專利名稱：X射線管陽(yáng)極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及X射線管，特別地，涉及X射線管的陽(yáng)極的冷卻。
背景技術(shù)：
人們熟知提供一種X射線管，其包括電子源和金屬陽(yáng)極，其中陽(yáng)極相對(duì)于電子源為正電勢(shì)的。電場(chǎng)加速向著陽(yáng)極發(fā)出的電子。當(dāng)它們撞擊到陽(yáng)極時(shí)，它們損失它們的動(dòng)能的一些或者全部，損失的動(dòng)能的大部分釋放為熱。該熱會(huì)降低靶極壽命，因此，通常冷卻陽(yáng)極。傳統(tǒng)的方法包括空氣冷卻，其中陽(yáng)極典型地在地電位操作，熱通過(guò)空氣冷卻的散熱片傳導(dǎo)到周圍，并且旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極，其中照射點(diǎn)能夠在被再一次照射之前隨著它的轉(zhuǎn)動(dòng)而冷卻。在一些情形中，需要移動(dòng)的X射線源，其通過(guò)沿著拱式的或者直線的陽(yáng)極掃描電子束而產(chǎn)生。這些陽(yáng)極可延伸到數(shù)米長(zhǎng)度并且制造單獨(dú)一片的陽(yáng)極通常是復(fù)雜且昂貴的。

發(fā)明內(nèi)容
相應(yīng)地，本發(fā)明的第一方面提供用于X射線管的陽(yáng)極，其包括與剛性支承構(gòu)件接觸的至少一個(gè)導(dǎo)熱的陽(yáng)極區(qū)段以及安置來(lái)冷卻陽(yáng)極的冷卻裝置。優(yōu)選地，冷卻裝置包括布置成傳送冷卻劑通過(guò)陽(yáng)極的冷卻導(dǎo)管。該導(dǎo)管可包括容納在冷卻通道內(nèi)的冷卻劑管，該冷卻劑管可以由陽(yáng)極區(qū)段和支承構(gòu)件限定。優(yōu)選地，陽(yáng)極包括末端與末端對(duì)齊的多個(gè)陽(yáng)極區(qū)段。這使得陽(yáng)極能夠構(gòu)建成比通過(guò)利用單獨(dú)一件的陽(yáng)極容易地實(shí)現(xiàn)的長(zhǎng)度更長(zhǎng)的長(zhǎng)度。每個(gè)陽(yáng)極區(qū)段可涂有薄膜。薄膜可以覆蓋陽(yáng)極區(qū)段的至少一個(gè)暴露表面并可以包括靶金屬。例如，膜可以是鎢、鉬、鈾和銀的任何一種的膜。施加金屬薄膜到陽(yáng)極的表面上可以通過(guò)濺射涂覆、電鍍沉積和化學(xué)沉積的任何一種。或者，薄的金屬箔可銅焊到陽(yáng)極區(qū)段上。薄膜可以具有30微米和1000微米之間，優(yōu)選50微米和500微米之間的厚度。優(yōu)選地，陽(yáng)極區(qū)段由具有高導(dǎo)熱率的材料如銅形成。剛性的支柱可優(yōu)選地由不銹鋼制成。銅和不銹鋼的優(yōu)秀的熱匹配意味著可以制造大的陽(yáng)極區(qū)段，其在熱循環(huán)下具有小的變形并具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性。多個(gè)陽(yáng)極區(qū)段可螺釘連接到剛性的支柱上。或者，剛性的支柱可利用機(jī)械壓力機(jī)卷邊(crimp)到陽(yáng)極區(qū)段中。卷邊，特別地，如果用作將陽(yáng)極區(qū)段附著到支柱上的唯一手段，減少需要的機(jī)械工序的數(shù)量并消除對(duì)螺釘?shù)男枰葆敃?huì)引起氣體被存(trap)在螺釘?shù)牡撞刻幍娘L(fēng)險(xiǎn)。一體的冷卻通道可沿著支柱的長(zhǎng)度延伸并可以要么切入到(cut into)陽(yáng)極區(qū)段中，要么切入到支柱中?；蛘?，通道可由切入到陽(yáng)極區(qū)段和支柱二者中的對(duì)齊的凹槽形成。 冷卻管可沿著冷卻通道延伸并可以包含冷卻液。優(yōu)選地，管是退火銅管。冷卻通道可以具有正方形或者矩形橫斷面，或者，替代地，可以具有半圓形或者大致圓形的橫截面。圓整的 (rounded)冷卻通道允許冷卻管和陽(yáng)極之間的更好的接觸，因此提供更有效的冷卻。冷卻液可通過(guò)絕緣管部分穿入到陽(yáng)極中。絕緣管部分可以包括兩個(gè)具有銅焊的端蓋的陶瓷管，所述兩個(gè)陶瓷管在一端連接到不銹鋼板。該不銹鋼板可以具有通過(guò)它形成的兩個(gè)端口，每個(gè)絕緣管部分可以與其中一個(gè)端口對(duì)齊。板可以安裝到X射線管真空殼體中。 陶瓷管可通過(guò)兩直角管接頭連接到冷卻通道并可以嵌入在陽(yáng)極中。


現(xiàn)將參照附圖僅通過(guò)例子的形式描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖Ia是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的陽(yáng)極的部分透視圖；圖Ib是根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例的陽(yáng)極的部分透視圖；圖2是通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例的卷邊到支柱的陽(yáng)極區(qū)段的剖面。圖3是通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例的陽(yáng)極的剖面，具有圓整末端的冷卻通道；圖4示出用于將陽(yáng)極區(qū)段卷邊到支柱的卷邊工具；圖5示出用于圖1的陽(yáng)極的冷卻劑管的連接結(jié)構(gòu)；以及圖6是通過(guò)用于根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例的冷卻劑管的連接結(jié)構(gòu)的剖面。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)Dla，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的陽(yáng)極1包括多個(gè)導(dǎo)熱的陽(yáng)極區(qū)段2，該陽(yáng)極區(qū)段2通過(guò)螺釘6螺釘連接到支柱4形式的剛性的單一件的支承構(gòu)件。冷卻通道8、10沿著陽(yáng)極的長(zhǎng)度在陽(yáng)極區(qū)段和支柱之間延伸并包括布置成傳送冷卻液的管12形式的冷卻劑導(dǎo)管。陽(yáng)極區(qū)段22由金屬如銅形成并相對(duì)于電子源保持在高壓正電勢(shì)。每個(gè)陽(yáng)極區(qū)段2 具有帶角度的前表面14，該前面涂有適當(dāng)?shù)陌薪饘倮玢f、鎢、銀或者鈾，該靶金屬選取來(lái)在當(dāng)電子入射到其上時(shí)產(chǎn)生需要的X射線。這層靶金屬利用包括濺射涂覆、電鍍沉積、化學(xué)汽相淀積和燃燒噴霧涂覆的多種方法中的一種施加到前表面14上?；蛘撸哂?0-500微米厚度的薄的金屬箔銅焊到銅陽(yáng)極表面14上。參照?qǐng)Dla，冷卻通道8形成在剛性的支柱4的前表面上并沿著陽(yáng)極的長(zhǎng)度延伸。 冷卻通道8具有正方形或者矩形橫截面并包含退火銅冷卻劑管12，該冷卻劑管與銅陽(yáng)極區(qū)段2和支柱4接觸，銅陽(yáng)極區(qū)段2的平面的后表面形成通道的前側(cè)。冷卻流體例如油被泵送通過(guò)冷卻劑管12以從陽(yáng)極1散熱。圖Ib示出替代實(shí)施例，其中冷卻劑通道10切入陽(yáng)極區(qū)段2中形成。冷卻通道10 具有半圓形橫截面，通道的平坦的后表面通過(guò)支柱4提供。半圓形橫截面提供冷卻劑管12 和陽(yáng)極區(qū)段2之間的更好的接觸，因此，提高從陽(yáng)極1移除熱量的效率?；蛘撸鋮s通道可包括在支柱4和陽(yáng)極區(qū)段2中的兩個(gè)半圓形凹陷，從而形成大致圓形橫截面的冷卻通道。剛性的單一件的支柱4由不銹鋼形成并可以利用機(jī)械精確且便宜的工藝如激光切割形成，而更小的銅陽(yáng)極區(qū)段2典型地利用自動(dòng)機(jī)加工工藝進(jìn)行制造。支柱4形成有平坦的前表面，陽(yáng)極區(qū)段2形成有平坦的后表面，該后表面與支柱4的前表面接觸并保持抵靠該前表面，以保證當(dāng)平坦的表面接觸時(shí)它們之間良好的熱接觸。由于銅和不銹鋼的優(yōu)秀的熱匹配以及這兩種材料的良好的真空屬性，大的陽(yáng)極區(qū)段可以制造為在熱循環(huán)下具有小的變形并且具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性。
固定陽(yáng)極區(qū)段2到支柱4上的螺釘6穿過(guò)孔并進(jìn)入到陽(yáng)極區(qū)段2中的螺紋盲孔中， 該孔從支柱的后面延伸穿過(guò)支柱4到它的前面。在陽(yáng)極1的組裝過(guò)程中，會(huì)有在這些螺釘 6的底部周圍存入一部分氣體的可能。小的孔或者縫槽因此可以切割到支柱或者陽(yáng)極中以連接這些盲孔到支柱或者陽(yáng)極的外表面，從而允許被存入的這部分氣體排出。將多個(gè)陽(yáng)極區(qū)段2螺釘連接到單一支柱4上，如圖Ia和Ib所示，使得陽(yáng)極能夠得以構(gòu)建為延伸數(shù)米。而這在其它情形中通常是昂貴且實(shí)現(xiàn)起來(lái)復(fù)雜的。圖2示出替代設(shè)計(jì)，其中平板形式的單一件的剛性支柱24利用機(jī)械壓力機(jī)卷邊到陽(yáng)極區(qū)段22中。正方形的切割冷卻通道28切入到陽(yáng)極區(qū)段22的后表面中并沿著陽(yáng)極的長(zhǎng)度延伸，從而被支柱24覆蓋。冷卻劑流體通過(guò)位于冷卻通道28內(nèi)部的退火銅冷卻劑管 12，以散發(fā)在陽(yáng)極中產(chǎn)生的熱量。該設(shè)計(jì)減少陽(yáng)極中所需要的機(jī)加工處理，以及消除對(duì)螺釘 6的需要，并且消除在螺釘?shù)牡撞刻幍南嚓P(guān)的可能的存入的氣體容積(volume)。圖3示出與圖2所示的陽(yáng)極類似設(shè)計(jì)的陽(yáng)極，其中剛性的支柱24卷邊到陽(yáng)極區(qū)段 22中。在該實(shí)施例中，彎曲的橫截面，在該情形中為半橢圓形的冷卻通道30沿著陽(yáng)極的長(zhǎng)度延伸并通過(guò)圓整末端的工具切入到陽(yáng)極區(qū)段22中。冷卻劑管12位于冷卻通道30內(nèi)部并充注有冷卻流體如油。圓整冷卻通道30提供冷卻劑管12和陽(yáng)極區(qū)段22之間的更優(yōu)良的接觸，其中所述冷卻劑管12是圓整的形狀以配合在通道30中。參照?qǐng)D4，圖2和3的陽(yáng)極通過(guò)利用卷邊工具32形成。涂覆的銅陽(yáng)極區(qū)段22支承在底座支承部34中，壁37從陽(yáng)極區(qū)段22的后表面的側(cè)部向上突起。剛性的支柱24布置到陽(yáng)極區(qū)段22上，從而配合在突起的陽(yáng)極側(cè)壁37之間。卷邊工具32的上部36具有形成在其中的圓形橫截面的凹槽38，該凹槽布置成當(dāng)它向著底座支承部34降低時(shí)彎折陽(yáng)極區(qū)段22的直的銅側(cè)壁37并將它變形靠在支柱24的后表面上，從而將支柱24卷邊到陽(yáng)極區(qū)段22上。典型地，需要每厘米的陽(yáng)極區(qū)段長(zhǎng)度0.3-0. 7噸的力來(lái)完成卷邊處理。由于卷邊處理，陽(yáng)極區(qū)段的卷邊的邊緣沿著支柱的每側(cè)形成連續(xù)的圓整脊。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，也可以使用其它的卷邊形式，例如，陽(yáng)極區(qū)段可以卷邊到支柱的側(cè)面中的凹槽中，或者，支柱可以被卷曲而與陽(yáng)極接合。在使用中，陽(yáng)極區(qū)段22保持在相對(duì)高的電勢(shì)。在陽(yáng)極上的任何鋒利的點(diǎn)因此會(huì)導(dǎo)致靜電荷的局部的高的聚集。圍繞支柱24卷邊陽(yáng)極區(qū)段22的直的銅側(cè)壁37給陽(yáng)極區(qū)段提供圓整的邊緣，并避免需要緊固件例如螺釘。這幫助保證在陽(yáng)極上的均一的電荷分布，并減少?gòu)年?yáng)極靜電放電的可能。為了使得冷卻劑流體進(jìn)入到陽(yáng)極中，通常必須使用電絕緣管部分，這是因?yàn)殛?yáng)極通常在相對(duì)于地電位的正的高電壓下操作。非導(dǎo)電的，在該情形中為陶瓷的，管部分可以用于提供冷卻劑管12和冷卻劑流體的外部源之間的電隔離的連接。冷卻劑流體通過(guò)陶瓷管泵送進(jìn)入到冷卻劑管12中，從而散發(fā)在產(chǎn)生X射線時(shí)產(chǎn)生的熱量。圖5示出絕緣管部分， 包括在第一端焊接到不銹鋼板42的兩個(gè)陶瓷中斷器40 (具有焊接的端蓋的陶瓷管)。板 42具有貫穿它形成的端口 43，每一陶瓷中斷器40的末端位于這些端口 43的相應(yīng)一個(gè)上。 該不銹鋼板42然后安裝到X射線管真空殼體中。兩個(gè)直角管部分44的每個(gè)在一端焊接到陶瓷中斷器40的第二末端。直角部分44的另一末端然后銅焊到冷卻劑管12，冷卻劑管12 沿著陽(yáng)極1的冷卻通道8、10延伸。使用局部加熱方法，例如使用圍繞冷卻劑管12和直角管部分44的銅襯套46的感應(yīng)焊接。螺紋連接器48螺旋連接到端口 43中，該端口 43向著它們的外端具有螺紋。在不銹鋼板42的外側(cè)上這些連接器48將絕緣的管部分連接到外部冷卻劑回路。例如，這些連接器48可焊接到組件上或者利用0圈密封件47螺紋連接到其上。為了最大化陽(yáng)極1的靜電性能，將例如如圖5所示的冷卻劑組件的高壓直角部分嵌入在陽(yáng)極自身內(nèi)是有利的。在將絕緣的管部分連接到冷卻劑管12之后，不可能將支柱24 卷邊到陽(yáng)極區(qū)段22中，如圖2和3所示。在這種情況中，可以使用機(jī)械固定，例如如圖Ia 和Ib所示的螺釘6。或者，管部分可以從陽(yáng)極外側(cè)連接到例如圖2和3所示的卷邊的陽(yáng)極上。參照?qǐng)D 6，在剛性的支柱24中切割出缺口 25。直角部分44延伸通過(guò)支柱24中的該缺口 25并在一端銅焊到冷卻劑管12上。在剛性的支柱24的外側(cè)上，直角部分焊接到陶瓷中斷器40上， 該陶瓷中斷器40連接到外部冷卻回路，例如如在圖5中所示的。
權(quán)利要求
1.一種用于X射線管的陽(yáng)極，包括與剛性支承構(gòu)件接觸的至少一個(gè)導(dǎo)熱的陽(yáng)極區(qū)段和布置成冷卻該陽(yáng)極的冷卻裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的陽(yáng)極，其中，所述冷卻裝置包括布置成傳送冷卻劑通過(guò)所述陽(yáng)極的冷卻導(dǎo)管。
3.如權(quán)利要求2所述的陽(yáng)極，其中，所述冷卻導(dǎo)管包括容納在由所述陽(yáng)極區(qū)段和所述支承構(gòu)件限定的冷卻通道中的冷卻劑管。
4.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的陽(yáng)極，包括多個(gè)末端與末端對(duì)齊的陽(yáng)極區(qū)段，每個(gè)陽(yáng)極區(qū)段與所述支承構(gòu)件形成接觸。
5.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的陽(yáng)極，其中，每個(gè)陽(yáng)極區(qū)段具有靶金屬涂層。
6.如權(quán)利要求5所述的陽(yáng)極，其中，所述涂層作為薄膜施加。
7.如權(quán)利要求5所述的陽(yáng)極，其中，所述涂層是金屬箔。
8.如權(quán)利要求7所述的陽(yáng)極，其中，所述金屬箔具有50微米和500微米之間的厚度。
9.如權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的陽(yáng)極，其中，所述涂層施加到所述陽(yáng)極區(qū)段的前表面上。
10.如權(quán)利要求5至9中任一項(xiàng)所述的陽(yáng)極，其中，所述涂層包括鎢、鉬、鈾和銀的至少一種。
11.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的陽(yáng)極，其中，所述陽(yáng)極區(qū)段由銅制成。
12.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的陽(yáng)極，其中，所述支承構(gòu)件由不銹鋼制成。
13.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的陽(yáng)極，其中，所述陽(yáng)極區(qū)段螺釘連接到所述支承構(gòu)件上。
14.如權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的陽(yáng)極，其中，所述支承構(gòu)件通過(guò)卷邊附著到所述陽(yáng)極區(qū)段。
15.如權(quán)利要求3或在從屬于權(quán)利要求3時(shí)的任何前述權(quán)利要求所述的陽(yáng)極，其中，所述冷卻通道至少部分地切入到所述陽(yáng)極區(qū)段中。
16.如權(quán)利要求3或在從屬于權(quán)利要求3時(shí)的任何前述權(quán)利要求所述的陽(yáng)極，其中，所述冷卻通道至少部分地切入到所述支承構(gòu)件中。
17.如權(quán)利要求3或在從屬于權(quán)利要求3時(shí)的任何前述權(quán)利要求所述的陽(yáng)極，其中，所述冷卻通道具有彎曲的橫截面。
18.如權(quán)利要求3或在從屬于權(quán)利要求3時(shí)的任何前述權(quán)利要求所述的陽(yáng)極，其中，所述冷卻劑管是退火銅管。
19.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的陽(yáng)極，進(jìn)一步包括布置成饋送冷卻流體到所述冷卻裝置中的絕緣管部分。
20.如權(quán)利要求19所述的陽(yáng)極，其中，所述絕緣導(dǎo)管部分包括連接到所述冷卻劑管的陶瓷管以及布置成安裝到X射線管真空殼體中的連接器板。
21.一種陽(yáng)極，其大致如此前參照一個(gè)或多個(gè)附圖所描述的。
全文摘要
一種用于X射線管的陽(yáng)極，包括與剛性支承構(gòu)件接觸的至少一個(gè)導(dǎo)熱陽(yáng)極區(qū)段和安置來(lái)冷卻陽(yáng)極的冷卻裝置。該陽(yáng)極可包括末端與末端對(duì)齊的多個(gè)陽(yáng)極區(qū)段，每個(gè)陽(yáng)極區(qū)段接觸支承構(gòu)件。
文檔編號(hào)H01J35/08GK102171782SQ200980135881
公開(kāi)日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2009年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月15日
發(fā)明者拉塞爾.D.盧格, 愛(ài)德華.J.莫頓, 馬丁.亨特 申請(qǐng)人:Cxr有限公司