一种X射线源的制作方法

本公开的至少一个实施例涉及一种x射线源。

背景技术：

加速管将将电子枪产生的电子加速到一定能量后打到靶上，在靶中产生韧致辐射，发射x射线；x射线透过被检物质后由x射线探测器探测到并转换成电信号记录；被检物的x射线探测图像，可通过x射线点、线扫描或面照射获取，其中，图像细腻度和空间分辨率是衡量x射线探测图像的质量的一个重要指标；影响该指标的因素有多种，其中产生x射线的源像的几何尺寸是其中关键的因素之一。

常规的x射线源，电子经电磁场加速后打到目标辐射靶上，电子在辐射靶中经韧致辐射产生x射线；x射线能量、强度与电子能量和强度相关，同时与辐射靶物质的性质密切相关；x射线的源像的几何尺寸更是直接由电子打在辐射靶上的束斑大小决定。缩小x射线的源像的几何尺寸就要缩小加速器的电子束流打到辐射靶上的束斑尺寸。

现存多种技术可以实现缩小加速器的电子束流打到辐射靶上的束斑尺寸，如静电加速器上常用磁偏转器聚焦、驻波电子直线加速器中的rf相位聚焦等技术，这类技术均表现为技术复杂、造价高、设备占地空间大以及调试较难。

技术实现要素：

本公开的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。

本公开的至少一种实施例提供一种x射线源，通过在x射线靶前设计准直器，将电子加速器发射的电子束进行准直，在x射线靶上形成较小的束流斑点，实现几何尺寸较小的x射线的源像。

本公开的至少一种实施例提供一种x射线源，包括：电子束产生装置，配置用于发射电子束；x射线靶，所述x射线靶设置在所述电子束产生装置发射的电子束的发射方向上；准直器，所述准直器包括准直孔并且所述准直孔位于所述电子束产生装置的发射端和所述x射线靶之间，所述准直孔的尺寸小于所述x射线靶的尺寸，所述电子束产生装置发射的电子束通过所述准直孔照射在所述x射线靶上以产生x射线。

根据本公开的实施例，还包括过滤片，所述过滤片设于所述x射线靶远离所述电子加速器的发射端的一侧以过滤透射过所述x射线靶的电子。

根据本公开的实施例，所述准直器包括位于所述准直器的远离所述电子束产生装置的端部的凹槽，所述x射线靶容置在所述凹槽内固定连接至所述准直器，所述凹槽与所述准直孔连通。

根据本公开的实施例，所述准直器的远离所述电子束产生装置的端部设有凹槽，所述x射线靶容置在所述凹槽内固定连接至所述准直器，所述凹槽与所述准直孔连通，所述过滤片与所述准直器和所述x射线靶相抵接以将所述x射线靶夹持在所述准直器和所述过滤片之间。

根据本公开的实施例，所述凹槽的深度等于所述x射线靶的厚度。

根据本公开的实施例，所述凹槽的深度小于所述x射线靶的厚度，所述过滤片在朝向所述x射线靶的一侧上设有定位槽以便容置从所述凹槽中凸出的所述x射线靶。

根据本公开的另一种实施例，所述凹槽的深度大于所述x射线靶的厚度，所述过滤片在朝向所述x射线靶的一侧上设有定位凸块以便伸至所述凹槽中抵接所述凹槽中的所述x射线靶。

根据本公开的实施例，所述过滤片的横截面的形状与所述准直器的横截面的形状相同，所述过滤片的横截面的尺寸与所述准直器的横截面的尺寸相同。

根据本公开的实施例，所述x射线靶的厚度不大于1mm。

根据本公开的实施例，所述x射线靶由钨、铜、银和钯中的至少一种制成。

根据本公开的实施例，所述准直器由原子序数不大于12的材料制成。

根据本公开的实施例，所述过滤片由原子序数不大于12的材料制成。

根据本公开的实施例，所述准直孔为圆孔，所述准直器在所述准直孔的外边缘设置有显示所述准直孔的尺寸的刻度。

根据本公开的实施例，所述x射线靶和所述准直器设于所述x射线源的真空腔室的内部。

根据本公开的实施例，所述x射线靶和所述准直器设于所述x射线源的真空腔室的外部，所述电子加速器发射的电子束通过所述电子加速器的透射窗和所述准直器的准直孔照射至所述x射线靶上。

根据本公开的实施例，还包括屏蔽体，还包括屏蔽体，所述屏蔽体上设有腔体，所述x射线靶和所述准直器容置于所述腔体内，所述腔体在所述电子加速器发射的电子束的发射方向上的两端分别设有用于电子束射入的第一开口和用于x射线的射出的第二开口。

根据本公开的实施例，所述屏蔽体还包括出射通道，所述出射通道的截面呈截头锥形，所述出射通道与所述腔体通过所述第二开口连通，所述出射通道的截面内径由靠近所述准直器至远离所述准直器逐渐变大。

根据本公开的实施例，在所述第二开口上覆盖有过滤片以过滤透射过所述x射线靶的电子。

根据本公开的实施例，过滤片沿与所述电子加速器发射的电子束的发射方向垂直的方向嵌设在所述腔体内，所述过滤片位于所述第二开口和所述x射线靶之间。

根据本公开的实施例，还包括调节机构，所述调节机构与所述准直器连接，所述调节机构包括可沿准直孔的径向伸缩的挡板以便调整通过所述准直孔的电子束的尺寸。

根据本公开的实施例，所述挡板设于所述准直器的朝向所述电子加速器的端面。

本公开的上述各种实施例提出了一种x射线源，在产生x射线的x射线靶前设置一个准直器，将电子加速器发射的电子束进行准直，在x射线靶上形成较小的束流斑点，实现几何尺寸较小的x射线的源像，为后续被检物的x射线探测图像实现较高的图像细腻度和空间分辨率奠定了基础；而且本发明还具有生产成本低、适应范围广、操作和使用方便的优点，可用于各种需要较小的x射线的源像的设备上。

通过下文中参照附图对本公开所作的描述，本公开的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本公开有全面的理解。

附图说明

图1显示根据本公开的实施例的x射线源的结构示意图；

图2显示常规的电子束产生装置的发射的电子直接照射在x射线靶上的靶上电子径向密度分布示意图；

图3显示常规的电子束产生装置的发射的电子直接照射在x射线靶上韧致辐射产生的x射线的前向光子在x射线靶的径向维度上的分布与以及根据本公开的实施例的x射线源的电子束产生装置的发射的电子通过准直器后照射在x射线靶上韧致辐射产生的x射线的前向光子在x射线靶的径向维度上的分布的对比图。

附图标记：

1-x射线靶，2-电子束，3-准直器，31-准直孔，32-凹槽，4-过滤片，5-透射窗，6-屏蔽体，61-腔体，62-第一开口，63-第二开口，64-出射通道。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本公开的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本公开实施方式的说明旨在对本公开的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本公开的一种限制。

另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

根据本公开的总体上的发明构思，一种x射线源，包括：电子束产生装置，配置用于发射电子束；x射线靶，所述x射线靶设置在所述电子束产生装置发射的电子束的发射方向上；准直器，所述准直器包括准直孔并且所述准直孔位于所述电子束产生装置的发射端和所述x射线靶之间，所述准直孔的尺寸小于所述x射线靶的尺寸，所述电子束产生装置发射的电子束通过所述准直孔照射在所述x射线靶上产生x射线。

图1显示根据本公开的实施例的x射线源的结构示意图。

根据本公开的实施例，如图1所示，一种x射线源，包括：电子束产生装置，配置用于发射电子束；x射线靶1，所述x射线靶1设置在所述电子束产生装置发射的电子束2的发射方向上；准直器3，所述准直器3包括准直孔31并且所述准直孔31位于所述电子束产生装置的发射端和所述x射线靶1之间，所述准直孔31的尺寸小于所述x射线靶1的尺寸，所述电子束产生装置发射的电子束2(图1中2指示的直线只是示意性的代表电子束2的中心线，该直线的宽度并不代表电子束2的宽度)通过所述准直孔31照射在所述x射线靶1上以产生x射线。在本实施例中，只有通过准直孔31的电子束才能打到x射线靶1上并产生x射线，x射线靶1上的x射线的源像的形状和尺寸由准直孔31的形状和尺寸决定。在该实施例中，电子束产生装置将电子束2加速到一定能量后发射出，发射出的电子束2中的一部分电子通过准直器3的准直孔31撞击在所述x射线靶1上，在所述x射线靶1上产生韧致辐射，发射出x射线。由于所述准直孔31设置在所述x射线靶1的前方，可以通过准直孔31将电子束进行准直，且所述准直孔31的尺寸小于所述x射线靶1的尺寸，使得照射到所述x射线靶1上的光斑尺寸小于未设置准直器3的x射线靶上的光斑尺寸，进而就缩小了产生x射线的源像的几何尺寸，实现几何尺寸较小的x射线的源像，为后续被检物的x射线探测图像实现较高的空间分辨率和图像细腻度奠定了基础。此外，电子束产生装置发射的电子具有较高的能量，进而激发出的x射线的能量也更高，有利于后续产生高质量的x射线探测图像。

所述x射线源可以为x射线管也可以为加速器。当x射线源为x射线管时，电子束产生装置为阴极；当x射线源为加速器时，电子束产生装置为电子枪和加速管，此时，x射线源还可包括微波功率源和波导等部件。

在一个具体的实施例中，所述准直孔31为圆孔，所述x射线靶1的横截面为圆形，所述x射线靶1的外径大于所述准直孔31的内径。

在一种实施例中，准直器3为柱状结构，所述准直器3的横截面可以为圆形、三角形、正方形、长方形、多边形等规则形状，也可以为不规则形状，其形状和尺寸根据空间大小以及布置位置等的需要设置。同理，所述准直器3的准直孔31也不限于为圆形孔，也可以为三角形、方形孔以及多边形孔等规则形状的孔，也可以为不规则形状的孔，其形状和尺寸依据需要在所述x射线靶1上产生的光斑的大小以及形状而定。由于在x射线靶1上产生的光斑的大小以及形状由所述准直器3的准直孔31的形状和尺寸决定，在需要调整照射在所述x射线靶1上的光斑的大小时，整体更换带有不同的准直孔31的准直器3即可，该方式较为方便快捷。

在一种实施例中，所述准直器3由原子序数不大于12的低原子序数材料制成。准直器3采用低元素序数材料(如石墨等)制造，是考虑到该类材料自身的特性，能够使得未从准直器3的准直孔31中穿过撞击在所述x射线靶1而是撞击在准直器3上的电子束中的电子，被准直器3吸收而无法穿过该准直器3，并且这部分电子打在该准直器3上后只产生热能，不会产生x射线或产生极微量的x射线，该部分的电子中的极大部分最终均转化成热能耗散掉。同时，由于照射在所述准直器3上的电子会造成准直器3的温度的升高，选用原子序数不大于12的低原子序数材料制造准直器3，也可以使其具有较好的耐热性，更好地适应工作环境中的高温。

在一种实施例中，所述x射线靶1的横截面可以为圆形、三角形、正方形、长方形或者多边形等规则形状，也可以为不规则形状，其形状和尺寸根据需要而定。

在一种实施例中，所述x射线靶1由钨、铜、银和钯中的至少一种制成。所述x射线靶1采用钨、铜、银和钯中的至少一种制成，在经准直器3准直后的电子照射在所述x射线靶1上后，韧致辐射产生的x射线的平均能量以及发射率更高，可以保证x射线具有较高的强度。所述x射线靶1可以采用钨、铜、银和钯中的一种制成，也可以采用钨、铜、银和钯中的两种或者两种以上制成。

在一种实施例中，所述x射线靶1的厚度不大于1mm。所述x射线靶1的厚度为均匀厚度。通过采用薄型且厚度均匀的x射线靶片，能够减少靶片材料对低能x射线的自吸收，以便较低能量的x射线也能够从所述x射线靶1中穿透过，提高x射线的能谱的覆盖范围以及x射线的总强度。

如图1所示，在一种实施例中，所述准直器3包括位于所述准直器3的远离所述电子束产生装置的端部的凹槽32，所述x射线靶1的边缘部分容置在所述凹槽32内并固定连接至所述准直器3。所述x射线靶1可以通过过盈配合与所述准直器3固定连接，也可以通过紧固件与所述准直器3固定连接。所述准直器3上的凹槽32的形状与所述x射线靶1的形状相匹配以获得更好的装配效果。在图1所示的实施例中，所述x射线靶1、所述凹槽32和所述准直孔31的中心线重合，且所述x射线靶1的直径和厚度均小于所述准直器3的直径和厚度。

在经过准直器3的准直孔31准直后，照射在所述x射线靶1上的电子束中的电子，并不能百分之百地保证发生韧致辐射以产生x射线，其中有一部分电子可能并不产生x射线，而是直接穿透过x射线靶1混入到x射线中，影响x射线的后续的显像质量。为了消除这部分直接穿透所述x射线靶1的电子，在一种实施例中，本公开的x射线源还包括过滤片4，所述过滤片4设于所述x射线靶1远离所述电子束产生装置的发射端的一侧以过滤透射过所述x射线靶1的电子。

在一种实施例中，所述过滤片4由原子序数不大于12的低原子序数材料制成。过滤片4采用例如石墨的原子序数不大于12的低原子序数材料制成，使得其具有可以吸收电子而不会遮挡x射线的特性，从x射线靶1发射出的x射线，在经过过滤片4过滤后，含有的电子量能够大大降低，从而实现对透过x射线靶1后的电子进行更为彻底地过滤。并且，从所述x射线靶1透射过的电子，在照射至过滤片4上被过滤片4吸收的同时，不会产生x射线或者产生的x射线极微少，防止杂散电子散射后形成多余的x射线，模糊和扩展x射线的源像的尺寸。

在一种设置有过滤片4的x射线源的实施例中，所述准直器3的远离所述电子束产生装置的端部设有凹槽32，所述x射线靶1容置在所述凹槽32内固定连接至所述准直器3，所述凹槽32与所述准直孔31连通以便通过所述准直孔31的所述电子束产生装置发射的电子束2能够照射在所述x射线靶1上，所述过滤片4与所述准直器3和所述x射线靶1相抵接以将所述x射线靶1夹持在所述准直器3和所述过滤片4之间。

如图1所示，为了使所述x射线靶1与所述凹槽32更好的配合，在一种实施例中，所述凹槽32的深度等于所述x射线靶1的厚度。所述过滤片4和所述准直器3将所述过滤片4夹持住，所述过滤片4的中间部分与所述x射线靶1贴合在一起，所述过滤片4的边缘部分与所述准直器3的端面贴合在一起。所述x射线靶1可以通过过盈配合嵌在所述凹槽32内。

在另一实施例中，所述凹槽32的深度小于所述x射线靶1的厚度，所述过滤片4在朝向所述x射线靶1的一侧上设有定位槽(图中未示出)以便容置从所述凹槽32中凸出的所述x射线靶1。所述过滤片4上的定位槽的形状与从所述凹槽32中凸出的所述x射线靶1的形状相适配，所述过滤片4的边缘与所述准直器3的端面相抵接。

在又一实施例中，所述凹槽32的深度大于所述x射线靶1的厚度，所述过滤片4在朝向所述x射线靶1的一侧上设有定位凸块以便伸至所述凹槽32中抵接所述凹槽32中的所述x射线靶1。所述定位凸块的形状与所述凹槽32的形状相适配，所述过滤片4的边缘与所述准直器3的端面相抵接。

进一步地，如图1所示，在一种实施例中，所述过滤片4的横截面的形状与所述准直器3的横截面的形状相同，所述过滤片4的横截面的尺寸与所述准直器3的横截面的尺寸相同。

进一步地，在一种实施例中，所述准直器3、所述x射线靶1以及所述过滤片4的横截面形状以及横截面尺寸相同，所述x射线靶1设于所述准直器3和所述过滤片4之间，所述x射线靶1贴合在所述准直器3的端面，所述过滤片4贴合在所述x射线靶1远离所述准直器3的端面，也即所述过滤片4、所述x射线靶1和所述准直器3顺次叠加在一起。所述x射线靶1、所述过滤片4和所述准直器3可拆卸地连接在一起。

在一种实施例中，所述x射线靶1和所述准直器3设于所述x射线源的真空腔室的内部。所述x射线靶1与所述准直器3通过辅助结构连接在所述x射线源的真空腔室的内部。该实施例的x射线源占用的空间较小，结构更为紧凑。

在另一种实施例中，如图1所示，所述x射线靶1和所述准直器3设于所述x射线源的真空腔室的外部，所述电子束产生装置发射的电子束2通过所述电子束产生装置的透射窗5和所述准直器3的准直孔31照射至所述x射线靶1上。

为了防止x射线四处散射，使得x射线按照预定路线传播，本公开的x射线源还包括屏蔽体6，所述屏蔽体6上设有腔体61，所述x射线靶1和所述准直器3容置于所述腔体61内，所述腔体61在所述电子束产生装置发射的电子束2的发射方向上的两端分别设有用于电子束2射入的第一开口62和用于x射线的射出的第二开口63。所述屏蔽体6由钨等高原子序数材料制成。所述屏蔽体6的形状可以根据需要设置。如图1所示，在一种实施例中，腔体61为长方体状腔体，也可以是其他形状的腔体，或者是凹陷，第一开口62为该腔体或凹陷的开口，位于腔体的一个侧面上。或者，第一开口62可以看作设置在屏蔽体6的端面上。在一个实施例中，例如设置长方体状的腔体，第一开口62为长方形的开口，且第一开口62的面积与该长方体状腔体的侧面的面积相同。第一开口62的尺寸大于或接近等于所述准直器3的尺寸，以使得准直器3能够通过第一开口62置入到腔体61中。腔体61的深度大于或近似等于所述准直器3的长度以实现对所述准直器3的完全容纳。

在一种实施例中，所述屏蔽体6还包括出射通道64，所述出射通道64呈截头锥形，所述出射通道64与所述腔体61通过所述第二开口63连通，所述出射通道64的截面内径由靠近所述准直器3至远离所述准直器3逐渐变大。所述出射通道64沿所述屏蔽体6的长度方向、宽度方向或者其他方向贯穿所述屏蔽体6。如图1所示，在一个实施例中，所述第二开口63的内径大于所述准直孔31的内径。

在另一种实施例中，在所述第二开口63上覆盖有过滤片4以过滤透射过所述x射线靶1的电子。覆盖在所述第二开口63上的所述过滤片4上的尺寸大于所述第二开口63的尺寸，以进一步过滤x射线中残余的电子。

在又一种实施例中，过滤片4沿与所述电子束产生装置发射的电子束2的发射方向垂直的方向嵌设在所述腔体61内，所述过滤片4位于所述第二开口63和所述x射线靶1之间。此实施例中的过滤片4固接在所述腔体61内，在将准直器3进行更换以调整照射在所述x射线靶1上的光斑的大小时，过滤片4无需更换，能够适用于各种尺寸的准直器3，因此该实施例中的过滤片4的安装具有较好的通用性。

为了更为灵活地调整准直器3上的准直孔31的内径，从而达到调节照射在所述x射线靶1上的光斑的大小，在一种实施例中，本公开的x射线源还包括调节机构，所述调节机构与所述准直器3连接，所述调节机构包括可沿准直孔31的径向伸缩的挡板以便调整通过所述准直孔31的所述电子束产生装置发射的电子束2的尺寸。调节机构由原子序数不大于12的低原子序数材料(例如石墨)制成。

更进一步地，在一种实施例中，所述调节机构设于所述准直器3的朝向所述电子束产生装置的端面，具体地，所述调节机构可以设于所述准直孔31的端面。在另一种实施例中，所述调节机构可以设于所述准直孔31的内部。

为了方便地读取所述准直孔31的内径，所述准直器3在所述准直孔31的外边缘设置有显示所述准直孔31的尺寸的刻度。

图2显示常规的电子束产生装置的发射的电子直接照射在x射线靶上的靶上电子径向密度分布示意图；图3显示常规的电子束产生装置的发射的电子直接照射在x射线靶上韧致辐射产生的x射线的前向光子在x射线靶的径向维度上的分布与以及根据本公开的实施例的x射线源的电子束产生装置的的发射的电子通过准直器后照射在x射线靶上韧致辐射产生的x射线的前向光子在x射线靶的径向维度上的分布的对比图。

在图2所示的示例中，采用的电子束产生装置为常规的6mev微波电子加速管，采用的x射线靶为厚度为1mm，半径为5mm的纯钨制造的辐射靶，在该示例中，由微波电子加速管加速后发射的电子直接撞击在该x射线靶上，所得到的该x射线靶上的电子径向密度分布规律为标准的正态分布，也即越靠近x射线靶的中心区域，电子的分布越密集，随着逐渐远离x射线靶的中心，电子的分布逐渐降低。

经过蒙卡模拟计算，如果电子束产生装置发射的电子撞击在不带有准直器3的x射线靶上后，x射线靶上的电子径向密度分布为标准的正态分布，则电子在x射线靶上韧致辐射产生的x射线的前向光子在x射线靶的径向维度上也呈类似正态分布的规律分布，如图3中的曲线1所示。

而在根据本发明的实施例中，也即电子束产生装置发射的电子束2通过准直器3后撞击在x射线靶1上的实施例中，采用的电子束产生装置为图2的示例所使用的6mev微波电子加速管，使用的x射线靶1为图2的示例所使用的厚度为1mm，半径为5mm的由纯钨制造的辐射靶，此外，会在所述x射线靶1的前方布置一个石墨材质的准直器3，该准直器3的厚度为5mm，准直器3的准直孔31的孔径为0.8mm。在其他条件相同的条件下，经微波电子加速管加速后发射的电子，通过准直器3的准直孔31后，照射在x射线靶1上，根据测算，该实施例的微波电子束产生装置输出电子经准直后照射在x射线靶1上的靶上电子径向密度也按正态分布，经过蒙卡模拟计算，该实施例的微波电子加速管输出电子经准直后照射在x射线靶1上后在x射线靶1上韧致辐射产生的x射线的前向光子在x射线靶1的径向维度上也呈类似正态分布的规律分布，如图3中的第二曲线2所示。

对比图3中的上方曲线1和下方2曲线，也即分别对应不带有准直器3的实施例所模拟计算出的x射线的前向光子在x射线靶1的径向维度上的正态分布曲线与上述设置有准直器3的实施例所模拟计算出的x射线的前向光子在x射线靶1的径向维度上的正态分布曲线，可以看出，上方曲线和下方曲线在靶的中心处的高度基本相同，而下方曲线在x射线靶1的径向维度上，比上方曲线收窄很多，这意味着距离x射线靶1相同距离的位置，设置有准直器3的实施例中的x射线靶1上产生的x射线光子的密度低，此时无论光斑半径采用fwhm半径还是采用1/e²半径，设置有准直器3的实施例的x射线靶1上的光斑的尺寸都更小。因此，可以得知，本公开的x射线源通过设置准直器3对电子进行准直，可以有效缩小电子照射在x射线靶1上的光斑的大小，实现几何尺寸较小的x射线的源像，从而为后续被检物的x射线探测图像实现高的图像细腻度和空间分辨率奠定了技术基础。

本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合。

虽然结合附图对本公开进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本公开优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本公开的一种限制。

虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本公开的范围以权利要求和它们的等同物限定。

应注意，措词“包括”不排除其它元件或步骤，措词“一”或“一个”不排除多个。另外，权利要求的任何元件标号不应理解为限制本公开的范围。