專利名稱：一種聚焦型冷陰極x射線管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種冷陰極X射線管，具體涉及一種聚焦型冷陰極X射線管。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的X射線管，采用鎢絲等燈絲材料作為陰極，當(dāng)燈絲通電加熱后發(fā)射電子，在陽極高壓作用下，電子轟擊陽極產(chǎn)生X射線。但傳統(tǒng)的X射線管因?yàn)橐獰艚z加熱，同時(shí)燈絲發(fā)射電流小，在高端的成像設(shè)備中的應(yīng)用受到限制。近年來場(chǎng)致發(fā)射冷陰極因其無需加熱、 響應(yīng)迅速、發(fā)射電流密度大等特性，在X射線管等真空器件中中已經(jīng)開始初步應(yīng)用。采用硅微尖和金剛石薄膜場(chǎng)致發(fā)射陣列的X射線管在實(shí)驗(yàn)室得以實(shí)現(xiàn)。采用納米碳管、納米氧化鋅等納米材料作為場(chǎng)發(fā)射冷陰極的X射線管也已經(jīng)開始應(yīng)用，并將為未來CT等高端成像設(shè)備的X射線源。X射線管作為一個(gè)大電流發(fā)射的真空器件，對(duì)器件內(nèi)的真空度有較高的要求，真空度的高低直接影響了 X射線管的聚焦成像質(zhì)量和陰極的壽命，因此在制作的排氣過程中除采用烘烤或高頻除氣外，還需要對(duì)燈絲加電使其發(fā)射電子，在陽極上施加一定的電壓(遠(yuǎn)低于工作時(shí)的電壓)，使電子轟擊陽極，對(duì)陽極對(duì)材料進(jìn)行電子轟擊除氣。同時(shí)由于這時(shí)施加在陽極上的電壓遠(yuǎn)低于工作電壓，電子束會(huì)散焦，使電子的作用在陽極上的面積增大，可以使陽極除氣更加充分。在管子封離后，保證X射線管在高電壓工作時(shí)陽極放氣量比較少， 不影響X射線管的壽命和性能。而采用場(chǎng)發(fā)射冷陰極的X射線管，陰極電子發(fā)射需要在陽極接近工作時(shí)的高電壓下才可能有電子發(fā)射，在這種電壓下，陽極已經(jīng)產(chǎn)生X射線，會(huì)對(duì)操作人員帶來輻射影響， 同時(shí)電子散焦也不夠，電子作用在陽極的面積小，陽極除氣也不是很充分，管內(nèi)氣氛不良直接會(huì)影響X射線管的性能和壽命。因此如何在場(chǎng)發(fā)射冷陰極的X射線管等器件對(duì)陽極進(jìn)行除氣，需要進(jìn)行特殊考
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發(fā)明內(nèi)容發(fā)明目的本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有電子轟擊陽極除氣功能的聚焦型冷陰極X射線管。技術(shù)方案本實(shí)用新型所述的聚焦型冷陰極X射線管，包括場(chǎng)發(fā)射冷陰極、由閉合的燈絲構(gòu)成的燈絲柵極、陽極、X射線管管殼和射線出射窗口 ；所述場(chǎng)發(fā)射冷陰極和所述陽極分別設(shè)置在所述X射線管管殼內(nèi)部的兩端，并分別通過陰極引出電極和陽極引出電極引出到所述X射線管管殼的外部；所述燈絲柵極設(shè)置在所述場(chǎng)發(fā)射冷陰極和所述陽極之間， 其兩側(cè)面分別通過兩個(gè)引出電極引出到所述X射線管管殼的外部，使得閉合的燈絲構(gòu)成的燈絲柵極成為兩根并聯(lián)的燈絲；所述陽極具有一個(gè)用于電子轟擊產(chǎn)生X射線的斜坡面，所述射線出射窗口設(shè)置在所述X射線管管殼的側(cè)面上正對(duì)著所述斜坡面處。本實(shí)用新型X射線管中燈絲柵極的作用有二一是在排氣過程中，在燈絲柵極的兩引出電極上施加加熱燈絲柵極的電壓Vf使其對(duì)燈絲加熱發(fā)射電子，同時(shí)在在陽極上施加一電壓Vah用以加速電子轟擊陽極除氣，電子轟擊一方面可以使陽極發(fā)熱放出氣體，另一方面可以形成電子誘導(dǎo)脫附放出氣體；調(diào)節(jié)陽極電壓Vah的高低，可以調(diào)整電子束在作用在陽極上的面積和加熱功率；二是在X射線管工作時(shí)，燈絲柵極的兩引出電極上施加等電位電壓Vg，陽極加正常工作時(shí)的高壓Va，調(diào)節(jié)施加在燈絲柵極上的電壓，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)致發(fā)射冷陰極發(fā)射的電子束的聚焦，起到聚焦電極的作用。本實(shí)用新型中，燈絲柵極的作用只是在制管工藝過程中作為燈絲加熱發(fā)射電子， 在正常工作狀態(tài)，作為場(chǎng)發(fā)射冷陰極的聚焦電極，和陽極共同作用，調(diào)節(jié)陰極發(fā)射電子束束斑大小，從而控制出射X射線的空間分辨率。比較優(yōu)選地，所述燈絲柵極的形狀為與所述場(chǎng)發(fā)射冷陰極的形狀相同的圓形或方形；所述燈絲柵極是由具有熱電子發(fā)射功能的鎢絲、錸鎢絲、釷鎢絲或涂覆有氧化釔、氧化鈧的氧化物陰極燈絲或氧化鈣、氧化鍶和氧化鋇的堿土金屬氧化物燈絲制成。所述陽極是由鎢、鉬、無氧銅或重金屬材料制成。所述場(chǎng)發(fā)射冷陰極是由鎢、鉬等金屬微尖陣列、或碳納米管、氧化鋅、氮化鋁等具有場(chǎng)發(fā)射性能的納米材料、或金剛石薄膜等制成。利用本實(shí)用新型所述聚焦型冷陰極X射線管對(duì)陽極進(jìn)行除氣的方法，包括如下步驟(1)在燈絲柵極的兩個(gè)引出電極上施加不同電位，利用電壓差Vf對(duì)燈絲進(jìn)行加熱，調(diào)節(jié)Vf的大小以調(diào)節(jié)燈絲加熱溫度至產(chǎn)生熱電子發(fā)射；(2)同時(shí)在陽極上施加電壓Vah (通常為IOV 10KV)，用以加速燈絲柵極發(fā)射的電子轟擊陽極達(dá)到對(duì)陽極除氣的目的，調(diào)節(jié)陽極電壓Vah以調(diào)節(jié)電子束作用在陽極上的面積和加熱功率。利用本實(shí)用新型所述的聚焦型冷陰極X射線管對(duì)場(chǎng)發(fā)射冷陰極發(fā)射的電子束進(jìn)行聚焦的方法為在X射線管正常工作過程中，在陽極施加電壓Va ；在燈絲柵極的兩個(gè)引出電極上施加相同的電位Vg，這時(shí)施加在燈絲柵極上的電壓差Vf = 0，燈絲不被加熱；調(diào)節(jié) Vg的大小以改變場(chǎng)發(fā)射冷陰極和陽極之間的電場(chǎng)分布，實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)發(fā)射冷陰極發(fā)射的電子束的聚焦。本實(shí)用新型給出的是冷陰極X射線管的基本結(jié)構(gòu)和工藝方案，對(duì)具體陽極、陰極結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，以及在管內(nèi)增加其他電極，并不影響本方案的實(shí)施。有益效果1、本實(shí)用新型通過在冷陰極與陽極之間增加帶雙引出電極的燈絲柵極，在排氣過程中，在燈絲柵極的兩電極上施加不同電壓使其對(duì)燈絲加熱發(fā)射電子，在陽極上施加一電壓用以加速電子轟擊陽極除氣；在χ射線管工作時(shí)，燈絲柵極的兩引出電極上施加等電位電壓，調(diào)節(jié)該電壓，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)致發(fā)射冷陰極發(fā)射的電子束的聚焦，起到聚焦電極的作用。2、與傳統(tǒng)熱陰極X射線管相比，本實(shí)用新型具有響應(yīng)速度快、可小型化等冷陰極X射線管所具有的優(yōu)點(diǎn)；與普通的場(chǎng)發(fā)射冷陰極X射線管相比，本實(shí)用新型可以有效對(duì)陽極進(jìn)行電子轟擊除氣，提高X射線管內(nèi)真空度，同時(shí)可對(duì)電子束進(jìn)行聚焦，提升X射線管的性能和壽命。3、本實(shí)用新型應(yīng)用廣泛，還可以應(yīng)用于其他冷陰極高陽極電壓真空電子器件中。
圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圓環(huán)形燈絲柵極的示意圖。圖3為方形燈絲柵極的示意圖。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不局限于所述實(shí)施例。實(shí)施例本實(shí)用新型所述聚焦型冷陰極X射線管，如圖1所示，包括場(chǎng)發(fā)射冷陰極 1、由閉合的燈絲構(gòu)成的燈絲柵極2、陽極4、X射線管管殼5和射線出射窗口 6;所述場(chǎng)發(fā)射冷陰極1和所述陽極4分別設(shè)置在所述X射線管管殼5內(nèi)部的兩端，并分別通過陰極引出電極7和陽極引出電極8引出到所述X射線管管殼5的外部；所述燈絲柵極2設(shè)置在所述場(chǎng)發(fā)射冷陰極1和所述陽極4之間，其兩側(cè)面分別通過兩個(gè)引出電極3-1，3-2引出到所述 X射線管管殼5的外部；所述燈絲柵極2的形狀為與所述場(chǎng)發(fā)射冷陰極1的形狀相同的圓形或方形，如圖2和3所示；所述陽極4具有一個(gè)用于電子轟擊產(chǎn)生X射線的斜坡面，所述射線出射窗口 6設(shè)置在所述X射線管管殼5的側(cè)面上正對(duì)著所述斜坡面處。將場(chǎng)發(fā)射冷陰極1、燈絲柵極2、陽極4以及X射線管管殼5等裝配完畢后，將X射線管連接到真空排氣臺(tái)上對(duì)其進(jìn)行排氣。排氣過程中用烘箱對(duì)管體進(jìn)行烘烤，以幫助X射線管中各種部件材料吸附氣體的排出，烘烤排氣結(jié)束后，還可用高頻線圈對(duì)陽極進(jìn)行加熱除氣。但是用烘烤除氣和高頻除氣的方法，仍然不能將陽極材料中吸附和溶解的氣體充分排除。這時(shí)，在柵極引出電極3-1和3-2上施加一燈絲電壓Vfjn 5V，在燈絲電壓作用下， 燈絲柵極作為并聯(lián)的兩根燈絲，在溫度足夠高時(shí)，如700°C -1500°C，燈絲將發(fā)射熱電子。在陽極上施加電壓VahJn 1000V，這時(shí)燈絲發(fā)射的電子將轟擊陽極，電子轟擊一方面可以使陽極發(fā)熱放出氣體，另一方面可以形成電子誘導(dǎo)脫附放出氣體，使陽極吸附和溶解的氣體充分排除。排氣完成后將管子封離排氣臺(tái)，完成X射線管制作。在本實(shí)用新型所述聚焦型冷陰極X射線管正常使用工作時(shí)，陰極電極接地，陽極接數(shù)萬伏的高壓，如3萬伏，這時(shí)陰極將有電子發(fā)射到陽極，電子轟擊陽極產(chǎn)生X射線。將燈絲柵極的兩個(gè)引出電極連接到一起后加聚焦電壓Vg，或一個(gè)電極懸空，一個(gè)電極加聚焦電壓Vg，Vg的大小將影響陰極發(fā)射電子束的聚焦情況，通過調(diào)節(jié)Vg，使電子束聚焦成小的束斑，如0. 5毫米直徑，提高X射線管出光質(zhì)量。燈絲柵極的形狀尺寸和位置根據(jù)X射線管的具體結(jié)構(gòu)可以優(yōu)化，一般放置在靠近陰極的位置。陰極的制作可以通過真空蒸發(fā)的方法在陰極基底上制作鎢、鉬等金屬微尖的方法制作，也可以采用化學(xué)氣相沉積的方法在陰極基底上生長(zhǎng)納米材料、金剛石薄膜等冷陰極材料，也可以采用絲網(wǎng)印刷的方法將納米冷陰極材料印刷到陰極基底材料上制成。如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)表示和表述了本實(shí)用新型，但其不得解釋為對(duì)本實(shí)用新型自身的限制。在不脫離所附權(quán)利要求定義的本實(shí)用新型的精神和范圍前提下，可對(duì)其在形式上和細(xì)節(jié)上作出各種變化。
權(quán)利要求1.一種聚焦型冷陰極X射線管，其特征在于包括場(chǎng)發(fā)射冷陰極(1)、由閉合的燈絲構(gòu)成的燈絲柵極O)、陽極(4)、X射線管管殼(5)和射線出射窗口(6)；所述場(chǎng)發(fā)射冷陰極(1) 和所述陽極(4)分別設(shè)置在所述X射線管管殼(5)內(nèi)部的兩端，并分別通過陰極引出電極 (7)和陽極引出電極(8)引出到所述X射線管管殼( 的外部；所述燈絲柵極( 設(shè)置在所述場(chǎng)發(fā)射冷陰極⑴和所述陽極⑷之間，其兩側(cè)面分別通過兩個(gè)引出電極(3-1，3-2)引出到所述X射線管管殼(5)的外部；所述陽極(4)具有一個(gè)用于電子轟擊產(chǎn)生X射線的斜坡面，所述射線出射窗口(6)設(shè)置在所述X射線管管殼(5)的側(cè)面上正對(duì)著所述斜坡面處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述聚焦型冷陰極X射線管，其特征在于所述燈絲柵極O)的形狀為與所述場(chǎng)發(fā)射冷陰極(1)的形狀相同的圓形或方形。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種聚焦型冷陰極X射線管，包括場(chǎng)發(fā)射冷陰極、由閉合的燈絲構(gòu)成的燈絲柵極、陽極、X射線管管殼和射線出射窗口；場(chǎng)發(fā)射冷陰極和陽極分別設(shè)置在X射線管管殼內(nèi)部的兩端，并分別通過陰極引出電極和陽極引出電極引出到X射線管管殼的外部；燈絲柵極設(shè)置在場(chǎng)發(fā)射冷陰極和陽極之間，其兩側(cè)面分別通過兩個(gè)引出電極引出到X射線管管殼的外部；陽極具有一個(gè)用于電子轟擊產(chǎn)生X射線的斜坡面，射線出射窗口設(shè)置在X射線管管殼的側(cè)面上正對(duì)著斜坡面處。與普通的場(chǎng)發(fā)射冷陰極X射線管相比，本實(shí)用新型可以有效對(duì)陽極進(jìn)行電子轟擊除氣，提高X射線管內(nèi)真空度，同時(shí)可對(duì)電子束進(jìn)行聚焦，提升X射線管的性能和壽命。
文檔編號(hào)H01J35/20GK202332778SQ20112048248
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者張曉兵, 雷威 申請(qǐng)人:東南大學(xué)