一种冷阴极X射线源及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种冷阴极X射线源及其应用。该冷阴极X射线源所述阳极包括依次叠设的阳极衬底和透射阳极靶层；所述阴极包括依次叠设的阴极衬底和用于发射电子束的纳米冷阴极电子源层；所述透射阳极靶层与所述纳米冷阴极电子源层相对设置，且同心真空嵌套。该冷阴极X射线源中，纳米冷阴极电子源层在电场作用下发射电子束，由于透射阳极靶层与所述纳米冷阴极电子源层相对设置，且同心真空嵌套，故电子束会沿垂直方向轰击在透射阳极靶层上，并形成与透射阳极靶层方向垂直的X射线，从而实现了冷阴极X射线源在各面方向上均匀出射X射线，使得冷阴极X射线源可应用于适形成像或适形放疗中。极X射线源可应用于适形成像或适形放疗中。极X射线源可应用于适形成像或适形放疗中。

【技术实现步骤摘要】
一种冷阴极X射线源及其应用


[0001]本专利技术涉及X射线
，更具体地，涉及一种冷阴极X射线源及其应用。

技术介绍

[0002]X射线是一种电磁波，其特点为波长短、能量高，可用于临床诊断及治疗、安检、无损探伤、材料分析等诸多领域。
[0003]目前商用的X射线源主要为热阴极X射线源。热阴极X射线源由阴极灯丝产生电子，电极经聚焦极聚焦并通过加速装置加速后轰击在阳极靶上产生X射线。热阴极X射线源的阴极为热阴极材料制备的灯丝，原理是对灯丝加热从而产生热电子发射。因此，热阴极X射线源存在工作温度高、响应速度慢、寿命短、体积大、能耗高等缺点。冷阴极X射线源使用场发射阴极作为电子源，可以解决上述热阴极X射线源的问题。此外，对于曲面(比如球形曲面)出光的热阴极X射线源，由于阴极发射的电子束为放射状，电子束只能部分地轰击在曲面阳极透射靶上，因此热阴极X射线源难以实现在曲面上均匀出光。
[0004]近年来对冷阴极X射线源的研究较为热门，但是，随着应用场景的拓展，对冷阴极X射线源的性能要求也越来越高。比如，在诊断中管道、空心物体等狭小空间的医学成像中，以及人体瘤床、人体自然腔内的肿瘤放疗治疗中均需要使用在曲面或多面方向均匀分布的X射线，以达到较好的成像和治疗效果。现有实现X射线均匀出射的方法是在阴极设置带栅聚焦结构，通过聚焦极控制电子束尺寸来控制阳极出射的X射线微焦斑的尺寸，从而实现X射线均匀出光。但是，该方法的冷阴极X射线源结构复杂、带栅聚焦结构的制作工艺与冷阴极电子源的制作工艺兼容性差，通过该方法实现冷阴极X射线源的曲面或多面方向的X射线均匀出射必然更加复杂和困难。公开号为CN109768051A的专利提供一种TFT驱动的可寻址冷阴极平板X射线源器件，但该专利的X射线源器件也无法实现冷阴极X射线源在曲面或多面方向的X射线均匀出射。
[0005]因此，研究一种能在曲面或多面方向均匀出射X射线的冷阴极X射线源尤其重要。

技术实现思路

[0006]本专利技术的首要目的是克服上述现有技术中冷阴极X射线源无法在曲面或多面方向均匀出射X射线的问题，提供一种冷阴极X射线源。该冷阴极X射线源中，纳米冷阴极电子源层在电场作用下发射电子束，由于透射阳极靶层与所述纳米冷阴极电子源层相对设置，且同心真空嵌套，故电子束会沿垂直方向轰击在透射阳极靶层上，并形成与透射阳极靶层方向垂直的X射线，从而实现了冷阴极X射线源在各面方向上均匀出射X射线，使得冷阴极X射线源可应用于适形成像或适形放疗中。
[0007]本专利技术的进一步目的是提供上述冷阴极X射线源在适形成像或适形放疗中的应用。
[0008]本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：
[0009]一种冷阴极X射线源，包括阳极和阴极；
[0010]所述阳极包括叠设的阳极衬底和透射阳极靶层；所述阴极包括叠设的阴极衬底和可发射电子束的纳米冷阴极电子源层；
[0011]所述透射阳极靶层与所述纳米冷阴极电子源层相对设置，且同心真空嵌套。
[0012]应当理解的是，本专利技术的同心真空嵌套是指透射阳极靶层和纳米冷阴极电子源层同心嵌套设置，且两者之间的气压状态为真空。
[0013]在本专利技术的冷阴极X射线源中，纳米冷阴极电子源层在电场作用下发射电子束，由于透射阳极靶层与所述纳米冷阴极电子源层相对设置，且同心真空嵌套，故电子束会沿垂直方向轰击在透射阳极靶层上，并形成与透射阳极靶层方向垂直的X射线，从而实现了冷阴极X射线源在各面方向上均匀出射X射线，使得冷阴极X射线源可应用于适形成像或适形放疗中。
[0014]优选地，所述冷阴极X射线源还包括用于将所述阳极衬底封闭并使得所述透射阳极靶层与所述纳米冷阴极电子源层之间形成真空区的外壳。
[0015]更为优选地，所述外壳上设有排气件。
[0016]进一步优选地，所述排气件为排气孔。
[0017]进一步优选地，所述冷阴极X射线源还包括排气管，所述排气管与所述排气孔连通，以实现空气的排出，从而使透射阳极靶层、纳米冷阴极电子源层和外壳形成真空区。
[0018]更为优选地，所述外壳上设有吸气剂容纳腔，所述吸气剂容纳腔与所述真空区连通，吸气剂容纳腔用于容纳吸气剂，以更为地真空区的真空度。
[0019]更为优选地，所述真空区的真空度≤1
×
10
‑4Pa。
[0020]进一步优选地，所述真空区的真空度≤1
×
10
‑6Pa。
[0021]优选地，所述阳极衬底为铍衬底、硅衬底、玻璃衬底、石英衬底、陶瓷衬底或耐高温塑料衬底。
[0022]优选地，所述阴极衬底为导电衬底或非导电衬底。
[0023]更为优选地，所述导电衬底为金衬底、银衬底、铜衬底、铁衬底、锌衬底、锰衬底、镉衬底、镍衬底、钛衬底、铂衬底、铝衬底或铬衬底。
[0024]更为优选地，所述非导电衬底为云母衬底、玻璃衬底、石英衬底、陶瓷衬底或耐高温塑料衬底。
[0025]优选地，所述阳极衬底的厚度为30μm～10mm。
[0026]更为优选地，所述阳极衬底的厚度为1mm～3mm。
[0027]优选地，所述透射阳极靶层为钨靶层、钼靶层、铑靶层、银靶层、铜靶层、金靶层、铬靶层、铝靶层、铌靶层、钽靶层或铼靶层。
[0028]优选地，所述透射阳极靶层的厚度为1nm～1mm。
[0029]更为优选地，所述透射阳极靶层的厚度为1μm～2μm。
[0030]优选地，所述阳极还包括阳极引线，所述阳极引线与所述透射阳极靶层电连接，以实现对透射阳极靶层施加高电位。
[0031]本专利技术的冷阴极X射线源可根据使用时X射线出射方向的需求，将可发射电子束的纳米冷阴极电子源层设计成不同的形状。
[0032]优选地，所述纳米冷阴极电子源层的形状为：球形曲面、半球形曲面、椭球形曲面、正梨形曲面、多面体形侧面、棱柱形侧面、圆锥形侧面、圆柱形侧面或棱锥形侧面中的一种
或多种；所述透射阳极靶层的形状为与所述纳米冷阴极电子源层相匹配的球形曲面、半球形曲面、椭球形曲面、正梨形曲面、多面体形侧面、棱柱形侧面、圆锥形侧面、圆柱形侧面或棱锥形侧面中的一种或多种。
[0033]优选地，所述纳米冷阴极电子源层由纳米管或纳米线组成。
[0034]优选地，所述纳米冷阴极电子源层为碳层、氧化锌层、氧化铜层、氧化钨层、氧化钼层、氧化铁层、氧化钛层或氧化锡层。
[0035]更为优选地，所述纳米冷阴极电子源层为碳纳米管层、氧化锌纳米线层、氧化铜纳米线层、氧化钨纳米线层、氧化钼纳米线层、氧化铁纳米线层、氧化钛纳米线层或氧化锡纳米线层。
[0036]优选地，所述纳米冷阴极电子源层全覆盖或部分覆盖在所述阴极衬底上。
[0037]当纳米冷阴极电子源层部分覆盖在阴极衬底上时，冷阴极X射线源可分区域均匀出射X射线，且可通过不同区域来实现寻址出射X射线。
[0038]优选地，所述阴极衬底的厚度为1mm～100mm。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冷阴极X射线源，其特征在于，包括阳极(1)和阴极(2)；所述阳极(1)包括叠设的阳极衬底(11)和透射阳极靶层(12)；所述阴极(2)包括叠设的阴极衬底(21)和可发射电子束的纳米冷阴极电子源层(22)；所述透射阳极靶层(12)与所述纳米冷阴极电子源层(22)相对设置，且同心真空嵌套。2.根据权利要求1所述冷阴极X射线源，其特征在于，所述冷阴极X射线源还包括用于将所述阳极衬底(11)封闭并使得所述透射阳极靶层(12)与所述纳米冷阴极电子源层(22)之间形成真空区的外壳(3)。3.根据权利要求1所述冷阴极X射线源，其特征在于，所述阳极衬底(11)为铍衬底、硅衬底、玻璃衬底、石英衬底、陶瓷衬底或耐高温塑料衬底；所述阴极衬底(21)为导电衬底或非导电衬底。4.根据权利要求1所述冷阴极X射线源，其特征在于，所述透射阳极靶层(12)为钨靶层、钼靶层、铑靶层、银靶层、铜靶层、金靶层、铬靶层、铝靶层、铌靶层、钽靶层或铼靶层。5.根据权利要求1所述冷阴极X射线源，其特征在于，所述纳米冷阴极电子源层(22)的形状为：球形曲面、半球...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈军，康颂，邓少芝，许宁生，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：