[发明专利]一种高电子透过率的冷阴极X射线管栅极结构及制作方法

说明书

本发明公开了一种高电子透过率的冷阴极X射线管栅极结构及制作方法，包括栅极法兰、铜网、金属栅极片、栅极套筒、阴极底座和阴极发射材料；栅极法兰设有法兰中心通孔和法兰凹槽；铜网嵌套在法兰凹槽中，铜网的一侧包覆有纳米级厚度的碳膜；金属栅极片设在铜网的下方，金属栅极片与栅极法兰相连接，套筒内腔中设有阴极底座，阴极底座通过陶瓷垫片与栅极套筒可拆卸连接；阴极底座的高度能够调整，阴极底座的顶部设有阴极发射材料。本发明采用覆盖有碳膜的铜栅网作为栅极，采用碳纳米管为阴极发射材料，改进了因栅网网孔处电场下降带来的发射效率降低的问题，并提升了阴极发射电子在栅极处的透过率，从而增大了阳极电流。

技术领域

本发明涉及X射线低剂量检测和快速成像技术领域，特别是一种高电子透过率的冷阴极X射线管栅极结构及制作方法。

背景技术

X射线是波长小于紫外而又大于γ射线的电磁波，其量级在0.001nm到10nm之间。主要是通过原子中的电子在两能量差悬殊较大的能级间跃迁产生。X射线具有广泛的应用前景，医学上由于其穿透人体时受到吸收的程度不同，骨骼部分的吸收量更多，最终经显影、定影等环节呈现在CT上的阴影浓淡会有区别，因而可用于诊断；而当其照射人体部分细胞组织时，可以破坏细胞组织中的结构及成分，当这些细胞是有害细胞如肿瘤细胞时，X射线就起到了治疗的作用。当X射线照射非人以外的其他物体时，同样根据吸收峰的不同，工业上可以探查结构中的缺陷从而达到探伤的目的，而安检中则可以查出尖锐金属等从而维护公共秩序保障公共安全。

和采用热阴极灯丝为电子源的X射线管不同，场致发射冷阴极X射线管不需要给固体加热以使其内部的电子获得额外的能量，而是靠高强度的外加电场来削弱物体表面的势垒，使势垒的高度降低，宽度变窄。当势垒的宽度窄到可以同电子的波长不相上下时，物体内的电子就会以隧穿效应的方式逸出表面发射到真空中去。场致电子发射的优越性体现在高电流密度、低发射迟滞时间、不需要预热。因此，冷阴极X射线管在低剂量检测和快速成像等医学研究领域获得了广泛关注。

在冷阴极X射线管应用中，在同样的辐射剂量下，较大的阳极电流可以缩减曝光时间，因此提高阳极电流成为重点。在三极结构的冷阴极X射线管中，阳极电流不仅取决于阴极材料的发射特性、阴栅极间的电场分布，还和电子在栅极网孔中的透过率密切相关。即在冷阴极X射线管中，栅极不仅要能够通过施加电压产生足够高的阴栅极间电场使冷阴极发射出电子，还要能让阴极发射出的电子在阳极高压作用下穿过栅极网孔。

然而，由于所需的发射电场是建立在栅网和阴极之间，而栅极网孔下对应的电场较弱；另外，冷阴极发射出来的电子只有透过网孔才能到达阳极，否则会被栅极截获。在大电流发射情况下，如果大量的阴极电子被栅极所截获，到达阳极的电子数将大大减少，阳极电流也将减小，而且还会引起栅极过热甚至变形，导致器件工作稳定性急剧下降。因此，为获得较高的阳极电流，不仅需要提供均匀的足够强的阴极发射电场，还需要提高栅极的电子透过率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种高电子透过率的冷阴极X射线管栅极结构，该高电子透过率的冷阴极X射线管栅极结构采用覆盖有碳膜的铜栅网作为栅极，在采用碳纳米管为阴极材料的情况下，本发明通过改进栅阴极间电场分布，解决了栅网网孔处电场下降带来的发射效率降低的问题，并提升了阴极发射电子在栅极处的透过率，从而增大了阳极电流。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种高电子透过率的冷阴极X射线管栅极结构，包括栅极法兰、铜网、金属栅极片、栅极套筒、阴极底座和阴极发射材料。

栅极法兰以同轴可拆卸连接的方式盖合在栅极套筒的正上方。

栅极套筒具有竖向设置的套筒内腔，栅极法兰的中心设置有与套筒内腔同轴的法兰中心通孔。

朝向栅极套筒一侧的栅极法兰上设置有法兰凹槽，法兰凹槽与法兰中心通孔相连通。