)壁不接觸；所述柵極(12)中心設(shè)一個(gè)半圓錐的用于聚焦陰極發(fā)射出來的電子的電子透射孔(14)； 包括一個(gè)平板芯柱(1),所述平板芯柱(1)包括一個(gè)支撐板和一個(gè)中空玻璃芯柱；支撐板上設(shè)置有與陰極基座連接并固定的連接柱(3)和分別連接到柵極和陰極上的導(dǎo)電柱(3),導(dǎo)電柱(3)另一端連接于X射線管的外接電源，柵極接高壓，陰極接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種冷陰極X射線管陰極，其特征在于:所述陰極基座(6)的上方小圓柱體周向與柵極內(nèi)側(cè)壁之間設(shè)置有一圈吸氣劑(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種冷陰極X射線管陰極，其特征在于:所述陰極基座(6)上對(duì)稱的開設(shè)有2-5個(gè)基座安裝固定通孔，基座安裝固定通孔兩側(cè)各安裝有一個(gè)I型中空絕緣陶瓷(5),所述I型中空絕緣陶瓷(5)的垂直端插入通孔內(nèi)、水平端露置于外側(cè)使陰極基座和柵極絕緣；固定螺栓(4)穿過I型中空絕緣陶瓷固定于柵極上對(duì)稱開設(shè)的螺孔(13)內(nèi)，使陰極基座與柵極同軸連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種冷陰極X射線管陰極，其特征在于:所述陰極基座(6)側(cè)面對(duì)應(yīng)三個(gè)安裝孔的位置，開設(shè)有三個(gè)通孔導(dǎo)氣孔(8)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種冷陰極X射線管陰極，其特征在于:所述柵極(12)外側(cè)套設(shè)有一個(gè)杯狀的柵極罩(15)，且柵極罩中心開設(shè)有一個(gè)柵極罩透射孔(16)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種冷陰極X射線管陰極，其特征在于:所述支撐板上還設(shè)置一個(gè)導(dǎo)電柱可用于擴(kuò)展功能。
【文檔編號(hào)】H01J35/06GK204257584SQ201420799322
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月16日
【發(fā)明者】顏浩然, 耿虎, 翟瑩, 張研 申請(qǐng)人:南京康眾光電科技有限公司