一种旋转透射靶微焦点X射线源及射线产生方法技术

本发明专利技术公开了一种旋转透射靶微焦点X射线源及射线产生方法，腔体内安装有电子束系统，电子束系统与阳极靶转轴同侧排布，旋转阳极靶系统中的电机通过锥齿轮传动装置驱动阳极靶旋转，设计靶材微结构，电子束系统发射的电子束垂直轰击旋转的阳极靶的金属靶材，冷却系统用于冷却阳极靶。采用了透射式X射线源的出光原理，实现了微焦点，提高了成像分辨率，相比现有旋转阳极靶X射线源增大了X射线发射角度；电子束轰击旋转的阳极靶，有效散热体积大，提高了散热效率和阳极靶功率；克服了透射式X射线源高分辨成像时成像效率低，反射式X射线源快速成像时分辨率低、图像质量差等不足；提高了成像分辨率、X射线源亮度与X射线通量，降低了成像时间。成像时间。成像时间。

【技术实现步骤摘要】
一种旋转透射靶微焦点X射线源及射线产生方法


[0001]本专利技术涉及X射线源
，特别是指一种旋转透射靶微焦点X射线源及射线产生方法。

技术介绍

[0002]目前，应用于工业CT系统的X射线源按照阳极靶材的不同主要分为两种：反射式X射线源和透射式X射线源。反射式靶面与入射电子束形成一定倾斜角度，具有较大的散热体积，可以承受较高电压的加速电子，并且部分反射式X射线源阳极靶面由转子带动旋转，更进一步的增大了散热体积，拥有这种特殊设计的反射式X射线源也被称作“旋转靶X射线源”；透射式X射线源的阳极靶是很薄的一层薄膜，靶面与入射电子束垂直，可以获得更小的焦点尺寸和更大的辐射角度。
[0003]公开号为CN109473329A的专利技术专利公开了一种透射式X射线源，包括：阴极、电子束汇聚装置和透射式阳极靶，该X射线源为典型的透射式X射线源，电子束被聚焦后轰击衬底上结构区域产生X射线，X射线穿透衬底后通过X射线窗口。同现有的采用金属薄膜作为靶材的透射式X射线源一样，其靶材固定，电子束轰击靶面上固定的局部区域，致使有效散热体积小，透射靶微焦点X射线源的亮度较低、X射线通量低，对于高分辨成像需要较长的时间对样品进行曝光以获得足够的图像信噪比，一次高分辨三维扫描成像可能需要几小时甚至十几小时，曝光时间长，成像效率低。
[0004]公开号为CN106981409A的专利技术专利公开了一种反射式X射线源装置，包括三极式X射线源、真空腔、真空泵机组、阳极高压电源、栅极高压及脉冲驱动单元、真空环境监测单元和控制平台，三极式X射线源设置于真空腔内。该X射线源的电子束功率与聚焦电子束的焦点尺寸正相关，即功率越大，焦点尺寸越大。该反射式X射线源的最佳分辨率一般大于5μm，分辨率低，X射线源焦点尺寸大、X射线发射角度小。
[0005]公开号为CN211720806U的专利技术专利公开了一种旋转式X射线透射阳极靶，包括真空腔体、旋转靶和轴承组件；从加速器中输出的电子束沿着真空腔体的束流管道轰击旋转靶靶面外缘，部分能量转换为X射线经真空腔体上的透射窗出射到工作区域，且通过旋转靶的高速旋转使得剩余能量以热量的形式沉积到旋转靶外缘上的一条环形区域。该专利中涉及几种旋转式X射线透射转换靶，当阳极靶转轴与电子束系统同侧排布时，驱动转子的电磁线圈产生的磁场会对电子束轨迹产生影响，系统的稳定性较差；当阳极靶转轴与电子束系统对侧排布时，驱动阳极靶旋转的组件会限制X射线窗口贴近样品，造成不必要的X射线强度衰减，对最终的成像质量和成像效率都会产生负面影响。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种旋转透射靶微焦点X射线源，现有的X射线源具有以下问题，透射式X射线源功率低、X射线通量低、成像时间长、成像效率低；反射式X射线源焦点尺寸大、X射线发射角度小、成像分辨率低、图像质量差；驱动转子的电磁线圈产生的磁场对电子束轨
迹产生影响，系统的稳定性较差，X射线强度衰减。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术的实施例提供如下方案：
[0008]一方面，本专利技术实施例提供一种旋转透射靶微焦点X射线源，包括腔体，在所述腔体内安装有电子束系统、旋转阳极靶系统和冷却系统，所述电子束系统与旋转阳极靶系统中的阳极靶转轴同侧排布设置，所述旋转阳极靶系统中的电机通过锥齿轮传动装置驱动阳极靶旋转，所述电子束系统发射的电子束垂直轰击旋转的阳极靶的金属靶材，所述冷却系统用于冷却所述阳极靶。
[0009]优选地，所述电子束系统包括陶瓷底座和通路件，在所述陶瓷底座的后端连通安装有高压管头，在所述陶瓷底座的前端同轴依次安装有阴极、第一阳极、第二阳极；在所述通路件后端依次安装有第一聚焦透镜和第二聚焦透镜、前端安装有第三聚焦透镜，各聚焦透镜同轴设置，所述通路件内设有与所述阴极同轴的电子束通道。
[0010]优选地，所述通路件包括第一通路件，在所述第一通路件的前端安装有第二通路件，在所述第一通路件上套设有所述第一聚焦透镜和所述第二聚焦透镜，在所述第二通路件的前端套设有所述第三聚焦透镜；
[0011]所述通路件内设有第一电子束通道，在所述第二通路件内设有第二电子束通道，各电子束通道同轴连通设置。
[0012]优选地，所述旋转阳极靶系统包括在所述腔体内安装的锥齿轮传动装置，电机驱动主动锥齿轮转动，从动锥齿轮带动阳极靶旋转。
[0013]优选地，所述阳极靶包括导热基底，在所述导热基底上设置有金属靶材。
[0014]优选地，所述腔体为一体式结构。
[0015]优选地，所述腔体由至少两个腔体本体可拆卸连接组成，在所述腔体本体上连通安装有真空系统。
[0016]优选地，所述X射线源还包括控制系统。
[0017]优选地，所述冷却系统包括在所述腔体内安装的冷却腔体，所述冷却腔体内设有冷却介质，冷却循环水机连通连接所述冷却腔体且循环所述冷却介质。
[0018]另一方面，本专利技术实施例提供一种旋转透射靶微焦点X射线源的射线产生方法，包括所述的旋转透射靶微焦点X射线源，所述方法包括：
[0019]所述腔体维持真空状态，阴极针尖导通加热电流，开始预热；阳极靶维持预定转速旋转；冷却系统启动；
[0020]高压电源施加电场，阴极发出的电子束经过高压电场加速到预定电子动能；第一聚焦透镜、第二聚焦透镜、第三聚焦透镜对电子束进行聚焦，并以预定的形状及尺寸将电子束聚焦至阳极靶；电子束垂直轰击阳极靶的金属靶材，电子束轰击能量转化为热能与X射线；X射线透过阳极靶后，穿过X射线窗口，以锥束形状照射。
[0021]本专利技术的上述方案至少包括以下有益效果：
[0022]上述方案中，本专利技术采用了透射式X射线源的出光原理，采用电子光学系统对电子束进行聚焦，缩小了焦斑直径，提高了成像分辨率，增大了X射线发射角度；电子束轰击靶材的同时阳极靶旋转，增大了有效散热体积，提高了散热效率和阳极靶功率，在阳极靶处设置了冷却系统，进一步提高了散热效率和阳极靶功率；克服了透射式X射线源高分辨成像时成像效率低，反射式X射线源快速成像时分辨率低、图像质量差等不足；本专利技术提高成像分辨
率的同时提高了X射线源的亮度与X射线通量，降低了成像时间。采用锥齿轮传动，消除了驱动装置(高精密步进电机)中电磁线圈磁场对电子束轨迹的影响，同时采用转子与电子束系统同侧排布的设计，使得射线源的X射线窗口可以贴近样品，避免了不必要的X射线强度衰减。
附图说明
[0023]图1为本专利技术的旋转透射靶微焦点X射线源的结构示意图；
[0024]图2为本专利技术的旋转透射靶微焦点X射线源的电子束系统的结构示意图；
[0025]图3为本专利技术的旋转透射靶微焦点X射线源的旋转阳极靶系统的结构示意图；
[0026]图4为本专利技术的旋转透射靶微焦点X射线源的阳极靶的主视图；
[0027]图5为本专利技术的旋转透射靶微焦点X射线源的阳极靶的左视图；
[0028]图6为本专利技术的旋转透射靶微焦点X射线源的电子束系统的示意图；
[0029]图7为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种旋转透射靶微焦点X射线源，其特征在于，包括腔体，在所述腔体内安装有电子束系统、旋转阳极靶系统和冷却系统，所述电子束系统与旋转阳极靶系统中的阳极靶转轴同侧排布设置，所述旋转阳极靶系统中的电机通过锥齿轮传动装置驱动阳极靶旋转，所述电子束系统发射的电子束垂直轰击旋转的阳极靶的金属靶材，所述冷却系统用于冷却所述阳极靶。2.根据权利要求1所述的旋转透射靶微焦点X射线源，其特征在于，所述电子束系统包括陶瓷底座和通路件，在所述陶瓷底座的后端连通安装有高压管头，在所述陶瓷底座的前端同轴依次安装有阴极、第一阳极、第二阳极；在所述通路件后端依次安装有第一聚焦透镜和第二聚焦透镜、前端安装有第三聚焦透镜，各聚焦透镜同轴设置，所述通路件内设有与所述阴极同轴的电子束通道。3.根据权利要求2所述的旋转透射靶微焦点X射线源，其特征在于，所述通路件包括第一通路件，在所述第一通路件的前端安装有第二通路件，在所述第一通路件上套设有所述第一聚焦透镜和所述第二聚焦透镜，在所述第二通路件的前端套设有所述第三聚焦透镜；所述通路件内设有第一电子束通道，在所述第二通路件内设有第二电子束通道，各电子束通道同轴连通设置。4.根据权利要求1所述的旋转透射靶微焦点X射线源，其特征在于，所述旋转阳极靶系统包括在所述腔体内安装的锥齿轮传动装置，电机驱动主动锥齿轮转动，从动锥齿轮带动阳极靶...

【专利技术属性】
技术研发人员：席立，薛开元，李营，李绍领，温慧鑫，王先达，方岱宁，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：