[发明专利]基于场发射冷阴极的阵列X射线源

说明书

技术领域

本发明是一种新型阵列X射线源，涉及平面阵列X射线源的设计、制备及X射线的产生。

背景技术

X射线源在医学影像和工业探测中具有重要的应用，而X射线管是X射线影像系统的核心部件。目前所使用的X射线管大都采用热阴极，电子受热获得能量逸出，并被聚焦和加速，最后以很高的能量轰击到阳极。阳极由具有高原子序数的金属构成，当阳极受到高能电子轰击后产生X射线。X射线对不同的生物组织或材料的透射性能不同，因此X射线透视图像可以反映被检测物体的内部结构。

由于目前使用的X射线管采用热阴极，其阴极功率损耗较大，不能适应小型化的要求；在X射线影像系统中，图像的分辨率取决于电子束轰击到金属阳极时的束斑大小。由于热阴极发射出的电子具有较零散的初速度，需要采用复杂的聚焦系统来减小电子束直径。现有X射线管采用透视式阳极或者反射式阳极两种形式，采用图1所示的透射式阳极，阳极的金属层4’较薄，电子7’从靠近阴极的一方高能轰击到阳极4’，所产生的X射线透过阳极金属层4’和基板5’出射，因此在这种工作模式中阳极基板兼做为出射窗口。因为阳极金属层较薄，所以其承受的电流较小。另外透视式阳极的金属层将吸收部分X射线，因此其X射线产生效率降低。

采用图2所示的反射式阳极，电子束7’轰击到阳极靶面9’，X射线8’向阴极方向出射。但是由于热阴极灯丝及聚焦系统的遮挡，大部分X射线不能直接穿过阴极组件出射。为了获得有效的X射线输出，阳极靶面通常与阴极基板呈一定倾斜角，这样在阳极和阴极之间形成一个输出窗口10’，X射线通过输出窗口出射。因为需要设置输出窗口，要求阴极基板与阳极基板之间有一定的距离，这限制了X射线管的小型化。同时，倾斜的阳极靶面也限制了阴极电子源的位置，通常使用单电子源或者双电子源。

发明内容

技术问题：本发明的目的提供一种基于场发射冷阴极的阵列X射线源，它可以用于小型化和便携式X射线诊断仪，也可以应用于阵列X射线源的扫描成像。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提出一种基于场发射冷阴极的阵列X射线源，其特征在于：该X射线源包括阴极基板、阴极电极、用于发射电子束的场致发射体、反射式阳极靶；其中在阴极基板上设有阴极电极,在阴极电极上设有场致发射体,反射式阳极靶位于阴极基板上方且与阴极基板相对设置，反射式阳极靶与阴极基板平行；场致发射体发射出的电子束轰击到反射式阳极靶上，产生的X射线穿过阴极基板出射。

优选的，反射式阳极靶由高原子序数的金属厚板制成，反射式阳极靶为固定阳极。

优选的，场发射体由对X射线吸收较小的纳米材料构成。

优选的，对X射线吸收较小的纳米材料为碳纳米管、纳米氧化锌。

优选的，阴极电极由对X射线吸收较小的金属或导电膜构成。

优选的，所述X射线吸收较小的金属或导电膜为氧化铟锡、铝。

优选的，阴极基板是由含铅量小的玻璃构成。

有益效果：本发明提出的基于场发射冷阴极的阵列X射线源采用含铅量较小的玻璃做为阴极基板，避免了阴极基板对X射线的吸收。普通的热阴极X射线管相比较，本发明提出的基于场发射冷阴极的阵列X射线源不需要灯丝加热，提高了器件工作的可靠性；由于不需要灯丝加热，避免了阴极灯丝等部件对X射线的吸收，因此可以采用反射式阳极，X射线通过阴极基板出射。这种工作模式不要求在阴极和阳极之间设置专门的出射窗口，所以可以实现X射线管的小型化。另外，在这种工作模式下阳极与阴极基板平行，避免了倾斜阳极对电子源数目的限制，可以实现阵列电子源，进而实现阵列X射线源扫描输出。

附图说明

图1是采用透射式阳极的热阴极X射线源结构

图2是采用反射式阳极的热阴极X射线源结构

图3是本发明所提出的基于场发射冷阴极的阵列X射线源。

图4是本发明所提出的基于场发射冷阴极的阵列X射线源中多个场发射电子源结构

其中有：阴极基板1、热阴极灯丝2、电子聚焦槽3、透射阳极金属层4、阳极基板5、管壳6、电子束7、X射线束8、倾斜反射式阳极9、X射线输出窗口10、阴极电极11、场发射体12、平面反射式阳极13。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明进行说明。