[发明专利]场致发射阴极X射线管

说明书

技术领域

本发明涉及X射线源，尤其涉及X射线管电子源(阴极)的结构设计，及采用场致发射阴极后的器件结构设计的技术领域。

背景技术

X射线探测成像在医疗、安检和工业探伤等方面应用广泛，但是随着三维CT图像重建、时间分辨率X射线成像技术的发展，采用传统热阴极的X射线管的局限性日益显现出来，如热阴极发射电子空间分布较大，难以聚焦，严重影响探测的分辨率，另外，尺寸较大也是传统热阴极X射线管的致命缺陷，难以应用于多源探测或可寻址探测，限制了其在高分辨率三维X射线成像方面的应用。采用场致发射阴极的X射线管与热阴极X射线管相比，具有天生的优势，这其中包括无需加热、响应时间短、可小型化，另外，场致阴极发射电子的发散角相对较小，也比较容易聚焦，因此可大幅度提高探测的分辨率。

目前，3D CT(三维计算机断层扫描成像)技术正迅速发展，许多国际著名的大型医疗设备制造商正积极开发相关的产品和技术，但其核心部件X射线源已成为该项技术大范围推广的瓶颈之一。在现有的3D CT方案中，一般是采用单X射线源照射物体，被探测物体和X射线源在机械旋转结构的驱动下产生相对运动，经过一个完整的扫描周期，实现对个体的完整断层采样。然而，采用这种方式在有些应用方面，如仿真人研究等，效率就会非常低下，因为需要探测和采集的图像数据是海量的，采用单X射线源系统，探测与成像的速率比较低。如在3D CT系统中采用多个分立式热阴极X射线源，在一定程度上可以解决探测成像效率过低的问题，但随之而来的功耗增加，使系统的散热问题尤为突出，而且过大的装置尺寸也使这种应用方案困难重重，难以推广。

发明内容

技术问题：本发明公开了一种电子源为无需加热装置场致发射阴极X射线管的结构方式，提供了多电极的器件结构式样。从而使本发明中场致发射阴极X射线管除免去了传统热阴极X射线管的加热装置，比现有传统的热阴极X射线管尺寸小，射线束径小，制造工艺技术简单，并兼容传统真空电子器件工艺，费用低廉。

技术方案：在本发明公开的场致发射阴极X射线管，电子源为无需加热装置的场致发射阴极。本发明中的场致发射阴极X射线管为多电极结构，栅极、聚焦极和阳极靶也均为无氧铜板材，通过在栅极、聚焦极和阳极上分别施加调制电压、聚焦电压和加速高压，碳纳米管场致发射阴极在栅极、聚焦极和阳极电压的作用下产生场致发射电子，电子在穿越栅极孔和聚焦电极孔之后不断加速并轰击阳极靶，高能场致发射电子在阳极靶上激发产生X射线束。

在本发明中，作为阴极、栅极、聚焦极和阳极靶的无氧铜片采用点焊技术依次焊接固定在绝缘陶瓷杆上，阴极片与调制栅极片对向平行放置，两者间距为125～250微米；聚焦极和高电压阳极靶点焊于调制栅极片的另外一侧，两者相距距离大于1厘米，形成30～40度夹角；陶瓷杆靠近阴极的一端点焊固定在玻璃芯柱上；利用玻壳实现对芯柱和其余零件的封接；通过芯柱，将器件接入带有机械泵和真空油泵的真空排气系统，打开机械泵和真空油泵，在350～400摄氏度下烘烤除气，并采用高频涡流加热技术激活预先在玻壳内放置的消气剂，待玻壳内的气压低于1×10^-5Pa后，从排气台上将器件封接出来。

本发明中，X射线源的开启切换由栅极上的调制电压控制，强度由阳极电压和栅极电压控制确定。本发明中的场致发射阴极X射线管，其工作方式如下：通过电极引线，在无氧铜栅极片上施加300～500V以上的电压，阴极片上的场致发射阴极在作用在其表面的电场作用下发射电子；在阳极上一般会施加6kV以上的高压，电子在栅极电场和阳极电场的共同作用下，电子穿越栅极孔后，在聚焦极电压的作用下束型压缩，并在阳极电压作用下高速轰击阳极靶片，电极金属体内电子受激发生能级跃迁，并产生X射线；不同栅极调制电压和阳极电压下，产生X射线的强度也有不同。

有益效果：本发明提供了场致发射阴极X射线管及其制造方法。在X射线管中采用场致发射阴极，除免去了传统热阴极X射线管的加热装置，减小了器件的尺寸，改善了散热，有利于多X射线源的使用以外，也有利于提高X射线源的探测分辨率和响应速度。在无氧铜基片上制备场致发射阴极，有益于降低器件制造的成本和工艺难度。采用多电极器件结构，提高了X射线源的可操控性，除此之外，也有利于提高X摄线源的强度。在本发明中公开的场致发射阴极X射线管比现有传统的热阴极X射线管尺寸小，射线束径小，制造工艺技术简单，并兼容传统真空电子器件工艺，费用低廉。

附图说明