一种基于金刚石微通道的液态金属X射线源的制作方法

本发明属于金刚石生产，具体涉及一种基于金刚石微通道的液态金属x射线源。

背景技术：

1、x射线成像作为一种有效的无损检测手段，在材料科学、工业制造、航空航天、现代医学等领域都发挥着重要作用，其中x射线源是该成像技术中对表征测试效率和精度起决定性作用的核心部件之一。实现材料内部微细观结构的快速表征，通常需要采用结构紧凑、稳定、微焦点的x射线源，形成较大的功率密度，实现高亮度出光。

2、在x射线源工作过程中，从阴极逸出的电子经过高压电场的加速，以及电子光学系统的聚焦后，轰击阳极靶材的表面，在撞击阳极后，电子以热与x射线的形式释放能量。高功率电子束对金属靶材的持续轰击，使得靶面温度急剧升高，导致靶面烧蚀或融化，进而导致x射线源的损坏。

3、为此，当前的x射线源已经有采用液态靶的方案，例如2021年11月30日公开的发明专利申请cn113728410a提出一种具有旋转液态金属靶的x射线源，由于转子与电子束作用区域为刚性连接，转子旋转产生的振动会直接传递到电子束作用区域，导致焦斑位置稳定性变差，从而导致分辨率变差。此外，2023年1月20日公开的发明专利申请cn 115631985a提出一种x射线源阳极靶的液态金属射流系统及方法，使用液体金属射流作为x射线产生中的电子靶，由于其可再生性质，液体金属射流能够经受强电子束撞击，但由于射流本身难以长时间保持稳定，故而该方案的x射线源难以在持久的时间内稳定运行。

技术实现思路

1、针对现有x射线源存在的技术缺陷，本发明提出一种基于金刚石微通道的液态金属x射线源，在金刚石内部构造微通道，并让液态金属在微通道内流动，电子束轰击金刚石微通道内流动的液态金属产生x射线。

2、本发明保护一种基于金刚石微通道的液态金属x射线源，包括真空室，位于真空室内用于输出电子束的电子源，以及液态金属靶，所述电子束通过聚焦系统对所述液态金属靶进行电子轰击；

3、所述液态金属靶为内部开设有微通道的金刚石，所述微通道通过管道连接有液压系统，使得液压金属在所述微通道和所述管道中循环流动，电子束轰击金刚石微通道内流动的液态金属产生x射线。

4、进一步的，液态金属为镓或其合金；液态金属的循环流速为0.1～2m/s。

5、进一步的，所述聚焦系统采用透镜或透镜组；焦斑直径小于50μm。

6、本发明还保护一种上述金刚石微通道的形成方法，包括以下步骤：

7、步骤1，在金刚石表面嵌入金属条，具体操作为：在金刚石表面刻蚀一个深度3～5μm微槽，将3～5μm金属条卡入其中，若金属条直径大于微槽深度，则金属条嵌进去后，对其表面凸出部分进行抛光处理；

8、步骤2，将表面嵌入金属条的金刚石进行cvd生长，将金属条包裹其中，微通道在金刚石内的深度控制在30～1500μm；

9、步骤3，利用激光在金属条两端位置打穿金刚石，利用电化学方法将其内部的金属条腐蚀掉，留下微通道。

10、进一步的，金属条材质选用钨或钽。

11、本发明有益效果：1、采用金刚石作为靶材，导热性能好、硬度高，同时对x射线透过性良好；2、利用微通道内流动的液态金属代替传统固态阳极靶，以循环流动的方式快速带走电子束轰击区域的热量，克服了固态阳极靶x射线源出光亮度低的缺陷；3、金刚石微通道作为透射靶，能够得到高亮度且稳定的x射线源；4、制备工艺上的创新，使得金刚石微通道制备成功率较高。

技术特征：

1.一种基于金刚石微通道的液态金属x射线源，包括真空室，位于真空室内用于输出电子束的电子源，以及液态金属靶，其特征在于，所述电子束通过聚焦系统对所述液态金属靶进行电子轰击；

2.根据权利要求1所述的基于金刚石微通道的液态金属x射线源，其特征在于，液态金属为镓或其合金。

3.根据权利要求1所述的基于金刚石微通道的液态金属x射线源，其特征在于，液态金属的循环流速为0.1～2m/s。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的基于金刚石微通道的液态金属x射线源，其特征在于，所述聚焦系统采用透镜或透镜组。

5.根据权利要求4所述的基于金刚石微通道的液态金属x射线源，其特征在于，焦斑直径小于50μm。

6.一种权利要求1所述的金刚石微通道的形成方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的金刚石微通道的形成方法，其特征在于，金属条嵌入金刚石的操作为：在金刚石表面刻蚀一个深度3～5μm微槽，将3～5μm金属条卡入其中，若金属条直径大于微槽深度，则金属条嵌进去后，对其表面凸出部分进行抛光处理。

8.根据权利要求6所述的金刚石微通道的形成方法，其特征在于，微通道在金刚石内的深度控制在30～1500μm。

9.根据权利要求6所述的金刚石微通道的形成方法，其特征在于，金属条材质选用钨或钽。

10.根据权利要求6所述的金刚石微通道的形成方法，其特征在于，利用电化学方法腐蚀金刚石内部的金属条。

技术总结
本发明公开了一种基于金刚石微通道的液态金属X射线源，在金刚石内部构造微通道，并让液态金属在微通道内流动，电子束轰击金刚石微通道内流动的液态金属产生X射线。本发明采用金刚石作为靶材，导热性能好、硬度高，同时对X射线透过性良好；2、利用微通道内流动的液态金属代替传统固态阳极靶，以循环流动的方式快速带走电子束轰击区域的热量，克服了固态阳极靶X射线源出光亮度低的缺陷；金刚石微通道作为透射靶，能够得到高亮度且稳定的X射线源。

技术研发人员：胡晓,宋学瑞,林盛然
受保护的技术使用者：合肥先端晶体科技有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29