[发明专利]一种脉冲式X射线发生装置及产生方法

说明书

本发明涉及一种脉冲式X射线发生装置，所述装置包括：脉冲式电子源(1)以及阵列式阳极靶，所述阵列式阳极靶包括金刚石(3)和镶嵌在其上的阵列式金属靶(2)；所述脉冲式电子源(1)位于阵列式金属靶(2)的上方。利用脉冲式电子束轰击到镶嵌在金刚石上的阵列式金属靶后，可产生出瞬时的高亮度X射线，其瞬间光强可达2.4×10¹¹phs/mm²/us，提高了瞬态测量的效率，为瞬态物性表征提供可能。本发明得到的瞬时的高亮度X射线可与脉冲激光升温系统结合，原位改变材料物性的同时实时测定材料结构、成分的变化信息，所得X射线能够在极短时间内对材料的结构进行测量，弥补了现有实验室光源技术的不足，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及X射线光源技术领域，具体涉及一种脉冲式X射线发生装置及产生方法。

背景技术

X射线具有光子能量大、穿透性好等特性，近年来被广泛应用于生物医学、CT成像和X射线显微技术中。目前，现有实验室用X射线源主要采用连续电子束轰击金属靶材产生相应的X射线。传统电子束轰击金属靶形式的实验室X射线源，受限于金属靶的热传递和X射线产生效率低等问题，自X光管发明以来其X射线亮度和总通量一直裹足不前。大量的X射线分析工作只能在同步辐射装置上完成。而同步辐射装置的建设投资巨大，资源非常有限。

单位时间内发出的光子数主要取决于电子束流的功率。从固定靶、转动靶、液态金属靶、到阵列式阳极靶，这些技术的改进主要通过增加靶材端的冷却效率来提高电子束功率，从而可在单位时间内激发更多的X射线光子。然而，现有最强的连续式阵列式阳极靶技术，其单位时间内光子数约为2.4×10¹²phs/s/mm²，即1us内光子数约2.4×10⁶phs/mm²。可对于瞬时测量，如1us时间内的结构测量，现有实验室光源技术无法满足需求。

例如，CN107283047A公开了一种利用脉冲激光制备非晶合金的装置、方法及应用，CN107475644A公开了一种非晶合成与检测装置及应用、一种确定合金材料非晶形成能力的方法及应用，上述方法利用脉冲激光升温系统原位对材料物性进行改变，在这个过程中，需要实时对材料结构、成分的变化信息进行实时表征，而现有的X射线难以达到上述要求。瞬时的高亮度X射线源是实现此类测量的关键。

因此，为了提高瞬态测量的效率，实现瞬态物性表征，需要制备瞬时的高亮度X射线源。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供了一种脉冲式X射线发生装置及产生方法，采用脉冲式电子束轰击到镶嵌在金刚石上的阵列式金属靶，显著提高瞬态下的光子数，其瞬间光强可达2.4×10¹¹phs/mm²/us，得到了瞬时的高亮度X射线源。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种脉冲式X射线发生装置，所述装置包括：脉冲式电子源1以及阵列式阳极靶，所述阵列式阳极靶包括金刚石3和镶嵌在其上的阵列式金属靶2；所述脉冲式电子源1位于阵列式金属靶2的上方。

本发明采用脉冲式电子束将热流集中在瞬时内，并在脉冲间隙内将热量通过阳极靶材快速扩散出去，阵列式金属靶镶嵌在金刚石上，利用金刚石优异的传热性能，在下一个脉冲到达时已冷却到足够低。将脉冲电子束功率集中后，有效的提高了瞬时光子产生效率，显著提高瞬态下的光子数，其瞬间光强可达2.4×10¹¹phs/mm²/us，进而提高瞬态测量的效率，为瞬态物性表征提供可能。

由于脉冲激光的功率极高且速率极快，满足在瞬时提供足够高的能量的要求，而阵列式金属靶镶嵌在金刚石上，能够及时将热量扩散出去。二者相配合，得到了瞬时的高亮度X射线源。

根据本发明，所述装置还包括脉冲式电子源和阵列式阳极靶的控制器。