本發(fā)明涉及一種X射線源結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種圖案化碳納米管陰極的透射式X射線源結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)X射線源的電子發(fā)射存在一定的弊端，通過給鎢絲施加特定的電壓，使得電子被激發(fā)進(jìn)而溢出，工作溫度高，能量損耗大，不利于X射線源的小型化。同時(shí)，由于目前的X射線源結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，使用大塊的金屬陽(yáng)極作為轟擊靶，同時(shí)作為冷卻使用，因此重量大大增加，無(wú)法滿足目前小型化X射線體內(nèi)治療的熱點(diǎn)應(yīng)用。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中X射線照射角度是通過金屬陽(yáng)極的傾斜角度調(diào)整，無(wú)法滿足向前照射的應(yīng)用。而且在金屬陽(yáng)極為電子提供加速電場(chǎng)的高電壓，給體內(nèi)放射治療過程中引入了極大的安全隱患，其應(yīng)用價(jià)值大打折扣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種功率低、體積小巧，能夠滿足向前照射及體內(nèi)醫(yī)療使用的圖案化碳納米管陰極的透射式X射線源結(jié)構(gòu)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種圖案化碳納米管陰極的透射式X射線源結(jié)構(gòu)，其包括碳納米管、導(dǎo)電底座、絕緣罩、鈹窗、導(dǎo)電環(huán)和球管，所述球管的頂端開口，底端封閉，所述鈹窗通過所述導(dǎo)電環(huán)密封蓋合在所述球管的開口端，并形成一真空腔體，所述碳納米管、導(dǎo)電底座和絕緣罩均設(shè)置在所述真空腔體內(nèi)，所述導(dǎo)電底座的頂端設(shè)有凹槽，所述碳納米管通過所述絕緣罩固定在所述凹槽內(nèi)，所述導(dǎo)電底座連接有第一電極，所述鈹窗朝向所述碳納米管的一面設(shè)有金屬薄膜，所述金屬薄膜與所述導(dǎo)電環(huán)連接，所述導(dǎo)電環(huán)連接有第二電極。

作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述碳納米管是利用微納加工技術(shù)制作出一定高度的微柱，然后利用CVD工藝在其表面生長(zhǎng)一定高度的碳管，通過精確控制碳管生長(zhǎng)高度，以及微柱表面的催化劑沉積，進(jìn)而長(zhǎng)出3D圖案化的碳納米管。

作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述凹槽的尺寸與所述碳納米管的尺寸匹配。

作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述絕緣罩設(shè)有與所述碳納米管相對(duì)的通孔。

作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述絕緣罩與所述導(dǎo)電底座的頂端通過螺紋結(jié)構(gòu)連接；所述絕緣罩與所述導(dǎo)電底座連接時(shí)，所述通孔的邊緣壓緊所述碳納米管。

作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述第一電極為電極桿，所述第一電極的一端固定連接于所述導(dǎo)電底座的底端，所述球管的封閉端設(shè)有第一電極孔，所述第一電極的另一端穿過所述第一電極孔并伸至X射線源結(jié)構(gòu)外部連接電源，所述第一電極與所述第一電極孔密封固定，所述電源對(duì)所述導(dǎo)電底座施加負(fù)電位。

作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述第二電極為電極桿，所述第二電極的一端固定連接于所述導(dǎo)電環(huán)，所述球管的封閉端設(shè)有第二電極孔，所述第二電極的另一端穿過所述第二電極孔并伸至X射線源結(jié)構(gòu)外部連接電源，所述第二電極與所述第二電極孔密封固定，所述電源對(duì)所述導(dǎo)電環(huán)施加零電位。

作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述導(dǎo)電底座的底端為掏空結(jié)構(gòu)。

作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，還包括有冷卻容器，所述冷卻容器的頂端開口，底端封閉，所述鈹窗通過所述導(dǎo)電環(huán)密封蓋合在所述冷卻容器的開口端，并在所述球管外周圍合形成一冷卻腔體。

作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述冷卻容器設(shè)有與所述冷卻腔體連通的進(jìn)油孔和出油孔。

實(shí)施本發(fā)明的一種圖案化碳納米管陰極的透射式X射線源結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下有益效果：

將碳納米管作為X射線的場(chǎng)致發(fā)射電子源集成到導(dǎo)電底座上，通過對(duì)導(dǎo)電底座施加電壓，激發(fā)碳納米管端面的電子，同時(shí)通過對(duì)導(dǎo)電環(huán)施加電壓，實(shí)現(xiàn)鈹窗表面的金屬薄膜施加零電位，從而將碳納米管端面的電子拉出，轟擊在鈹窗的金屬薄膜表面產(chǎn)生X射線。這樣的設(shè)計(jì)，是由于碳納米管具有很大的縱橫比和極小的曲率半徑，在相對(duì)較低的電場(chǎng)強(qiáng)度下就能發(fā)射大電流，并具有閾值電壓低、發(fā)射電流密度大、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)異的場(chǎng)致發(fā)射性能，解決傳統(tǒng)X射線源采用熱陰極作為電子源而導(dǎo)致工作溫度高、功耗大、不利于實(shí)現(xiàn)射線源的小型化的問題；同時(shí)，通過利用鈹窗表面的金屬薄膜作為陽(yáng)極靶，實(shí)現(xiàn)從碳納米管端面拉出電子，使得電子轟擊金屬薄膜后產(chǎn)生X射線并以透射的方式向前照射出去，從而回避了傳統(tǒng)采用大塊的金屬作為陽(yáng)極靶的設(shè)計(jì)，大大減輕產(chǎn)品重量，滿足向前照射及體內(nèi)醫(yī)療的使用?？梢姡景l(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊、組裝簡(jiǎn)單、體積小巧、使用方便、功率低、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例的附圖作簡(jiǎn)單地介紹。

圖1是本發(fā)明的圖案化碳納米管陰極的透射式X射線源結(jié)構(gòu)的爆炸圖；

圖2是3D圖案化的碳納米管生長(zhǎng)工藝前的效果圖；

圖3是3D圖案化的碳納米管生長(zhǎng)工藝后的效果圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1所示，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，一種圖案化碳納米管陰極的透射式X射線源結(jié)構(gòu)，其包括碳納米管1、導(dǎo)電底座2、絕緣罩3、鈹窗4、導(dǎo)電環(huán)5和球管6，所述球管6的頂端開口，底端封閉，所述鈹窗4通過所述導(dǎo)電環(huán)5密封蓋合在所述球管6的開口端，并形成一真空腔體，所述碳納米管1、導(dǎo)電底座2和絕緣罩3均設(shè)置在所述真空腔體內(nèi)，所述導(dǎo)電底座2的頂端設(shè)有凹槽21，所述碳納米管1通過所述絕緣罩3固定在所述凹槽21內(nèi)，所述導(dǎo)電底座2連接有第一電極7，所述鈹窗4朝向所述碳納米管1的一面設(shè)有金屬薄膜(圖中未指示)，所述金屬薄膜與所述導(dǎo)電環(huán)5連接，所述導(dǎo)電環(huán)5連接有第二電極8。

本實(shí)施例中，導(dǎo)電底座2優(yōu)選采用金屬導(dǎo)電材料制成，其上具有內(nèi)嵌凹槽，匹配碳納米管1的尺寸，從而實(shí)現(xiàn)碳納米管1的限位作用，且方便對(duì)碳納米管1施加電壓；絕緣罩3優(yōu)選采用陶瓷材料制成，用于固定碳納米管1；球管9優(yōu)選為玻璃球管9，用于真空封裝碳納米管1、導(dǎo)電底座2、絕緣罩3組成的核心結(jié)構(gòu)，為電子提供良好的遷移環(huán)境；導(dǎo)電環(huán)5優(yōu)選采用金屬導(dǎo)電材料制成，用于固定鈹窗4及封閉球管6，同時(shí)有利于散熱。

本發(fā)明的圖案化碳納米管陰極的透射式X射線源結(jié)構(gòu)的工作原理是，將碳納米管1作為X射線的場(chǎng)致發(fā)射電子源集成到導(dǎo)電底座2上，通過對(duì)導(dǎo)電底座2施加電壓，激發(fā)碳納米管1端面的電子，同時(shí)通過對(duì)導(dǎo)電環(huán)5施加電壓，實(shí)現(xiàn)鈹窗4表面的金屬薄膜施加零電位，從而將碳納米管1端面的電子拉出，轟擊在鈹窗4的金屬薄膜表面產(chǎn)生X射線。這樣的設(shè)計(jì)，是由于碳納米管1具有很大的縱橫比和極小的曲率半徑，在相對(duì)較低的電場(chǎng)強(qiáng)度下就能發(fā)射大電流，并具有閾值電壓低、發(fā)射電流密度大、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)異的場(chǎng)致發(fā)射性能，能解決傳統(tǒng)X射線源采用熱陰極作為電子源而導(dǎo)致工作溫度高、功耗大、不利于實(shí)現(xiàn)射線源的小型化的問題。基于碳納米管1的X射線源在工作過程中，當(dāng)碳納米管1的表面電場(chǎng)達(dá)到一定的閾值后，就能從碳納米管1中產(chǎn)生游離的電子，可以說電子的產(chǎn)生是瞬時(shí)的，而且這個(gè)過程中不產(chǎn)生熱量，利用這一特性制成的碳納米管1X光源，可以通過控制碳納米管1的表面電場(chǎng)控制電子的產(chǎn)生，進(jìn)而控制X射線的產(chǎn)生。同時(shí)，通過利用鈹窗4表面的金屬薄膜作為陽(yáng)極靶，實(shí)現(xiàn)從碳納米管1端面拉出電子，使得電子轟擊金屬薄膜后產(chǎn)生X射線并以透射的方式向前照射出去，從而回避了傳統(tǒng)采用大塊的金屬作為陽(yáng)極靶的設(shè)計(jì)，大大減輕產(chǎn)品重量，滿足向前照射及體內(nèi)醫(yī)療的使用。

進(jìn)一步，本實(shí)施例中，所述碳納米管1是利用微納加工技術(shù)制作出一定高度(如：20um)的微柱，然后利用化學(xué)氣相沉積(英譯簡(jiǎn)稱：CVD)工藝在其表面生長(zhǎng)一定高度的碳管，通過精確控制碳管生長(zhǎng)高度，以及微柱端面和側(cè)壁的催化劑沉積，進(jìn)而長(zhǎng)出3D圖案化的碳納米管1。需要說明的是，所述3D圖案化的碳納米管1中，碳管在具有刻蝕一定深度微柱的重參雜硅片表面進(jìn)行CVD生長(zhǎng)，一步實(shí)現(xiàn)3D圖案化碳管制作，如圖2和圖3所示。其中，微柱端面生長(zhǎng)完全突出的碳管和側(cè)壁生長(zhǎng)向四周伸展的碳管，構(gòu)造成3D碳管結(jié)構(gòu)，并保證碳管束之間產(chǎn)生電流不相互影響。

進(jìn)一步，本實(shí)施例中，所述凹槽21的尺寸與所述碳納米管1的尺寸匹配，從而實(shí)現(xiàn)碳納米管1的限位作用，方便裝配。

進(jìn)一步，本實(shí)施例中，所述絕緣罩3設(shè)有與所述碳納米管1相對(duì)的通孔31，該通孔31作為碳納米管1發(fā)射電子的窗口。

進(jìn)一步，本實(shí)施例中，為了更好地固定碳納米管1，所述絕緣罩3與所述導(dǎo)電底座2的頂端通過螺紋結(jié)構(gòu)連接，所述絕緣罩3與所述導(dǎo)電底座2連接時(shí)，所述通孔31的邊緣壓緊所述碳納米管1，從而實(shí)現(xiàn)碳納米管1的壓緊封裝作用。

進(jìn)一步，本實(shí)施例中，所述第一電極7為電極桿，所述第一電極7的一端固定連接于所述導(dǎo)電底座2的底端，所述球管6的封閉端設(shè)有第一電極孔，所述第一電極7的另一端穿過所述第一電極孔并伸至X射線源結(jié)構(gòu)外部連接電源，所述第一電極7與所述第一電極孔密封固定，所述電源對(duì)所述導(dǎo)電底座2施加負(fù)電位。其中，導(dǎo)電底座2與碳納米管1相導(dǎo)通。由此，通過上述第一電極7的設(shè)計(jì)，不僅提供碳納米管1的電壓要求，同時(shí)提供了球管6內(nèi)部的核心結(jié)構(gòu)(如：導(dǎo)電底座2、碳納米管1和絕緣罩3的組合結(jié)構(gòu))的支撐作用。

進(jìn)一步，本實(shí)施例中，所述第二電極8為電極桿，所述第二電極8的一端固定連接于所述導(dǎo)電環(huán)5，所述球管6的封閉端設(shè)有第二電極孔，所述第二電極8的另一端穿過所述第二電極孔并伸至X射線源結(jié)構(gòu)外部連接電源，所述第二電極8與所述第二電極孔密封固定，所述電源對(duì)所述導(dǎo)電環(huán)5施加零電位。其中，導(dǎo)電環(huán)5與金屬薄膜相導(dǎo)通。由此，通過上述第二電極8的設(shè)計(jì)，提供金屬薄膜的電壓要求，而且金屬薄膜作為陽(yáng)極實(shí)現(xiàn)零電位，對(duì)人體危害小，能夠保證體內(nèi)放射治療過程中的安全性。

進(jìn)一步，本實(shí)施例中，所述導(dǎo)電底座2的底端為掏空結(jié)構(gòu)，從而大大減輕產(chǎn)品整體重量。

進(jìn)一步，本實(shí)施例中，還包括有冷卻容器9，所述冷卻容器9的頂端開口，底端封閉，所述鈹窗4通過所述導(dǎo)電環(huán)5密封蓋合在所述冷卻容器9的開口端，并在所述球管6外周圍合形成一冷卻腔體。所述冷卻容器9設(shè)有與所述冷卻腔體連通的進(jìn)油孔91和出油孔92。由此，可以實(shí)現(xiàn)冷卻油的更換，帶走導(dǎo)電環(huán)5和鈹窗4的金屬薄膜的熱量，從而保證了高功率工作時(shí)能夠正常運(yùn)行。

綜上所述，本發(fā)明提出的圖案化碳納米管陰極的透射式X射線源結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、組裝簡(jiǎn)單、體積小巧、使用方便、功率低、成本低等優(yōu)點(diǎn)，可以深入身體作為腫瘤放療治療目的使用的X射線源，還可以作為消除靜電的X射線管等功能使用。

以上所揭露的僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來(lái)限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。