一种栅控冷阴极x射线管的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种X射线管，特别是涉及一种增强栅控的冷阴极X射线管及其组装方式。
【背景技术】
[0002]X射线管是一种允许X射线可控发射的器件。它们被应用在各种系统中，例如，应用于医疗、工业和安全领域的X射线成像技术，光谱分析(X射线荧光光谱、X射线光电子能谱分析)，X射线衍射分析等。射线管中产生X射线的原理是利用高能电子(几万电子伏特)，轰击金属靶。这些电子和靶材之间的相互作用倍增，直至发出X射线。X射线强度与靶材料上的电子流成正比。X射线的穿透性与靶材料上的施加电压成正比。X射线的发射面积由电子束轰击的范围决定，对需要小发射斑点的应用情况，例如需要X射线光学的成像应用中，可以在射线管中配置电子光学装置将电子束聚焦在靶材料上很小的区域。
[0003]传统X射线管是利用加热真空管内的金属丝到上千摄氏度高温来产生高能电子。与传统的热电子发射相比，场发射冷阴极无需加热，可以在室温下进行，只需施加一定的电场即可，因此场发射具有更高的能量利用率。此外，场发射还具有其他一些独特的性质，例如，对电场变化的快速响应，对温度波动和辐射不敏感，发射出的电子束高度可控，高开关比，电子的弹道传输，而且很小的电压调制范围就可以调控很大的电流范围。
[0004]在现有专利中，将冷阴极应用于X射线管，基本是可栅控的结构。通过专利检索，目前国内利用冷阴极做电子源的X射线管专利有:1、专利03127012.3，“一种新型场致发射的医用微型X射线管”，此专利涉及的X射线管，无电子束汇聚功能，难以实现小焦点；
2、专利 CN201378580Y、CN201378579Y、CN101521135B、CN101494149A 和 CN101101848B，“栅控碳纳米阴极场发射X射线管，该专利涉及的射线管装配工艺复杂，成本较高；3、专利CN101494150A，该专利设计的射线管，栅极类型为平面栅极，该结构所用场发射材料为氧化锌，发射性能差；4、专利CN1553473A，该专利阳极电压过低，射线穿透力差。从现有技术来看，目前可栅控的X射线管都有一定的局限性，主要集中在以下几个方面:(1)装配工艺复杂；⑵无电子束汇聚；(3)栅极截获电子多等等。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是，为了弥补现有技术的足之处，提供一种装配工艺简单，具有栅控增强、具有较高电子汇聚作用的栅控式冷阴极场发射X射线管，栅极控制能力强的冷阴极场发射X射线管。
[0006]本实用新型的技术方案是:栅控冷阴极X射线管，其特征是包括真空腔体、阳极组件、栅控电极、阴极组件，所述阳极组件包括阳极靶，阳极金属罩以及阳极连接柱，所述阳极靶、阳极金属罩和阴极组件封装在真空腔体内，阳极靶镶嵌在阳极金属罩内用于产生X射线，阳极靶平面的法线与阳极和阴极的连线具有一倾斜角度，倾斜角度为12±1° ;所述阴极组件包括阴极基底和置于阴极基底的阴极材料，作为栅控电极的阴极罩包裹包括阴极引线、栅极引线的阴极安装件，阴极罩为金属，阴极罩上设有开孔位于阴极基底与阳极靶的连线上；高压通过阳极连接柱引入，作为栅控电极的阴极罩连接栅极引线，阴极基底连接阴极引线；在栅极引线和阴极引线引出的两条电极之间施加电压；阴极罩为柱筒形，包裹阴极组件，柱筒形顶端开孔；所述柱筒形顶端的开口形状是双层同心圆柱状，双层孔间距为1mm +0.1mnin
[0007]所述阳极靶平面的法线与阳极和阴极的连线的倾斜角度为12°。
[0008]所述阴极材料即冷阴极场发射体材料为碳纳米管、石墨烯、氧化锌纳米结构或碳纳米管与氧化锌纳米复合结构。
[0009]柱筒形顶端厚度为2±0.1mm，开口的圆台的直径为2±0.1mm。
[0010]柱筒形阴极罩顶端开孔处距离阴极头为500-100微米。
[0011]所述栅极电压为3000V?4500V，所述激发出的电子束施加阳极的高压到180kV以内。
[0012]所述冷阴极场发射体的制备方法是电泳、丝网印刷、原位生长、气相淀积或水热法。
[0013]阴极安装件还包括阴极支架、绝缘陶瓷片、固定螺钉、阴极基底连接杆、阴极引线、栅极引线和玻璃芯柱接头，其中阴极引线和栅极引线部分和玻璃芯柱接头在真空腔体外，阴极组件的其他部件均被封装在真空腔体内。
[0014]所述可栅控冷阴极X射线管中，高压通过阳极连接柱引入，作为栅控电极阴极罩连接一条栅极引线即栅极电极，阴极基底与阴极连接杆相连，并连接阴极引出电极；在两条引出电极之间施加电压，即相当于在冷阴极发射体和栅极之间施加此电压，通过该栅极电压控制将电子从冷阴极场发射体中激发，由于栅极距离发射体很近，因此所需栅极电压非常低，激发出的电子束在阳极和阴极罩之间的高压的作用下形成高能电子，并轰击阳极靶面，从而产生X射线。
[0015]阳极金属罩为散热性较好的金属材料铜。所述阳极连接柱一部分嵌入阳极金属罩内，一部分在真空腔体外，用于连接高压电源和散热装置。
[0016]所述阴极基底的材料可以为钼、铝、金等导电性良好的金属。所述阴极材料即发射体材料可以为各种冷阴极材料，例如碳纳米管、石墨烯、氧化锌纳米结构或碳纳米管与氧化锌纳米复合结构，以及金属微尖等。
[0017]所述冷阴极场发射体的制备方法可以是电泳、丝网印刷、原位生长、气相淀积、水热法等方法。
[0018]所述绝缘陶瓷片置于阴极支架的凹槽中，阴极基底置于绝缘陶瓷片的凹槽中，阴极基底上表面装有冷阴极发射体，发射体底部与阴极基底连接杆连接并固定，阴极基底连接杆与玻璃芯柱连接并固定，并实现对绝缘陶瓷片和阴极基底的固定，其余部件通过螺丝的压合而固定，阴极连接杆通过玻璃芯柱与阴极引线相连，并引出到真空腔体之外，阴极罩与栅极引线相连，并引出到真空腔体之外。
[0019]冷阴极场发射体的发射电流大小可以通过改变栅极电压调制。由于阴极罩开口具有特定形状，因此阴极罩表面开口处在阳极高压的影响下，会形成一个静电透镜，对发射电子束有汇聚作用，在阳极靶面形成较小焦斑。
[0020]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:栅极控制能力增强，栅控电压可以降低，栅极无截获电子，电流利用率高；装配工艺简单，成本低；栅网和发射体之间的距离可精确控制，大批量生产时，可实现栅控电压的高度一致性；用于固定阴极组件的螺丝隐藏在阴极罩的内部，阴极组件的外表面平整光滑，可以防止极间打火现象的产生；阳极可以施加最高ISOkV的电压，X射线具有高穿透性，可广泛适用于医疗诊断、工业探伤以及安全检查等领域；阴极发射性能好，焦点小，电流稳定，在高压下可以稳定工作一定时间。
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型所述可栅控冷阴极X射线管的整体结构示意图
[0022]图2为所述阴极组件的结构示意