一种大功率X射线源及其真空外循环液态靶组件制造技术

本发明专利技术公开了一种大功率X射线源及其真空外循环液态靶组件，其中，真空外循环液态靶组件包括电子窗和液体金属靶；电子束穿过所述电子窗后，轰击液体金属靶产生X射线；所述液体金属靶通过循环流动将电子束沉积的热量带走并进行冷却。本发明专利技术采用电子束穿过窗后，在真空外轰击循环液体靶的技术，大大提高了X射线源的功率，解决了固定靶会造成损伤以及管内喷射式液态靶无法应用于普通封离式X射线源的问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种大功率X射线源及其真空外循环液态靶组件


[0001]本专利技术属于X射线源
，具体涉及一种大功率X射线源及其真空外循环液态靶组件。

技术介绍

[0002]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X射线源中，电子束轰击靶材料产生X射线。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，因此X射线转换靶的热量管理属于射线源的核心技术之一。
[0003]在透射式出光的X射线源中，通常采用金刚石或铍作为透射窗，在金刚石或铍的真空一侧镀上钨等高原子序数金属薄膜，电子束轰击钨膜产生X射线。在X射线成像应用中，X射线焦斑需要比较小，为了避免透射窗或靶因为热而损伤，透射X射线管的功率通常都非常小，一般在10W以下，用于透射X射线管的固定式透射靶如图1所示。
[0004]反射式出光的X射线源一般会采用铜(或铜合金)作为钨靶的基体，通过靶材和基体将热量传导到外壳，通过风冷或者液体冷却带走，如图2所示。对于反射式X射线源，靶通常有反射角，在实现小焦斑的同时，可以将电子束功率密度降低一个量级。由于反射靶的散热条件比透射靶更好，靶的温升一般比透射靶小。但当电子束功率进一步提高时，靶的温度过高、热应力增加。就会引起的靶层开裂或者铜散热体熔化；此外，由于高温下金属蒸气压过高，导致管内真空度下降及绝缘部件表面污染，引起高电压下绝缘失效或者阴极损伤。
[0005]无论透射靶还是反射靶，进一步提高功率一般就需要采用旋转靶技术，旋转靶能够有效降低功率密度。但是，采用旋转靶就需要采用很大的靶盘，大大增加射线管的体积。而且旋转靶必须要有电机及电源来驱动轴承转子，进一步增加了X射线管组件的体积和重量，如图3所示。
[0006]为了解决上述困难，可以采用循环的液体作为X射线转换靶。目前X射线源中，已经有采用液态靶的方法，如图4所示，这种方法中，在X射线源的真空腔体内采用喷头喷射出液体金属靶，金属液体被电子轰击并产生X射线后，经过回收器回收。在真空腔内采用喷射式液态靶，电子束的能量可以很低，从而可以产生低能、大剂量的X射线。然而这种液态靶直接在真空环境中使用并被电子束加热，对真空度和高压绝缘有影响，一般需要用真空泵持续抽真空。由于结构比较复杂，设备体积大，这种液态靶方法适合科研仪器用的X射线源，不能用于普通封离式X射线源的使用场合。

技术实现思路

[0007]为了解决现有固定靶无法适用于紧凑型大功率X射线源以及管内喷射式液态靶无法应用于紧凑型封离X射线源的问题，本专利技术提供了一种可应用于大功率X射线源的真空外循环液态靶组件，该液态靶可将电子束沉积的热量带走并冷却，可提高X射线源的使用功率。
[0008]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0009]一种真空外循环液态靶组件，包括电子窗和液体金属靶；
[0010]电子束穿过所述电子窗后，轰击液体金属靶产生X射线；
[0011]所述液体金属靶通过循环流动将电子束沉积的热量带走并进行冷却。
[0012]本专利技术采用电子束穿过窗后，在真空外轰击循环液体靶的技术，大大提高了X射线源的功率，解决了固定靶会造成损伤以及管内喷射式液态靶无法应用于普通封离式X射线源的问题。
[0013]作为优选实施方式，本专利技术的电子窗采用铍、金刚石、铜或钛制备而成。
[0014]作为优选实施方式，本专利技术的电子窗的厚度为10微米到0.3毫米之间。
[0015]作为优选实施方式，本专利技术的液态靶组件适用电子能量为300kV
‑
25MV。
[0016]作为优选实施方式，本专利技术的金属液体靶采用原子序数高、熔点滴的铅基合金材料。
[0017]作为优选实施方式，本专利技术对所述电子窗和液态金属靶接触的一侧表面进行改性。本专利技术通过对电子窗的表面进行改性，改善电子窗和液体金属靶之间的浸润性，提高液体金属靶对电子窗的冷却效果。
[0018]作为优选实施方式，本专利技术的所述金属液态靶的循环流动速度为0.1
‑
2m/s。
[0019]第二方面，本专利技术提出了一种大功率X射线源，包括本专利技术所述的真空外循环液态靶组件；
[0020]所述真空外循环液态靶组件用于将阴极组件发射的电子转换成X射线，并将电子束沉积的热量带走并进行冷却。
[0021]作为优选实施方式，本专利技术的X射线源还包括加速装置；
[0022]加速装置包括但不限于静电加速装置或射频加速装置；
[0023]所述加速装置用于对阴极组件发射的电子进行加速，使得有电子有足够的能量穿透电子窗以轰击液态靶。
[0024]作为优选实施方式，本专利技术的X射线源采用透射或反射方式输出X射线。
[0025]本专利技术具有如下的优点和有益效果：
[0026]在相同的功率密度条件下，采用本专利技术的真空外循环液态靶组件可以大大降低靶区温度，从而可以大大提高无旋转靶的封离式X射线源的使用功率，同时X射线源具有很小的体积，适用于当前普通封离式X射线源的各种应用场合。
附图说明
[0027]此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：
[0028]图1为传统的固定式透射靶工作原理图。
[0029]图2为传统的固定式反射靶工作原理图。
[0030]图3为传统的透射式固定旋转靶工作原理图。
[0031]图4为传统的喷射式液态靶工作原理图。
[0032]图5为本专利技术第一实施例的真空外循环液态(透射)靶组件工作原理图。
[0033]图6为采用图5所示的真空外循环液态靶技术的X射线源。
[0034]图7为本专利技术第二实施例的真空外循环液态(反射)靶组件工作原理图。
[0035]图8为采用图7所示的真空外循环液态靶技术的X射线源。
[0036]图9为本专利技术第三实施例的基于真空外循环液态靶技术的射频加速管X射线源(透射式)。
[0037]附图中标记及对应的零部件名称：
[0038]1‑
电子束，2
‑
窗，3
‑
窗支架，4
‑
X射线，5
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液体金属靶，6
‑
液体金属靶循环管道，7
‑
靶基体，8
‑
阴极芯柱，9
‑
阴极，10
‑
阴极罩，11
‑
绝缘管壳，12
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阳极罩，13
‑
冷却法兰，14
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液态靶组件，15
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密封可伐，16
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加速腔。
具体实施方式
[0039]在下文中，可在本专利技术的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所专利技术的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本专利技术的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种真空外循环液态靶组件，其特征在于，包括电子窗和液体金属靶；电子束穿过所述电子窗后，轰击液体金属靶产生X射线；所述液体金属靶通过循环流动将电子束沉积的热量带走并进行冷却。2.根据权利要求1所述的一种真空外循环液态靶组件，其特征在于，所述电子窗采用铍、金刚石、铜或钛制备而成。3.根据权利要求1所述的一种真空外循环液态靶组件，其特征在于，所述电子窗的厚度为10微米到0.3毫米之间。4.根据权利要求1所述的一种真空外循环液态靶组件，其特征在于，所述液态靶组件适用电子能量为300kV
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25MV。5.根据权利要求3所述的一种真空外循环液态靶组件，其特征在于，所述金属液体靶采用原子序数高、熔点滴的铅基合金材料。6.根据权利要求1所述的一种真空外循环液态靶组件，其特征在于，对所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭宇飞，龙继东，陈弹蛋，
申请(专利权)人：四川华束科技有限公司，
类型：发明
国别省市：