CN117690767A - 一种提高单能x射线转换效率的射线管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高单能X射线转换效率的射线管，属于X射线管技术领域，目的是解决现有射线管的单能X射线转换效率低的问题。所述提高单能X射线转换效率的射线管包括：靶体部分和壳体部分，所述壳体部分包括阴极壳和阳极壳，所述阴极壳具有容纳所述靶体部分的容纳腔；所述靶体部分包括阳极单元、阴极单元、以及位于所述阳极单元与所述阴极单元之间的二次靶；所述阳极单元包括阳极靶和高压接口；所述阴极单元包括灯丝和偏压接口。本发明具有X射线转换效率高，设计简单，可以输出不同的单能特征X射线的优点。
Description
技术领域
本发明涉及射线管技术领域，具体涉及一种提高单能X射线转换效率的射线管。
背景技术
X射线管是X射线成像技术的关键部件之一，常规的X射线管，利用加速的电子束射向阳极靶，产生轫致辐射及特征X射线。但由于轫致辐射X射线的能量是连续的，对单个X射线的能量未知，因此缺少了X射线的能损信息，现有技术为利用X射线强度的分布进行成像，这种成像方式需要增大辐射剂量以提高成像清晰度，且对病灶的定性诊断差。在降低辐射剂量和实现准确定性诊断等方面，单能X射线管有独特优势。
基于高电压的单色X射线管，其基本原理是加速的电子束打在高Z靶材上产生初级X射线，而后初级X射线射与其他靶材产生荧光X射线，将低能的L壳层特征X射线过滤后，就剩单能的K壳层特征X射线。现有的常规X射线管发出的射线能量是连续性的，缺少能损信息；而目前最新的发射特征X射线的单能X射线管转换效率(电子到K壳层X射线的转换效率约为10-5)极低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高单能X射线转换效率的射线管，以解决现有射线管的单能X射线转换效率低，结构复杂的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
本发明提供一种提高单能X射线转换效率的射线管，所述提高单能X射线转换效率的射线管包括：
靶体部分和壳体部分，所述壳体部分包括：阴极壳和阳极壳；
所述阴极壳具有连接端和与所述连接端相对设置的自由端，沿所述连接端和所述自由端的连线方向上；所述阴极壳具有容纳所述靶体部分的容纳腔；
所述靶体部分包括阳极单元、阴极单元以及位于所述阳极单元和所述阴极单元之间的二次靶，所述二次靶包括所述阴极端和与所述阴极端相对设置的阳极端；
所述阴极单元包括灯丝和偏压接口，所述阴极单元的远端形成为所述偏压接口，所述偏压接口暴露于所述自由端外，所述灯丝连接所述阴极端，以用于产生电子束；
所述阳极单元包括阳极靶和高压接口，所述阳极靶的远端形成为所述高压接口且所述高压接口暴露于所述阳极壳外，所述阳极靶悬置与所述二次靶内部靠近所述阳极端的一侧，以用于接收从所述阴极单元射出的所述电子束的撞击，产生初级X射线；所述初级X射线通过所述二次靶生成荧光X射线。
可选择地，所述壳体部分还包括抽真空孔，所述抽真空孔包括第一端和第二端，所述第一端暴露于所述阴极壳的外表面，所述第二端连通所述二次靶的内部。
可选择地，所述壳体部分还包括真空密封槽，所述真空密封槽设置于所述阴极壳的连接端上，所述真空密封槽用于放置密封件，以用于创造所述提高单能X射线转换效率的射线管内的真空环境。
可选择地，所述壳体部分还包括出射窗，所述出射窗设置于所述阳极壳上，以用于封真空并过滤掉低能L壳层特征X射线。
可选择地，所述阴极壳和所述阳极壳可拆卸连接，所述阴极壳与所述阳极壳的连接处为法兰结构，所述法兰结构通过多个螺栓连接。
可选择地，所述二次靶可拆卸地装配于所述容纳腔中，以用于输出不同的单能特征X射线；所述二次靶自所述阴极端至所述阳极端的截面面积逐渐变大，以用于使荧光X射线射向所述出射窗。
可选择地，所述阳极靶的厚度为5-10mm，以用于增大所述阳极靶的热容量，并且避免所述初级X射线射向探测器。
可选择地，所述阳极靶的靶面大于所述电子束的焦斑，以用于防止初级X射线从阳极靶侧面穿出射向探测器。
可选择地，所述出射窗使用的材料为铍，所述阳极靶制作材料为高Z材料，如钨、铅、金等。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的电子到单能X射线的转换效率高；
2、本发明的结构简单，采用厚阳极靶，使厚阳极靶产生的X射线方向与二次靶产生的特征X射线方向相反，不需要复杂的轫致辐射屏蔽设计；
3、本发明的二次靶可更换，以用于输出不同的单能特征X射线。
附图说明
图1为提高单能X射线转换效率的射线管原理示意图；
图2为提高单能X射线转换效率的射线管结构设计***图；
图3为提高单能X射线转换效率的射线管自二次靶出射的单能X射线源二维位置分布图。
附图标记说明
1-阴极壳；2-阳极壳；3-二次靶；4-灯丝；5-偏压接口；6-阳极靶；7-高压接口；8-抽真空孔；9-真空密封槽；10-出射窗。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明提供一种提高单能X射线转换效率的射线管，其中灯丝4产生电子束，电子束与阳极靶6产生初级X射线，初级X射线与二次靶3产生荧光X射线。电子束焦斑可以适当放大，提高X射线管的散热率。阳极靶6采用高Z的厚靶，一是可以增大热容量，二是避免初级X射线射向探测器，阳极靶6的靶面略大于电子束的照射面，以防初级X射线从阳极靶6侧面穿出射向探测器。阳极靶6和灯丝4安装在二次靶3内，这样产生的初级X射线全部可以照射到二次靶3上，总的电子转换为荧光X射线的效率远大于只有部分初级X射线照射到二次靶3上。产生单能荧光X射线是4π角发射的，可以从X射线管出射的立体角由二次靶3的张角决定。铍窗起到封真空和过滤掉低能L壳层特征X射线的作用。
本发明提供一种提高单能X射线转换效率的射线管，参考图1和图2所示，提高单能X射线转换效率的射线管包括：
靶体部分和壳体部分，壳体部分包括：阴极壳1和阳极壳2；
阴极壳1具有连接端和与连接端相对设置的自由端，沿连接端和自由端的连线方向上；阴极壳1具有容纳靶体部分的容纳腔；
壳体部分还包括抽真空孔8，抽真空孔8包括第一端和第二端，第一端暴露于阴极壳1的外表面，第二端连通二次靶3的内部。
壳体部分还包括真空密封槽9，真空密封槽9设置于阴极壳1的连接端上，真空密封槽9用于放置密封件，以用于创造提高单能X射线转换效率的射线管内的真空环境。
壳体部分还包括出射窗10，出射窗10设置于阳极壳2上，以用于封真空并过滤掉低能L壳层特征X射线。
阴极壳1和阳极壳2可拆卸连接，阴极壳1与阳极壳2的连接处为法兰结构，法兰结构通过6个螺栓连接。
靶体部分包括阳极单元、阴极单元以及位于阳极单元和阴极单元之间的二次靶3，二次靶3包括阴极端和与阴极端相对设置的阳极端；参考图3所示，图3为二次靶截面上单能X射线源的二维密度(强度)分布图，二次靶3自阴极端至阳极端的截面面积逐渐变大，以用于使荧光X射线射向出射窗10方向；二次靶3可拆卸地装配于容纳腔中，以用于输出不同的单能特征X射线；
阴极单元包括灯丝4和偏压接口5，阴极单元的远端形成为偏压接口5，偏压接口5暴露于自由端外，灯丝4连接阴极端，以用于产生电子束；
灯丝4的长度可调节，通过改变灯丝4长度来改变灯丝4与阳极靶6的距离，使从灯丝4射出的电子束打在阳极靶6上的焦斑半径比阳极靶6靶面半径小但尽量接近，例如，从灯丝4射出的电子束打在阳极靶6上的焦斑半径比阳极靶6靶面小2mm或3mm，以用于调整X射线管的散热率；
阳极单元包括阳极靶6和高压接口7，阳极靶6的远端形成为高压接口7且高压接口7暴露于阳极壳2外，阳极靶6悬置与二次靶3内部靠近阳极端的一侧，以用于接收从阴极单元射出的电子束的撞击，产生初级X射线；初级X射线通过二次靶3生成荧光X射线；
阳极靶6的厚度可以是5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm，以用于增大阳极靶6的热容量，并且避免初级X射线射向探测器；
阳极靶6的制作材料为高Z金属，例如钨、铅、金等，这些材料具有高熔点，高热导率和良好的散热性能，能够承受高能量的电子轰击并产生足够强的X射线辐射；
阳极靶6的靶面大于电子束的焦斑，以用于防止初级X射线从阳极靶6侧面穿出射向探测器；
阴极单元的灯丝4射出加速的电子束，电子束打在阳极单元的高Z阳极单元厚靶上产生初级X射线，而后初级X射线射与二次靶3，产生荧光X射线；荧光X射线经过出射窗10过滤后，低能的L壳层特征X射线被过滤掉，剩下单能的K壳层特征X射线。其总的电子转换成特征X射线的效率用公式可以描述为：
η＝ηb·Ωc·ηf
其中，ηb为加速电子打在靶上产生X射线的概率，ηb由电子的能量、靶材、靶的厚度以及入射角决定；ηf为X与物质相互作用产生特征X射线的概率，ηf由入射X射线的能量和靶材决定。Ωc为二次靶相对于初级X射线的立体角。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的电子到单能X射线的转换效率高；
2、本发明的结构简单，采用厚阳极靶，使厚阳极靶产生的X射线方向与二次靶产生的特征X射线方向相反，不需要复杂的轫致辐射屏蔽设计；
3、本发明的二次靶可更换，以用于输出不同的单能特征X射线。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种提高单能X射线转换效率的射线管，其特征在于，所述提高单能X射线转换效率的射线管包括：
靶体部分和壳体部分，所述壳体部分包括：阴极壳(1)和阳极壳(2)；
所述阴极壳(1)具有连接端和与所述连接端相对设置的自由端，沿所述连接端和所述自由端的连线方向上；所述阴极壳(1)具有容纳所述靶体部分的容纳腔；
所述靶体部分包括阳极单元、阴极单元以及位于所述阳极单元和所述阴极单元之间的二次靶(3)，所述二次靶(3)包括所述阴极端和与所述阴极端相对设置的阳极端；
所述阴极单元包括灯丝(4)和偏压接口(5)，所述阴极单元的远端形成为所述偏压接口(5)，所述偏压接口(5)暴露于所述自由端外，所述灯丝(4)连接所述阴极端，以用于产生电子束；
所述阳极单元包括阳极靶(6)和高压接口(7)，所述阳极靶(6)的远端形成为所述高压接口(7)且所述高压接口(7)暴露于所述阳极壳(2)外，所述阳极靶(6)悬置与所述二次靶(3)内部靠近所述阳极端的一侧，以用于接收从所述阴极单元射出的所述电子束的撞击，产生初级X射线；所述初级X射线通过所述二次靶(3)生成荧光X射线。
2.根据权利要求1所述的提高单能X射线转换效率的射线管，其特征在于，所述壳体部分还包括抽真空孔(8)，所述抽真空孔(8)包括第一端和第二端，所述第一端暴露于所述阴极壳(1)的外表面，所述第二端连通所述二次靶(3)的内部。
3.根据权利要求1所述的提高单能X射线转换效率的射线管，其特征在于，所述壳体部分还包括真空密封槽(9)，所述真空密封槽(9)设置于所述阴极壳(1)的连接端上，所述真空密封槽(9)用于放置密封件，以用于创造所述提高单能X射线转换效率的射线管内的真空环境。
4.根据权利要求1所述的提高单能X射线转换效率的射线管，其特征在于，所述壳体部分还包括出射窗(10)，所述出射窗(10)设置于所述阳极壳(2)上，以用于封真空并过滤掉低能L壳层特征X射线。
5.根据权利要求1所述的提高单能X射线转换效率的射线管，其特征在于，所述阴极壳(1)和所述阳极壳(2)可拆卸连接，所述阴极壳(1)与所述阳极壳(2)的连接处为法兰结构，所述法兰结构通过多个螺栓连接。
6.根据权利要求1所述的提高单能X射线转换效率的射线管，其特征在于，所述二次靶(3)可拆卸地装配于所述容纳腔中，以用于输出不同的单能特征X射线；所述二次靶(3)自所述阴极端至所述阳极端的截面面积逐渐变大，以用于使荧光X射线射向所述出射窗(10)。
7.根据权利要求1所述的提高单能X射线转换效率的射线管，其特征在于，所述阳极靶(6)的厚度为5-10mm，以用于增大所述阳极靶(6)的热容量，并且避免所述初级X射线射向探测器。
8.根据权利要求1所述的提高单能X射线转换效率的射线管，其特征在于，所述阳极靶(6)的靶面大于所述电子束的焦斑，以用于防止初级X射线从阳极靶(6)侧面穿出射向探测器。
9.根据权利要求1所述的提高单能X射线转换效率的射线管，其特征在于，所述出射窗(10)使用的材料为铍，所述阳极靶(6)制作材料为钨、铅或金。
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