專利名稱：X射線管的制作方法
技術領域：
本發明涉及X射線，尤其涉及ー種結構簡單、耐用的X射線管。
背景技術：
目前，在強電場下，電子可以通過隧道效應穿過材料表面勢壘發生放電現象，這就是場致發射。隨著納米技術的發展，人們使用納米材料研制出了場發射電子源，然后利用該電子源研制X射線源。該X射線源的基本技術原理如下納米管在外加強電場的作用下產 生場致發射，然后電子在電場的加速下轟擊陽極產生X射線。采用納米管后的X射線源具有許多優點無需加熱燈絲，可以隨時開啟，時間響應快，脈沖頻率高，壽命比熱燈絲更長。為了實現高頻率脈沖發射，帶有柵極的場發射陰極X射線管由以下幾部分組成基于納米材料的場發射陰極、控制X射線管工作的柵極、控制電子束聚焦的聚焦極、接受電子轟擊產生X光子的陽極。采用碳納米管材料來制造場發射陰極X射線管的陰極雖然具有前面介紹的諸多優點，但是碳納米管陰極的輻射損傷問題卻直接制約著X射線管的使用壽命。雖然碳納米管是在真空狀態下工作，但是X射線管內無法實現絕對真空，依然存在少量空氣分子。這些空氣分子被高能電子束電離后，帶正電荷的離子在管內的強電場作用下會向陰極方向加速，有可能轟擊到陰極的碳納米管。由于碳納米管自身的物理特點，其化學鍵的能量只有20-30eV,抗擊離子轟擊的能力比較差，工作壽命短。雖然在碳納米管陰極與陽極之間放置的金屬網柵極可以隔離大部分空氣離子直接撞擊陰極，降低陰極被輻射損傷的概率，但是也無法避免少量離子穿過柵極的孔洞轟擊陰極。
發明內容
有鑒于此，有必要提供ー種結構簡單、耐用的X射線管。本發明提供的X射線管，包括第一偏轉電極、陰極、柵極、第二偏轉電極、聚焦極以及陽極，其中所述柵極與所述陰極設置于所述第一偏轉電極與所述第二偏轉電極之間，所述第一偏轉電極與所述陰極導通，所述第二偏轉電極與所述柵極導通，所述第一偏轉電極與所述陰極等電位，所述第二偏轉電極與所述柵極等電位，其中，所述陰極包括電子發射區，所述第一偏轉電極與所述第二偏轉電極之間的距離大于所述陰極的電子發射區的長度；所述柵極與所述陰極之間設置有第一電源，使所述柵極的電勢高于所述陰極的電勢，使所述第二偏轉電極的電勢高于所述第一偏轉電極的電勢；所述聚焦極與所述第二偏轉電極導通，所述聚焦極與所述第二偏轉電極等電位；所述聚焦極與所述陽極之間設置有第二電源，為所述X射線管提供工作電壓，其中，所述第二電源的電壓高于所述第一電源的電壓，所述陽極的電勢高于所述聚焦極的電勢。本發明還提供另ー種X射線管，包括第一偏轉電極、陰極、柵極、第二偏轉電扱、聚焦極以及陽極，其中所述柵極與所述陰極設置于所述第一偏轉電極與所述第二偏轉電極之間，其中，所述陰極包括電子發射區，所述第一偏轉電極與所述第二偏轉電極之間的距離大于所述陰極的電子發射區的長度；所述柵極與所述陰極之間設置有第一電源，使所述柵極的電勢高于所述陰極的電勢；所述第一偏轉電極與所述第二偏轉電極設有第三電源，使所述第二偏轉電極的電勢高于所述第一偏轉電極的電勢所述聚焦極與所述第二偏轉電極導通，所述聚焦極與所述第二偏轉電極等電位；所述聚焦極與所述陽極之間設置有第二電源，為所述X射線管提供工作電壓，其中，所述第二電源的電壓高于所述第一電源以及所述第三電源的電壓，所述陽極的電勢高于所述聚焦極的電勢。本發明所提供的X射線管結構簡單，成本低廉，且延長了 X射線管的壽命。
圖I為本發明ー實施方式中X射線管的三維結構圖；圖2為本發明ー實施方式中X射線管的電路連接圖；圖3為本發明另ー實施方式中X射線管的電路連接圖；圖4為本發明ー實施方式中X射線管的電子運動軌跡圖；圖5為本發明ー實施方式中X射線管的離子運動軌跡圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。在本發明的描述中，術語“內”、“外”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明而不是要求本發明必須以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。請參閱圖1，圖I所示為本發明ー實施方式中X射線管的三維結構圖。在本實施方式中，X射線管包括第一偏轉電極10、柵極20、陰極30、第二偏轉電極40、聚焦極50以及陽極60。在本實施方式中，第一偏轉電極10呈“7”形，第二偏轉電極40與第一偏轉電極10的ー邊平行。在本發明其他實施方式中，第一偏轉電極10呈弧形或者是其他形狀，目的是與所第二偏轉電極40形成偏轉電場。在本實施方式中，所述陰極30包括電子發射區，第一偏轉電極10與第二偏轉電極40之間的距離大于陰極30的電子發射區的長度。在本實施方式中，陰極30電子發射區長6mm,第一偏轉電極10與第二偏轉電極40之間的距離為Imm 30mm。特別地,在本實施方式中，陰極30長6mm,第一偏轉電極10與第二偏轉電極40之間的距離為8mm。在本實施方式中，聚焦極50為圓環，內徑為8mm,外徑為10mm,長為3mm。陽極60呈柱狀，材質為金屬，半徑為IOmm,陽極60表面離第二偏轉電極40的距離為15mm。在本發明其他實施方式中，聚焦極50也可以為其他的形狀。請參閱圖2，圖2所示為本發明ー實施方式中X射線管的電路連接圖。在本實施方式中，所述柵極20與所述陰極30設置于所述第一偏轉電極10與所述第二偏轉電極40之間。
在本實施方式中，所述第一偏轉電極10與所述陰極30導通，所述第二偏轉電極40與所述柵極20導通，所述第一偏轉電極10與所述陰極30等電位，所述第二偏轉電極40與所述柵極20等電位。在本實施方式中，所述柵極20與所述陰極30之間設置有第一電源70，使所述柵極20的電勢高于所述陰極30的電勢，使所述第二偏轉電極40的電勢高于所述第一偏轉電極10的電勢。在本實施方式中，為了讓該X射線管能夠正常工作，柵極20和陰極30之間設置的第一電源70電源，用于加載正向電壓，即柵極20電勢高于陰極30，這樣才能實現X射線管所需要的場致電子發射，使得電子在電場作用下由陰極30向柵極20運動。柵極20和陰極30之間所需加載的電壓值和柵極20與陰極30之間的距離密切相關，距離越近，所需電壓就越小。在本實施方式中，陰極30與柵極20之間的距離小于等于1mm，第一電源70所提供的電壓為100V 5000V。 在本實施方式中，所述聚焦極50與所述第二偏轉電極40導通，所述聚焦極50與所述第二偏轉電極40等電位。在本實施方式中，所述聚焦極50與所述陽極60之間設置有第二電源80，為所述X射線管提供工作電壓。在本實施方式中，工作電壓的范圍為20Kv 200kV。在本實施方式中，所述第二電源80的電壓高于所述第一電源70的電壓，所述陽極60的電勢高于所述聚焦極50的電勢。在本實施方式中，柵極20為金屬柵網，包括柵孔(圖未示)。請參閱圖3，圖3所示為本發明另ー實施方式中X射線管的電路連接圖。在本實施方式中，所述柵極20與所述陰極30設置于所述第一偏轉電極10與所述第二偏轉電極40之間，其中，所述陰極30包括電子發射區，所述第一偏轉電極10與所述第ニ偏轉電極40之間的距離大于所述陰極30的電子發射區的長度。在本實施方式中，所述柵極20與所述陰極30之間設置有第一電源70，使所述柵極20的電勢高于所述陰極30的電勢在本實施方式中，所述第一偏轉電極10與所述第二偏轉電極40之間設有第三電源90，使所述第二偏轉電極40的電勢高于所述第一偏轉電極10的電勢。在本實施方式中，所述第三電源90所提供的電壓為100V 5000V。在本實施方式中，第一偏轉電極10與第二偏轉電極40之間的電壓和兩者之間的距離有夫，距離越近，所需電壓就越小。在本實施方式中，所述第一偏轉電極10與所述第二偏轉電極40之間的最小距離受限于所述陰極30的尺寸。在本實施方式中，所述聚焦極50與所述第二偏轉電極40導通，所述聚焦極與所述第二偏轉電極等電位。在本實施方式中，所述聚焦極50與所述陽極60之間設置有第二電源80。在本實施方式中，第二電源80的電壓高于所述第一電源70與所述第三電源90的電壓，所述陽極60的電勢高于所述聚焦極50的電勢。請參閱圖4，圖4所示為本發明ー實施方式中X射線管的電子運動軌跡圖。在本實施方式中，當第一電源70與第二電源80為所述X射線管加載電壓完畢后，陰極30和柵極20、第一偏轉電極10和第二偏轉電極40、第一偏轉電極10和陽極60,這些電極之間都存在著強電場。陰極30和柵極20之間強電場使得電子從陰極30發射出來，飛向柵極20。一部分電子將撞擊在金屬柵網上，被柵極20截留，而另外一部分電子則將穿過柵孔到達第一偏轉電極10和第二偏轉電極40之間的偏轉電場。此處偏轉電場的場強實際是由兩部分組成，一部分是第一偏轉電極10和第二偏轉電極40之間電勢差產生，另一部分則是第一偏轉電極10和陽極60之間的電勢差產生。到達偏轉電場的電子在強電場力的作用下向第二偏轉電極40所在方向偏轉，然后穿過聚焦極50到達聚焦極50和陽極60生成的加速與聚焦電場，電子束在該加速與聚焦電場中獲得更多能量，并逐漸匯聚成一個窄束打在陽極60上。在本實施方式中，電子窄束打在陽極60上的焦點尺寸小于1mm。請參閱圖5，圖5所示為本發明ー實施方式中X射線管的離子運動軌跡圖。在本實施方式中，當電子在聚焦極50和陽極60之間加速時，由于電子的能量很高，能夠很容易將聚焦極50和陽極60之間的空氣分子電離。因第二偏轉電極40與陽極60之間的電勢差，以及第一偏轉電極10與第二偏轉電極40之間的電勢差，空氣分子電離后的 正離子在電場力作用下向第一偏轉電極10飛去，最后撞擊在第一偏轉電極10上面,從而避免了場發射陰極30可能受到的轟擊。若第一偏轉電極10是由具備吸氣功能的金屬制成，比如鈦，則空氣將被第一偏轉電極10吸收，這樣就減少了 X射線管中空氣分子的數量，有利于真空度的保持，并減少了陰極30被空氣分子破壞的可能性。本發明所提供的X射線管通過在柵極20與陰極30之間設置有第一電源70，在聚焦及50與陽極60之間設置第二電源80，實現了 X射線管結構簡單，成本低廉，且延長了 X射線管的壽命。雖然本發明參照當前的較佳實施方式進行了描述，但本領域的技術人員應能理解，上述較佳實施方式僅用來說明本發明，并非用來限定本發明的保護范圍，任何在本發明的精神和原則范圍之內，所做的任何修飾、等效替換、改進等，均應包含在本發明的權利保護范圍之內。
權利要求
1.一種X射線管，包括第一偏轉電極、陰極、柵極、第二偏轉電極、聚焦極以及陽極，其中 所述柵極與所述陰極設置于所述第一偏轉電極與所述第二偏轉電極之間，所述第一偏轉電極與所述陰極導通，所述第二偏轉電極與所述柵極導通，所述第一偏轉電極與所述陰極等電位，所述第二偏轉電極與所述柵極等電位，其中，所述陰極包括電子發射區，所述第一偏轉電極與所述第二偏轉電極之間的距離大于所述陰極的電子發射區的長度； 所述柵極與所述陰極之間設置有第一電源，使所述柵極的電勢高于所述陰極的電勢，使所述第二偏轉電極的電勢高于所述第一偏轉電極的電勢； 所述聚焦極與所述第二偏轉電極導通，所述聚焦極與所述第二偏轉電極等電位； 所述聚焦極與所述陽極之間設置有第二電源，為所述X射線管提供工作電壓，其中，所述第二電源的電壓高于所述第一電源的電壓，所述陽極的電勢高于所述聚焦極的電勢。
2.如權利要求I所述的X射線管，其特征在于，所述第一電源的電壓為IOOV 5000V。
3.如權利要求I所述的X射線管，其特征在于，所述第二電源的電壓為20KV 200KV。
4.如權利要求I所述的X射線管，其特征在于，所述第一偏轉電極由具備吸氣功能的金屬制成。
5.一種X射線管，包括第一偏轉電極、陰極、柵極、第二偏轉電極、聚焦極以及陽極，其中 所述柵極與所述陰極設置于所述第一偏轉電極與所述第二偏轉電極之間，其中，所述陰極包括電子發射區，所述第一偏轉電極與所述第二偏轉電極之間的距離大于所述陰極的電子發射區的長度； 所述柵極與所述陰極之間設置有第一電源，使所述柵極的電勢高于所述陰極的電勢；所述第一偏轉電極與所述第二偏轉電極設有第三電源，使所述第二偏轉電極的電勢高于所述第一偏轉電極的電勢； 所述聚焦極與所述第二偏轉電極導通，所述聚焦極與所述第二偏轉電極等電位； 所述聚焦極與所述陽極之間設置有第二電源，為所述X射線管提供工作電壓，其中，所述第二電源的電壓高于所述第一電源與所述第三電源的電壓，所述陽極的電勢高于所述聚焦極的電勢。
6.如權利要求5所述的X射線管，其特征在于，所述第一電源的電壓為100V 5000V。
7.如權利要求5所述的X射線管，其特征在于，所述第三電源的電壓為100V 5000V。
8.如權利要求5所述的X射線管，其特征在于，所述第二電源的電壓為20KV 200KV。
9.如權利要求5所述的X射線管，其特征在于，所述第一偏轉電極由具備吸氣功能的金屬制成。
全文摘要
一種X射線管，其中柵極與陰極設置于第一偏轉電極與第二偏轉電極之間，第一偏轉電極與陰極導通，第二偏轉電極與柵極導通，第一偏轉電極與陰極等電位，第二偏轉電極與柵極等電位，其中，陰極包括電子發射區，第一偏轉電極與第二偏轉電極之間的距離大于電子發射區的長度；柵極與陰極之間設置有第一電源，使柵極的電勢高于陰極的電勢，使第二偏轉電極的電勢高于第一偏轉電極的電勢；聚焦極與第二偏轉電極導通，聚焦極與第二偏轉電極等電位；聚焦極與陽極之間設置有第二電源，其中，第二電源的電壓高于第一電源的電壓，陽極的電勢高于聚焦極的電勢。本發明中的X射線管結構簡單，成本低，且使用壽命長。
文檔編號H01J35/02GK102842477SQ20121035208
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月20日 優先權日2012年9月20日
發明者代秋聲, 徐品, 邢曉曼 申請人:蘇州生物醫學工程技術研究所