一种整体旋转寻址工作的X射线管及其工作方法与流程

一种整体旋转寻址工作的x射线管及其工作方法
技术领域
1.本发明属于x射线技术领域，具体涉及一种一种整体旋转寻址工作的x射线管及其工作方法。


背景技术：

2.x射线源在工业检测、科学仪器、医疗影像及治疗等领域具有广泛应用。在x射线源中电子束轰击靶材料产生x射线。绝大多数电子束功率最终以热量的形式沉积在靶材中，如果电子束功率太大，就会将靶熔毁，因此x射线转换靶的热量管理属于x射线源的核心技术之一。
3.为了提高x射线源的功率，一般采用旋转靶技术，旋转靶能够有效降低功率密度，但是采用旋转靶就需要在真空内采用轴承，而真空轴承不仅昂贵，而且散热效率非常有限，大大限制x射线源的散热效率。


技术实现要素：

4.因此为了解决现有大功率x射线源采用旋转靶技术存在真空轴承技术难度大、成本高的问题，本发明提供了一种整体旋转寻址工作的x射线管。本发明采用整管旋转代替真空内靶的旋转，从而避免了真空轴承的使用。
5.本发明通过下述技术方案实现：
6.一种整体旋转寻址工作的x射线管，包括绝缘管壳、阴极组件和阳极组件，所述阴极组件和阳极组件均设置在所述绝缘管壳上，且所述阴极组件和阳极组件与所述绝缘管壳同步旋转。
7.相较于现有大功率x射线源采用真空轴承驱动旋转靶，真空轴承技术难度大，成本高，而且散热效率低的问题；本发明提出的整管旋转x射线管无需采用真空轴承，易于实现，成本低。同时本发明的x射线管热量传递路径短，可以快速将沉积在阳极靶上的热量传递到管壳外部进行冷却散热，大大提高了散热效率。
8.作为优选实施方式，本发明的x射线管还包括控制模块；所述控制模块控制所述阴极组件中的阴极旋转到预设位置才发射电子。本发明的x射线管还通过可选址的阴极实现相对成像系统在固定位置发射x射线光，提高了性能。
9.作为优选实施方式，本发明的阴极组件包括阴极管壳以及安装在阴极管壳上的周向均匀布置的阴极阵列、聚焦电极和馈电电极；
10.所述馈电电极用于给阴极阵列中的所有阴极馈电；
11.所述阴极用于发射电子；
12.所述聚焦电极用于对所述阴极发射的电子聚焦。
13.作为优选实施方式，本发明的控制模块采用栅控磁场；所述控制模块固定安装在所述阴极管壳外部。
14.作为优选实施方式，本发明的阳极组件包括阳极管壳、液态金属靶和靶筒；
15.所述液态金属靶和靶筒设置在所述阳极管壳内；
16.所述阳极管壳在驱动模块的驱动下转动，从而带动整个x射线管整体旋转。
17.作为优选实施方式，本发明的驱动模块包括轴承组件和驱动电机；
18.所述轴承组件中的转子与所述阳极管壳连接；
19.所述驱动电机驱动所述轴承组件中的转子转动，从而驱动所述阳极管壳转动。
20.作为优选实施方式，本发明的阴极组件发射的电子轰击所述液态金属靶的表面，产生x射线；
21.电子束携带的大部分功率沉积在所述液体靶中，通过热传导到所述阳极管壳的外部进行冷却。
22.作为优选实施方式，本发明的x射线通过反射或投射的方式输出。
23.作为优选实施方式，本发明的阴极组件和阳极组件之间施加加速电场，用于对电子加速。
24.第二方面，本发明提出了上述整体旋转寻址工作的x射线管的工作方法，该方法包括：
25.在驱动模块的驱动下，阴极组件和阳极组件与绝缘管壳同步转动；
26.在控制模块的控制下，旋转到预设角度的阴极发射电子；
27.电子在加速电场的加速和聚焦电极的聚焦下飞向阳极靶，冲击阳极靶的表面，产生x射线；
28.x射线通过窗口出射。
29.本发明具有如下的优点和有益效果：
30.本发明提供的x射线管通过阴极组件和阳极组件与绝缘管壳同步转动，实现整管旋转，只需要采用普通的液体润滑轴承即可实现，从而避免了真空轴承的使用，便于实现且降低了成本。
31.本发明提供的x射线管通过可选址的阴极实现相对成像系统在固定位置发射x射线。
32.本发明提供的x射线管只需要经历很短的传热路径就可以将沉积在液态金属靶中的热量传递到管壳外进行冷却散热，大大提高了散热效率。
附图说明
33.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
34.图1为现有旋转靶x射线管工作原理图。
35.图2为现有旋转靶x射线管的散热路径示意图。
36.图3为本发明实施例的整体旋转寻址工作的x射线管结构示意图。
37.图4为本发明实施例的整体旋转寻址工作的x射线管散热路径示意图。
38.附图中标记及对应的零部件名称：
39.1-轴承组件，2-支撑杆，3-靶基体，4-阳极靶，5-电子束，6-x射线，7-绝缘管壳，8-阴极筒，9-阴极，10-阴极管壳，11-馈电电极，12-控制模块，13-阳极筒，14-液态金属靶，15-阳极管壳，16-转子支撑，17-轴承，18-驱动电机，19-热传递方向。
具体实施方式
40.在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
41.在本发明的各种实施例中，表述“或”或“a或/和b中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“a或b”或“a或/和b中的至少一个”可包括a、可包括b或可包括a和b二者。
42.在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。
43.应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
44.在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
45.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
46.实施例
47.如图1-2所示，现有采用旋转靶技术的x射线管，阳极靶4与轴承组件均设置在绝缘管壳内，这就需要采用真空轴承，然而真空轴承在技术上难以实现，成本高昂；故针对上述问题，本实施例提供了一种整体旋转寻址工作的x射线管，本实施例提出的x射线管采用整管旋转技术，即将阳极组件直接安装在x射线管的管壳上，与管壳同步旋转，这样避免了真空轴承的使用，易于实现，且成本低。
48.如图3所示，本实施例提出的x射线管主要包括绝缘管壳7、阴极组件、阳极组件、控制模块12和驱动模块等。
49.其中，阴极组件和阳极组件均安装在绝缘管壳7上，且阴极组件和阳极组件与绝缘
管壳7同步转动，故实现x射线管的整管旋转，此结构仅采用普通的液体润滑轴承即可实现，从而避免了真空轴承的使用，便于实施且成本低。
50.本实施例的阴极组件主要由阴极筒8、阴极9、阴极管壳10、馈电电极11和聚焦电极等组件构成。阴极筒8、阴极9、馈电电极11和聚焦电极(图中未示出)均设置在阴极管壳10上，且在阴极管壳10上的圆周均匀布置阴极阵列。
51.馈电电极11用于给所有阴极9馈电，阴极处于待命状态。为了保证在整管旋转的时候，每次在固定位置出射x射线，因此本实施例通过控制模块，使得只有旋转到预设位置(角度)的阴极才能发射电子。
52.本实施例的阳极组件主要由阳极筒13、液态金属靶14和阳极管壳15等组件构成。阳极筒13和液态金属靶14均设置在阳极管壳15内。
53.本实施例的液态金属靶14的材料为原子序数高、熔点低的铅基合金材料，包括但不限于镓铟铅合金。
54.阴极组件和阳极组件之间施加高电压，形成电子的加速电场。本实施例的加速电场可采用静电式加速或者加速管的微波场加速。
55.本实施例的驱动模块主要由轴承组件(转子支撑16、轴承17和转子)和驱动电机18等组件构成。其中，轴承组件的转子与阳极管壳15固定连接，驱动电机18驱动转子转动，从而带动阳极管壳同步转动，进而实现整管旋转。
56.本实施例的x射线管的工作原理具体为：
57.在驱动模块的驱动下，整管开始旋转；
58.在控制模块12的控制下，旋转到预设角度的阴极发射电子；
59.电子束5在加速电场的加速和聚焦电极的聚焦下飞向液态金属靶14，轰击金属液态靶14的表面，产生x射线6；
60.x射线6通过窗口出射，本实施例中，x射线6是通过透射窗口出现，在另外的优选实施例中，x射线6也可以通过反射窗口出现。
61.电子束携带的大部分热量沉积在阳极靶中，如图2所示，现有大功率x射线源采用真空轴承驱动旋转靶技术，沉积在阳极靶中的热量必须经过靶-轴承组件很长的传导路径才能到达管壳外部，从而导致x射线管的散热效率较低。而本实施例提出的整体旋转的x射线管，如图4所示，沉积在阳极靶中的热量只需要经过很短的路径就能到达管壳外部进行冷却散热(例如，被管壳外的绝缘油带走热量，实现冷却)，因此散热效率相较于现有旋转阳极靶射线管高得多。
62.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。