[发明专利]一种X射线管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种X射线管领域，尤其涉及一种X射线管及其制备方法。

背景技术

在X射线管中，高能电子束由阴极打向阳极靶材产生X射线，其中只有不到1%的能量转化为X射线的辐射，另外99%的能量都转化成了阳极的热能。因此，如何使阳极有效的散热是保证X射线管正常工作的一个关键问题。在高能电子束的轰击下，阳极靶材的温度通常会迅速升高到3000℃左右，这种情况下，阳极可能会融化甚至被烧出孔洞，进而严重影响出射X射线的质量，最终导致X射线管的报废。现有的散热方法是在真空的环境中，通过外罩金属球壳吸收阳极靶材辐射的热量（阳极温度可高达3000℃左右，按黑体辐射计算发射波长约为1000nm）。此外，也可将X射线管置于浸满油的金属腔体中，利用金属（铅或不锈钢）对阳极辐射热量的吸收和阳极对油的热传导实现阳极靶材的辐射散热。但金属对热辐射吸收的程度有限，因为金属中具有较大量的自由载流子，通常金属中载流子浓度在10²²～10²³个/cm³数量级，这种自由载流子对红外线的反射性能要远高于其对红外线的吸收作用，其数量关系可用下式表示：

A+T+R=1，T=0

则A=1-R；其中，A，T，R分别表示吸收，透射和反射。

现有研究已证明自由载流子在外加电磁场的作用下发生偶极震荡，对波长在0.8-25μm的红外光的反射率能超过90%，此时金属对红外光的吸收率则低于10%。较高的红外反射率会导致球管整体被反射回来的红外线二次加热，不利于球管的总体的散热。

随着纳米技术的发展，碳纳米管（Carbon nanotube，简称CNT）具有比表面积大、热稳定性高（3400℃仍可保持稳定）、力学强度高（为钢的100倍，但重量只有钢到1/6～1/7）、轴向热传导率高（约3500W/(m·K)）、导电性好的特点而成为一种潜在的散热导电材料。自1991年日本NEC科学家饭岛橙男（Iijima Sμmio）在电弧放电试验中发现了碳纳米管，人们对碳纳米管碳纳米管开展了广泛的研究，并证明其具有优异的热导性：“Thermal Conductivity ofCarbonNanotube”证明碳纳米管具有与金刚石相当的导热率。（Nanotechnology，2000,11,65）；，美国物理年会上。美国物理学会上发表一篇名为碳纳米管显著热导性的文章指出对于Zitta字形（10，10）碳纳米管在室温下其导热系数可达6600W/(m·K)。此外，碳纳米管作为散热器件的应用研究也取得了一定的进展，如CN102318438A使用碳纳米管油墨作为印刷的散热材料，CN201110207615.8公开了一种使用碳纳米管散热的LED灯，CN 101044809公开了一种覆盖有CNT的散热片。碳纳米管具有非常大的长径比（1000:1），因而大量热沿着长度方向传递，即具有很好的轴向导热性能，但是一般制得的碳纳米管为无序排列，未能充分利用碳纳米管轴向导热性能高的优势；而且碳纳米管之间相互排布致密，降低散热效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种X射线管及其制备方法，能够提高X射线管的散热效率，快速地散去阳极靶上的热量，延长X射线管的使用寿命。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种X射线管，包括管芯和包覆所述管芯的外壳，所述外壳的内表面设有碳纳米管沿直线生长形成的碳纳米管阵列层，所述碳纳米管的轴向与所述内表面成一夹角。

进一步地，所述碳纳米管阵列层为一层或多层碳纳米管阵列。

进一步地，所述夹角的范围为30°～90°。

进一步地，所述夹角为直角。

进一步地，所述外壳为柱体或球体。

进一步地，所述碳纳米管阵列层呈柱状、墙状或十字型结构。

进一步地，所述碳纳米管碳纳米管阵列层高度为0.1μm～100μm，所述碳纳米管的相邻间距为0.5-2.5μm。

进一步地，所述管芯和外壳之间设置有冷却液。

进一步地，所述外壳的材料为不锈钢或铅。