一種機(jī)械式x射線源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種機(jī)械式X射線源，屬于界面多物理場(chǎng)的基礎(chǔ)研究【技術(shù)領(lǐng)域】。包括施力電機(jī)、移動(dòng)平臺(tái)、力傳感器、上摩擦副、下摩擦副和旋轉(zhuǎn)電機(jī)等。施力電機(jī)、移動(dòng)平臺(tái)、力傳感器、上摩擦副、下摩擦副和旋轉(zhuǎn)電機(jī)安裝在密封罩內(nèi)。施力電機(jī)通過絲杠使移動(dòng)平臺(tái)上、下移動(dòng)。力傳感器與移動(dòng)平臺(tái)相對(duì)固定，力傳感器的探測(cè)端通過連接件與上摩擦副聯(lián)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)電機(jī)安裝在密封罩的底部，其輸出軸帶動(dòng)下摩擦副旋轉(zhuǎn)。上摩擦副和下摩擦副緊密接觸。本發(fā)明的X射線源，依靠摩擦過程中能量的釋放來產(chǎn)生X射線的，不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生輻射污染，降低了X射線源的生產(chǎn)成本、操作成本和使用成本，具有有應(yīng)用前景。
【專利說明】一種機(jī)械式X射線源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機(jī)械式X射線源，屬于界面多物理場(chǎng)的基礎(chǔ)研究【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]X射線通常是指波長(zhǎng)在0.0l-1Onm范圍內(nèi)的電磁波，它的能量為IOOeV-1OOkeV,在醫(yī)學(xué)以及工業(yè)領(lǐng)域，也用到能量為6-20MeV的X射線。X射線通常是在高能量電子的作用下產(chǎn)生的，高能電子在撞擊原子核時(shí)速度會(huì)降低，其損失的動(dòng)能會(huì)以X射線的形式釋放出來。另外，高能電子在撞擊原子核時(shí)會(huì)轟擊出原子核外的一部分電子并形成空穴，外層電子會(huì)填充空穴，在此過程中釋放的能量以X射線的形式發(fā)射出來。由于X射線強(qiáng)大的穿透能力，因此在醫(yī)學(xué)和工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，比如醫(yī)學(xué)影像、放射治療、機(jī)械探傷等。但是X射線的產(chǎn)生條件是比較苛刻的，通常需要在真空管的兩電極上加高電壓，熱陰極會(huì)釋放出電子，在電場(chǎng)的加速下電子會(huì)獲得高能量，高能電子撞擊陽(yáng)極靶材會(huì)產(chǎn)生X射線，產(chǎn)生X射線的能量與兩電極之間的電壓有關(guān)。但是，在此過程中X射線的產(chǎn)生效率不超過1%，大部分的電能以熱的形式被浪費(fèi)，而且在設(shè)計(jì)X射線管時(shí)還要考慮系統(tǒng)的散熱。由于X射線具有強(qiáng)大的能量，在使用時(shí)對(duì)周圍的環(huán)境會(huì)產(chǎn)生輻射污染，對(duì)人體有嚴(yán)重的危害。因此，有必要進(jìn)行新的探索，開發(fā)出一種新型的X射線源，簡(jiǎn)化X射線的獲取過程，同時(shí)降低對(duì)人體的危害。
[0003]有研究發(fā)現(xiàn),在真空中剝離壓敏膠帶過程時(shí)也會(huì)產(chǎn)生X射線。Carlos G.Camara等人證明在真空中剝離普通的膠帶也能產(chǎn)生X射線，且這種X射線的強(qiáng)度能夠滿足成像的要求，這一結(jié)果在文獻(xiàn)“Correlation between nanosecond X-ray flashes and stick - slipfriction in peeling tape”(Nature)中有介紹,這樣的結(jié)果使得便攜式X射線源的開發(fā)成為了可能。然而，為了能長(zhǎng)時(shí)間有效地獲得X射線需要不斷地更換膠帶，而且在多次重復(fù)使用后膠帶的粘著力勢(shì)必會(huì)降低，因此通過這種方式不容易難獲得穩(wěn)定的X射線源。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，摩擦過程中損失的能量有一部分會(huì)以X射線的形式釋放出來，釋放出來的X射線的強(qiáng)度與實(shí)驗(yàn)條件、摩擦副的形式、摩擦副的材料等因素密切相關(guān)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提出一種機(jī)械式X射線源，改變傳統(tǒng)的產(chǎn)生X射線設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)，利用摩擦副形式，設(shè)計(jì)機(jī)械式的穩(wěn)定、高效的X射線源。
[0005]本發(fā)明提出的機(jī)械式X射線源，包括密封罩、施力電機(jī)、移動(dòng)平臺(tái)、力傳感器、上摩擦副、下摩擦副和旋轉(zhuǎn)電機(jī)，所述的施力電機(jī)、移動(dòng)平臺(tái)、力傳感器、上摩擦副、下摩擦副和旋轉(zhuǎn)電機(jī)依次自上而下安裝在密封罩內(nèi)；所述的施力電機(jī)通過絲杠使移動(dòng)平臺(tái)上、下移動(dòng)；所述的力傳感器與移動(dòng)平臺(tái)相對(duì)固定，力傳感器的探測(cè)端通過連接件與上摩擦副聯(lián)動(dòng)，所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)安裝在密封罩的底部，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出軸帶動(dòng)下摩擦副旋轉(zhuǎn)，所述的上摩擦副和下摩擦副緊密接觸；所述的密封罩上設(shè)有氣體成分調(diào)節(jié)口、濕度調(diào)節(jié)口和排氣口，與上摩擦副和下摩擦副的相互接觸面相對(duì)應(yīng)的密封罩壁上設(shè)有X射線探測(cè)窗口。[0006]本發(fā)明提出的機(jī)械式X射線源，其優(yōu)點(diǎn)是:
[0007]1、本發(fā)明的機(jī)械式X射線源，依靠摩擦過程中能量的釋放來產(chǎn)生X射線的，因此本發(fā)明作為X射線源使用，不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生輻射污染，具有有應(yīng)用前景。
[0008]2、本發(fā)明的機(jī)械式X射線源，采用的摩擦副結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)方式易控制，可降低X射線源的生產(chǎn)成本、操作成本和使用成本。
[0009]3、本發(fā)明的機(jī)械式X射線源，是一種產(chǎn)生X射線的新方法，可以減少機(jī)械加工過程中X射線輻射對(duì)操作工人的健康危害。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明提出的機(jī)械式X射線源的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2、圖3和圖4分別是本發(fā)明機(jī)械式X射線源的不同實(shí)施例中，上、下摩擦副的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖2是球盤式摩擦副，圖3是四球式摩擦副，圖4是環(huán)塊式式摩擦副。
[0012]圖5是球盤式摩擦副中X射線發(fā)射與外載荷之間的關(guān)系曲線圖。
[0013]圖6是球盤式摩擦副中X射線發(fā)射與下摩擦副的轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系曲線圖。
[0014]圖7是球盤式摩擦副中X射線發(fā)射與摩擦副材料之間的關(guān)系曲線圖。
[0015]圖1-圖4中，I是施力電機(jī)(42BYG250B)，2是氣體成分調(diào)節(jié)口，3、11是導(dǎo)軌，4是絲杠，5是移動(dòng)平臺(tái)，6是力傳感器，7是密封罩，8是下摩擦副，9是旋轉(zhuǎn)電機(jī)，10是濕度調(diào)節(jié)口，12是連接件，13是X射線探測(cè)窗口，14是上摩擦副，15是排氣口。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明提出的機(jī)械式X射線源，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括密封罩7、施力電機(jī)1、移動(dòng)平臺(tái)5、力傳感器6、上摩擦副14、下摩擦副8和旋轉(zhuǎn)電機(jī)9。施力電機(jī)1、移動(dòng)平臺(tái)5、力傳感器6、上摩擦副14、下摩擦副8和旋轉(zhuǎn)電機(jī)9依次自上而下安裝在密封罩7內(nèi)。施力電機(jī)I通過絲杠4使移動(dòng)平臺(tái)5上、下移動(dòng)。力傳感器6與移動(dòng)平臺(tái)5相對(duì)固定，力傳感器6的探測(cè)端通過連接件12與上摩擦副14聯(lián)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)電機(jī)9安裝在密封罩7的底部，旋轉(zhuǎn)電機(jī)9的輸出軸帶動(dòng)下摩擦副8旋轉(zhuǎn)。上摩擦副14和下摩擦副8緊密接觸。密封罩7上設(shè)有氣體成分調(diào)節(jié)口 2、濕度調(diào)節(jié)口 10和排氣口 15，與上摩擦副14和下摩擦副8的相互接觸面相對(duì)應(yīng)的密封罩壁上設(shè)有X射線探測(cè)窗口 13。
[0017]以下結(jié)合附圖，介紹本發(fā)明新型機(jī)械式X射線源的工作原理和工作過程:
[0018]本發(fā)明提出的機(jī)械式X射線源，主要有上、下摩擦副、運(yùn)動(dòng)控制部分、載荷控制部分、實(shí)驗(yàn)環(huán)境控制部分組成。固定在連接件12上的上摩擦副14通過力傳感器6與移動(dòng)平臺(tái)5聯(lián)接，下摩擦副8與旋轉(zhuǎn)電機(jī)9聯(lián)接。施力電機(jī)I轉(zhuǎn)動(dòng)，通過導(dǎo)軌3、11以及絲杠4帶動(dòng)移動(dòng)平臺(tái)5向下運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)平臺(tái)5帶動(dòng)力傳感器6、連接件12、上摩擦副14向下移動(dòng)，逐漸向下摩擦副8靠近、接觸、壓緊，通過力傳感器6確定施加的載荷F，之后旋轉(zhuǎn)電機(jī)9帶動(dòng)下摩擦副8轉(zhuǎn)動(dòng)，上、下摩擦副之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生摩擦作用，一部分摩擦耗散的能量會(huì)以X射線的形式釋放出來，通過X射線探測(cè)窗口 13可以探測(cè)產(chǎn)生X射線的強(qiáng)度和數(shù)目。固定在密封罩7上的氣體成分調(diào)節(jié)口 2和濕度調(diào)節(jié)口 10可以調(diào)控摩擦環(huán)境的氣體成分以及摩擦環(huán)境的濕度，從而調(diào)節(jié)產(chǎn)生X射線的強(qiáng)度和數(shù)目。通過力傳感器6和旋轉(zhuǎn)電機(jī)9可以分別控制施加載荷F的大小和上下摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度V，從而調(diào)控產(chǎn)生X射線的強(qiáng)度和數(shù)目。另外也可以改變上、下摩擦副的材料來調(diào)控產(chǎn)生的X射線的強(qiáng)度和數(shù)目。
[0019]圖2、圖3和圖4分別是本發(fā)明機(jī)械式X射線源的不同實(shí)施例中，上、下摩擦副的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖2是球盤式摩擦副，球盤式摩擦副由上摩擦副14 (球)和下摩擦副8 (盤)組成，上摩擦副14在外載荷F的作用下與下摩擦副8發(fā)生點(diǎn)接觸，下摩擦副8在旋轉(zhuǎn)電機(jī)9的帶動(dòng)下與上摩擦副14以速度V發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。圖3是四球式摩擦副，四球式摩擦副由上摩擦副(上球體)14和下摩擦副(下組合球體)8組成，下摩擦副8中的三個(gè)球體以相切的形式被固定在一起，上摩擦副14在外載荷F的作用下與下摩擦副發(fā)生點(diǎn)接觸，下摩擦副8在旋轉(zhuǎn)電機(jī)9的帶動(dòng)下與上摩擦副14以速度V發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。圖4是環(huán)塊式式摩擦副。環(huán)塊式摩擦副由上摩擦副(上塊)14和下摩擦副(下環(huán))8組成，上摩擦副14在外載荷F作用下與下摩擦副8發(fā)生面接觸，下摩擦副8在旋轉(zhuǎn)電機(jī)9的帶動(dòng)下與上摩擦副14以速度V發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
[0020]本發(fā)明提出的機(jī)械式X射線源，可以改變摩擦副的形式、摩擦副的材料以及實(shí)驗(yàn)條件(摩擦副的運(yùn)動(dòng)速度、濕度、載荷、環(huán)境氣體成分)等因素，從而調(diào)控摩擦過程中所產(chǎn)生的X射線的強(qiáng)度。圖5、圖6和圖7是當(dāng)上、下摩擦副形式為如圖2所示的球盤式時(shí)，在圖1結(jié)構(gòu)中所得到的產(chǎn)生的X射線的強(qiáng)度和數(shù)目與所加載荷F、上下摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度V、上下摩擦副材料之間的關(guān)系曲線圖。
[0021]如圖5所示，對(duì)于球盤式摩擦副，上摩擦副14的材料為軸承鋼，下摩擦副8的材料為不銹鋼，改變施加的載荷F，兩摩擦副作用過程中產(chǎn)生的X射線的強(qiáng)度和數(shù)目都會(huì)發(fā)生變化，可以看到載荷F為5N時(shí)能獲得少量的較高能量的X射線，載荷F為7N時(shí)可以產(chǎn)生大量的低能量的X射線。
[0022]如圖6所示，對(duì)于球盤式摩擦副，上摩擦副14的材料為軸承鋼，下摩擦副8的材料為不銹鋼，改變下摩擦副8的轉(zhuǎn)速V，兩摩擦副作用過程中產(chǎn)生的X射線的強(qiáng)度和數(shù)目都會(huì)發(fā)生變化，可以看到轉(zhuǎn)速V為200r/min時(shí)能獲得少量較高能量的X射線，轉(zhuǎn)速V為150r/min、250r/min和300r/min時(shí)能獲得大量的低能量X射線,轉(zhuǎn)速為100r/min時(shí)產(chǎn)生的X射線的強(qiáng)度降低、數(shù)目減少。
[0023]如圖7所示，對(duì)于球盤式摩擦副，下摩擦副8的材料為導(dǎo)電陶瓷，改變上摩擦副14的材料會(huì)改變所產(chǎn)生X射線的數(shù)目和強(qiáng)度，上摩擦副14的材料為氧化鋯時(shí)能產(chǎn)生能量較高的X射線和大量的低能量X射線。
【權(quán)利要求】
1.一種機(jī)械式X射線源，其特征在于該機(jī)械式X射線源包括密封罩、施力電機(jī)、移動(dòng)平臺(tái)、力傳感器、上摩擦副、下摩擦副和旋轉(zhuǎn)電機(jī)，所述的施力電機(jī)、移動(dòng)平臺(tái)、力傳感器、上摩擦副、下摩擦副和旋轉(zhuǎn)電機(jī)依次自上而下安裝在密封罩內(nèi)；所述的施力電機(jī)通過絲杠使移動(dòng)平臺(tái)上、下移動(dòng)；所述的力傳感器與移動(dòng)平臺(tái)相對(duì)固定，力傳感器的探測(cè)端通過連接件與上摩擦副聯(lián)動(dòng)，所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)安裝在密封罩的底部，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出軸帶動(dòng)下摩擦副旋轉(zhuǎn)，所述的上摩擦副和下摩擦副緊密接觸；所述的密封罩上設(shè)有氣體成分調(diào)節(jié)口、濕度調(diào)節(jié)口和排氣口，與上摩擦副和下摩擦副的相互接觸面相對(duì)應(yīng)的密封罩壁上設(shè)有X射線探測(cè)窗□。
【文檔編號(hào)】H05G2/00GK103889136SQ201410096406
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月14日
【發(fā)明者】田煜, 田朋溢, 陶大帥, 孟永鋼, 劉哲瑜 申請(qǐng)人:清華大學(xué)