[发明专利]一种小型高能X射线装置及方法

说明书

本发明涉及一种小型高能X射线装置，包括X射线源磁铁系统、X射线管和电源系统；所述X射线源磁铁系统包括六个铁心铁轭、两个磁极头、二至四个磁极垫、两个扩张线圈和两个圆环形励磁线圈，六个铁心铁轭呈六角星放射状分布，形成筒状内空间；两个圆环形励磁线圈置于两个磁极头与六个铁心铁轭形成的筒状内空间中，并与磁极头共轴；两个扩张线圈置于两个磁极头锥面上，并与磁极头共轴。本发明一方面可以减小磁铁体积，提高磁铁场分布的周向均匀性，达到了降低和减少设备体积的目的，另一方面采用扩张线圈电流的下降沿注入电子，采用扩张线圈电流的上升沿引出电子，提高X射线产额。

技术领域

本发明涉及X射线源领域，更具体而言，涉及一种高能电子轰击重金属产生的X射线源。

背景技术

X射线源在很多领域获得广泛的应用，包括放射医疗、放射诊断等领域。

目前上述应用所采用的X射线源一般分为两类，一种是X光机，另一种是电子直线加速器。X光机的光子能量较低一般为几十keV，因而其穿透能力低。电子直线加速器的光子能量最高可达几个MeV，但是电子直线加速器的结构复杂、体积大、建设运行成本高、易损部件多。电子直线加速器的主要部件包括电子枪、加速管、调制器、磁控管、微波传输和测量系统、水冷系统、真空系统、充气系统、机械系统、控制系统等。

发明内容

为了提高X射线源的光子能量，同时降低和减少设备体积、建设运行成本、易损部件和结构复杂性等，本发明提出一种小型的X射线源装置，主要包括X射线源磁铁系统、X射线管和电源系统等主要部件，X射线源磁铁系统采用六个铁心铁轭，一方面可以减小磁铁体积，另一方面可以提高磁铁场分布的周向均匀性。

本发明通过下述技术方案来实现：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。

所述X射线源磁铁系统包括六个铁心铁轭、两个磁极头、二至四个磁极垫、两个扩张线圈和两个圆环形励磁线圈，六个铁心铁轭呈六角星放射状分布，形成筒状内空间；两个磁极头的底平面与铁心铁轭形成的筒状内空间的上下底面连接，与铁心铁轭相连形成磁回路；磁极垫置于两个磁极头之间，并与磁极头共轴；两个圆环形励磁线圈置于两个磁极头与六个铁心铁轭形成的筒状内空间中，并与磁极头共轴。两个扩张线圈置于两个磁极头锥面上，扩张线圈的半径小于或等于平衡轨道半径，并与磁极头共轴。X射线管包括环形面包圈玻璃管，电子枪及靶和真空吸气器。X射线管置于两个磁极头之间、磁极垫的外侧，并于磁极头共轴。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。电源系统给扩张线圈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。在扩张电流脉冲下降沿，电源系统给电子枪输出电子注入波形将电子从电子枪引出，同时，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输出几十微秒的扩张电流脉冲，电流脉冲的幅值是其电子注入时的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。两个圆环形励磁线圈串联在一起共用一个供电电源。两个扩张线圈串联在一起共用一个供电电源。

进一步优选，所述X射线管包括环形玻璃管、电子枪及靶和真空吸气器，环形玻璃管一端连接真空吸气器，另一端连接电子枪及靶；X射线管置于两个磁极头之间、磁极垫的外侧，并与磁极头共轴。

进一步优选，所述电子枪及靶包括两个阳极引线、两个灯丝电极引线、一个聚焦极引线、一个钽靶、一个电子枪阴极组件、一个电子枪阳极；电子枪阴极组件包括阴极灯丝和聚焦极；电子枪阴极组件位于电子枪阳极内；灯丝电极引线用于连接阴极灯丝和灯丝加热电源；聚焦极引线用于连接聚焦极和阴极高压电源；阳极引线将电子枪阳极接地；钽靶焊接在电子枪阳极上；钽靶、电子枪阴极组件和电子枪阳极置于环形玻璃管内，两个阳极引线、两个灯丝电极引线、一个聚焦极引线自X射线管引出。

进一步优选，X射线管为自密封系统，不需要另外连接真空抽取和维持系统。