专利名称：碳纳米阴极场发射x射线管的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种X射线管，尤其涉及一种利用碳纳米制作成阴极的场发射X射线管。
属于电真空器件技术领域。
背景技术：
纳米管被发现于二十世纪九十年代初，是近年來材料学和凝聚态物理研究的前沿和热点 之一，纳米碳管具有尖端细小、长径比大、强度和韧性高、热稳定性与导电性好等特点，具 备了高性能场发射材料的基本特征，是理想的阴极发射材料。
现有技术中，将碳纳米管作为阴极应用于x射线管，主要是带有栅极的三极结构X射线 管，即阳极、栅极和阴极，而两极结构的x射线管却很少。
从目前技术看，不管是两极还是三极结构，都有两个共同的局限性。 一是很难在阴阳极
之间加较高的电压，由于无法加高电压，其穿透力比较差，目前所加最高电压不超过20kV; 二是很难在高电压下持续稳定的工作。
由于上述所限，使其应用范围和场合受到很多局限。作为X射线管，在具有高电压的同 时，并具有一定形状和尺寸的焦斑才具有广泛的应用价值。
现在通用的X射线管是热阴极式X射线管，阴极灯丝采用螺旋结构的钨丝，在工作过程
中需要给灯丝单独供电，限制了其在便携X射线检测方面的应用；灯丝的螺旋结构注定其无
法获得均匀焦斑分布及实现所需微小焦斑。
用碳纳米阴极取代螺旋灯丝阴极能极大克服目前通用x射线管存在的不足，极大的提高
x射线管的性能，是目前碳纳米材料研究的主要内容之一。但由于工艺、技术及设计方面的
种种原因，尚未取得突破性的进展。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种具有高电压、高穿透特点并 具有一定形状大小焦斑、能够在高电压下持续稳定工作一段时间的两极式碳纳米阴极场发射
x射线管。
本实用新型的碳纳米阴极场发射X射线管是通过以下技术方案实现的
一种碳纳米阴极场发射x射线管，包括真空容器，所述真空容器上端设散热器、下端设
接线管，所述散热器与阳极靶组件上端连接，高压电通过阳极靶组件与上端连接的散热器引入，所述阳极靶组件通过过渡环与阳极封接件连接，所述阳极封接件与真空容器密封连接， 所述阳极靶组件下端嵌有靶面并具有一定的倾角，所述阳极靶组件下端外围设有阳极帽，所 述阳极帽一侧设出射窗，所述出射窗设置在靶面所正对的阳极帽一侧，所述真空容器下端通 过阴极封接件与芯柱连接，所述芯柱上端放置碳纳米阴极，所述芯柱通过固定螺钉与阴极罩 固定连接并同时将碳纳米阴极固定住，在碳纳米阴极与阳极靶面之间加高压电，使碳纳米阴 极产生场发射，场发射电子束在高压电场的作用下，高速轰击靶面，产生所需的X射线。制 成的碳纳米阴极采用真空包装储存方式，在组装碳纳米阴极前保持超净环境拆封，碳纳米阴 极在装管过程中必须采用特殊的真空工艺进行处理，独特的阴极聚焦结构实现一定形状及大 小焦斑电子束输出。
本实用新型相对于现有技术具有如下特点及优势-
1、 本实用新型的碳纳米阴极场发射X射线管具有高电压、高穿透的特点，阳极电压可以 加到150KV甚至更高，能够产生高穿透X射线，因此，可广泛用于安全检查、医疗诊断及探 伤检査等技术领域。
2、 本实用新型的碳纳米阴极场发射X射线管为两极聚焦结构，因此X射线发射效果较好。 独特的阴极聚焦结构和合理的阴阳极之间的距离控制，既实现了高电压、高穿透的特点，又 保证了具有应用价值的一定形状和尺寸的焦斑。
3、 本实用新型的X射线管在高电压下，能够稳定持续地工作一定时间。
图1为本实用新型的碳纳米阴极场发射X射线管结构剖面图。
具体实施方式
为了使本领域的一般技术人员能够清楚理解本实用新型的技术方案，现结合附图对本实 用新型作进一步详尽地说明
本实用新型的碳纳米阴极场发射X射线管，如图1所示，包括真空容器3，真空容器3 上端设散热器1、下端设接线管2，散热器1与阳极靶组件6上端连接，阳极耙组件6通过过 渡环4与阳极封接件5连接，阳极封接件5与真空容器3密封连接，阳极靶组件6下端嵌有 靶面9并具有一定的倾角，倾角为10-45度，阳极靶组件6下端外围设有阳极帽8，阳极帽8 一侧设出射窗7，出射窗7设置在靶面9所正对的阳极帽8—侧。真空容器3下端通过阴极 封接件14与芯柱13连接，芯柱13上端设碳纳米阴极12，芯柱13通过固定螺钉11与阴极 罩10固定地连接，并同时也将碳纳米阴极12固定住。首先按照X射线管特定结构要求将碳纳米阴极12基底做成一定的形状，并在基底上表面 生成碳纳米发射层，制成碳纳米阴极；然后通过真空钎焊、真空材料封接、真空除气、真空 铸耙等必须的特殊工艺处理制成X射线管。
利用碳纳米阴极12具有良好场发射特点，将此碳纳米阴极12作为阴极组件的一部分封 接在真空容器3内，通过阳极高压电场将电子束从碳纳米阴极12表面拉出，拉出的电子束在 高电压的作用下加速轰击靶面9，产生所需的X射线，根据需要可以设计成不同的碳纳米阴 极12与靶面9之间的间距，可调控阳极靶组件6所需的阳极高压，达到要求的发射束流。本 实用新型结构的X射线管最高阳极电压可达到450kV。
在对本实用新型进行大量的试验得出如图1所示，在阳极高压150kV、碳纳米阴极12 场发射束流0.5mA条件下，实现焦斑大小约0. 9咖x2. Omm,并连续加电试验8h，测试剂量率 为63mGy/h (测试剂量仪相对X射线管靶面9的耙心约750mra，其中包括油厚250mm及8mm有 机玻璃厚)，提高碳纳米阴极12场发射束流到lraA，能够连续稳定地发射X射线，调整所加 阳极高压，最高到达280kV，能够产生具有更大穿透的X射线。
本实用新型如图1所设计的为阳极电压150kV、发射束流3mA及焦斑不大于1. 5ram场发射 X射线管，以此作为核心发射源，为新型便携式安检机的核心部件的开发打下了坚实的基础。
本实用新型为一种具有高电压、高穿透特点的"碳纳米阴极场发射X射线管"，主要用于 安全检査、医疗诊断、探伤检查及其它应用X射线的领域，其X射线发射效果好。
权利要求1、一种碳纳米阴极场发射X射线管，包括真空容器(3)，其特征在于，所述真空容器(3)上端设散热器(1)、下端设接线管(2)，所述散热器(1)与阳极靶组件(6)上端连接，所述阳极靶组件(6)通过过渡环(4)与阳极封接件(5)连接，所述阳极封接件(5)与所述真空容器(3)密封连接，所述阳极靶组件(6)下端成角度地设置靶面(9)，所述阳极靶组件(6)下端外围设有阳极帽(8)，所述阳极帽(8)一侧设出射窗(7)，所述真空容器(3)下端通过阴极封接件(14)与芯柱(13)连接，所述芯柱(13)上端设碳纳米阴极(12)，所述芯柱(13)通过固定螺钉(11)与阴极罩(10)固定地连接。
2、 根据权利要求1所述的碳纳米阴极场发射X射线管，其特征在于，所述靶面(9)与阳 极帽(8)端面成10-45度角。
3、 根据权利要求1所述的碳纳米阴极场发射X射线管，其特征在于，所述出射窗(7)设 置在所述耙面(9)正对的阳极帽一侧。
专利摘要本实用新型的碳纳米阴极场发射X射线管，包括上端设散热器、下端设接线管的真空容器，散热器与阳极靶组件上端连接，阳极靶组件的高压通过散热器引入，阳极靶组件通过过渡环与阳极封接件连接，阳极封接件与真空容器密封连接，阳极靶组件下端成角度地设置靶面，阳极靶组件下端外围设有阳极帽，阳极帽一侧设出射窗，真空容器下端通过阴极封接件与芯柱连接，芯柱上端设碳纳米阴极，芯柱通过固定螺钉与阴极罩固定连接，碳纳米阴极采用真空包装储存，组装前保持超净环境，碳纳米阴极在装管过程中采用特殊真空工艺进行处理，独特的阴极聚集结构实现焦斑电子束输出。本实用新型具有高电压、高穿透特点，能产生高穿透X射线，广泛用于安检、医疗诊断。
文档编号H01J35/00GK201378579SQ20092010637
公开日2010年1月6日 申请日期2009年3月11日 优先权日2009年3月11日
发明者翔 任, 刘建英, 徐卫平, 泽 梁, 步国伟, 王奇志, 力 陈 申请人:公安部第一研究所;北京中盾安民分析技术有限公司