一种用于X射线源阳极靶的液态金属射流系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于X射线源阳极靶的液态金属射流系统及方法，涉及X射线源技术领域。包括电子束系统、射流系统、供给系统、驱动系统和增压系统，供给系统和增压系统与射流系统通过管路柔性连接，电子束系统与射流系统刚性连接。增压系统包括两个液态金属活塞缸和液压活塞缸，供给系统向液态金属活塞缸提供稳定的液态金属，驱动系统向液压活塞缸提供液压油，增压系统增压将液态金属输送至射流系统，射流系统在真空腔内喷射液态金属射流，电子束轰击液态金属射流产生X射线，真空腔内的液态金属收集经冷却后回流至供给系统；辅助真空系统稳定了真空腔的真空条件。结构紧凑，X射线源出光亮度、X射线通量及测试效率高，液态金属压强大，射速快。射速快。射速快。

【技术实现步骤摘要】
一种用于X射线源阳极靶的液态金属射流系统及方法


[0001]本专利技术涉及X射线源
，特别是指一种用于X射线源阳极靶的液态金属射流系统及方法。

技术介绍

[0002]X射线成像作为一种有效的无损检测手段，在材料科学、工业制造、航空航天、现代医学等领域都发挥着重要作用。其中，X射线显微断层扫描成像(CT)系统通常用于表征工程材料(如金属/合金/陶瓷/复合材料等)内部微细观结构，进而对材料内部的微细观结构特征如纤维束、复合材料基体等不同组分或孔洞、微裂纹等缺陷进行识别、提取和定量分析。在X射线显微CT系统中对表征测试的效率和精度起到决定性作用的核心部件之一是X射线源，要实现材料内部微细观结构的快速表征，一般需要采用结构紧凑、稳定、微焦点的X射线源，形成较大的功率密度、实现高亮度出光。
[0003]在X射线源工作的过程中，从阴极逸出的电子经过高压电场的加速和电子光学系统(如电磁透镜、静电透镜等)的聚焦后轰击阳极靶材的表面，在撞击阳极后，电子以热(约99％的能量)和X射线(主要是轫致辐射和特征辐射)的形式释放它们的能量。高功率电子束对金属靶材的持续轰击会使靶面温度急剧升高导致靶面烧蚀或融化，进而导致X射线源的损坏。X射线源阳极靶材的选择一方面要考虑特征X射线的波长，不同的靶材产生的特征X射线波长不同，需要根据实验条件和实验目的的不同进行选择；另一方面要考虑金属自身的性质，高功率X射线显微CT系统中通常选用熔点高、膨胀系数低、电阻率和热稳定性良好的固体金属钨作为阳极靶材。
[0004]公开号为CN113728410A的中国专利技术专利公开了一种具有旋转液态金属靶的X射线源，X射线束在电子束和靶的相互作用区中产生，该区是旋转阳极组件的环形通道中的熔融可熔金属的环形层。该专利采用转子旋转产生的离心力带动液态金属附着在环形槽侧壁上，通过电子束侧面撞击的方式产生X射线并使X射线通过特定角度射出。其具有以下问题：(1)电子束系统与液态金属阳极靶作用区域腔体较大，导致射线源整体体积过大，而X射线显微CT系统要求射线源结构紧凑；(2)由于转子与电子束作用区域为刚性连接，转子旋转产生的振动会直接传递到电子束作用区域，导致焦斑位置稳定性变差，这将直接影响到X射线显微CT系统的分辨率，分辨率差；(3)工作过程中，液态金属的流动性较差，受到换热系统工作效率的限制，长时间工作会导致液态金属工作温度过高，蒸发的液态金属会在X射线窗口处凝固阻挡X射线射出，同时液态金属蒸汽或碎屑扩散到电子束通路上会影响电子束质量，从而影响X射线显微CT系统测试质量及测试精度。
[0005]公开号为CN102369587B的中国专利技术专利公开了一种用于向相互作用区域提供液体金属的闭环循环，在该相互作用区域，电子束撞击液体金属以产生X射线。其具有以下问题：(1)该装置采用隔膜泵作为高压泵，液态金属所获得的压强只有10bar
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50bar，较低的压强导致液态金属射流的射速不高、液态金属射速调节范围小；(2)只能通过调节高压泵的输入功率来控制液态金属射流的射速，调节精度不高；(3)真空腔中受电子束轰击区域的液态
金属同样会产生碎屑、蒸发等问题，对电子束稳定性、焦斑位置稳定性以及X射线出束产生一定影响，进而影响X射线显微CT系统测试质量与测试精度，导致测试质量与测试精度差；(4)仅电子束系统中有真空组件，一方面，电子束系统内的真空泵持续工作过程中容易将液态金属碎屑和蒸汽吸入电子束系统中，对电子束系统内金属元件造成腐蚀；另一方面，由于液态金属射流系统结构复杂、零部件多，容易产生一些细微的真空泄漏，仅电子束系统内有一套真空系统难以保证电子束与液态金属射流作用的真空腔内真空度的稳定性，真空度的失稳会对电子束质量产生较大影响，进而会对X射线显微CT系统测试质量及测试精度产生影响。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种用于X射线源阳极靶的液态金属射流系统及方法，现有的具有以下问题，与电子束系统直接连接的部分结构大；焦斑位置稳定性变差，X射线显微CT系统的分辨率差；液态金属工作温度过高，导致蒸发的液态金属会在X射线窗口处凝固阻挡X射线射出，液态金属蒸汽或碎屑扩散到电子束通路上会影响电子束质量，影响X射线显微CT系统测试质量及测试精度；液态金属射流的射速不高、液态金属射速调节范围小；液态金属射流的射速调节精度不高；测试质量与测试精度差；仅电子束系统中有真空组件，导致电子束系统内金属元件腐蚀，真空度的稳定性差导致测试质量及测试精度差。
[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用于X射线源阳极靶的液态金属射流系统，包括电子束系统和射流系统，所述射流系统在真空腔内喷射液态金属射流，电子束系统发射的电子束轰击所述液态金属射流产生X射线，所述X射线从X射线窗口射出，其特征在于，还包括供给系统、驱动系统和增压系统，所述供给系统和所述增压系统与所述射流系统通过管路柔性连接，所述电子束系统与所述射流系统刚性连接；所述增压系统包括两个液态金属活塞缸和液压活塞缸，所述供给系统向所述液态金属活塞缸提供具有一定初始压强的所述液态金属，所述驱动系统向所述液压活塞缸提供液压油，所述增压系统通过增压将所述液态金属输送至所述射流系统；所述真空腔内的所述液态金属经收集和冷却后回流至所述供给系统；所述真空腔连接有辅助真空系统，稳定所述真空腔的真空条件。
[0009]优选地，所述驱动系统包括液压油泵，油箱为所述液压油泵提供液压油，所述液压油泵、第一单向阀、换向阀和所述增压系统中的高压泵顺序连接形成供油油路，所述高压泵、第二冷却器和所述油箱顺序连接形成回油油路，所述供油油路上位于所述第一单向阀的输出端、电磁阀、所述第二冷冷却器和所述油箱顺序连接，所述电磁阀连接所述油箱。
[0010]优选地，所述增压系统包括高压泵，在所述高压泵的两端连接有第二单向阀组，其中一个所述第二单向阀组连接液态金属输送管，另一个所述第二单向阀组通过高压管连接蓄能器，所述蓄能器连接所述射流系统。
[0011]优选地，所述高压泵包括液压活塞缸和位于所述液压活塞缸两端的液体金属活塞缸，所述液体金属活塞缸连接两个所述第二单向阀组。
[0012]优选地，供给系统包括介质容器，所述介质容器连接粗过滤器，介质泵连接所述粗过滤器，所述粗过滤器连接高压泵。
[0013]优选地，辅助真空系统包依次顺序连接的真空泵、真空规及第二过滤器，第二过滤
器连接真空腔。
[0014]优选地，所述射流系统包括真空腔，在所述真空腔的一侧设置有X射线窗口，或者，在所述真空腔的两对侧均设置有X射线窗口；在所述真空腔的顶部设置有高压喷嘴、底部设置有收集室，所述收集室、止回阀、第一冷却器与第一过滤器依次顺序连接，第一过滤器连接所述供给系统。
[0015]优选地，所述供给系统、所述驱动系统和所述增压系统单独设置在隔振平台上。
[0016]优选地，所述供给系统、所述驱动系统和所述增压系统均设置于隔音外壳内。
[0017本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于X射线源阳极靶的液态金属射流系统，包括电子束系统和射流系统，所述射流系统在真空腔内喷射液态金属射流，电子束系统发射的电子束轰击所述液态金属射流产生X射线，所述X射线从X射线窗口射出，其特征在于，还包括供给系统、驱动系统和增压系统，所述供给系统和所述增压系统与所述射流系统通过管路柔性连接，所述电子束系统与所述射流系统刚性连接；所述增压系统包括两个液态金属活塞缸和液压活塞缸，所述供给系统向所述液态金属活塞缸提供具有一定初始压强的所述液态金属，所述驱动系统向所述液压活塞缸提供液压油，所述增压系统通过增压将所述液态金属输送至所述射流系统；所述真空腔内的所述液态金属经收集和冷却后回流至所述供给系统；所述真空腔连接有辅助真空系统，稳定所述真空腔的真空条件。2.根据权利要求1所述的用于X射线源阳极靶的液态金属射流系统，其特征在于，所述驱动系统包括液压油泵，油箱为所述液压油泵提供液压油，所述液压油泵、第一单向阀、换向阀和所述增压系统中的高压泵顺序连接形成供油油路，所述高压泵、第二冷却器和所述油箱顺序连接形成回油油路，所述供油油路上位于所述第一单向阀的输出端、电磁阀、所述第二冷冷却器和所述油箱顺序连接，所述电磁阀连接所述油箱。3.根据权利要求1所述的用于X射线源阳极靶的液态金属射流系统，其特征在于，所述增压系统包括高压泵，在所述高压泵的两端连接有第二单向阀组，其中一个所述第二单向阀组连接液态金属输送管，另一个所述第二单向阀组通过高压管连接蓄能器，所述蓄能器连接所述射流系统。4.根据权利要求3所述的用于X射线源阳极靶的液态金属射流系统，其特征在于，所述高压泵包括液压活塞缸和位于所述液压活塞缸两端的液体金属活塞缸，所述液体金属活塞缸连接两个所述第二单向阀组。5.根据权利要求1所述的用于X射线源阳极靶的液态金属射流系统，其特征在...

【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，崔潇川，吴伊玲，方岱宁，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：