基于cnt场致发射的宽光束准平行单能x射线产生装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及精密光机电技术领域，尤其涉及基于CNT场致发射的宽光束准平行单 能X射线产生装置。
【背景技术】
[0002] X射线脉冲星自主导航技术，是一种基于X射线脉冲星发射的高稳定脉冲信号和脉 冲星空间位置，为航天器提供位置参数的导航技术。X射线脉冲星导航探测器作为脉冲星导 航系统的核心关键设备，要求具备lm2量级的有效探测面积，这就为探测器的定标测试带来 技术困难。
[0003] 为实现X射线探测器的定标测试，要求具备平行、单能、宽光束（Im量级）的X射线光 源。目前，实现X射线准平行的方法就是依赖点X射线源在真空通道内的长距离传输，是原本 发散的球面波在足够远处近似为平面波(准平行光束），例如美国Marshall空间飞行中心X 射线定标测试装置(XRCF)，真空管道长518m，加上测试室的扩展长度，可提供538m的源与探 测器的距离。该方法虽然实现方式简单，但成本过高，而且不满足lm2量级X射线探测器的定 标测试(在X射线发散角Imrad的条件下，其末端X射线光斑直径约为0.54m)。平行和宽光束 是该方法中的一对矛盾体，在真空通道距离一定的条件下，平行度提高必然导致光斑尺寸 减小，而光斑尺寸增大又必然导致平行度下降。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明提供了一种基于CNT场致发射的宽光束准平行单能X射线产生装 置，可以解决大型空间X射线探测器定标测试所需X射线源宽光束、准平行及单能的技术难 题。
[0005] 本发明的一种基于CNT场致发射的宽光束准平行单能X射线产生装置，包括电源、 阴极基板、碳纳米管阴极面阵、阳极靶阵列、滤光器、准直器阵列以及终端接收屏；
[0006] 所述阴极基板的一个侧面上镀有阴极导电层；
[0007] 所述阴极导电层接所述电源的正端；
[0008] 所述阴极导电层上生长NXN个碳纳米管阵列单元，形成所述碳纳米管阴极面阵;N 的取值与要产生的X射线的面积成正比；
[0009] 所述阳极靶阵列位于所述碳纳米管阴极面阵出射电子的前方，所述电源产生的负 压加载在每一个阳极靶阵列的阳极靶单元上，所述阳极靶单元与碳纳米管阵列单元一一对 应，用于接收所述碳纳米管阵列单元发射的电子，并产生X射线；
[0010] 所述滤光器位于所述X射线传播光路中，用于滤除能量不符合要求的X射线；
[0011] 所述准直器阵列由NXN个毛细管X射线透镜以面阵的方式形成，毛细管X射线透镜 的位置与阳极靶单元位置一一对应;每个毛细管X射线透镜均由多根X射线光纤紧密排列构 成，用于对从滤光器出射的X射线进行准直并透射到所述终端接收屏上；
[0012] 所述电源的电压由要产生的X射线能量决定。
[0013]较佳的，需要的X射线能量、阳极靶单元的阳极靶材料、滤光器厚度、滤光器材料以 及电源的电压如下：
[0016] 较佳的，每个所述毛细管X射线透镜中包含30 X IO4~50 X IO4根X射线光纤。
[0017] 较佳的，X射线光纤内径为20微米。
[0018] 较佳的，所述N取5。
[0019] 进一步的，所述阳极靶阵列单元由采用导电材质制成的阳极基板进行支撑;所述 阳极基板上加工与所述阳极靶阵列中NXN个阳极靶单元一一对应的开孔，阳极靶单元固定 安装在所述开孔内；所述电源的电压通过所述阳极基板加载在各个阳极靶单元上。
[0020] 进一步的，还包括空腔结构的绝缘支架，安装在阴极基板与阳极基板之间，将碳纳 米管阴极面阵以及产生的电子流封装在其内部。
[0021 ]本发明具有如下有益效果：
[0022] (1)本发明的X射线产生装置，采用碳纳米管阴极面阵产生电子流，采用阳极靶阵 列产生X射线，采用准直器阵列对X射线进行准直，解决了大型空间X射线探测器标定测试需 同时具备宽光束、和准平行X射线光源的技术难题。
[0023] (2)通过实验以及理论计算，得到需要的X射线能量、阳极靶单元的阳极靶材料、滤 光器厚度、滤光器材料以及高压电源的电压的关系，因此，本发明的X射线产生装置可以实 现1~IOkeV范围内X射线光子单能输出。
[0024] (3)本发明的X射线产生装置可以满足大型空间X射线探测器能量响应矩阵、探测 效率、有效探测面积、探测视场等技术指标的标定测试。
【附图说明】
[0025] 图1为基于CNT场致发射的宽光束准平行单能X射线产生原理图；
[0026] 图2为本发明的装置采用Cr靶通过V滤波后的X射线能谱；
[0027] 其中，1-阴极基板、2-阴极导电层、3-碳纳米管阴极面阵、4-阳极靶阵列、5-滤光 器、6-准直器阵列、7-终端接收屏、8-电源、9-绝缘支架、10-阳极基板。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0029] 本发明的一种基于CNT场致发射的宽光束准平行单能X射线产生装置，包括电源8、 阴极基板1、碳纳米管阴极面阵3、阳极靶阵列4、滤光器5、准直器阵列6以及终端接收屏7;
[0030] 阴极基板1的一个侧面上镀有阴极导电层2;阴极导电层2接所述电源8的正端。电 源8的电压由要产生的X射线能量决定。
[0031] 所述阴极导电层2上生长NXN个碳纳米管阵列单元，形成碳纳米管阴极面阵3;N的 数量根据要产生的X射线的总面积决定，面积越大需要的阵列单元越多。
[0032] 阳极靶阵列4位于所述碳纳米管阴极面阵3出射电子的前方，电源8产生的负高压 加载在每一个阳极靶阵列4的阳极靶单元上，阳极靶单元与碳纳米管阵列单元一一对应，用 于接收所述碳纳米管阵列单元发射的电子，并产生X射线。滤光器5位于所述X射线传播光路 中，用于滤除能量不符合要求的X射线。
[0033]准直器阵列6由NXN个毛细管X射线透镜以面阵的方式形成，毛细管X射线透镜的 位置与阳极靶单元位置一一对应;每个毛细管X射线透镜均由多根X射线光纤紧密排列构 成，用于对从滤光器5出射的X射线进行准直并透射到所述终端接收屏7上;每个所述毛细管 X射线透镜中包含的X光子导管的根数由照射到各毛细管X射线透镜面积大小决定，面积越 大，根数越多。
[0034]为了便于加工，所述阳极靶阵列4单元由采用导电材质制成的阳极基板10进行支 撑;所述阳极基板10上加工与所述阳极靶阵列4中NXN个阳极靶一一对应的开孔，阳极靶单 元固定安装在所述开孔内；电源8的电压通过所述阳极基板10加载在各个阳极靶单元上。
[0035] 本发明的装置还包空腔结构的括绝缘支架9,安装在阴极基板1与阳极基板10之 间，将碳纳米管阴极面阵3以及产生的电子流封装在其内部。
[0036] 由于阳极靶单元上加载电源8的负端，阴极基板1接正端，则阳极靶阵列4与阴极基 板1之间形成高压电场，碳纳米管阴极面阵3在高压电场的作用下产生电流，并射向阳极靶 阵列4,其中，电子的数目和速度可通过高压电场控制。
[0037] 场致发射的电流密度由F-N公式描述，如（1)式所示：
[0039]其中，A和B为常数，E为材料表面电场强度，Φ为材料逸出功，β为材料的几何增强 因子。碳纳米管由于具备特殊的几何结构，大的长径比λ、纳米级的直径，因此几何增强因子 较大，具备较强的电子发射能力，其几何增强因子如(2)式所示：
[0041]由（1)式可知，通过控制碳纳米管的发射电场强度E可以实现电子束流密度的调 节，进而实现X射线光子流强的控制。
[0042] 同时，由于碳纳米管可以