[实用新型]一种面发射透射式阵列结构的空间相干X射线源

说明书

本实用新型提供一种面发射透射式阵列结构的空间相干X射线源，包括：阴极、电子束汇聚装置和透射式阳极靶，阴极包括平面发射型电子发射体，其中，平面发射型电子发射体、电子束汇聚装置和透射式阳极靶依次设置于同轴光路上；平面发射型电子发射体具有垂直于光轴的用于发射第一电子束的发射平面；电子束汇聚装置用于接收并汇聚由发射平面发射的第一电子束得到第二电子束，并将第二电子束发射到透射式阳极靶上，对透射式阳极靶进行轰击；透射式阳极靶与阴极对应设置，用于在第二电子束的轰击下产生X射线，以及让X射线穿过透射式阳极靶发射出去。使用本实用新型描述的空间相干X射线源，能够满足X射线干涉成像系统对X射线源的高通量、大视场、获取高质量图像的要求。

技术领域

本实用新型涉及X射线干涉成像领域，具体而言，涉及一种面发射透射式阵列结构的空间相干X射线源。

背景技术

X射线光栅干涉成像技术是当前X射线相衬成像技术研究的热点。X射线光栅干涉成像技术是由德国科学家F.Pfeiffer博士在2006年提出来，其采用源光栅加普通X射线管的方法获得相干X射线源，这使得X射线相衬成像研究摆脱了对同步辐射光源的依赖，从而使X射线光栅相衬成像技术有可能在普通的实验室和医院中实现。

但F.Pfeiffer提出的利用源光栅的方法使X射线成像系统的有效视场受到源光栅对X射线管视角的限制，成像系统的有效视场不能做的很大；由于增加了源光栅，X射线管产生的X射线很大部分被源光栅吸收，使得X射线通量的利用率大幅度降低；源光栅是一种吸收光栅，需采用高Z物质制作足够厚的光栅，制作难度很大；由于源光栅的制作技术的限制，源光栅不能够完全吸收高能量的X射线，从而导致相位光栅自成像的条纹对比度降低，严重影响系统的灵敏度和成像质量；源光栅的使用将增加系统的复杂程度，使得光源到探测器的距离变得更大。

因此，现有的X射线管通常采用反射式X射线管，该种反射式X射线管包含有两个电极：一个是阴极，包含发射电子的灯丝，另一个是阳极，包含用于接受电子轰击的反射式的阳极靶，两电极均被密封在高真空的玻璃或陶瓷外壳内。灯丝通过热发射或场致发射产生电子云，阴极和阳极组成的电子光学系统产生高压聚焦电场对电子束进行径向聚焦和轴向加速产生高能电子束，高能电子束轰击阳极靶，通过电子与固体靶物质的相互作用辐射出X射线。

其中，上述的阳极是一个圆柱形32度斜截面，其截面上利用精密机械加工的办法制作微结构沟槽，所刻沟槽呈锯齿阵列型排布，其材质为金属钨。当高能电子束从顶端轰击钨靶时伴随有X射线的产生，电子入射方向与截面成45°角，产生的X射线与电子入射方向垂直，所形成的微结构发射体阵列的周期为40微米，线宽10微米。

然而，在实践中发现，上述反射式X射线源由于结构上的限制，在应用中会存在以下问题：

其一，在视场范围上，其产生X射线的视场较小。由于出射窗口的限制，从阳极靶表面反射出的X射线大部分被拦截，只有小部分才从窗口辐射出来，辐射出的X射线发散角度小，导致成像视场受限；由于这种结构产生的阵列X射线源在光轴方向上延展分布，从而使阵列X射线源中的每个线发射体到探测面的距离不等，不利于平面探测器对成像信息的提取，也限制了系统的视场范围。特别在普通实验室和医院中，通常需要大视场成像，由于这种阵列X射线源的成像视场受到限制，因此很难应用在大视场X射线微分成像中。

其二，在出光特性上，上述的阳极出光效率低。为了便于散热，反射靶通常都做的较厚，而且制作在很厚的铜电极上，电子打靶产生的X射线大部分被靶和散热电极所吸收，只有表层很薄一层产生的X射线能从靶表面辐射出来；而且由于反射式结构的限制，只有按照一定角度辐射出的X射线的才会从窗口辐射出来，大部分角度出射的X射线都会被拦截而不能被有效利用，这就严重限制了X射线的利用效率。

其三，由于沿用了传统X射线管的螺旋灯丝结构，电子在发射时容易受到空间电荷以及灯丝场分布的抑制作用，影响其发射效率；而且由于灯丝的螺旋结构，其发射的电子束团发散角较大，影响后续聚焦电场对电子焦斑形貌的控制，从而影响焦平面上电子分布的均匀性。