CN100550268C - 高分辨率x射线像增强器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高分辨率X射线像增强器，包括输入窗、光电阴极、微通道板组件、输出窗和外壳；输出窗包括荧光屏、荧光粉层和铝膜；外壳包括依次轴向连接的封接环、陶瓷外壳以及输出窗金属外壳；输出窗密封固定在输出窗金属外壳上；输入窗为密封固定在封接环前端中间的金属窗；输入窗的材料为金属铝或铍，封接环的材料为可伐合金4J33，输入窗和封接环之间通过铝焊料钎焊封接。本发明解决了现有使用钛窗的X射线像增强器对X射线的透过率低、对比度差、散射严重、噪声大的技术问题，对X射线有高的透过率和小的散射率，可以减少电子的弥散时间、渡越时间和空间电荷效应，降低了X射线像增强器的噪声，提高了对比度。

Description

高分辨率X射线像增强器
技术领域
本发明涉及一种X射线检测装置用像增强器。
背景技术
X射线检测作为传统无损检测的方法之一，在工业无损探伤领域的作用显得越来越重要。特别是随着电子技术的飞速发展，封装的小型化和组装的高密度化以及各种新型封装技术的不断涌现，对电子组装质量的要求也越来越高，于是对检查的方法和技术提出了更高的要求。自动X射线检测技术(AXI)不仅可对不可见焊点进行检测，如BGA(球栅阵列封装)等，还能对检测结果进行定性、定量分析，以求及早发现故障。同时，由于电子产品的小型化，多层结构印刷线路板的应用变得越来越广泛。在多层印制电路板的制造中，各个板面的排列需要被连续地实时监控，X射线无损检测能精确地测量处于内层位置的结构及焊环宽度。此外，如在层间电路金属连通过程中，通过该技术还可以在X光图上清晰地辨认短路及断路，确定它们的位置并做出分析。所有这一切都需要用高分辨率低噪声高对比度的X射线像增强器作为技术支撑。目前，国内生产的用于工业无损检测技术的X射线像增强器的输入窗都是采用的钛窗，钛窗封接比较容易，但钛窗对X射线的透过率低导致射线剂量大、亮度低、对比度差，对X射线的散射严重、噪声大，无法清晰有效地动态观察被检测物体的缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种高分辨率X射线像增强器，其解决了现有使用钛窗的X射线像增强器对X射线的透过率低、对比度差、散射严重、噪声大的技术问题。
本发明的技术解决方案是：
一种高分辨率X射线像增强器，包括输入窗1、对X射线敏感的反射式光电阴极3、微通道板组件、输出窗9和外壳10；所述输入窗1、输出窗9和外壳10构成真空密封件12；所述输出窗9包括荧光屏11、设置在荧光屏11内表面的荧光粉层8、设置在荧光粉层8外的铝膜7；所述输入窗1和微通道板组件之间形成前端真空间隙2，所述微通道板组件和输出窗9之间形成后端真空间隙6；其特殊之处是，所述外壳10包括依次轴向连接的封接环16、陶瓷外壳14以及输出窗金属外壳15；所述输出窗9密封固定在输出窗金属外壳15上；所述输入窗1为密封固定在封接环16前端中间的金属窗20；所述金属窗20的材料为金属铝或铍，封接环16的材料为可伐合金4J33，所述金属窗20和封接环16之间通过铝焊料钎焊封接；所述微通道板组件包括依次轴向连接的压环4、微通道板5和托盘19；所述托盘19固定在陶瓷外壳14中间，所述压环4固定在封接环16的内侧；所述微通道板5通过压环4固定在托盘19上；所述光电阴极3蒸镀在微通道板5的输入面；所述压环4为带豁口18和斜面17的自膨胀压环。
上述荧光屏11的材料为K4玻璃或光纤面板，所述光电阴极3为碱卤化合物反射式光电阴极，所述荧光粉层8的材料为P20荧光粉。
上述碱卤化合物反射式光电阴极具体为CsI光电阴极。
上述前端真空间隙2的轴向长度为5～6mm；所述后端真空间隙6的轴向长度为0.5～1mm；所述金属窗20的厚度为0.3～2mm，有效直径为Ф18～Ф100mm。
本发明的优点是：
1、本发明输入窗采用铝/铍金属窗，因为铝、铍的原子核小，不仅可以对X射线有高的透过率，而且对X射线的散射小，所以本发明可以在光电阴极获得同样辐射功率的情况下，大幅降低X射线源的使用剂量，可提高空间分辨率，例如金属窗有效直径为Ф25的情况下，其空间分辨率优于20LP/mm。
2、本发明中使用自膨胀压环压紧微通道板，克服了以往采用的依靠点焊机点焊压环在器件老练过程中存在的压环压不紧而引起的电极放电打火问题，提高了X射线像增强器的稳定性和可靠性。
3、本发明的光电阴极和微通道板之间采用紧贴结构、微通道板与荧光屏之间采用近贴结构，不仅可以减少电子的弥散和渡越时间，而且减少了空间电荷效应，降低了X射线像增强器的噪声，提高了对比度，所以减小了X射线剂量，获得了良好的图像质量，同时体积大幅度减小。
4、本发明采用纯铝/纯铍输入窗与可伐合金4J33封接环用铝焊料封接，实现了输入窗与可伐合金的非匹配封接，可保证良好的真空气密性效果，保证了X射线高透过率。
附图说明
图1为本发明各部件的前后位置示意图；
图2为本发明的自膨胀压环的结构示意图；
图3为本发明高分辨率X射线像增强器的结构示意图；
其中：1-输入窗，2-前端真空间隙，3-光电阴极，4-压环，5-微通道板，6-后端真空间隙，7-铝膜，8-荧光粉层，9-输出窗，10-外壳，11-荧光屏，12-真空密封件，14-陶瓷外壳，15-输出窗金属外壳，16-封接环，17-斜面，18-豁口，19-托盘，20-金属窗。
具体实施方式
本发明结构见图1和图3，包括输入窗1、对X射线敏感的反射式光电阴极3、微通道板组件、输出窗9和外壳10，其中输入窗1、输出窗9和外壳10构成真空密封件12，外壳10包括依次轴向连接的封接环16、陶瓷外壳14以及输出窗金属外壳15，输入窗1为固定在封接环16的前端中间的金属窗20，金属窗20采用纯铝/纯铍材料，厚度为0.3～2mm，以0.5～1mm为宜，有效直径为Ф18～Ф100mm，以Ф25～Ф100mm为宜。微通道板组件包括依次轴向连接的压环4、微通道板5和托盘19；托盘19固定在陶瓷外壳14中间，压环4固定在封接环16的后端；微通道板5通过压环4固定在托盘19上；输出窗9密封固定在输出窗金属外壳15上，输出窗9包括荧光屏11、设置在荧光屏11内表面的荧光粉层8、设置在荧光粉层8外的铝膜7；输入窗1和微通道板5间形成前端真空间隙2，前端真空间隙2的轴向长度为5～6mm；微通道板5和输出窗9之间形成后端真空间隙6，后端真空间隙6的轴向长度为0.5～1mm。
将纯铝片按设计的金属窗1尺寸加工好并清洗干净后，用铝焊料将纯铝片与封接环16封接环焊接在一起，封接环16的材料为可伐合金4J33。光电阴极3的材料选用碱卤化合物CsI，由于CsI可以短时间暴露于空气中，因此光电阴极3可在真空镀膜机中用蒸发镀膜的方法直接沉积在微通道板5的的输入面上，镀好后取出与其它部件如外壳10、压环4进行装配。荧光屏11的荧光粉层8可采用沉淀法或离心法将P20荧光粉制作于K4玻璃或光纤面板制成的输出窗9上，荧光粉层8的表面蒸镀有一层铝膜7。外壳10采用高温钼-锰法工艺制作。光电阴极3、微通道板5真空封接于金属陶瓷外壳10内。工作时微通道板5的输入面上加800～1000V的负电压，输出面接地。工作时其间加4～5KV的正电压。
压环4为带豁口18和斜面17的自膨胀圆形压环，因为豁口18的存在，因而压环4带有一定的弹性，见图2；压环4通过顶部的斜面17可以将微通道板5牢牢地压紧，装配非常方便。
本发明原理及工作过程：
采用铝/铍窗的高分辨率X射线像增强器是一种用于工业无损探伤领域将X射线图像转换成可见光图像的二维成像探测器，它主要由光电阴极、微通道板和荧光屏组成。其中光电阴极将X射线光子转换成光电子，产生的光电子通过微通道板达到104倍增后达到荧光屏上，荧光屏将产生的电子图像转变为可见光图像。
参见图1，X射线源发出的X射线经过对X射线有高透过率的铝/铍窗打到对X射线敏感的光电阴极上，光电阴极发射出的光电子进入有一定倾角的微通道板的微通道内，在外加电场的作用下产生二次电子，二次电子在通道内进行连续的碰撞，使电子在其中雪崩式倍增。增益的大小除了与构成微通道板玻璃的物理特性、微通道的几何尺寸等因素有关外，主要取决于微通道板上所加的工作电压。由微通道板输出的电子经几千伏的电压加速后轰击荧光粉层，荧光粉层将电子图像转换为可见光图像，从而实现对被探测物体的检测。
铝窗/铍窗对X射线的透过率高、散射小、噪声低，但铝窗/铍窗封接由于铝/铍与可伐合金的封接属于非匹配封接，膨胀系数差异大，其封接技术难度大成为限制其使用的技术瓶颈。本发明采用铝焊料封接来实现铝/铍输入窗与可伐合金4J33封接环的非匹配封接，可保证良好的真空气密性效果。
本发明还可用于医疗卫生行业。

Claims (4)

1、一种高分辨率X射线像增强器，包括输入窗(1)、对X射线敏感的反射式光电阴极(3)、微通道板组件、输出窗(9)和外壳(10)；所述输入窗(1)、输出窗(9)和外壳(10)构成真空密封件(12)；所述输出窗(9)包括荧光屏(11)、设置在荧光屏(11)内表面的荧光粉层(8)、设置在荧光粉层(8)外的铝膜(7)；所述输入窗(1)和微通道板组件之间形成前端真空间隙(2)，所述微通道板组件和输出窗(9)之间形成后端真空间隙(6)；其特征在于：所述外壳(10)包括依次轴向连接的封接环(16)、陶瓷外壳(14)以及输出窗金属外壳(15)；所述输出窗(9)密封固定在输出窗金属外壳(15)上；所述输入窗(1)为密封固定在封接环(16)前端中间的金属窗(20)；所述金属窗(20)的材料为金属铝或铍，封接环(16)的材料为可伐合金4J33，所述金属窗(20)和封接环(16)之间通过铝焊料钎焊封接；所述微通道板组件包括依次轴向连接的压环(4)、微通道板(5)和托盘(19)；所述托盘(19)固定在陶瓷外壳(14)中间，所述压环(4)固定在封接环(16)的内侧；所述微通道板(5)通过压环(4)固定在托盘(19)上；所述光电阴极(3)蒸镀在微通道板(5)的输入面；所述压环(4)为带豁口(18)和斜面(17)的自膨胀压环。
2、根据权利要求1所述的高分辨率X射线像增强器，其特征在于：所述荧光屏(11)的材料为K4玻璃或光纤面板，所述光电阴极(3)为碱卤化合物反射式光电阴极，所述荧光粉层(8)的材料为P20荧光粉。
3、根据权利要求2所述的高分辨率X射线像增强器，其特征在于：所述碱卤化合物反射式光电阴极为CsI光电阴极。
4、根据权利要求1所述的高分辨率X射线像增强器，其特征在于：所述前端真空间隙(2)的轴向长度为5～6mm；所述后端真空间隙(6)的轴向长度为0.5～1mm；所述金属窗(20)的厚度为0.3～2mm，有效直径为Φ18～Φ100mm。
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