CN106658930B - 可调x射线源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可调X射线源，包括防护箱以及设置在该防护箱内的X射线管，在所述防护箱内设有可转动的托盘和可移动的光阑，在所述防护箱上设有准直部件，所述X射线管上具有出射窗口，在所述托盘上设有至少两块荧光片，出射窗口出射的X射线依次经过荧光片、光阑和准直部件后向防护箱外出射，所述荧光片均为单质金属材料，从其中一块荧光片出射的荧光X射线的能点大于或小于从其余任一块荧光片出射的荧光X射线的能点。采用本发明提供的可调X射线源，结构新颖，易于实现，能够出射能点可调的单能荧光X射线，并且近似呈点出射，空间分布均匀，荧光X射线的发散角及强度均可调。

Description

可调X射线源
技术领域
本发明属于X射线激发装置技术领域，具体涉及一种可调X射线源。
背景技术
在工业和医疗级别的使用中X射线源通常被用于无损检测、结构分析、医学诊断和治疗等，在科学级别的使用中，X射线源常被用于衍射分析、能谱标定、设备检测等，因此，X射线源的应用范围广泛。X射线管是一种常见的X射线发生器，一般由金属阳极和灯丝阴极组成，两极均被密封在高真空的玻璃或陶瓷外壳内。在负高压条件下，阴极产生的电子加速轰击阳极表面，在能点跃迁和轫致辐射等物理过程中会产生X射线。X射线管出射X射线的能谱分布由阴极的高压上限决定，而发射强度则由射线管的电流值、即轰击电子数目决定。
由于存在轫致辐射，X射线管出射的X射线谱为能点连续分布的轫致谱叠加阳极材料特征辐射峰。但是，在一些领域需要单能X射线作为射线源，在这些应用场合X射线管的轫致辐射对于测量会造成不利的影响。为消除轫致辐射的影响，通常使用金属滤片组合滤光或荧光X射线的方法，在高压高电流(高功率)条件下，为避免局部功率过高将金属阳极表面熔化，一般会将灯丝阴极聚焦的焦点控制得很大，往往是数毫米或十数毫米的方形焦斑或更大尺寸的条形焦斑，因此发射出的X射线往往存在空间分布不均匀的情况。但是，传统的X射线源只设计有单一材质的荧光片，即只能激发一种材料的特征辐射X射线，并且，出射的荧光X射线的强度与发散角的大小均不可调。因此，传统的X射线源的使用受到较多的限制，已不能满足发展的需求。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种可调X射线源，其能够出射能点可调的准单能荧光X射线，并且近似呈点出射，空间分布均匀，荧光X射线的发散角及强度均可调。
为实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种可调X射线源，包括防护箱以及设置在该防护箱内的X射线管，其要点在于：在所述防护箱内设有可转动的托盘和可移动的光阑，在所述防护箱上设有准直部件，所述X射线管上具有出射窗口，在所述托盘上设有至少两块荧光片，出射窗口出射的X射线依次经过荧光片、光阑和准直部件后向防护箱外出射，所述荧光片均为单质金属材料，从其中一块荧光片出射的荧光X射线的能点大于或小于从其余任一块荧光片出射的荧光X射线的能点。
采用以上结构，结构新颖，便于调节，可靠性高；通过可转动的托盘以及设置在该托盘上的不同单质金属材料的荧光片使本发明能够出射的荧光X射线具有单能的特征辐射，并且能够变换荧光片而出射具有不同能点的荧光X射线；然后荧光X射线通过光阑的通光孔再射向准直部件，使荧光X射线形成近似点发射效果，使出射的单能荧光X射线空间分布更加均匀；再通过调节光阑的位置，可改变从防护箱中出射的荧光X射线的发散角大小，同时能调节出射的荧光X射线的强度。
作为优选：所述出射窗口的开口方向朝下，所述托盘位于出射窗口的正下方，所述光阑位于托盘和准直部件之间。采用以上结构，使荧光片与X射线管出射的X射线夹角为45°，荧光X射线再沿水平方向射向光阑，再经准直部件准直后从防护箱出射，位置设计合理，稳定可靠。
作为优选：所述托盘为棱台形，所述荧光片各位于该托盘的一个侧面上。采用以上结构，使X射线管出射的X射线只能经其中一块荧光片射向光阑，保证了单能的特征辐射，同时通过转动托盘，能够十分便捷地变换被照射的荧光片，进而控制出射的荧光X射线的能点。
作为优选：在所述防护箱内设有用于支承所述托盘的托盘架，在该托盘架上设有用于驱动所述托盘转动的电机。采用以上结构，既能够可靠地固定托盘，又能够控制托盘的转动。
作为优选：在所述防护箱内设有用于使所述光阑靠近或者远离托盘的电动平移台。采用以上结构，所述光阑安装在电动平移台上，通过带动铅平板移动，改变光阑与荧光片的间距，可改变从防护箱中出射的荧光X射线的发散角的大小，同时能控制出射的荧光X射线的强度。
作为优选：在所述防护箱内设有用于支承所述X射线管的射线管支撑柱。采用以上结构，能够可靠地固定X射线管的位置。
作为优选：所述准直部件为铅制的法兰盘，该准直部件的中心位置具有准直孔。采用以上结构，法兰盘采用铅材质，使荧光X射线只能从准直孔穿过。
作为优选：所述防护箱采用铁板和铅板的双层结构，其中，内层采用铅板，外层采用铁板。采用以上结构，内层采用铅板能够屏蔽X射线，外层采用铁板使防护箱坚固耐用，保护内部零件。
作为优选：所述防护箱上具有线缆孔，所述X射线管的管路从该线缆孔中穿出。采用以上结构，使X射线管自带的高压电缆及冷却水管能够从线缆孔中引出。
作为优选：所述光阑采用铅材质，并具有通光孔。采用以上结构，光阑采用铅材质，保证了荧光X射线只能从光阑的通光孔穿过。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
采用本发明提供的可调X射线源，结构新颖，易于实现，能够出射能点可调的单能荧光X射线，并且近似呈点出射，空间分布均匀，荧光X射线的发散角及强度均可调。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的平面结构示意图；
图3为图2的右视图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，一种可调X射线源，包括防护箱7，在该防护箱7内设有X射线管1、托盘4、光阑5，所述X射线管1上具有出射窗口11，在所述防护箱7上设有准直部件9，在所述托盘4上设有多块荧光片3，每块荧光片3为不同种类的单质金属薄片，厚度几十微米至几百微米不等。出射窗口11出射的X射线经过一片荧光片3后，出射荧光X射线，再经过光阑5和准直部件9后向防护箱7外出射。
请参见图1和图2，在所述防护箱7内设有射线管支撑柱2，该射线管支撑柱2为铝制支架，带锁紧螺丝，用于夹持X射线管1，并锁住其姿态。X射线管1为金属陶瓷管，圆柱形管身，其出射窗口11的开口方向朝下，X射线以锥形光束出射，其出射发散角约20°。
请参见图1和图2，所述托盘4位于出射窗口11的正下方。为了避免引入干扰，托盘4由有机玻璃材料制成，并且，托盘4为正多边结构的棱台形，荧光片3的块数与托盘4的棱数相同，每块荧光片3分别单独粘接在托盘4的一个侧面上，荧光片3被X射线照射时，受激产生荧光X射线，这些荧光X射线出射方向是任意的，但以前向为主，且只包含特征X辐射(主要包括kα和kβ特征线)，消除了X射线管1的轫致辐射的影响。使荧光片3与X射线管1出射的X射线夹角为45°，即荧光片3出射的荧光X射线沿水平方向射向光阑5。并且，在所述防护箱7内设有用于支承所述托盘4的托盘架8，在该托盘架8上设有用于驱动所述托盘4转动的电机，通过控制该电机的工作，使托盘4转动，从而变换金属薄片的位置，控制其中一块金属薄片对准X射管1的出射窗口11。因此，通过可转动的托盘4以及设置在该托盘4上的不同单质金属材料的荧光片3使本发明能够出射的荧光X射线具有单能的特征辐射，并且通过变换荧光片3的位置，使其出射具有不同能点的荧光X射线。
请参见图1和图2，所述光阑5采用铅板材质，平板厚约5毫米，并具有通光孔，该通光孔的直径为0.5毫米～1毫米左右，该通光孔与位于出射窗口11正下方的一块荧光片3正对。在所述防护箱7内设有电动平移台6，该电动平移台6为电控一维平移台，该电动平移台6位于托盘4和准直部件9之间，所述光阑5的底部呈L形结构，其与电动平移台6的顶部固定连接，光阑5可在电动平移台6的带动下靠近或远离荧光片3。荧光X射线必须通过光阑5的通光孔后才能射向准直部件9，使荧光X射线形成近似点发射效果，从而使出射的单能荧光X射线空间分布更加均匀。
请参见图1～图3，所述准直部件9为铅制的法兰盘，其通过螺栓91a固定安装在防护箱7上，该准直部件9的中心位置具有准直孔91，该准直孔91由中空的筒状部件形成，其中空处的直径10毫米左右，长度50毫米左右。经光阑5的通光孔51后的近似呈点发射的荧光X射线通过准直部件9的准直孔91，准直后的荧光X射线从准直孔91向防护箱7外出射，通过调节光阑5的位置，可改变从防护箱7中出射的荧光X射线的发散角大小以及强度。
请参见图1和图2，所述防护箱7采用铁板和铅板的双层结构，总厚度20～30毫米，其中，内层采用铅板，厚度6毫米左右，能够屏蔽X射线，提高设备安全性，外层采用铁板，使防护箱7坚固耐用，保护内部零件。并且，所述防护箱7上具有线缆孔71，所述X射线管1的管路12从该线缆孔71中穿出，该管路12由高压电缆及冷却水管能够组成，使其从线缆孔71中引出。
关于能点的概念请参见专利：CN201420580012.1、CN201210425897.3，论文：《微纳电子技术》第47卷第1期(2010年1月)中的《多能点X射线透射光栅的制作技术》。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可调X射线源，包括防护箱(7)以及设置在该防护箱(7)内的X射线管(1)，其特征在于：在所述防护箱(7)内设有可转动的托盘(4)和可移动的光阑(5)，在所述防护箱(7)上设有准直部件(9)，所述X射线管(1)上具有出射窗口(11)，在所述托盘(4)上设有至少两块荧光片(3)，出射窗口(11)出射的X射线依次经过荧光片(3)、光阑(5)和准直部件(9)后向防护箱(7)外出射，所述荧光片(3)均为单质金属材料，从其中一块荧光片(3)出射的荧光X射线的能点大于或小于从其余任一块荧光片(3)出射的荧光X射线的能点；
所述光阑(5)具有通光孔，该通光孔的直径为0.5毫米～1毫米；
在所述防护箱(7)内设有用于支承所述托盘(4)的托盘架(8)，在该托盘架(8)上设有用于驱动所述托盘(4)转动的电机；
在所述防护箱(7)内设有用于使所述光阑(5)靠近或者远离托盘(4)的电动平移台(6)。
2.根据权利要求1所述的可调X射线源，其特征在于：所述出射窗口(11)的开口方向朝下，所述托盘(4)位于出射窗口(11)的正下方，所述光阑(5)位于托盘(4)和准直部件(9)之间。
3.根据权利要求2所述的可调X射线源，其特征在于：所述托盘(4)为棱台形，所述荧光片(3)各位于该托盘(4)的一个侧面上。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的可调X射线源，其特征在于：在所述防护箱(7)内设有用于支承所述X射线管(1)的射线管支撑柱(2)。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的可调X射线源，其特征在于：所述准直部件(9)为铅制的法兰盘，该准直部件(9)的中心位置具有准直孔(91)。
6.根据权利要求1所述的可调X射线源，其特征在于：所述防护箱(7)采用铁板和铅板的双层结构，其中，内层采用铅板，外层采用铁板。
7.根据权利要求1或6所述的可调X射线源，其特征在于：所述防护箱(7)上具有线缆孔(71)，所述X射线管(1)的管路(12)从该线缆孔(71)中穿出。
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