专利名称：X射线管的制作方法
技术领域：
本发明涉及X射线，尤其涉及ー种结构简单、耐用的X射线管。
背景技术：
目前，在强电场下，电子可以通过隧道效应穿过材料表面势垒发生放电现象，这就是场致发射。随着纳米技术的发展，人们使用纳米材料研制出了场发射电子源，然后利用该电子源研制X射线源。该X射线源的基本技术原理如下纳米管在外加强电场的作用下产 生场致发射，然后电子在电场的加速下轰击阳极产生X射线。采用纳米管后的X射线源具有许多优点无需加热灯丝，可以随时开启，时间响应快，脉冲频率高，寿命比热灯丝更长。为了实现高频率脉冲发射，带有栅极的场发射阴极X射线管由以下几部分组成基于纳米材料的场发射阴极、控制X射线管工作的栅极、控制电子束聚焦的聚焦极、接受电子轰击产生X光子的阳极。采用碳纳米管材料来制造场发射阴极X射线管的阴极虽然具有前面介绍的诸多优点，但是碳纳米管阴极的辐射损伤问题却直接制约着X射线管的使用寿命。虽然碳纳米管是在真空状态下工作，但是X射线管内无法实现绝对真空，依然存在少量空气分子。这些空气分子被高能电子束电离后，带正电荷的离子在管内的强电场作用下会向阴极方向加速，有可能轰击到阴极的碳纳米管。由于碳纳米管自身的物理特点，其化学键的能量只有20-30eV,抗击离子轰击的能力比较差，工作寿命短。虽然在碳纳米管阴极与阳极之间放置的金属网栅极可以隔离大部分空气离子直接撞击阴极，降低阴极被辐射损伤的概率，但是也无法避免少量离子穿过栅极的孔洞轰击阴极。
发明内容
有鉴于此，有必要提供ー种结构简单、耐用的X射线管。本发明提供的X射线管，包括第一偏转电极、阴极、栅极、第二偏转电极、聚焦极以及阳极，其中所述栅极与所述阴极设置于所述第一偏转电极与所述第二偏转电极之间，所述第一偏转电极与所述阴极导通，所述第二偏转电极与所述栅极导通，所述第一偏转电极与所述阴极等电位，所述第二偏转电极与所述栅极等电位，其中，所述阴极包括电子发射区，所述第一偏转电极与所述第二偏转电极之间的距离大于所述阴极的电子发射区的长度；所述栅极与所述阴极之间设置有第一电源，使所述栅极的电势高于所述阴极的电势，使所述第二偏转电极的电势高于所述第一偏转电极的电势；所述聚焦极与所述第二偏转电极导通，所述聚焦极与所述第二偏转电极等电位；所述聚焦极与所述阳极之间设置有第二电源，为所述X射线管提供工作电压，其中，所述第二电源的电压高于所述第一电源的电压，所述阳极的电势高于所述聚焦极的电势。本发明还提供另ー种X射线管，包括第一偏转电极、阴极、栅极、第二偏转电扱、聚焦极以及阳极，其中所述栅极与所述阴极设置于所述第一偏转电极与所述第二偏转电极之间，其中，所述阴极包括电子发射区，所述第一偏转电极与所述第二偏转电极之间的距离大于所述阴极的电子发射区的长度；所述栅极与所述阴极之间设置有第一电源，使所述栅极的电势高于所述阴极的电势；所述第一偏转电极与所述第二偏转电极设有第三电源，使所述第二偏转电极的电势高于所述第一偏转电极的电势所述聚焦极与所述第二偏转电极导通，所述聚焦极与所述第二偏转电极等电位；所述聚焦极与所述阳极之间设置有第二电源，为所述X射线管提供工作电压，其中，所述第二电源的电压高于所述第一电源以及所述第三电源的电压，所述阳极的电势高于所述聚焦极的电势。本发明所提供的X射线管结构简单，成本低廉，且延长了 X射线管的寿命。
图I为本发明ー实施方式中X射线管的三维结构图；图2为本发明ー实施方式中X射线管的电路连接图；图3为本发明另ー实施方式中X射线管的电路连接图；图4为本发明ー实施方式中X射线管的电子运动轨迹图；图5为本发明ー实施方式中X射线管的离子运动轨迹图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过參考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。请參阅图1，图I所示为本发明ー实施方式中X射线管的三维结构图。在本实施方式中，X射线管包括第一偏转电极10、栅极20、阴极30、第二偏转电极40、聚焦极50以及阳极60。在本实施方式中，第一偏转电极10呈“7”形，第二偏转电极40与第一偏转电极10的ー边平行。在本发明其他实施方式中，第一偏转电极10呈弧形或者是其他形状，目的是与所第二偏转电极40形成偏转电场。在本实施方式中，所述阴极30包括电子发射区，第一偏转电极10与第二偏转电极40之间的距离大于阴极30的电子发射区的长度。在本实施方式中，阴极30电子发射区长6mm,第一偏转电极10与第二偏转电极40之间的距离为Imm 30mm。特别地,在本实施方式中，阴极30长6mm,第一偏转电极10与第二偏转电极40之间的距离为8mm。在本实施方式中，聚焦极50为圆环，内径为8mm,外径为10mm,长为3mm。阳极60呈柱状，材质为金属，半径为IOmm,阳极60表面离第二偏转电极40的距离为15mm。在本发明其他实施方式中，聚焦极50也可以为其他的形状。请參阅图2，图2所示为本发明ー实施方式中X射线管的电路连接图。在本实施方式中，所述栅极20与所述阴极30设置于所述第一偏转电极10与所述第二偏转电极40之间。
在本实施方式中，所述第一偏转电极10与所述阴极30导通，所述第二偏转电极40与所述栅极20导通，所述第一偏转电极10与所述阴极30等电位，所述第二偏转电极40与所述栅极20等电位。在本实施方式中，所述栅极20与所述阴极30之间设置有第一电源70，使所述栅极20的电势高于所述阴极30的电势，使所述第二偏转电极40的电势高于所述第一偏转电极10的电势。在本实施方式中，为了让该X射线管能够正常工作，栅极20和阴极30之间设置的第一电源70电源，用于加载正向电压，即栅极20电势高于阴极30，这样才能实现X射线管所需要的场致电子发射，使得电子在电场作用下由阴极30向栅极20运动。栅极20和阴极30之间所需加载的电压值和栅极20与阴极30之间的距离密切相关，距离越近，所需电压就越小。在本实施方式中，阴极30与栅极20之间的距离小于等于1mm，第一电源70所提供的电压为100V 5000V。 在本实施方式中，所述聚焦极50与所述第二偏转电极40导通，所述聚焦极50与所述第二偏转电极40等电位。在本实施方式中，所述聚焦极50与所述阳极60之间设置有第二电源80，为所述X射线管提供工作电压。在本实施方式中，工作电压的范围为20Kv 200kV。在本实施方式中，所述第二电源80的电压高于所述第一电源70的电压，所述阳极60的电势高于所述聚焦极50的电势。在本实施方式中，栅极20为金属栅网，包括栅孔(图未示)。请參阅图3，图3所示为本发明另ー实施方式中X射线管的电路连接图。在本实施方式中，所述栅极20与所述阴极30设置于所述第一偏转电极10与所述第二偏转电极40之间，其中，所述阴极30包括电子发射区，所述第一偏转电极10与所述第ニ偏转电极40之间的距离大于所述阴极30的电子发射区的长度。在本实施方式中，所述栅极20与所述阴极30之间设置有第一电源70，使所述栅极20的电势高于所述阴极30的电势在本实施方式中，所述第一偏转电极10与所述第二偏转电极40之间设有第三电源90，使所述第二偏转电极40的电势高于所述第一偏转电极10的电势。在本实施方式中，所述第三电源90所提供的电压为100V 5000V。在本实施方式中，第一偏转电极10与第二偏转电极40之间的电压和两者之间的距离有夫，距离越近，所需电压就越小。在本实施方式中，所述第一偏转电极10与所述第二偏转电极40之间的最小距离受限于所述阴极30的尺寸。在本实施方式中，所述聚焦极50与所述第二偏转电极40导通，所述聚焦极与所述第二偏转电极等电位。在本实施方式中，所述聚焦极50与所述阳极60之间设置有第二电源80。在本实施方式中，第二电源80的电压高于所述第一电源70与所述第三电源90的电压，所述阳极60的电势高于所述聚焦极50的电势。请參阅图4，图4所示为本发明ー实施方式中X射线管的电子运动轨迹图。在本实施方式中，当第一电源70与第二电源80为所述X射线管加载电压完毕后，阴极30和栅极20、第一偏转电极10和第二偏转电极40、第一偏转电极10和阳极60,这些电极之间都存在着强电场。阴极30和栅极20之间强电场使得电子从阴极30发射出来，飞向栅极20。一部分电子将撞击在金属栅网上，被栅极20截留，而另外一部分电子则将穿过栅孔到达第一偏转电极10和第二偏转电极40之间的偏转电场。此处偏转电场的场强实际是由两部分組成，一部分是第一偏转电极10和第二偏转电极40之间电势差产生，另一部分则是第一偏转电极10和阳极60之间的电势差产生。到达偏转电场的电子在强电场力的作用下向第二偏转电极40所在方向偏转，然后穿过聚焦极50到达聚焦极50和阳极60生成的加速与聚焦电场，电子束在该加速与聚焦电场中获得更多能量，并逐渐汇聚成一个窄束打在阳极60上。在本实施方式中，电子窄束打在阳极60上的焦点尺寸小于1mm。请參阅图5，图5所示为本发明ー实施方式中X射线管的离子运动轨迹图。在本实施方式中，当电子在聚焦极50和阳极60之间加速时，由于电子的能量很高，能够很容易将聚焦极50和阳极60之间的空气分子电离。因第二偏转电极40与阳极60之间的电势差，以及第一偏转电极10与第二偏转电极40之间的电势差，空气分子电离后的 正离子在电场力作用下向第一偏转电极10飞去，最后撞击在第一偏转电极10上面,从而避免了场发射阴极30可能受到的轰击。若第一偏转电极10是由具备吸气功能的金属制成，比如钛，则空气将被第一偏转电极10吸收，这样就減少了 X射线管中空气分子的数量，有利于真空度的保持，并减少了阴极30被空气分子破坏的可能性。本发明所提供的X射线管通过在栅极20与阴极30之间设置有第一电源70，在聚焦及50与阳极60之间设置第二电源80，实现了 X射线管结构简单，成本低廉，且延长了 X射线管的寿命。虽然本发明參照当前的较佳实施方式进行了描述，但本领域的技术人员应能理解，上述较佳实施方式仅用来说明本发明，并非用来限定本发明的保护范围，任何在本发明的精神和原则范围之内，所做的任何修饰、等效替换、改进等，均应包含在本发明的权利保护范围之内。
权利要求
1.一种X射线管，包括第一偏转电极、阴极、栅极、第二偏转电极、聚焦极以及阳极，其中 所述栅极与所述阴极设置于所述第一偏转电极与所述第二偏转电极之间，所述第一偏转电极与所述阴极导通，所述第二偏转电极与所述栅极导通，所述第一偏转电极与所述阴极等电位，所述第二偏转电极与所述栅极等电位，其中，所述阴极包括电子发射区，所述第一偏转电极与所述第二偏转电极之间的距离大于所述阴极的电子发射区的长度； 所述栅极与所述阴极之间设置有第一电源，使所述栅极的电势高于所述阴极的电势，使所述第二偏转电极的电势高于所述第一偏转电极的电势； 所述聚焦极与所述第二偏转电极导通，所述聚焦极与所述第二偏转电极等电位； 所述聚焦极与所述阳极之间设置有第二电源，为所述X射线管提供工作电压，其中，所述第二电源的电压高于所述第一电源的电压，所述阳极的电势高于所述聚焦极的电势。
2.如权利要求I所述的X射线管，其特征在于，所述第一电源的电压为IOOV 5000V。
3.如权利要求I所述的X射线管，其特征在于，所述第二电源的电压为20KV 200KV。
4.如权利要求I所述的X射线管，其特征在于，所述第一偏转电极由具备吸气功能的金属制成。
5.一种X射线管，包括第一偏转电极、阴极、栅极、第二偏转电极、聚焦极以及阳极，其中 所述栅极与所述阴极设置于所述第一偏转电极与所述第二偏转电极之间，其中，所述阴极包括电子发射区，所述第一偏转电极与所述第二偏转电极之间的距离大于所述阴极的电子发射区的长度； 所述栅极与所述阴极之间设置有第一电源，使所述栅极的电势高于所述阴极的电势；所述第一偏转电极与所述第二偏转电极设有第三电源，使所述第二偏转电极的电势高于所述第一偏转电极的电势； 所述聚焦极与所述第二偏转电极导通，所述聚焦极与所述第二偏转电极等电位； 所述聚焦极与所述阳极之间设置有第二电源，为所述X射线管提供工作电压，其中，所述第二电源的电压高于所述第一电源与所述第三电源的电压，所述阳极的电势高于所述聚焦极的电势。
6.如权利要求5所述的X射线管，其特征在于，所述第一电源的电压为100V 5000V。
7.如权利要求5所述的X射线管，其特征在于，所述第三电源的电压为100V 5000V。
8.如权利要求5所述的X射线管，其特征在于，所述第二电源的电压为20KV 200KV。
9.如权利要求5所述的X射线管，其特征在于，所述第一偏转电极由具备吸气功能的金属制成。
全文摘要
一种X射线管，其中栅极与阴极设置于第一偏转电极与第二偏转电极之间，第一偏转电极与阴极导通，第二偏转电极与栅极导通，第一偏转电极与阴极等电位，第二偏转电极与栅极等电位，其中，阴极包括电子发射区，第一偏转电极与第二偏转电极之间的距离大于电子发射区的长度；栅极与阴极之间设置有第一电源，使栅极的电势高于阴极的电势，使第二偏转电极的电势高于第一偏转电极的电势；聚焦极与第二偏转电极导通，聚焦极与第二偏转电极等电位；聚焦极与阳极之间设置有第二电源，其中，第二电源的电压高于第一电源的电压，阳极的电势高于聚焦极的电势。本发明中的X射线管结构简单，成本低，且使用寿命长。
文档编号H01J35/02GK102842477SQ20121035208
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月20日 优先权日2012年9月20日
发明者代秋声, 徐品, 邢晓曼 申请人:苏州生物医学工程技术研究所