专利名称：基于场发射冷阴极的阵列x射线源的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种新型阵列X射线源，涉及平面阵列X射线源的设计、制备及X射线的产生。
背景技术：
X射线源在医学影像和工业探测中具有重要的应用，而X射线管是X射线影像系统的核心部件。目前所使用的X射线管大都采用热阴极，电子受热获得能量逸出，并被聚焦和加速，最后以很高的能量轰击到阳极。阳极由具有高原子序数的金属构成，当阳极受到高能电子轰击后产生X射线。X射线对不同的生物组织或材料的透射性能不同，因此X射线透视图像可以反映被检测物体的内部结构。由于目前使用的X射线管采用热阴极，其阴极功率损耗较大，不能适应小型化的要求；在X射线影像系统中，图像的分辨率取决于电子束轰击到金属阳极时的束斑大小。 由于热阴极发射出的电子具有较零散的初速度，需要采用复杂的聚焦系统来减小电子束直径。现有X射线管采用透视式阳极或者反射式阳极两种形式，采用图1所示的透射式阳极， 阳极的金属层4’较薄，电子7’从靠近阴极的一方高能轰击到阳极4’，所产生的X射线透过阳极金属层4’和基板5’出射，因此在这种工作模式中阳极基板兼做为出射窗口。因为阳极金属层较薄，所以其承受的电流较小。另外透视式阳极的金属层将吸收部分X射线，因此其X射线产生效率降低。采用图2所示的反射式阳极，电子束7’轰击到阳极靶面9’，X射线8’向阴极方向出射。但是由于热阴极灯丝及聚焦系统的遮挡，大部分X射线不能直接穿过阴极组件出射。为了获得有效的X射线输出，阳极靶面通常与阴极基板呈一定倾斜角，这样在阳极和阴极之间形成一个输出窗口 10’，X射线通过输出窗口出射。因为需要设置输出窗口，要求阴极基板与阳极基板之间有一定的距离，这限制了 X射线管的小型化。同时，倾斜的阳极靶面也限制了阴极电子源的位置，通常使用单电子源或者双电子源。
发明内容技术问题本实用新型的目的提供一种基于场发射冷阴极的阵列X射线源，它可以用于小型化和便携式X射线诊断仪，也可以应用于阵列X射线源的扫描成像。技术方案为解决上述技术问题，本实用新型提出一种基于场发射冷阴极的阵列 X射线源，其特征在于该X射线源包括阴极基板、阴极电极、用于发射电子束的场致发射体、反射式阳极靶；其中在阴极基板上设有阴极电极，在阴极电极上设有场致发射体，反射式阳极靶位于阴极基板上方且与阴极基板相对设置，反射式阳极靶与阴极基板平行；场致发射体发射出的电子束轰击到反射式阳极靶上，产生的X射线穿过阴极基板出射。优选的，反射式阳极靶由高原子序数的金属厚板制成，反射式阳极靶为固定阳极。优选的，场发射体由对X射线吸收较小的纳米材料构成。[0010]优选的，对X射线吸收较小的纳米材料为碳纳米管、纳米氧化锌。优选的，阴极电极由对X射线吸收较小的金属或导电膜构成。优选的，所述X射线吸收较小的金属或导电膜为氧化铟锡、铝。优选的，阴极基板是由含铅量小的玻璃构成。有益效果本实用新型提出的基于场发射冷阴极的阵列X射线源采用含铅量较小的玻璃做为阴极基板，避免了阴极基板对χ射线的吸收。普通的热阴极χ射线管相比较，本实用新型提出的基于场发射冷阴极的阵列X射线源不需要灯丝加热，提高了器件工作的可靠性；由于不需要灯丝加热，避免了阴极灯丝等部件对X射线的吸收，因此可以采用反射式阳极，X射线通过阴极基板出射。这种工作模式不要求在阴极和阳极之间设置专门的出射窗口，所以可以实现X射线管的小型化。另外，在这种工作模式下阳极与阴极基板平行，避免了倾斜阳极对电子源数目的限制，可以实现阵列电子源，进而实现阵列X射线源扫描输出。
图1是采用透射式阳极的热阴极X射线源结构图2是采用反射式阳极的热阴极X射线源结构图3是本实用新型所提出的基于场发射冷阴极的阵列X射线源。图4是本实用新型所提出的基于场发射冷阴极的阵列X射线源中多个场发射电子源结构其中有阴极基板1、热阴极灯丝2、电子聚焦槽3、透射阳极金属层4、阳极基板5、 管壳6、电子束7、X射线束8、倾斜反射式阳极9、X射线输出窗口 10、阴极电极11、场发射体 12、平面反射式阳极13。
具体实施方式
下面将参照附图对本实用新型进行说明。[0021]针对普通X射线管的技术难点，本实用新型提出一种基于场发射冷阴极的阵列X 射线源。本实用新型提出的基于场发射冷阴极的阵列X射线源不需要灯丝加热，提高了器件工作的可靠性；由于不需要灯丝加热，避免了阴极灯丝等部件对X射线的吸收，因此可以采用反射式阳极，X射线通过阴极基板出射。这种工作模式不要求在阴极和阳极之间设置专门的出射窗口，所以可以实现X射线管的小型化。另外，在这种工作模式下阳极与阴极基板平行，避免了倾斜阳极对电子源数目的限制，可以实现阵列电子源，进而实现阵列X射线源扫描输出。本实用新型提出的基于场发射冷阴极的阵列X射线源是在阴极基板上制备阴极电极；在阴极电极上制备场致发射体；阳极基板位于扫描电极上方，并与之相距一定的距
1 O本实用新型提出的基于场发射冷阴极的阵列X射线源采用反射式阳极，它由高原子序数的金属厚板制成，且与阴极基板平行。当场致发射电流较大，工作时间较长时，反射式阳极可为旋转阳极。当场致发射电流较小，工作时间较短时，反射式阳极可为固定阳极。本实用新型提出的基于场发射冷阴极的阵列X射线源采用对X射线吸收较小的纳米材料，如碳纳米管、纳米氧化锌等，做为场发射体，避免了场发射体对X射线的吸收。[0025]参见图3 - 4，本实用新型提供的基于场发射冷阴极的阵列X射线源，该X射线源包括阴极基板1、阴极电极11、用于发射电子束7的场致发射体12、反射式阳极靶13。在阴极基板1上设有阴极电极11，在阴极电极11上设有场致发射体12，反射式阳极靶13位于阴极基板1上方且与阴极基板1相对设置，反射式阳极靶13与阴极基板1 平行；场致发射体12发射出的电子束7轰击到反射式阳极靶13上，产生的X射线8穿过阴极基板1出射。反射式阳极靶13由高原子序数的金属厚板制成，当场致发射电流较大，工作时间较长时，反射式阳极靶13为旋转阳极；当场致发射电流较小，工作时间较短时，反射式阳极靶13为固定阳极。场发射体12由对X射线吸收较小的纳米材料构成。对X射线吸收较小的纳米材料为碳纳米管、纳米氧化锌。阴极电极11由对X射线吸收较小的金属或导电膜构成。所述X射线吸收较小的金属或导电膜为氧化铟锡ΙΤ0、铝Al。阴极基板1是由含铅量小的玻璃构成。本实用新型的基于场发射冷阴极的阵列X射线源结构是是在阴极基板1上制备阴极电极11 ；在阴极电极11上制备场致发射体12 ；反射式阳极靶面13位于阴极基板上方，并与之相距一定的距离。场致发射体12发射出的电子束7轰击到反射式阳极靶13上，产生的X射线8穿过阴极基板1出射。本实用新型的基于场发射冷阴极的阵列X射线源采用纳米碳管，纳米氧化锌等对 X射线吸收较小的材料做为场致发射体。阴极电极(由对X射线吸收较小的金属或导电膜， 如ΙΤ0、Α1等构成，避免了场发射体和阴极电极对X射线的吸收。阴极基板是由含铅量较小的玻璃构成，避免了阴极基板对X射线的吸收。反射式阳极靶由高原子序数的金属厚板制成，如钨、钼或者不同金属的合金，且与阴极基板平行。当场致发射电流较大，工作时间较长时，反射式阳极可为旋转阳极。当场致发射电流较小，工作时间较短时，反射式阳极可为固定阳极。本实用新型可采用多个场发射电子源，且每个场发射电子源可以独立工作。因此可以形成阵列扫描的X射线出射。制备的方法为在阴极基板上采用印刷、烧结或者镀膜、光刻的方法制备阴极电极；在阴极电极上通过印刷、喷涂、镀膜、涂附或自主生长等方法在阴极电极上制备场发射体；采用机械切割方法制备较高原子序数的金属厚板作为阳极基板，该阳极基板与阴极基板平行装配。将阴极基板与阳极基板封接排气，形成器件内的真空工作环境。本实用新型所提出基于场发射阴极的阵列X射线源结构中，在阴极数据电极上施加不同电压信号，可以控制电子源的工作状态。被选中的电子源开工作并发射电流，从而在相应的阳极位置上产生X射线，实现X射线源的阵列扫描过程。本实用新型提出的基于场发射冷阴极的阵列X射线源采用对X射线吸收较小的金属或导电膜，如ΙΤ0、Α1等，做为阴极电极，避免了阴极电极对X射线的吸收。以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式，本实用新型的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本实用新型所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
权利要求1.一种基于场发射冷阴极的阵列X射线源，其特征在于该X射线源包括阴极基板(I)、阴极电极(11)、用于发射电子束(7)的场致发射体(12)、反射式阳极靶(13)；其中在阴极基板(1)上设有阴极电极(11)，在阴极电极(11)上设有场致发射体(1 ，反射式阳极靶(1 位于阴极基板(1)上方且与阴极基板(1)相对设置，反射式阳极靶(13)与阴极基板(1)平行；场致发射体(1 发射出的电子束(7)轰击到反射式阳极靶(1 上，产生的X射线(8)穿过阴极基板(1)出射。
2.根据权利要求1所述的基于场发射冷阴极的阵列X射线源，其特征在于反射式阳极靶(13)由高原子序数的金属厚板制成，反射式阳极靶(13)为旋转阳极或固定阳极。
3.根据权利要求1所述的基于场发射冷阴极的阵列X射线源，其特征在于场发射体 (12)由对X射线吸收较小的纳米材料构成。
4.根据权利要求3所述的基于场发射冷阴极的阵列X射线源，其特征在于对X射线吸收较小的纳米材料为碳纳米管、纳米氧化锌。
5.根据权利要求1所述的基于场发射冷阴极的阵列X射线源，其特征在于阴极电极(II)由对X射线吸收较小的金属或导电膜构成。
6.根据权利要求5所述的基于场发射冷阴极的阵列X射线源，其特征在于所述X射线吸收较小的金属或导电膜为氧化铟锡、铝。
7.根据权利要求1所述的基于场发射冷阴极的阵列X射线源，其特征在于阴极基板 (1)是由含铅量小的玻璃构成。
专利摘要本实用新型公开了一种基于场发射冷阴极的阵列X射线源，该X射线源包括阴极基板(1)、阴极电极(11)、用于发射电子束(7)的场致发射体(12)、反射式阳极靶(13)；其中，在阴极基板(1)上设有阴极电极(11),在阴极电极(11)上设有场致发射体(12),反射式阳极靶(13)位于阴极基板(1)上方且与阴极基板(1)相对设置，反射式阳极靶(13)与阴极基板(1)平行；场致发射体(12)发射出的电子束(7)轰击到反射式阳极靶(13)上，产生的X射线(8)穿过阴极基板(1)出射。本实用新型提供的基于场发射冷阴极的阵列X射线源用于小型化和便携式X射线诊断仪，也可以应用于阵列X射线源的扫描成像。
文档编号H01J35/24GK202142495SQ20112025362
公开日2012年2月8日 申请日期2011年7月18日 优先权日2011年7月18日
发明者娄朝刚, 崔一平, 张晓兵, 李驰, 雷威 申请人:东南大学