[发明专利]用于X射线管的聚焦型阴极及其X射线源和制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种产生电磁辐射的部件，尤其涉及一种产生X射线的射线源，其阴极采用聚焦型结构，提高了射线源的聚焦性，适用于放射性医疗和CT图像重建等方面。

背景技术

常用的X射线管结构是由封闭在一个高度真空的管室内的阴极和阳极组成。阴极由钨制灯丝和聚射罩组成，其功能是发射电子。阳极分为固定和放置两种，前者有效焦点面大，功率小(在10KW以下)，影像清晰度低，多在小功率X射线机中使用。后者实际焦点面大，而有效焦点很小，有用功率大，影像较清晰，多在大功率X射线机及CT机中使用。阳极的基体使用金属钨，其比一般金属熔点高(3370℃)，阳极靶面中心固定在散热较好的金属杆上。但纯钨制成的靶面抗热胀性能差，常因热而出现龟裂，后改为铼、钨合金靶面后，龟裂现象减轻，抗热胀性能得到提高。

目前大部分X射线管是采用热阴极制造成的。由于从热阴极发射的电子是随机分布的，所以很难获得良好的聚焦效果，即使可以通过加一个偏转电压使其聚焦，但所得到的焦点也是呈双峰分布而不是高斯分布，不容易聚焦电子束，从而限制了图像的清晰度。理论上，发射X射线的面积越小或者说焦点越小，则照相所获得的图象质量就越高。获得聚焦效果好的电子束已经被视为是获得高清晰度X射线图像的一个必要条件。

热阴极的聚焦问题以及其本身固有缺陷限制了热阴极X射线管在高标准需求中进一步的推广和应用。由于冷阴极具有电子分布比较均匀，易于聚焦，焦点尺寸缩小和提高X射线成像质量等特点，使得场发射代替热阴极制备X射线管正在成为一种技术趋势。Baturin等人研究了一种用于X射线管的场致发射电于枪，其使用碳纤维为阴极，在40kV时可获得直径为2mm的阳极电子束斑，束斑电流为0.1mA，还研究了一种总电流密度为10mA/cm²的碳纤维阵列(Nucl.Instrum.Meth.A，2006，558，253-225)。北卡罗来纳大学研究者研制出了一种用于微型CT的场致发射X射线源，这种基于碳纳米管(Carbon Nanotube，CNT)阴极的X射线源利用一个聚焦电极可获得直径为50μm的阳极束斑，并获得了清晰的小动物(老鼠)的CT照片(Phys.Med.Biol.，2009，54，2323)。

中国发明专利ZL03127012.3公开了一种新型场致发射的医用微型X射线管，包括负电极、正电极、导线、阴极、阳极、耐压壳体、金属壳体、密封窗口等部件。从耐压壳体左端穿过的负电极和正电极分别用导线与安装在耐压壳体左端内的阴极的阴极突起和阴极门连接，在耐压壳体右端与金属壳体焊接牢固，在金属壳体内安装阳极和密封窗口，使阴极的工作面与阳极的工作面平行。两者之间的距离由要求的电位差大小决定，管内的真空度大于10^-7托，金属壳体接地。

中国发明专利ZL200910024950.7公开了一种冷阴极聚焦型X射线管，通过聚焦电极可以大幅度压缩轰击到阳极靶表面的电子束，可实现高分辨率X射线的发射。该射线管包括冷阴极电子源及附于其上的氧化锌发射层、聚焦电极、真空密封壳体、射线出射窗口以及高电压阳极靶。冷阴极电子源是以平面栅极结构为基础、通过丝网印刷方式制备于玻璃基底表面，上方放置金属聚焦电极，高电压阳极靶固定于电子源的正上方，电极放置于陶瓷真空壳体之中，通过电极引线与外部电源相连。陶瓷壳体采用分段封接的方式。

中国发明专利ZL200910079585.X公开了一种具有高电压和高穿透特点，并能够产生高穿透的碳纳米阴极场发射X射线管，包括上端设散热器、下端设接线管的真空容器，散热器与阳极靶组件上端连接，阳极靶组件的高压通过散热器引入，阳极靶组件通过过渡环与阳极封接件连接，阳极封接件与真空容器密封连接，阳极靶组件下端成角度地设置靶面，阳极靶组件下端外围设有阳极帽，阳极帽一侧设出射窗，真空容器下端通过阴极封接件与芯柱连接，芯柱上端设碳纳米阴极，芯柱通过固定螺钉与阴极罩固定连接，碳纳米阴极采用真空包装储存，组装前保持超净环境，碳纳米阴极在装管过程中采用特殊真空工艺进行处理，独特的阴极聚集结构实现焦斑电子束输出。本发明X射线。