[發明專利]一種高電子透過率的冷陰極X射線管柵極結構及制作方法

有效

• 申請號: 201810347540.5
• 申請日: 2018-04-18
• 公開（公告）號: CN108447754B
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 朱卓婭;高萬里;雷威;張曉兵;劉金虎;李勁生
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01J35/04
• 分類號: H01J35/04;H01J9/18
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 石艷紅

本發明公開了一種高電子透過率的冷陰極X射線管柵極結構及制作方法，包括柵極法蘭、銅網、金屬柵極片、柵極套筒、陰極底座和陰極發射材料；柵極法蘭設有法蘭中心通孔和法蘭凹槽；銅網嵌套在法蘭凹槽中，銅網的一側包覆有納米級厚度的碳膜；金屬柵極片設在銅網的下方，金屬柵極片與柵極法蘭相連接，套筒內腔中設有陰極底座，陰極底座通過陶瓷墊片與柵極套筒可拆卸連接；陰極底座的高度能夠調整，陰極底座的頂部設有陰極發射材料。本發明采用覆蓋有碳膜的銅柵網作為柵極，采用碳納米管為陰極發射材料，改進了因柵網網孔處電場下降帶來的發射效率降低的問題，并提升了陰極發射電子在柵極處的透過率，從而增大了陽極電流。

技術領域

本發明涉及X射線低劑量檢測和快速成像技術領域，特別是一種高電子透過率的冷陰極X射線管柵極結構及制作方法。

背景技術

X射線是波長小于紫外而又大于γ射線的電磁波，其量級在0.001nm到10nm之間。主要是通過原子中的電子在兩能量差懸殊較大的能級間躍遷產生。X射線具有廣泛的應用前景，醫學上由于其穿透人體時受到吸收的程度不同，骨骼部分的吸收量更多，最終經顯影、定影等環節呈現在CT上的陰影濃淡會有區別，因而可用于診斷；而當其照射人體部分細胞組織時，可以破壞細胞組織中的結構及成分，當這些細胞是有害細胞如腫瘤細胞時，X射線就起到了治療的作用。當X射線照射非人以外的其他物體時，同樣根據吸收峰的不同，工業上可以探查結構中的缺陷從而達到探傷的目的，而安檢中則可以查出尖銳金屬等從而維護公共秩序保障公共安全。

和采用熱陰極燈絲為電子源的X射線管不同，場致發射冷陰極X射線管不需要給固體加熱以使其內部的電子獲得額外的能量，而是靠高強度的外加電場來削弱物體表面的勢壘，使勢壘的高度降低，寬度變窄。當勢壘的寬度窄到可以同電子的波長不相上下時，物體內的電子就會以隧穿效應的方式逸出表面發射到真空中去。場致電子發射的優越性體現在高電流密度、低發射遲滯時間、不需要預熱。因此，冷陰極X射線管在低劑量檢測和快速成像等醫學研究領域獲得了廣泛關注。

在冷陰極X射線管應用中，在同樣的輻射劑量下，較大的陽極電流可以縮減曝光時間，因此提高陽極電流成為重點。在三極結構的冷陰極X射線管中，陽極電流不僅取決于陰極材料的發射特性、陰柵極間的電場分布，還和電子在柵極網孔中的透過率密切相關。即在冷陰極X射線管中，柵極不僅要能夠通過施加電壓產生足夠高的陰柵極間電場使冷陰極發射出電子，還要能讓陰極發射出的電子在陽極高壓作用下穿過柵極網孔。

然而，由于所需的發射電場是建立在柵網和陰極之間，而柵極網孔下對應的電場較弱；另外，冷陰極發射出來的電子只有透過網孔才能到達陽極，否則會被柵極截獲。在大電流發射情況下，如果大量的陰極電子被柵極所截獲，到達陽極的電子數將大大減少，陽極電流也將減小，而且還會引起柵極過熱甚至變形，導致器件工作穩定性急劇下降。因此，為獲得較高的陽極電流，不僅需要提供均勻的足夠強的陰極發射電場，還需要提高柵極的電子透過率。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，而提供一種高電子透過率的冷陰極X射線管柵極結構，該高電子透過率的冷陰極X射線管柵極結構采用覆蓋有碳膜的銅柵網作為柵極，在采用碳納米管為陰極材料的情況下，本發明通過改進柵陰極間電場分布，解決了柵網網孔處電場下降帶來的發射效率降低的問題，并提升了陰極發射電子在柵極處的透過率，從而增大了陽極電流。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種高電子透過率的冷陰極X射線管柵極結構，包括柵極法蘭、銅網、金屬柵極片、柵極套筒、陰極底座和陰極發射材料。

柵極法蘭以同軸可拆卸連接的方式蓋合在柵極套筒的正上方。

柵極套筒具有豎向設置的套筒內腔，柵極法蘭的中心設置有與套筒內腔同軸的法蘭中心通孔。

朝向柵極套筒一側的柵極法蘭上設置有法蘭凹槽，法蘭凹槽與法蘭中心通孔相連通。