[发明专利]一种微焦点X射线源阴极结构及其制备方法

说明书

本发明提供了一种微焦点X射线源阴极结构及其制备方法，此方法形成的具有[100]晶向的二次区熔后的LaB₆单晶，其电子发射稳定性好，在同样的电流密度下和钨丝相比，亮度更高、寿命更长；采用电化学腐蚀方法制备单晶LaB₆尖端，其曲率半径为1μm左右，能产生高亮度的电子束，从而使得二次区熔后的LaB₆单晶的发射性能远高于钨丝阴极的数十倍以上，其产生的X射线强度和成像质量都高于钨丝阴极；二次区熔后的LaB₆单晶应用于Micro‑CT的X射线源上，不需要改变原有钨丝阴极电子枪结构和电源，就能打破热钨丝阴极因其发射电流小、亮度低、寿命短等缺点限制Micro‑CT系统性能，进而提升Micro‑CT的整体性能。

技术领域

本发明涉及电子源技术领域，更具体地说，涉及一种微焦点X射线源阴极结构及其制备方法，尤其涉及一种用于Micro-CT的微焦点X射线源阴极结构及其制备方法。

背景技术

X射线源在生产和医疗上一直以来具有广泛的应用，利用X射线的穿透性可以进行无损探伤，利用X射线的荧光效应可以对物质进行痕量分析，利用X射线使蛋白质变性可以对肿瘤进行放疗；目前使用的X射线源的基本特点是采用热电子发射形式即采用热灯丝作为电子发射源，在高压加速下轰击阳极产生X射线，然而这样的光源体积较大，需要加热阴极的电源，且对频率响应慢。

微计算机断层扫描技术(Micro computed tomography，简称Micro-CT)是一种非破坏性的3D成像技术，能够在不破坏样本的情况下清楚了解样本的内部显微结构，在无损检测技术领域迅速发展并得到了广泛应用；聚焦电子束打靶作为输出足够强度的微束斑X射线最为简单实用的方法，其电子源的发射性能是影响出射X射线稳定性的关键因素之一。

目前常用的阴极发射电子束的主要方法有热电子发射、场致发射和热场致发射等3种；但是，热电子发射阴极具有效率低、发射小、亮度低和寿命短等缺点，不能满足微焦点X线源的要求，而场致发射阴极所需的工作条件又比较苛刻，所以微焦点X射线源一般采用性能稳定、发挥效率高的热场致发射阴极；而单晶LaB₆阴极由于具有发射电流密度大、发射度较低、稳定性好、寿命长等优点而被视为理想的微焦点X射线源阴极。

因此，针对微焦点X射线源所需的长寿命高亮度的单晶LaB₆阴极的短缺和制备技术难题，研究能够产生高品质的电子束所需的电子源，是研制微焦点X射线源和Micro-CT工作中的重中之重，也一直是众多研究工作者追寻的目标和热点。

发明内容

有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种微焦点X射线源阴极结构及其制备方法，技术方案如下：

一种微焦点X射线源阴极结构的制备方法，所述制备方法包括：

制备LaB₆烧结多晶棒；

将所述LaB₆烧结多晶棒作为第一上料棒，将与所述LaB₆烧结多晶棒直径相同的LaB₆单晶作为第一籽晶，进行第一次区熔得到一次区熔后的LaB₆单晶，其中所述第一籽晶固定在所述第一上料棒的下端轴；

将所述一次区熔后的LaB₆单晶作为第二上料棒，将[100]晶向的LaB₆单晶作为第二籽晶，进行第二次区熔得到二次区熔后的LaB₆单晶，其中所述第二籽晶固定在所述第二上料棒的下端轴，所述二次区熔后的LaB₆单晶具有[100]晶向；

采用电化学腐蚀方法对所述二次区熔后的LaB₆单晶进行处理形成单晶LaB₆尖端；

将具有所述单晶LaB₆尖端的所述二次区熔后的LaB₆单晶固定在支架上，形成微焦点X射线源阴极结构。