[发明专利]一种小型高能X射线装置及方法

权利要求书

1.一种小型高能X射线装置，包括X射线源磁铁系统、X射线管和电源系统；其特征在于，所述X射线源磁铁系统包括六个铁心铁轭（1）、两个磁极头（2）、二至四个磁极垫（3）、两个扩张线圈（13）和两个圆环形励磁线圈（7），六个铁心铁轭（1）呈六角星放射状分布，形成筒状内空间；两个磁极头（2）的底平面与铁心铁轭（1）形成的筒状内空间的上下底面连接，与铁心铁轭（1）相连形成磁回路；磁极垫（3）置于两个磁极头（2）之间，并与磁极头（2）共轴；两个圆环形励磁线圈（7）置于两个磁极头（2）与六个铁心铁轭（1）形成的筒状内空间中，并与磁极头（2）共轴，两个扩张线圈（13）置于两个磁极头（2）锥面上，扩张线圈（13）的平均半径小于或等于平衡轨道半径，并与磁极头（2）共轴；电源系统包括灯丝加热电源、阴极高压电源、给圆环形励磁线圈（7）供电的供电电源和给扩张线圈（13）供电的供电电源，两个圆环形励磁线圈（7）串联在一起共用一个供电电源；两个扩张线圈（13）串联在一起共用一个供电电源；X射线管包括环形玻璃管（4），电子枪及靶（5）和真空吸气器（6），环形玻璃管（4）一端连接真空吸气器（6），另一端连接电子枪及靶（5）；环形玻璃管（4）套在磁极垫（3）外，环形玻璃管（4）与磁极头（2）共轴；所述电子枪及靶（5）包括两个阳极引线（8）、两个灯丝电极引线（9）、一个聚焦极引线（10）、一个钽靶（11）、一个电子枪阴极组件（12）、一个电子枪阳极；两个阳极引线（8）、两个灯丝电极引线（9）、一个聚焦极引线（10）、一个电子枪阴极组件（12）、一个电子枪阳极组成电子枪；电子枪阴极组件（12）包括阴极灯丝和聚焦极；电子枪阴极组件（12）位于电子枪阳极内；灯丝电极引线（9）用于连接阴极加热灯丝和灯丝加热电源；阴极引线（10）用于连接聚焦极和阴极高压电源；阳极引线（8）将电子枪阳极接地；钽靶（11）焊接在电子枪阳极上；钽靶（11）、电子枪阴极组件（12）和电子枪阳极置于环形玻璃管（4）内，两个阳极引线（8）、两个灯丝电极引线（9）、一个阴极引线（10）自X射线管引出；电源系统输出的励磁电流波形是直流脉动波形，产生的磁场径向场分布与平均磁场的半值的第二个交点处形成电子运动的平衡轨道；在电源系统输出直流脉动励磁电流的初始时刻，电源系统给扩张线圈（13）输出几个微秒的扩张电流脉冲，在电流脉冲上升沿，平衡轨道半径增大到接近电子枪的位置，电源系统给电子枪阴极组件（12）输出电子注入波形将电子从电子枪引出，在扩张电流脉冲下降沿，平衡轨道半径逐渐减小，将电子束聚拢到励磁电流形成的平衡轨道半径上；电子在直流脉动励磁电流的上升时间段获得加速，完成加速时，电源系统给扩张线圈（13）输出几十微秒的扩张电流脉冲，电流脉冲的幅值是电子注入时的2～5倍，在扩张电流脉冲上升沿，平衡轨道半径增大到钽靶（11）的位置，电子打靶产生X射线。

2.根据权利要求1的小型高能X射线装置，其特征在于，X射线管为自密封系统，不需要链接真空抽取系统。

3.一种高能X射线产生方法，其特征在于，基于权利要求1所述的小型高能X射线装置，X射线电源系统输出的直流脉动励磁电流用于产生约束电子横向运动的磁场，同时产生用于加速电子的纵向加速电场；纵向加速电场为圆环形状；在电源系统输出直流脉动励磁电流的初始时刻，电源系统给扩张线圈（13）输出扩张电流脉冲，在电流脉冲上升沿，平衡轨道半径增大到接近电子枪的位置；在扩张电流脉冲下降沿，电源系统输出的电子注入波形将电子从电子枪引出，电子在X射线管的环形玻璃管的纵向加速电场中加速，在X射线管内将电子加速到所需要的能量；在电子加速到所需要的能量后，电源系统输出扩张电流脉冲波形，在电流脉冲上升沿将电子轰击到钽靶（11）上，产生X射线。

4.如权利要求3所述的一种高能X射线产生方法，其特征在于， X射线在电源系统给扩张线圈输出的脉冲电流上升沿时产生，通过调整电源系统输出的用于引出电子的扩张电流脉冲时刻来改变X射线的能量。

5.根据权利要求3的一种高能X射线产生方法，其特征在于，小型高能X射线装置的冷却方法采用风冷。

6.根据权利要求3的一种高能X射线产生方法，其特征在于，电源系统给扩张线圈输出的扩张电流脉冲产生的磁场附加在直流脉动励磁电流产生的主磁场上，使得平衡轨道半径和平衡轨道半径内的磁场值增大。