專利名稱：透射式陽極高效x線機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高電壓等級X線機(jī)。
以往的X線機(jī)一直采用傳統(tǒng)的反射式陽極結(jié)構(gòu)的X線管，其出射方向中心大約與電子運(yùn)動方向成90度角。這種X線通常由幾十至幾百千電子伏能量電子轟擊金屬靶時軔致輻射所產(chǎn)生，在該能量范圍內(nèi)，電子束轉(zhuǎn)換為X線能量轉(zhuǎn)換率很低；幾乎95％以上能量都變?yōu)闊崮?。所以，為產(chǎn)生足夠強(qiáng)度X射線，輸入的電能功率會遠(yuǎn)高于實(shí)際X線能量功率。同時，為了把管子陽極的熱功率冷卻以保護(hù)X線管，還必須加上相應(yīng)電功率推動空氣、水或油強(qiáng)制冷卻X線管，由上述分析可見，提高X線管發(fā)射效率，對X線產(chǎn)生設(shè)備的節(jié)能和小型化具有關(guān)鍵性作用。
然而，輻射物理理論和實(shí)驗(yàn)都表明，固定電壓下電子束在厚鎢靶上產(chǎn)生沿90度方向輻射X線的效率已經(jīng)固定，雖然提高靶的原子序數(shù)可略為提高總輻射效率，但由于高于鎢的原子序數(shù)的靶材的熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性所決定的靶的耐熱功率卻大為下降，無法使之制成實(shí)用X線管。美國Danos M在1992年提出一項(xiàng)發(fā)明專利(H01J35/08WO、92/0387)，該發(fā)明仍基于反射陽極結(jié)構(gòu)，但把電子束沿很小角度入射，試圖把電子束前進(jìn)小角度產(chǎn)生的X線納入有用射束。從理論上，該方向X線具有軔致輻射最大強(qiáng)度。結(jié)果由于電子束在靶面的散射使總輻射強(qiáng)度減少，使窗口被散射電子加熱等問題，無法制成實(shí)用高效X線管產(chǎn)品。
本發(fā)明目的是提供一種采用透射式陽極新原理的X線管，與高頻轉(zhuǎn)換多級倍壓恒定高壓電源組成一體化的X線機(jī)頭并通過高速水冷卻裝置及高效散熱強(qiáng)制風(fēng)冷的循環(huán)水冷卻器，構(gòu)成透射式陽極小型高效X線機(jī)，從而提高X線機(jī)的發(fā)射效率，使裝置節(jié)能和小型化。
本發(fā)明是由透射陽極X線管，高壓發(fā)生裝置，管頭外殼，控制臺，循環(huán)水冷卻器組成。透射陽極X線管的透射陽極的靶層采用鎢并與石墨透射導(dǎo)熱片為一體結(jié)構(gòu)，其后部被透射電子束壓柱壓在陽極體薄窗上，水冷套設(shè)置在陽極體外，其前部設(shè)置有水冷套透射窗，水冷套外部設(shè)置有輻射屏蔽套其前部加工有X線出射口，陽極組裝體上設(shè)置有進(jìn)、出水口，陰極設(shè)置在絕緣體上，絕緣體通過管殼與陽極體相連并密封，透射陽極X線管設(shè)置在管頭外殼體內(nèi)前部，由振蕩輸出級、高頻變壓器、多級倍壓整流組件，燈絲供電變壓器組成的高壓發(fā)生器設(shè)置在管頭外殼體內(nèi)并與X線管陰極相連接，高壓發(fā)生器通過電纜接入控制臺，控制臺由單片機(jī)、電流、電壓、輻照時間控制電路、電源電路組成，控制臺通過電纜與循環(huán)水冷裝置相連，循環(huán)水冷裝置由水箱體，循環(huán)水泵散熱器及電風(fēng)扇組成。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有輻射效率高，同電壓下透照厚度大，可利用照射束張角大，體積小，重量輕，節(jié)約工業(yè)用水等特點(diǎn)。
附

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)剖視圖。
附圖2為本發(fā)明透射陽極X線管結(jié)構(gòu)剖面圖。
附圖3為本發(fā)明循環(huán)水冷卻裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，本發(fā)明的核心部件透射陽極X線管的透射陽極的靶層1采用鎢并與石墨透射導(dǎo)熱片2為一體結(jié)構(gòu)，其后部被透射電子束壓柱3壓在陽極體薄窗4上。水冷套5設(shè)置在陽極體外，其前部設(shè)置有水冷套透射窗6。水冷套外部設(shè)置有輻射屏蔽套7，其前部加工有X線出射口8。陽極組裝體上設(shè)置有進(jìn)、出水口9、10。X線管頭端為出射有用射束，其大小由防護(hù)套及水冷帽開口決定，最大出射角可達(dá)±50度錐角，陰極11設(shè)置在絕緣體12上，絕緣體通過管殼13與陽極體相連并密封，絕緣體可以是與金屬封接的陶瓷體或波紋陶瓷體，對于高電壓等級，可采用有均壓環(huán)隔離的串接波紋陶瓷體。陽極體經(jīng)法蘭盤與管頭外殼14密封相連，透射電子壓柱中央是電子束通道，其出口截面尺寸為實(shí)際焦點(diǎn)尺寸，人口可略大，側(cè)壁為5度以下錐角，表面光潔，其本身具有表面散射輔助電子聚焦作用，但仍需設(shè)計好陰極碗尺寸以確保燈絲發(fā)射電子束在加速進(jìn)入陽極體中時能被聚焦在通道截面范圍內(nèi)，端窗與陽極體為一整體保證真空密封性，其厚度在X線過濾允許范圍內(nèi)。在陽極體外部加工有冷卻水的進(jìn)、出口和通道，另有水冷帽帶有出射窗套在陽極體外。通過水冷帽的導(dǎo)引，高速水流可經(jīng)陽極體外沿通過端窗與水冷帽的出射窗間空隙通過，確保對復(fù)合靶片的冷卻，在水冷帽的外面，套有鉛合金制成的防護(hù)套，防護(hù)套端口決定所需出射X線錐面大小形狀。在管頭外殼體內(nèi)，靠近X線管是燈絲供電變壓器18，與由高頻變壓器16，倍壓整流組件17組成的高壓發(fā)生器相互串接，組件內(nèi)包括耐高壓電容，二極管及測量電阻，可分級用高絕緣樹脂密封，也可以采用一般串接方式，組件級數(shù)視整機(jī)最高工作電壓而定，在倍壓組件的另一端，即X線組合管頭的另一端裝有高壓輸出變壓器及高頻振蕩功率輸出組15，低壓電聯(lián)結(jié)線通過密封插座及低壓多芯電纜19與控制臺20相聯(lián)，控制臺是由公知技術(shù)組成，包括有單片機(jī)電路、電壓控制電路，通過控制燈絲電壓的電流控制電路，控制高壓接通時間(輻照時間)控制電路，電源電路，以及微機(jī)控制的電壓、電流、輻照時間予置和顯示電路及輻照條件程序貯存等?？刂婆_還通過電纜與循環(huán)水冷裝置相連，循環(huán)水冷裝置的水箱體21通過出水管與側(cè)面安裝的循環(huán)水泵22相接并通過閥門23及軟管與X線管的陽極體上進(jìn)水口相連，陽極組裝體上的出水口通過軟管接入循環(huán)水冷裝置的散熱器24，散熱器的結(jié)構(gòu)是在數(shù)十根串接的銅管橫斷面上通過膨脹銅管固定有數(shù)百層相互平行的薄鋁散熱片，散熱器的外殼通過支持固定片固定在水箱上面，散熱器出水口直接通進(jìn)水箱，在水箱上面對準(zhǔn)散熱器中心的適當(dāng)距離還裝有散熱電風(fēng)扇25，通過氣流通過平行鋁散熱片吹過，使銅管中水流被冷卻。
本發(fā)明的工作原理是這樣的根據(jù)輻射物理原理，高速電子所產(chǎn)生的軔致輻射在空間分布上不是各向同性，它具有趨向電子運(yùn)動朝前方向的趨勢，所產(chǎn)生軔致輻射具有的最大軔致輻射方向以下簡寫為MBRD，是大約處在與電子運(yùn)動方向形成一定角度的錐面。該角度大小取決于使電子加速的管電壓，當(dāng)管電壓從100KV增到600KV，該角度由40°降到10°左右。見表1。
表1
<p>沿MBRD附近方向輻射的X線與沿90°方向輻射X線相比有較大差別首先是輻射效率高。這個差別，隨著電壓增大而增大。如果取能譜中較高能光子(即在金屬檢測中透過與管電壓對應(yīng)最大探測厚度能產(chǎn)生影像的有效成分光子)來比較，當(dāng)管電壓從150KV增到600KV，沿MBRD與沿90°方向；軔致輻射X線強(qiáng)度比大約從150％增到800％，見表2。
表2
此外，其軔致輻能譜也有所不同，因?yàn)樵绞歉吣懿糠窒蚯胺植稼厔菰綇?qiáng)，其總的效果是沿MBRD輻射光子的平均能量要大于沿90°方向輻射，也即是其穿透能力增強(qiáng)了。實(shí)驗(yàn)證明，透射陽極X線管沿MBRD附近出射X線的最大透射力相當(dāng)于把普通X線管管電壓增加10-15％后的X線的最大透射力。
目前常規(guī)X線管中，是利用了沿90°方向附近發(fā)射的軔致輻射X線，而沿MBRD錐面附近方向輻射的X線，被陽極減弱后，不能成為有用射束而成為需要屏蔽的泄漏輻射。
本發(fā)明的關(guān)鍵是采用透明基靶和透射式陽極結(jié)構(gòu)使沿MBRD附近方向輻射成為有用射束，從而提高X線管輻射效率。
所謂透明基靶是由兩層復(fù)合材料組成，首層是用高原子序數(shù)高熔點(diǎn)導(dǎo)熱性較好材料構(gòu)成的靶層，其厚度約等于相應(yīng)電壓加速后電子束在靶材的射程。例如鎢層對于250KV至600KV對應(yīng)厚度為20μm至80μm左右。該層對于透過的X線有效成分的減弱與反射式厚鎢靶自減弱大致相當(dāng)。按常識，單有此層薄靶無法及時傳遞熱功率，在電子束連續(xù)轟擊下會很快損壞，所以必須緊貼稱為透明基的第二層作為導(dǎo)熱基體。第二層由低原子序數(shù)，溶點(diǎn)略高于靶層的高導(dǎo)熱性材料組成。厚度為第一層的10-20倍。因其原子序數(shù)低，對有效成份X線近似透明。通過該透明基，靶層熱功率能及時傳遞而靶層不致?lián)p壞。最實(shí)用的靶層——透明基組合為鎢-石墨或金-金剛石。
在幾何配置上，本發(fā)明為了最大限度地利用沿MBRD錐面輻射，不像發(fā)明人原來獲準(zhǔn)歐洲專利局的EP584871B1專利把出射中心方向取在MBRD錐面上，而取出射中心方向0°，把整個MBRD錐面都納入有用射束錐角。根據(jù)0°附近方向過濾減弱最低原理，使整個射束錐面輻射強(qiáng)度更為均勻。還使得可利用射束錐面角可達(dá)±50°，遠(yuǎn)大于反射陽極可利用的射束錐角。本發(fā)明中在透明基后還有窗口、流水(或油)層等，水和油都是低原子序數(shù)物質(zhì)相當(dāng)于傳統(tǒng)X線管的油層、窗口等過濾材料。
權(quán)利要求
1.透射式陽極高效X線機(jī)，是由透射陽極X線管，高壓發(fā)生裝置，管頭外殼，控制臺，循環(huán)水冷卻器組成，其特征在于透射陽極X線管的透射陽極的靶層1采用鎢并與石墨透射導(dǎo)熱片2為一體結(jié)構(gòu)，其后部被透射電子束壓柱3壓在陽極體薄窗4上，水冷套5設(shè)置在陽極體外，其前部設(shè)置有水冷套透射窗6，水冷套外部設(shè)置有輻射屏蔽套7其前部加工有X線出射口8，陽極組裝體上設(shè)置有進(jìn)、出水口9、10，陰極11設(shè)置在絕緣體12上，絕緣體通過管殼13與陽極體相連并密封，透射陽極X線管設(shè)置在管頭外殼體14內(nèi)前部，由振蕩輸出級15、高頻變壓器16、倍壓整流組件17、燈絲供電變壓器18組成的高壓發(fā)生器設(shè)置在管頭外殼體內(nèi)并與X線管陰極相連接，高壓發(fā)生器通過電纜19接入控制臺，控制臺20由單片機(jī)、電流、電壓、輻照時間控制電路、電源電路組成，控制臺通過電纜與循環(huán)水冷裝置相連，循環(huán)水冷裝置的水箱體21內(nèi)設(shè)置有循環(huán)水泵22，并通過閥門23及軟管與陽極組裝體上進(jìn)水口相連，陽極組裝體上的出水口通過軟管接入循環(huán)水冷裝置的散熱器24，散熱器的后部設(shè)置有散熱電風(fēng)扇25。
2.按照權(quán)利要求1所述的透射陽極高效X線機(jī)，其特征在于透射陽極靶層可采用金、透射導(dǎo)熱片可采用金剛石。
3.按照權(quán)利要求1所述的透射陽極高效X線機(jī)，其特征在于散熱器與風(fēng)扇位于水箱上部，水泵位于水箱側(cè)面，散熱器為平行串接銅管其橫斷面上相互平行設(shè)置有散熱片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高壓X線機(jī),透射陽極X線管的透射陽極靶層采用鎢并與石墨導(dǎo)熱片為一體結(jié)構(gòu),其后部被透射電子束壓柱壓在陽極體薄窗上,水冷套設(shè)置在陽極體外,其前部設(shè)置有水冷套透射窗,陽極組裝體上設(shè)置有進(jìn)、出水口,陰極設(shè)置在絕緣體上,高壓發(fā)生器通過電纜接入控制臺,控制臺通過電纜與循環(huán)水冷裝置相連,具有輻射效率高,同電壓下透照厚度大,體積小,重量輕等特點(diǎn)。
文檔編號H05G1/00GK1252618SQ98114400
公開日2000年5月10日 申請日期1998年10月22日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月22日
發(fā)明者譚大剛 申請人:沈陽師范學(xué)院