[发明专利]基于CNT场致发射的宽光束准平行单能X射线产生装置

说明书

技术领域

本发明涉及精密光机电技术领域，尤其涉及基于CNT场致发射的宽光束准平行单 能X射线产生装置。

背景技术

X射线脉冲星自主导航技术，是一种基于X射线脉冲星发射的高稳定脉冲信号和脉 冲星空间位置，为航天器提供位置参数的导航技术。X射线脉冲星导航探测器作为脉冲星导 航系统的核心关键设备，要求具备1m2量级的有效探测面积，这就为探测器的定标测试带来 技术困难。

为实现X射线探测器的定标测试，要求具备平行、单能、宽光束(1m量级)的X射线光 源。目前，实现X射线准平行的方法就是依赖点X射线源在真空通道内的长距离传输，是原本 发散的球面波在足够远处近似为平面波(准平行光束)，例如美国Marshall空间飞行中心X 射线定标测试装置(XRCF)，真空管道长518m，加上测试室的扩展长度，可提供538m的源与探 测器的距离。该方法虽然实现方式简单，但成本过高，而且不满足1m2量级X射线探测器的定 标测试(在X射线发散角1mrad的条件下，其末端X射线光斑直径约为0.54m)。平行和宽光束 是该方法中的一对矛盾体，在真空通道距离一定的条件下，平行度提高必然导致光斑尺寸 减小，而光斑尺寸增大又必然导致平行度下降。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于CNT场致发射的宽光束准平行单能X射线产生装 置，可以解决大型空间X射线探测器定标测试所需X射线源宽光束、准平行及单能的技术难 题。

本发明的一种基于CNT场致发射的宽光束准平行单能X射线产生装置，包括电源、 阴极基板、碳纳米管阴极面阵、阳极靶阵列、滤光器、准直器阵列以及终端接收屏；

所述阴极基板的一个侧面上镀有阴极导电层；

所述阴极导电层接所述电源的正端；

所述阴极导电层上生长N×N个碳纳米管阵列单元，形成所述碳纳米管阴极面阵；N 的取值与要产生的X射线的面积成正比；

所述阳极靶阵列位于所述碳纳米管阴极面阵出射电子的前方，所述电源产生的负 压加载在每一个阳极靶阵列的阳极靶单元上，所述阳极靶单元与碳纳米管阵列单元一一对 应，用于接收所述碳纳米管阵列单元发射的电子，并产生X射线；

所述滤光器位于所述X射线传播光路中，用于滤除能量不符合要求的X射线；

所述准直器阵列由N×N个毛细管X射线透镜以面阵的方式形成，毛细管X射线透镜 的位置与阳极靶单元位置一一对应；每个毛细管X射线透镜均由多根X射线光纤紧密排列构 成，用于对从滤光器出射的X射线进行准直并透射到所述终端接收屏上；

所述电源的电压由要产生的X射线能量决定。

较佳的，需要的X射线能量、阳极靶单元的阳极靶材料、滤光器厚度、滤光器材料以 及电源的电压如下：

较佳的，每个所述毛细管X射线透镜中包含30×10⁴～50×10⁴根X射线光纤。

较佳的，X射线光纤内径为20微米。

较佳的，所述N取5。

进一步的，所述阳极靶阵列单元由采用导电材质制成的阳极基板进行支撑；所述 阳极基板上加工与所述阳极靶阵列中N×N个阳极靶单元一一对应的开孔，阳极靶单元固定 安装在所述开孔内；所述电源的电压通过所述阳极基板加载在各个阳极靶单元上。

进一步的，还包括空腔结构的绝缘支架，安装在阴极基板与阳极基板之间，将碳纳 米管阴极面阵以及产生的电子流封装在其内部。

本发明具有如下有益效果：

(1)本发明的X射线产生装置，采用碳纳米管阴极面阵产生电子流，采用阳极靶阵 列产生X射线，采用准直器阵列对X射线进行准直，解决了大型空间X射线探测器标定测试需 同时具备宽光束、和准平行X射线光源的技术难题。

(2)通过实验以及理论计算，得到需要的X射线能量、阳极靶单元的阳极靶材料、滤 光器厚度、滤光器材料以及高压电源的电压的关系，因此，本发明的X射线产生装置可以实 现1～10keV范围内X射线光子单能输出。

(3)本发明的X射线产生装置可以满足大型空间X射线探测器能量响应矩阵、探测 效率、有效探测面积、探测视场等技术指标的标定测试。

附图说明

图1为基于CNT场致发射的宽光束准平行单能X射线产生原理图；