一种产生分布式x射线的设备和方法
【专利摘要】一种产生分布式X射线的设备和方法。在真空中利用热阴极产生具有一定初始运动能量、运动速度的电子束，对初始的低能电子束进行周期性的扫描，让其往复偏转；在电子束前进路径上，按往复偏转方向设置限流装置，通过限流装置上的阵列式开孔，只让到达某些特定位置的部分电子束通过，形成顺序的、阵列分布的电子束流，利用高压电场对这些电子束流再次加速，让其获得高能量并轰击长条形阳极靶，在阳极靶上顺序产生相应的阵列式分布的焦点和X射线。
【专利说明】一种产生分布式X射线的设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及分布式产生X射线，具体涉及一种产生分布式X射线的设备和方法。【背景技术】
[0002]X射线源是指产生X射线的设备，通常由X射线管、电源与控制系统、冷却及屏蔽等辅助装置构成，核心是X射线管。X射线管通常由阴极、阳极、玻璃或陶瓷外壳构成。阴极为直热式螺旋钨丝，工作时通过电流，加热到约为2000K的工作温度，产生热发射的电子束流，阴极被一个前端开槽的金属罩包围，金属罩使电子聚焦。阳极为铜块端面镶嵌的钨靶，工作时阳极和阴极之间加有数十万伏高压，阴极产生的电子在电场作用下加速运动飞向阳极，并撞击靶面，产生X射线。
[0003]X射线在工业无损检测、安全检查、医学诊断和治疗等领域具有广泛的应用。特别是利用X射线的高穿透能力，制成的X射线透视成像设备在人们日常生活的方方面面发挥着重要作用。这类设备早期的是胶片式的平面透视成像设备，目前的先进技术是数字化的、多视角的、高分辨率的立体成像设备，如CT(Computed Tomography),可以获得高清晰度的三维立体图形或切片图像，是非常先进的高端应用。
[0004]在CT设备中(包括工业探伤CT，行李物品安检CT，医疗诊断CT等)，通常是将X射线源放置在受检对象的一侧，另一侧放置接收射线的探测器。X射线穿过受检物品时，其强度会随物品对象的厚度、密度等信息发生改变，探测器接收到的X射线强弱就包含了受检物品的一个视角方向的结构信息。如果再将X射线源和探测器围绕受检物品转换位置，就可以获得不同视角方向的结构信息。利用计算机系统和软件算法对这些信息进行结构重建，就可以获得受检物品的立体图像。目前的CT设备是将X射线源和探测器固定在围绕受检对象的圆形滑环上，工作中每运动一圈，就得到受检对象一个厚度切面的图像，称为切片，受检物品再沿厚度方向运动，得到一系列切片，这些切片和起来就是受检物品的三维精细立体结构。因此，现有的CT设备中，为了获得不同的视角图像信息，就要变换X射线源的位置，因此X射线源和探测器需要在滑环上运动，为了提高检查速度，通常运动速度非常高。X射线源和探测器在滑环上的高速运动，降低了设备整体的可靠性和稳定性，同时受运动速度的限制，CT的检查速度也受到了限制。虽然近年来最新一代的CT采用圆周排列的探测器，可以使探测器不做运动，但是X射线源仍需滑环运动。可以增加多排探测器，使X射线源运动一周，获得多个切片图像，可以提高CT检查速度，但是没有从根本上解决滑环运动带来的问题。因此CT设备中需要一种能不移动位置就能产生多个视角的X射线源。
[0005]为了提高检查速度，通常X射线源阴极产生的电子束大功率长时间连续轰击阳极钨祀，而靶点面积很小，靶点的散热也成为了很大的问题。
[0006]为了解决现有CT设备中滑环带来的可靠性、稳定性问题，检查速度问题及阳极靶点耐热问题，有些专利和文献提供了一些方法。如旋转靶X射线源，可以一定程度解决阳极靶过热的问题。但是结构复杂，且产生X射线的靶点相对X射线源整机，仍然是一个确定的靶点位置。如有的技术为实现固定不动X射线源的多个视角，在一个圆周上紧密排列多个独立的传统X射线源来取代X射线源的运动，虽然实现了多视角，但是成本高，且不同视角的靶点间距大，成像质量(立体分辨率)很差。如专利文献I (US4926452)提供了一种产生分布式X射线的光源方法，阳极靶具有很大的面积，缓解了靶过热的问题，且靶点位置沿圆周变化，可以产生多个视角。虽然该专利技术是对获得加速的高能量电子束进行扫描偏转，存在控制难道大，靶点位置不分立，重复性差的问题，但仍然是一种能产生分布式光源的有效方法。
[0007]如专利文献2(W02011/119629)提供了一种产生分布式X射线源的光源方法，阳极靶具有很大的面积，缓解了靶过热的问题，且靶点位置分散固定阵列式排列，可以产生多个视角。采用碳纳米管作为冷阴极，进行阵列排布，利用阴极栅极间的电压控制场发射，从而控制每一个阴极按顺序发射电子，在阳极靶上相应顺序位置轰击靶点，成为分布式X射线源。但是存在生产工艺复杂、碳纳米管的发射能力与寿命不高的不足之处。
【发明内容】
[0008]鉴于现有技术中的一个或多个问题，提出了一种产生分布式X射线的设备和方法。
[0009]在本发明的一个方面,提出了一种产生分布式X射线的设备，包括:电子枪，产生电子束流；扫描装置，环绕电子束流设置，产生扫描磁场，以对所述电子束流进行偏转；限流装置，具有规则设置的多个孔，当所述电子束流在所述扫描装置的控制下扫描所述限流装置时，在所述限流装置的下方依次、阵列式地输出符合扫描顺序的、与开孔位置对应的脉冲式的电子束；阳极靶，设置在所述限流装置的下游，通过在阳极靶上施加电压，使所述限流装置与所述阳极靶之间形成均匀电场，对所述阵列式的脉冲电子束进行加速；加速后的电子束轰击所述阳极靶，产生X射线。
[0010]在本发明的另一方面，提出了一种产生分布式X射线的方法，包括步骤:控制电子枪产生电子束流；控制扫描装置产生扫描磁场，以对所述电子束流进行偏转；在所述扫描装置的控制下用所述电子束流扫描限流装置上规则设置的多个孔，顺序输出阵列式分布的脉冲式电子束；产生电场以对所述阵列式分布的脉冲式电子束进行加速；加速后的电子束轰击阳极祀，产生X射线。
[0011]根据本发明实施例的上述方案，采用电磁扫描的方式变换束流和焦点位置，速度快，效率高，并且采用在高能量加速前进行限流的设计，既获得了阵列式分布的束流，又节省了电能，还有效防止限流装置发热。
[0012]此外，根据本发明一些实施例的方案，采用热阴极源，相对于其它设计具有发射电流大、寿命长的优点。
[0013]此外，采用直接对低初始运动能量的电子束流进行扫描的方式，具有易于控制的优点，而且能够实现更高的扫描速度。
[0014]此外，采用长条型大阳极的设计，有效缓解了阳极过热的问题，有利于提高光源的功率。
[0015]此外，相对其它分布式X射线光源设备，上述实施例的方案电流大，靶点小，靶点位置分布均匀且重复性好，输出功率高，工艺简单，成本低。
[0016] 此外，将本发明实施例的产生分布式X射线的设备应用于CT设备，无需移动光源就能产生多个视角，因此可以省略滑环运动，有利于简化结构，提高系统稳定性、可靠性，提高检查效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]下面的附图表明了本发明的实施方式。这些附图和实施方式以非限制性、非穷举性的方式提供了本发明的一些实施例，其中:
[0018]图1是根据本发明实施例的一种产生分布式X射线的设备的示意图；
[0019]图2是描述在根据本发明实施例的设备中电子束流受到磁场的作用运动方向产生偏转的不意图；
[0020]图3是描述在根据本发明实施例的设备中用来扫描限流装置的锯齿形扫描电流波形的示意图；
[0021]图4是根据本发明实施例的限流装置的平面结构示意；
[0022]图5是如图4所示的根据本发明实施例的限流装置的剖面结构示意；
[0023]图6是根据本发明的实施例当电子束流经过限流装置时的空间分布与强度变化； [0024]图7是描述一个周期内扫描电流、电子束流、X射线焦点相对限流装置和阳极的位置关系的示意图；以及
[0025]图8是根据本发明另一实施例的产生分布式X光源装置的剖面及局部示意图。【具体实施方式】
[0026]下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是:不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
[0027]在整个说明书中，对“ 一个实施例”、“实施例”、“ 一个示例”或“示例”的提及意味着:结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
[0028]针对现有技术中存在的一个或多个技术问题，本发明的实施例提供了一种产生分布式X射线的设备和方法。例如，在真空中利用电子枪的热阴极产生具有一定初始运动能量、运动速度的电子束。然后，对初始的低能电子束进行周期性的扫描，让其往复偏转。在电子束前进路径上，按往复偏转方向设置限流装置，通过限流装置上的阵列式开孔，只让到达某些特定位置的部分电子束通过，形成顺序的、阵列分布的电子束流。接下来，利用高压电场对这些电子束流再次加速，让其获得高能量并轰击阳极靶，从而在阳极靶上顺序产生相应的阵列式分布的焦点和X射线。根据本发明的实施例，采用电磁扫描的方式变换束流和焦点位置，速度快，效率高，并且采用在高能量加速前进行限流的设计，既获得了阵列式分布的束流，又节省了电能，还有效防止限流装置发热。
[0029]例如,根据一个实施例的产生分布式X射线的设备包括电子枪、扫描装置、真空盒、限流装置、阳极靶、电源及控制系统等。电子枪与真空盒顶部连接在一起。电子枪产生具有初始运动能量、运动速度的电子束流进入真空盒。安装在真空盒顶部外侧的扫描装置产生周期性的磁场，使电子束流产生周期性的偏转。电子束流前向运动一定距离后，到达设置在真空盒中部的限流装置。限流装置上的阵列式开孔只让处于恰当位置的部分电子束通过，在限流装置下方形成顺序的、阵列分布的电子束流。设置在真空盒底部的阳极靶具有很高的电压，在限流装置与阳极靶间形成加速电场。通过限流装置的顺序的、阵列分布电子束流受到该电场加速，获得高能量，并轰击阳极祀，在阳极靶上顺序产生相应的阵列式分布的X射线焦点和X射线。电源及控制系统对电子枪、扫描装置、阳极靶等提供相应的工作电流和高压，控制系统对整个设备的正常工作提供人机操作界面和逻辑管理、流程控制。
[0030]图1是根据本发明实施例的一种产生分布式X射线的设备的示意图。如图1所示，根据本发明实施例的产生分布式X射线的设备包括电子枪1、扫描装置2、真空盒3、限流装置4、阳极靶5、以及电源与控制系统6。电子枪I与真空盒3的上端连接。扫描装置2安装在真空盒3的上端外侧，真空盒3内的中部安装有限流装置4。例如限流装置具有规则的多个开孔。阳极靶5例如为长条状，安装在真空盒3内的下端，阳极靶5与限流装置4平行，且具有基本相同的长度。在其他实施例中，长条状阳极靶5的长度可以与板状的限流装置4的长度不同，例如大于和/或宽于限流装置，形状上，长条状阳极靶5也可以是与限流装置4相对的面为长条状平面，而背面可以是设计有其它形状设计的非平面结构，如散热片式结构或加强筋式结构，从而提供更好的强度、更大的热容量、更为优良的散热性能等。
[0031]根据本发明的实施例，电子枪I用来产生具有初始运动速度和能量的电子束流10。电子枪的结构例如包括:阴极，用于发射电子；聚焦极，用于限制电子束流，形成小尺寸束流斑点和较好的前向运动一致性；阳极，用于电子的加速和引出。根据本发明的实施例，电子枪I具体为热阴极电子枪，它具有较大的电子束流发射能力，且使用寿命长。热阴极电子枪的阴极通常由灯丝加热到1000~2000°C，阴极发射电流密度可达到几A/cm2，通常阳极接地，阴极处于负高压，阴极高压通常为负几kV到负十几kV。
[0032]根据本发明的实施例，扫描装置2可以包括无铁芯的扫描线包或者带铁芯的扫描磁铁，主要作用是在扫描电流的驱动下产生扫描磁场，从而使经过其中心的电子束流10的前进方向产生偏转。图2表示了电子束流10受到磁场的作用前进方向产生偏转的效果示意图。磁场B的强度越大，则电子束流10前进时产生的偏转角Θ越大，电子束流10运动到限流装置4时，在限流装置4上相对于中心的偏移量L也就越大，L与B存在着对应关系:L=L(B)，也就是说通过控制B的大小就可以控制电子束流在限流装置4上的偏移量L。而磁场B的大小由扫描电流Is的大小决定，即B = B(Is),通常为正比关系，从而通过控制扫描电流Is的大小就可以控制电子束流10在限流装置4上的偏移量L。
[0033]根据本发明的实施例，电子束的扫描通常采用锯齿形扫描电流，理想的扫描电流是从负到正线性平稳变化，到正最大时立刻变为负最大，然后再重复周期性变化，产生的磁场波形也与电流波形相似。图3表示了一种锯齿形扫描电流的波形。
[0034]根据本发明的实施例，真空盒3是四周密封的空腔壳体，内部为高真空,壳体主要是绝缘材料，如玻璃或陶瓷等。真空盒3的上端开有供电子束流输入的接口，中部安装有限流装置4，下端安装有阳极靶5。上端与中部之间的空腔足够电子束被扫描后的偏转运动，不会对偏转所形成的三角形区域内的电子束流产生任何阻挡。中部与下端之间的空腔足够电子束流平行运动，不会对限流装置4与阳极靶5之间的矩形区域内的电子束流10产生任何阻挡。真空盒3内的高真空通过在高温排气炉内烘烤排气获得，真空度通常优于10_5Pa。
[0035]根据本发明的实施例，真空盒3的壳体也可以是金属材料，如不锈钢等。真空盒3的壳体为金属材料时，与内部的限流装置4及阳极靶5保持一定的距离，从而使真空盒3、限流装置4、阳极靶5三者之间保持电气绝缘，同时不会影响限流装置4与阳极靶5之间的电场分布。
[0036]根据本发明的实施例，限流装置4是中间具有阵列开孔的长条形金属平板。图4表示了一种限流装置4的平面结构示意图。限流装置4上有一系列阵列排布的开孔4-a，4-b，4-c，。。。。，开孔的数目不少于两个。开孔是为了让部分电子束流通过，推荐每个开孔的形状为长方形，形状大小一致，排列为一条直线。每个开孔宽度D尺寸范围为0.3mm-3mm,推荐为0.5mm-lmm,以便通过的电子束流具有较小的束斑，同时也具有一定的束流强度。每个开孔长度H尺寸范围为2_-10_，推荐为4_，可以在不影响X射线靶点的情况下增加通过开孔的电子束流的强度。每个开孔之间的距离W要求不小于2R，R为电子束流10投影到限流装置4上的束斑半径，从而使得工作过程中，电子束流10投影到限流装置4上的束斑随磁场B的大小左右移动，但是电子束斑只能覆盖其中一个开孔，某个确定时刻电子束流都只能通过限流装置上的一个开孔，也即通过限流装置4开孔进入到限流装置4与阳极靶5间高压电场进行加速运动的电子束流都集中在一个开孔位置，最终轰击阳极靶5形成一个X射线靶点。随着时间的变化，电子束斑在限流装置4上进行移动，电子束斑覆盖的开孔位置也会移动到下一个，电子束流就会通过下一个开孔，并相应地在阳极靶5上形成下一个X射线靶点。 [0037]图5表示了一种限流装置的侧切面结构示意图。限流装置4的平板具有一定的厚度，每个开孔在电子束流偏转方向上的切面的延长线相交于磁场B的中心，便于每个开孔都让相同数量的电子束流通过。
[0038]图6表示了电子束流经过限流装置4时的变化。电子枪I连续产生圆斑状的电子束流进入真空盒，受到扫描装置4的作用，电子束流的行进方向发生周期性的偏转，在一个周期内，电子束流在限流装置4上束斑叠加，形成图6上部分所示的电子束流强度在限流装置4上方从左至右的均匀分布，由于限流装置4上有阵列式分布的开孔，所以在限流装置4下方形成图6下部分所示的周期柱状分布，每一个电子束从左至右依次产生，具有与限流板开孔相同的阵列式分布。每一个时刻只有一个，一个周期内，从左到右每个位置依次产生一个。
[0039]优选的，限流装置4与电子枪I的阳极具有相同的电压，以便电子枪I产生的电子束流I O向限流装置4运动时，除了受扫描磁场的影响发生偏转外，不会受其它因素的影响而改变路径。根据其他的实施例，限流装置4与电子枪I的阳极之间也可以具有不同的电压，这可以根据不同的应用场合和需求而定。
[0040]根据本发明的实施例，阳极靶5为长条形金属，安装在真空盒3的下端，在长度方向上与限流装置4平行，在宽度方向上与限流装置4形成一个小夹角。阳极靶5在长度方向上与限流装置4完全平行(如图1所示)。阳极靶5上加有正的高压电压，从而在阳极靶5和限流装置4之间形成平行的高压电场，穿过限流装置4的电子束流受到高压电场的加速，沿着电场方向运动，最终轰击阳极祀5,产生X射线11。[0041]图7是描述一个周期内扫描电流、电子束流、X射线焦点相对限流装置和阳极的位置关系的示意图。如图7所示，因为能穿过限流装置4的电子束流是阵列式依次分布的，所以电子束流10轰击阳极靶5，产生的X射线及X射线焦点也是在阳极靶上阵列式分布的，。在一个周期内，扫描电流Is(B)从负向最大向正向最大成线性缓慢变化，产生与扫描电流Is(B)相似的变化磁场B，不同的扫描电流Is (B)使电子束流投射到限流板的不同位置。大部分时刻，电子束流10被限流装置4阻挡，但是某些时刻电子束流能恰好通过限流装置4上的开孔。如在tn时刻，扫描电流大小为In，使得电子束流10投射在限流装置的4-n开孔位置，透过去的电子束流成为I’，透过去的电子束流受到限流装置4与阳极靶5间平行高压电场加速，获得高能量，并最终轰击在阳极靶5上与限流孔4-n对应的位置5-n，产生X射线，位置5-n成为X射线的焦点。因为限流装置上的开孔是阵列式分布的，因此阳极靶5上产生的X射线也具有阵列式分布的焦点。
[0042]图8表示了一种分布式X射线光源设备的侧切面结构。根据本发明的其他实施例，阳极靶5在窄边方向上与限流装置4成一个小夹角，如图8所示。阳极靶5上的高压通常为几十kV-几百kV，阳极靶产生的X射线在与入射电子束成90度角的方向上强度最大，为射线可利用方向。阳极靶5倾斜一个小角，通常几度至十几度，一方面有利于有用X射线的出射，另一方面，较宽的电子束流，投射到阳极靶上，但是从X射线出射方向看，产生的射线焦点却较小，相当于缩小了焦点尺寸。根据本发明的实施例，阳极靶5推荐采用耐高温的金属钨材料。根据本发明的其他实施例，阳极靶5也可以采用其他材料，例如钥等。
[0043]根据本发明的实施例，电源与控制系统6对分布式X光源设备的各关键部件提供必要的电源和工作控制。如图1所示，电源与控制系统6包括电子枪电源61、聚焦电源62、扫描电源63、真空电源64和阳极电源65。
[0044]例如，电子枪电源61给电子枪I提供灯丝电流和负高压。扫描电源63给扫描装置提供扫描电流，使得电子枪I产生的电子束流按照图3所示的扫描波形对限流装置4进行扫描。
[0045]聚焦电源62向聚焦装置7提供电源，使得电子枪I产生的电子束流在进入真空盒时具有更好的品质特性，如束斑更小、电流密度更大、前向运动一致性更高等。
[0046]真空电源64与真空装置8连接，控制真空装置8并向其供电。真空装置8安装在真空盒上，在真空电源的作用下工作，用于维持真空盒内的高真空。阳极电源65给阳极靶5提供正高压并且对阳极高压工作进行逻辑控制。
[0047]根据本发明的实施例，分布式X光源设备还可以包括聚焦装置7。聚焦装置7由束流管道和管道外的聚焦线包组成，束流管道安装在电子枪I与真空盒3之间。聚焦装置7在聚焦电源63的作用下工作，可以使电子枪I产生的电子束流在进入真空盒时具有更好的品质特性，如束斑更小、电流密度更大、前向运动一致性更高等。
[0048]根据本发明的实施例，分布式X光源设备还可以包括真空装置8。真空装置8安装在真空盒上，在真空电源64的作用下工作，用于维持真空盒内的高真空。通常分布式X光源设备在工作时，电子束轰击限流装置4和阳极靶5，限流装置4和阳极靶5会发热并释放少量气体，使用真空装置8可以将这部分气体快速抽出，维持真空盒内部的高真空度。真空装置8优选使用真空离子泵。
[0049]根据本发明的实施例，分布式X光源设备还可以包括可插拔高压连接装置9。可插拔高压连接装置9安装在真空盒的下端，内部与阳极靶5相连接，外部伸出真空盒，与真空盒一起形成密封结构。可插拔高压连接装置9用于将高压电源快速连接到阳极靶5。
[0050]根据本发明的实施例，分布式X光源设备还可以包括屏蔽与准直装置12，如图8所示。屏蔽与准直装置12安装在真空盒的外侧，用于屏蔽不需要的X射线，在可利用的X射线出口位置开有与阳极相对应的长条形开口，在开口处，沿X射线出射方向有一定的长度和宽度设计，以便将X射线限制在所需要应用的范围内，屏蔽与准直装置12推荐使用铅材料。根据本发明的实施例，分布式X光源设备的电源与控制系统6还相应的包括聚焦装置的电源和真空装置的电源等。
[0051]如图1和图8所示，一种分布式X射线光源设备包括:电子枪1、扫描装置2、真空盒3、限流装置4、阳极靶5、聚焦装置7、真空装置8、可插拔高压连接装置9、屏蔽与准直装置12、以及电源与控制系统6。
[0052]根据一些实施例，电子枪I采用热阴极电子枪。电子枪I出口与聚焦装置7的真空管道一端连接。真空管道另一端与真空盒3的上端连接，真空管道的外侧安装有聚焦线包。真空盒3上端外侧安装有扫描装置2，真空盒3内的中部安装有限流装置4，真空盒3的中部侧面安装有真空装置8，长条状的阳极靶5以及与阳极靶5相连的可插拔高压连接装置9安装在真空盒3内的下端，阳极靶5与限流装置4平行，且具有基本相同的长度。电源与控制系统6包括电子枪电源61、聚焦电源62、扫描电源63、真空电源64、阳极电源65、等多个模块，通过电力电缆和控制电缆与系统的电子枪1、聚焦装置7、扫描装置2、真空装置8、阳极靶5等部件相连。
[0053]在工作过程中，在电源与控制系统6的作用下，电子枪电源61，聚焦电源62、扫描电源63、真空电源64、阳极高压电源65等按照设定的程序，分别开始工作。电子枪电源61给电子枪灯丝供电，电子枪I的灯丝将阴极加热到非常高的温度，产生大量热发生电子。同时，电子枪电源61给电子枪阴极提供一个IOkV的负高压，使得电子枪阴极和电子枪阳极之间形成一个小高压加速电场，热发射电子受到电场的作用，向电子枪阳极加速运动，形成电子束流10。
[0054]电子束流向电子枪阳极运动时受到电子枪聚焦极的作用，聚拢形成小束斑束流，并从电子枪阳极中心孔穿过，成为具备初始运动能量(IOkV)和运动速度的电子束流。电子束流向前进入真空管道，受到聚焦装置7的作用，束斑直径进一步缩小，成为小斑点高密度电子束流。电子束流再向前进入真空盒3，在真空盒顶部受到扫描装置2的作用，运动方向产生周期性偏转。偏转的电子束流向前运动到限流装置4处，大部分受到限流装置4的阻挡，被限流装置4吸收，当偏转位置合适时，部分电子束流恰好可以通过限流装置4上的开孔，进入到限流装置4与阳极靶5之间的高压电场中，受到高压电场的作用，沿电场方向运动，即从出限流装置4开始向阳极垂直运动，最后获得高能量，如160kV，并轰击在阳极靶5上，产生X射线11。
[0055]由于在一个扫描周期中，电子束流依次通过阵列排布的限流装置4开孔，因此依次有电子束流在阳极靶的对应位置轰击阳极靶，依次产生阵列排布的X射线和X射线靶点，从而实现了分布式X射线光源。阳极靶受到电子束流轰击时释放的气体被真空装置8实时抽走，真空盒内维持高真空，有利于长时间稳定运行。
[0056] 屏蔽和准直装置12屏蔽无用方向上的X射线，让可用方向上的X射线通过，并且将X射线限定在预定的范围内。
[0057]电源与控制系统6除了控制各电源按设定程序驱动各个部件协调工作，同时可以通过通讯接口和人机界面接收外部命令，对系统的关键参数进行修改和设定，更新程序和进行自动控制调整。
[0058]根据本发明的实施例，在一个光源设备中产生按某种顺利周期变换焦点位置的X射线。此外，采用热阴极源，相对于其它设计具有发射电流大、寿命长的优点。此外，采用直接对低初始运动能量的电子束流进行扫描的方式，具有易于控制的优点，而且能够实现更高的扫描速度。此外，采用电磁扫描的方式变换束流和焦点位置，速度快，效率高。此外，采用在高能量加速前进行限流的设计，既获得了阵列式分布的束流，又节省了电能，还有效防止限流装置发热。此外，采用长条型大阳极的设计，有效缓解了阳极过热的问题，有利于提高光源的功率。此外，相对其它分布式X射线光源设备，本发明实施例的设备电流大，靶点小，靶点位置分布均匀且重复性好，输出功率高，工艺简单，成本低。将本发明实施例的分布式X射线光源应用于CT设备，无需移动光源就能产生多个视角，因此可以省略滑环运动，有利于简化结构，提高系统稳定性、可靠性，提高检查效率
[0059]以上的详细描述通过使用方框图、流程图和/或示例，已经阐述了产生分布式X射线的设备和方法的众多实施例。在这种方框图、流程图和/或示例包含一个或多个功能和/或操作的情况下，本领域技术人员应理解，这种方框图、流程图或示例中的每一功能和/或操作可以通过各种硬件、软件、固件或实质上它们的任意组合来单独和/或共同实现。在一个实施例中，本发明的实施例所述主题的若干部分，例如控制过程，可以通过专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、或其他集成格式来实现。然而，本领域技术人员应认识到，这里所公开的实施例的一些方面在整体上或部分地可以等同地实现在集成电路中，实现 为在一台或多台计算机上运行的一个或多个计算机程序(例如，实现为在一台或多台计算机系统上运行的一个或多个程序)，实现为在一个或多个处理器上运行的一个或多个程序(例如，实现为在一个或多个微处理器上运行的一个或多个程序)，实现为固件，或者实质上实现为上述方式的任意组合，并且本领域技术人员根据本公开，将具备设计电路和/或写入软件和/或固件代码的能力。此外，本领域技术人员将认识到，本公开所述的控制过程能够作为多种形式的程序产品进行分发，并且无论实际用来执行分发的信号承载介质的具体类型如何，本公开所述主题的示例性实施例均适用。信号承载介质的示例包括但不限于:可记录型介质，如软盘、硬盘驱动器、紧致盘(CD)、数字通用盘(DVD)、数字磁带、计算机存储器等；以及传输型介质，如数字和/或模拟通信介质(例如，光纤光缆、波导、有线通信链路、无线通信链路等)。
[0060]虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
【权利要求】
1.一种产生分布式X射线的设备，包括: 电子枪，产生电子束流； 扫描装置，环绕电子束流设置，产生扫描磁场，以对所述电子束流进行偏转； 限流装置，具有规则设置的多个孔，当所述电子束流在所述扫描装置的控制下扫描所述限流装置时，在所述限流装置的下方依次、阵列式地输出符合扫描顺序的、与开孔位置对应的脉冲式的电子束； 阳极靶，设置在所述限流装置的下游，通过在阳极靶上施加电压，使所述限流装置与所述阳极靶之间形成均匀电场，对所述阵列式的脉冲电子束进行加速； 加速后的电子束轰击所述阳极靶，产生X射线。
2.如权利要求1所述的设备，还包括真空盒，设置在所述电子枪的下游，连接电子枪，包围所述限流装置和所述阳极靶，使所述电子束的产生和运动环境为高真空。
3.如权利要求2所述的设备，还包括电源与控制装置，给所述的电子枪、所述的扫描装置、所述的阳极靶提供电源并进行工作控制。
4.如权利要求3所述的设备，其中，所述限流装置具体为具有多个孔的长条形金属板。
5.如权利要求4所述的设备，其中，所述阳极靶具体为具有与所述限流装置相近长度的长条形金属板 。
6.如权利要求5所述的设备，其中，所述阳极靶采用钨材料制成。
7.如权利要求5所述的设备，其中，所述阳极靶具体为长度方向上与所述限流装置平行，宽度方向上与所述限流装置形成一个小夹角。
8.如权利要求3所述的设备，还包括聚焦装置，设置在所述电子枪与所述真空盒的连接处，对所述电子枪产生的电子束流进行聚焦，缩小电子束流的光斑。
9.如权利要求3所述的设备，还包括真空装置，设置在真空盒上，使真空盒内部维持高真空。
10.如权利要求9所述的设备，其中，所述真空装置具体为真空离子泵。
11.如权利要求3所述的设备，还包括可插拔高压连接装置，设置在所述真空盒的下端，内部连接所述阳极靶，外部伸出所述真空盒，对所述电源与控制装置及所述阳极靶进行快速连接。
12.如权利要求3所述的设备，还包括屏蔽与准直装置，设置在所述真空盒的外侧，其中，所述屏蔽与准直装置开有与所述阳极靶对应的长条形准直口。
13.如权利要求12所述的设备，其中，所述屏蔽与准直装置采用铅材料制成。
14.一种产生分布式X射线的方法，包括步骤: 控制电子枪产生电子束流； 控制扫描装置产生扫描磁场，以对所述电子束流进行偏转； 在所述扫描装置的控制下用所述电子束流扫描限流装置上规则设置的多个孔，顺序输出阵列式分布的脉冲式电子束； 产生电场以对所述阵列式分布的脉冲式电子束进行加速； 加速后的电子束轰击阳极靶，产生X射线。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述限流装置具体为具有多个孔的长条形金属板。
16.如权利要求14所述的方法，其中，所述阳极靶具体为具有与所述限流装置相近长度的长条形金属板。
【文档编号】H01J35/14GK103903940SQ201210581566
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年12月27日 优先权日:2012年12月27日
【发明者】李元景, 刘耀红, 刘晋升, 唐华平, 唐传祥, 陈怀璧, 闫忻水 申请人:清华大学, 同方威视技术股份有限公司