[發(fā)明專利]一種光-柵復(fù)合控制的場(chǎng)致發(fā)射X射線管

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110339599.8
• 申請(qǐng)日: 2011-11-01
• 公開（公告）號(hào): CN102339713A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳澤祥;任俊;胡添勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01J35/02
• 分類號(hào): H01J35/02;H01J35/04;H01J35/14;H01J35/22
• 代理公司: 成都華典專利事務(wù)所(普通合伙) 51223
• 代理人: 楊保剛;徐豐

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種場(chǎng)致發(fā)射X射線管，尤其涉及一種用光電管、晶體管和柵網(wǎng)進(jìn)行復(fù)合控制的場(chǎng)致發(fā)射X射線管。

背景技術(shù)

目前，X射線已經(jīng)廣泛應(yīng)用于醫(yī)療檢測(cè)、工業(yè)無(wú)損檢測(cè)和材料表征等生產(chǎn)、生活和科研活動(dòng)中。X射線管是X射線成像、測(cè)試和CT等系統(tǒng)的核心部件，直接決定著成像系統(tǒng)的整體性能。現(xiàn)有的X射線管主要采用熱陰極發(fā)射電子束，經(jīng)過(guò)加速后轟擊陽(yáng)極靶以產(chǎn)生高能量X射線。現(xiàn)由于熱陰極通常需要將陰極加熱到約800～1600℃才能正常工作，其結(jié)果是：1）增加了器件的功率消耗，器件溫度高；2）高溫工作中陰極活性物質(zhì)的不斷蒸發(fā)，污染器件，降低器件的可靠性、穩(wěn)定性和有效使用壽命；3）啟動(dòng)速度慢、開關(guān)速度慢、難于實(shí)現(xiàn)與被拍攝物體同步、壽命短等缺點(diǎn)。另外熱陰極的電子束能量散射較大，難于獲得高分辨率。

相比傳統(tǒng)的熱陰極，場(chǎng)致發(fā)射陰極（FEA）的發(fā)射機(jī)理使其具有無(wú)需加熱、可以瞬時(shí)啟動(dòng)、功率損耗低、優(yōu)異的開關(guān)特性等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)電子束亮度比熱陰極高的多，可以獲得更高的分辨率和更清晰成像，逐漸有了替代傳統(tǒng)熱陰極X射線管的趨勢(shì)。在眾多場(chǎng)致發(fā)射陰極中，由于碳納米管具有極大的縱橫比、曲率半徑小、抗離子轟擊能力強(qiáng)、超高導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能等優(yōu)點(diǎn)，是最理想的場(chǎng)致發(fā)射陰極材料之一。理論分析和測(cè)試結(jié)果表明，碳納米管場(chǎng)致發(fā)射的能量散射僅為0.2-0.3eV；同時(shí)碳納米管場(chǎng)致發(fā)射陰極可達(dá)到2×10⁹A/(m·rad)²的極高電子束亮度，比一般場(chǎng)致發(fā)射陰極高一個(gè)數(shù)量級(jí)；電子出射角也非常小，可以獲得極高的電子束流品質(zhì)。碳納米管場(chǎng)致發(fā)射X射線管具有更高的性能。

從技術(shù)角度來(lái)看，X射線管的發(fā)展趨勢(shì)是瞬時(shí)啟動(dòng)和高開關(guān)頻率脈沖發(fā)射。實(shí)現(xiàn)以上功能的途徑是采用柵控技術(shù)。在現(xiàn)有熱陰極X射線管中，由于陰極溫度非常高，要在陰極附近采用柵控的方式非常困難，X射線管很難實(shí)現(xiàn)柵控發(fā)射。采用場(chǎng)致發(fā)射陰極由于陰極工作溫度低，實(shí)現(xiàn)柵控成為可能。在現(xiàn)有文獻(xiàn)和專利中，將碳納米管陰極或其他場(chǎng)致發(fā)射陰極用于X射線管中，都是基本采用由陰極、柵極和陽(yáng)極構(gòu)成的三級(jí)管結(jié)構(gòu)，均是固定陽(yáng)極的小功率X射線管。柵極不截獲電流的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極的碳納米管場(chǎng)致發(fā)射X射線管未見報(bào)道。?

現(xiàn)已經(jīng)提出的柵控X射線管有一定的局限性。如：1）由于X射線管工作電壓非常高，電子束流非常大，特別是旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極的束流達(dá)到安培級(jí)。現(xiàn)有的柵控X射線管中柵極均會(huì)截獲電子，即有一部分電子將轟擊在柵極上，從而使柵極發(fā)熱、變形甚至燒毀，并產(chǎn)生二次電子發(fā)射，從而導(dǎo)致發(fā)射電子失控、很短時(shí)間X射線管將報(bào)廢；2）由于現(xiàn)提出的柵控方式都是要求在柵極上施加脈沖電壓以獲得脈沖發(fā)射和高的脈沖發(fā)射頻率。這需要額外提供高品質(zhì)的超高壓脈沖電源，特別是在X射線管中，陰極端為負(fù)超高壓，施加在柵極上脈沖電壓必須疊加在超高電壓上，因此實(shí)現(xiàn)柵極高速超高壓脈沖電壓控制實(shí)現(xiàn)非常困難，并且可靠性很差；3）X射線管中，根據(jù)不同的要求，需要改變發(fā)射電流。而現(xiàn)有的場(chǎng)致發(fā)射X射線管要實(shí)現(xiàn)電流控制，必須調(diào)節(jié)加在柵極上的超高脈沖電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)，柵極高壓的精度和穩(wěn)定度將直接影響發(fā)射電流，而超高壓脈沖高壓的精度和穩(wěn)定度是非常難實(shí)現(xiàn)的。因此，目前報(bào)道的柵控X射線管的電流精確控制非常困難。以上是至今為什么沒(méi)有柵控X射線管面市的根本原因。

所以，本發(fā)明柵極無(wú)截獲電流的光-柵復(fù)合控制場(chǎng)致發(fā)射X射線管的出現(xiàn)將解決以前柵控X射線管所困擾的電子截獲、無(wú)法實(shí)現(xiàn)脈沖發(fā)射、可靠性差這一難題，這使得X射線管的性能有了進(jìn)一步的提升。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種避免柵控場(chǎng)致發(fā)射X射線管中柵極截獲電子以及脈沖發(fā)射電流精度控制容易的光和柵極復(fù)合控制的場(chǎng)致發(fā)射X射線管。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種光-柵復(fù)合控制的場(chǎng)致發(fā)射X射線管，包括真空容器、陽(yáng)極、陽(yáng)極靶，還包括陰極組件、陰極支座、陰極頭，陰極組件固定在陰極支座上，陰極支座固定在陰極頭上，所述陰極頭包含第一引出電極，第二引出電極、第三引出電極、絕緣支座，陰極頭通過(guò)絕緣支座與真空容器真空封接，第三引出電極與陰極支座連接；

所述陰極組件包括場(chǎng)致發(fā)射陰極、自會(huì)聚電極、柵網(wǎng)、陶瓷絕緣體、高耐壓晶體管、光電二極管、第一高壓電阻R1和第二高壓電阻R2，其中：