[发明专利]一种X射线源及基于X射线的高速轨道检测方法

说明书

本发明公开了一种X射线源及基于X射线的高速轨道检测方法，一种X射线源包括用于产生电子束的直线射频加速器、用于产生X射线的旋转靶；用直线射频加速器代替传统的直流高压X射线管。所述电子束采用掠入射反射的方式轰击旋转靶以产生X射线，加速管内部为真空腔，旋转靶设置于真空外；在将旋转靶置于真空腔外部的基础上，对旋转靶进行直接冷却。配合设置于铁轨沿线的准直探测器阵列，X射线产生装置可用于高速轨道检测，检测方法包括如下步骤：通过直线射频加速器产生电子束；电子束轰击在旋转靶上产生X射线；X射线穿透铁轨后被准直探测器阵列接收，获得铁轨内部缺陷信号。

技术领域

本发明属于X射线无损检测领域，具体涉及一种X射线源及基于X射线的高速轨道检测方法。

背景技术

X射线源在工业检测、科学仪器、医疗影像及治疗等领域具有的广泛应用。在工业影像应用中，X射线源中的电子束轰击靶材料产生X射线，穿透物体，携带物体的密度信息并被探测器接收。在很多应用场景，例如炮弹穿甲、高速铁轨的无损成像中，X射线成像面临很大的困难：物体尺寸较大而且是高密度的金属，一般的射线穿透能力不够，需要0.6MV以上的超硬X射线才能获得较为清晰的图像；另一方面物体处于高速运动状态，为了获得毫米级甚至更高精度的分辨率，X射线的剂量必须足够高。由于绝大多数电子束功率最终以热量的形式沉积在靶材中，如果电子束功率太大，就会将靶熔毁。

为了降低靶材中的功率密度，提高散热率，目前一般采用的是旋转靶技术。在功率相对较低、电子束能量较高(约10MV以上)的时候，采用小焦点旋转透射靶是可行的。但是透射靶无法利用靶角的投影效应来分散电子束功率，即使采用旋转透射靶也不能使用过高的功率，而且大功率下透射靶的散热需求和机械强度决定了靶需要一定的厚度，由于靶属于高原子序数材料，因此靶也会导致X射线剂量的显著损失。

但是对于大功率的电子束，采用透射靶，束流焦点尺寸有限，功率密度太大会熔毁靶盘，一般采用旋转反射靶，利用反射角的投影效应显著降低靶面功率密度。但是当X射线管中的电子束能量进一步提高之后，例如0.6MV以上，甚至达到10MV能量的电子束，打靶产生的X射线剂量分布存在显著的角度非均匀性，传统的垂直反射式出光(电子束和X射线出束方向垂直)，X射线利用率不高，从而加重了靶的等效热负荷。

另一方面，为了提高穿透性，需要提高X射线能量，但是普通的直流高压X射线管及其功率源在高电压绝缘上都面临很大困难，一般X射线用直流高压电源输出的高压不超过0.6MV，少数技术路线可以实现3MV的水平，但是体积非常庞大，通常需要很大的房间来安装。

因此，可移动式的大功率、小焦斑的超硬X射线源实现难度非常大，目前没有相应的技术方法和产品。

发明内容

一方面，为了满足更高的X射线穿透力需求；本申请提供了一种X射线源，包括用于产生电子束的直线射频加速器及用于产生X射线的旋转靶；用直线射频加速器代替传统的直流高压X射线管，以直线射频加速方法代替传统的直流高压加速方法，提高射线穿透能力和转换效率，极大降低了功率系统的尺寸和高电压的危险性。

所述直线射频加速器包括加速管、与加速管相连的电子枪、与加速管相连的磁控管。电子枪发射电子，磁控管在磁控管电源的驱动下产生50-100kW的高功率微波，电子在加速管中经高功率微波加速后形成0.6-25MV的电子束。