一种辐照用X射线管及其辐照装置

本技术属于射线辐照领域，特别涉及一种辐照用的x射线管及其辐照装置。

背景技术：

1、x射线辐照已经被应用于食品加工、育种、材料改性、医疗器械杀菌灭毒、血液辐照等诸多领域，产生了很好的经济效益。

2、x射线可通过一个x射线管产生，其在一个封闭的真空腔体内包含一个电子发射阴极和阳极，阴极发射的电子经高电压加速后轰击到阳极，经韧致辐射或原子能级跃迁发射x射线。传统x射线管主要用来满足工业或医疗领域x射线成像的需求，要实现高的成像分辨率就必须要求阴极发射的电子要尽量聚焦和轰击到阳极表面一个尽量小的点上，即具有尽量小的焦点尺寸，因此传统x射线管可以看作是具有较小辐射空间角的点x射线源。一方面，高能电子束轰击阳极一个小点上导致该点局部承受高温，为了使其不发生熔化，x射线管的功率受到很大限制。另一方面，小的辐射空间角使得x射线辐照强度的空间均匀性较差；同时射线能量利用率低，约只有百分之一能量的x射线被有效利用。这些都使得传统x射线管只能提供较小的辐照功率，难以满足辐照应用的需求。

3、为了克服传统x射线管以上技术问题，近年来发明了专门用于辐照的x射线管。为了实现大的辐射空间角、提高辐照强度的空间均匀性，美国rad source技术公司发明了线性透射式x射线管，采用沿圆柱形射线管轴向设置的线状灯丝和沿圆柱形射线管内壁设置的透射型靶极的技术方案，实现了具有360度辐照角、轴向辐照强度均一性好的线性x射线管(美国专利：us 7346147 b2，us 2016/0189907 a1)。虽然国内外之后出现了多个改进型的辐照用x射线管，但是仍旧都采用透射式靶极、靶极设置在x射线管真空腔体内壁的技术方案(美国专利：us 9818569 b2；中国专利：202022817990.1，202221581224.2，202110729700.4，201210302279.x)。但是，为了防止x射线被靶极吸收，透射式靶极要求金属靶厚度足够薄(一般几个微米厚)，这一方面增加了加工难度和成本，同时减弱了靶极的抗电子轰击能力，限制了x射线管的功率。此外，靶极设置在x射线管真空腔体内壁的方案增加了x射线管冷却的技术难度。目前的技术方案要么采用冷却效果不佳的风冷技术方案，要么采用在x射线管外围设置水冷层或缠绕水冷管的方案，后者将显著增加x射线被吸收的比例，降低x射线的输出功率。

4、由于此前辐照用x射线管不能提供高功率的x射线输出，此前的x射线辐照装置一直受到辐照功率不高的限制。此外，如何在被辐照空间实现三个维度方向都具有均匀分布的辐照强度也是此前x射线辐照装置面临的技术问题。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是针对此前辐照用x射线管和辐照装置的以上局限性，发明一种可输出高功率x射线的辐照用x射线管，并在此基础上进一步发明一种具有高辐照功率和三维均匀分布辐照强度的辐照装置。

2、本实用新型的技术方案是：

3、一种辐照用x射线管，其特征在于，包括：

4、一长条形的真空腔体，所述真空腔体内设有热电子发射灯丝和阳极；所述热电子发射灯丝和所述阳极沿所述真空腔体的长度方向相对设置且被真空间隔；

5、所述热电子发射灯丝固定在贯穿所述真空腔体的两金属电极之间；

6、所述阳极包含反射式金属靶极，和与所述反射式金属靶极固定的冷却管道；所述冷却管道贯穿所述真空腔体，用于冷却所述反射式金属靶极。

7、进一步的，所述反射式金属靶极为线状或带状反射式金属靶极。

8、进一步的，还包括由冷却液、动力泵、散热器、导管组成的冷却装置，所述导管与所述冷却管道连接，所述冷却液在所述动力泵的驱动下通过所述导管、冷却管道在所述散热器和所述阳极间循环流动。

9、进一步的，还包括电源驱动装置，所述电源驱动装置通过两所述金属电极给所述热电子发射灯丝施加电压使其发射电子，以及在所述热电子发射灯丝和所述阳极之间施加高电压以产生x射线，其中阳极接地、热电子发射灯丝加负高压。

10、进一步的，所述真空腔体由玻璃制成，所述金属电极和所述冷却管道由可伐合金制成；所述真空腔体内设有灯丝支撑装置，所述灯丝支撑装置处于两所述金属电极之间，用以支撑所述热电子发射灯丝。

11、进一步的，所述热发射灯丝为直线型或螺线型，并由以下一种或多种材料制成：钨、钼、铱、锇、碳、氧化钇、氧化钡、氧化铝、氧化钪、氧化钙、六硼化镧、六硼化钐；所述反射式金属靶极由以下一种或多种材料制成：钨、钼、金、银、铜、铬、铑、铝、铌、钽、铼、铁、钴、镍。

12、一种辐照装置，其特征在于，包括

13、一个具有至少一个入口的屏蔽外壳，所述屏蔽外壳用于阻止x射线泄露，入口处设有屏蔽门；

14、一个或多个上述的辐照用x射线管，所述辐照用x射线管分布在所述屏蔽外壳内部；

15、一个冷却装置，用于与所述辐照用x射线管的冷却管道连接；

16、一个电源驱动装置，为所有所述辐照用x射线管提供电源驱动；

17、一个或多个支架，位于所述屏蔽外壳的内部，用于放置被辐照物体。

18、进一步的，所述屏蔽外壳内部包含多个所述辐照用x射线管，多个所述辐照用x射线管分为两排平行相对设置，以获得三维空间分布均匀的辐照强度。

19、进一步的，所述冷却装置包括冷却液、动力泵、散热器、导管，所述动力泵、散热器位于所述屏蔽外壳的外部；所述导管与所述冷却管道连接，所述冷却液在所述动力泵的驱动下通过所述导管、冷却管道在所述散热器和所述阳极间循环流动；所述电源驱动装置位于所述屏蔽外壳的外部；所述屏蔽外壳内设有用于监测辐照剂量率或累计辐照剂量的传感器。

20、进一步的，还包括一个制冷装置，用来控制所述屏蔽外壳的内部温度；所述制冷装置的室外机和室内机分别位于所述屏蔽外壳的外部和内部。

21、x射线辐照装置包括一个控制系统，所述控制系统智能化控制所述冷却装置、电源驱动装置和制冷装置的开关和协调工作，以实现屏蔽壳内部维持特定温度、被辐照物体获得特定辐照剂量的目地。

22、x射线辐照装置可用于但不限于如下物体的辐照：水果、蔬菜、肉类、水产品、熟食、糕点、淀粉类主食、粗粮类主食、调味品、食用油、粮食、饲料、零食、中药材、西药、保健品、茶叶、咖啡、饮料、酒类、乳制品、烟草、医疗器具、医疗废弃物、种子。

23、相较于现有技术，本实用新型的有益效果是：

24、1.本实用新型采用沿长条形真空腔体长度方向设置的电子发射灯丝和线状或带状反射式靶极，这一方面增加了靶极的厚度和电子轰击靶极的面积，降低了靶极被熔化的压力，提升了x射线管可工作电流和电压以及产生的x射线功率；同时实现具有180度辐射角和沿长度方向均匀分布的辐照强度。大角度和高功率线性或带状x射线输出使得本实用新型的x射线管在x射线辐照领域具有优异的辐照效果。

25、2.本实用新型还沿x射线管的长度方向设置与反射式靶极固定的冷却管道，能够通过冷却液实现对靶极的高效冷却，使得x射线管可工作在高功率，从而进一步保障可实现高功率x射线输出。

26、3.本实用新型的x射线管具有长度方向均匀的辐照强度，同时两排x射线管平行相对设置的方案使得在垂直于x射线长度方向的平面内也具有较均匀的辐照强度，因此本实用新型的辐照装置在空间三个方向均具有较为均匀的辐照强度。