本发明专利技术公开了一种环形电子束反射式液态金属阳极装置，包括真空空间、电子束发射装置和液态金属阳极。电子束发射装置发出环形电子束，液态金属阳极包括液态金属回路系统和二次转换靶。二次转换靶为倒圆锥体结构。液态金属回路系统包括连通的环形靶和管道回路，环形靶为中空不锈钢材料。环形靶上面对电子束发射装置一端设有环形的电子窗，管道回路上设有泵和热交换器，环形电子束穿过电子窗与液态金属作用产生环状的初级X射线，经二次转换靶转换为次级X射线并汇聚为实心X射线输出。本发明专利技术输出的X射线功率密度高，能谱纯度高，能选用一种或两种元素构成的二次转换靶靶材，实现两种及以上单能的X射线输出，可用于痕量样品分析等应用中。用中。用中。
【技术实现步骤摘要】
一种环形电子束反射式液态金属阳极装置
[0001]本专利技术涉及一种X射线产生装置，尤其涉及一种环形电子束反射式液态金属阳极装置。
技术介绍
[0002]高亮度、单色性好的X射线产生装置在医学成像、探伤检测以及分析测试等领域的应用十分广泛。
[0003]一方面，X射线源产生X射线的亮度与电子束功率密度成正比，实现高亮度X射线就要提高电子束功率。另一方面，提高X射线单色性在一定程度上会降低输出X射线亮度，如二次靶、选择滤波、布拉格衍射等结构均只适用于高功率X射线装置中。然而，电子束与阳极靶作用，绝大部分能量最终以热能的形式损失，提高电子束功率阳极靶会承受大量的热负荷。
[0004]传统X射线管，采用点状阴极发射枪，由于空间电荷场的限制，进一步提高发射功率技术难度更高，成本高昂。采用环形电子束结构，由于发射面积增大，单位面积上的空间电荷场强度减小，电子发射更容易，技术容易实现，且可进一步提高发射功率。
[0005]传统的固态阳极结构，由于靶材导热系数的限制，阳极靶材能够承受的热负荷有限，为了避免高温使阳极熔化或损坏，在实际应用中对输入电子束功率和电子束焦斑都有限制。而旋转阳极结构因其存在机械转动部件，使用寿命大大缩短。
[0006]为了解决传统固态阳极X射线管热传导极限和旋转阳极结构使用寿命的限制，以低熔点液态金属代替传统耐高温材料，利用液态金属流动性和导热性制成新型阳极，可承受更高功率的电子束。目前基于这种方式设计的X射线源，其利用在薄窗后湍流流动的液态金属作为阳极靶材，可以迅速带走热量，进一步提高阳极散热能力，从而提高X射线的亮度。
[0007]然而，现有X射线源多使用热发射电子枪和场发射电子枪，该结构产生的实心电子束由于空间电荷效应的限制，电子密度不可能太大，在一定程度上阻碍了X射线亮度的进一步提升。
[0008]由于液态金属材料熔点、热物性参数等的限制，目前常见的液态金属靶只能选择镓（Ga）、铟（In）、锡（Sn）三种材料，导致市面上液态金属X射线源输出X射线能量中特征X射线只能包含上述三种材料的特征X射线能量，无法获得普通固态金属阳极靶，如银、钨、铑、钛等材料的特征X射线能量输出。以上原因限制了液态金属X射线源在很多领域的应用。
技术实现思路
[0009]本专利技术的目的就在于提供一种解决上述问题，既能提高X射线源的发射功率，又能输出单能X射线或多个单能X射线的一种环形电子束反射式液态金属阳极装置。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是这样的：一种环形电子束反射式液态金属阳极装置，包括真空空间、电子束发射装置和液态金属阳极，所述真空空间下端为出射窗；所述电子束发射装置为环形电子束发射装置，位于真空空间内顶部，用于竖直向
下发出环形电子束；所述液态金属阳极包括液态金属回路系统和二次转换靶；所述二次转换靶位于真空空间内下部，为倒圆锥体结构；所述液态金属回路系统包括一环形靶和至少1个管道回路，其中环形靶位于真空空间内环形电子束发射装置的下方，采用不锈钢材料制成且内部中空用于液态金属流动，环形靶朝向电子束发射装置的一面设有环形的电子窗，所述电子窗与环形电子束同轴设置，所述管道回路一部分位于真空空间与环形靶连通，一部分位于真空空间外，且位于真空空间外的部分设有控制液态金属流速的泵和控制液态金属温度的热交换器；环形电子束经环形靶的电子窗与液态金属作用产生环状的初级X射线，照射在二次转换靶表面转换为次级X射线，并经二次转换靶汇聚为实心X射线从出射窗中射出。
[0011]作为优选：所述真空空间顶部及四周采用玻璃或陶瓷材料制成，底部的出射窗使用金属铍材料制成。
[0012]作为优选：环形的电子窗采用厚度为4
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6μm厚的金刚石薄膜制成。
[0013]作为优选：所述液态金属材料为Ga、In、Sn，或它们构成的二元合金、三元合金。
[0014]作为优选：至少包含一个管道回路，并能根据电子束输入功率的大小设置两个及以上管道回路，每个管道回路上均设有一热交换器，且管道回路采用不锈钢材料制成。
[0015]作为优选：所述二次转换靶与真空空间可拆卸连接，且二次转换靶由竖直面分为左部和右部；所述左部为单层结构或双层结构，当其为单层结构时，整体由第一靶材层制成，当其为双层结构时，由基底层和基底层表面涂覆的第一靶材层制成；所述右部为单层结构或双层结构，当其为单层结构时，整体由第二靶材层制成，当其为双层结构时，由基底层和基底层表面涂覆的第二靶材层制成；所述基底层采用无氧铜、铁钴镍合金或不锈钢制成。
[0016]作为优选：所述出射窗下表面设有一半圆形的挡板，所述挡板与出射窗同轴设置，与真空空间旋转且可拆卸连接；所述挡板为上下双层结构，上层由金属铅制成，下层为阻挡层，所述阻挡层材质与第一靶材层或第二靶材层材质相同。
[0017]本专利技术的电子束发射装置使用真空空间中的大功率环形电子束发射装置，用于产生环形强流电子束，与传统实心电子束源相比，环形电子束可以弱化空间电荷的限制，容易提供更大的发射功率，输出更强的电流，获得更大的导流系数，并且环形电子束适配本专利技术中的反射式液态金属阳极和倒圆锥体二次靶结构，提高了X射线源的输出强度，即实现了高亮度。
[0018]本专利技术的二次转换靶，用于将初级X射线转换为次级X射线，同时实现将环形的初级X射线汇聚为小焦点的实心X射线输出。二次转换靶可拆卸，更换不同材料的二次转换靶，弥补了现有液态金属X射线源液态金属材料选择的局限性和输出光谱能量单一的缺陷，拓展了液态金属X射线源的应用场合。另外，本专利技术二次转换靶基底层为无氧铜可节约靶材成本，基底层表面一分为二，分别为第一靶材层，另一部分外壁设有第二靶材层，用于安装两种元素的靶材，当两种元素材料相同时输出靶材元素特征X射线单能X射线谱；当两种元素材料不相同时，可输出两种靶材元素的多个特征X射线能谱。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：（1）电子束发射装置使用真空空间中的大功率环环形电子束发射装置，以空间换取强度，即通过增大电子枪的面积，弱化空间电荷效应的限制，便于实现更高电子束功率，发射更大的电流，获得更大的导流系数。
[0020]（2）采用倒圆锥体结构的二次转换靶，去掉了电子束打靶因韧致辐射产生的连续X射线能谱成分，一方面保留二次靶材料的特征X射线能量，从而实现了输出X射线的单色性。另一方面通过倒圆锥体结构，实现了对环形X射线束的汇聚，最后在输出口得到了与传统固态阳极靶材相同的实心X射线输出。
[0021]（3）二次转换靶可以采用单层结构，加工方便操作简单，也可以采用两层结构，基底层为无氧铜等材质进一步节约靶材成本。基底层表面分为对称的两个部分，可安装两种元素的靶材，将初级X射线转换为靶材特征X射线输出。一方面弥补了现有液态金属X射线源由于液态金属靶材只能选择镓（Ga）、铟（In）、锡（Sn）三种材料的局限性，导致的输出光谱单一的缺陷，拓展了液态金属X射线源的应用；另一方面，可根据实际需要使用两种相同或者不同元本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种环形电子束反射式液态金属阳极装置，包括真空空间、电子束发射装置和液态金属阳极，其特征在于：所述真空空间下端为出射窗；所述电子束发射装置为环形电子束发射装置，位于真空空间内顶部，用于竖直向下发出环形电子束；所述液态金属阳极包括液态金属回路系统和二次转换靶；所述二次转换靶位于真空空间内下部，为倒圆锥体结构；所述液态金属回路系统包括一环形靶和至少1个管道回路，其中环形靶位于真空空间内环形电子束发射装置的下方，采用不锈钢材料制成且内部中空用于液态金属流动，环形靶朝向电子束发射装置的一面设有环形的电子窗，所述电子窗与环形电子束同轴设置，所述管道回路一部分位于真空空间与环形靶连通，一部分位于真空空间外，且位于真空空间外的部分设有控制液态金属流速的泵和控制液态金属温度的热交换器；环形电子束经环形靶的电子窗与液态金属作用产生环状的初级X射线，照射在二次转换靶表面转换为次级X射线，并经二次转换靶汇聚为实心X射线从出射窗中射出。2.根据权利要求1所述的一种环形电子束反射式液态金属阳极装置，其特征在于：所述真空空间顶部及四周采用玻璃或陶瓷材料制成，底部的出射窗使用金属铍材料制成。3.根据权利要求1所述的一种环形电子束反射式液态金属阳极装置，其特征在于：环形的电子窗采用厚度为4
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【专利技术属性】
技术研发人员：杨强，陈锐，翟娟，刘军，魏生斌，贺禹华，刘耕佐，杨辑，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：
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