[發(fā)明專利]產(chǎn)生射頻調(diào)制的X射線放射的器件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201880034277.2
• 申請日: 2018-05-25
• 公開（公告）號: CN110945620B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 布賴恩·岡薩雷斯;羅伯特·C·希伊
• 申請（專利權(quán)）人: 微-X有限公司
• 主分類號: H01J35/02
• 分類號: H01J35/02;H01J35/06;H05G1/02;H05G1/08;H05G1/10
• 代理公司: 華進(jìn)聯(lián)合專利商標(biāo)代理有限公司 44224
• 代理人: 李鑫

描述了一種用于產(chǎn)生受控的射頻(RF)調(diào)制的X射線放射的器件和方法。該器件包括容納于真空罩內(nèi)的陽極，該陽極用來加速并將電子束轉(zhuǎn)換為X射線放射。RF罩位于真空罩內(nèi)，且內(nèi)含一個(gè)場致發(fā)射器件，比如碳納米管場致發(fā)射器件或類似的冷陰極場致發(fā)射器件。場致發(fā)射器件被施加偏壓以經(jīng)由RF罩中的引出電極從場致發(fā)射陰極向陽極發(fā)射電子束。另外，RF阻抗匹配和耦合電路與場致發(fā)射器件電連接。由此，利用RF信號直接驅(qū)動(dòng)場致發(fā)射器件以產(chǎn)生RF調(diào)制的電子電流，從而產(chǎn)生RF調(diào)制的X射線放射。

優(yōu)先權(quán)文件

本申請要求2017年5月25日提交的發(fā)明名稱為“用于產(chǎn)生射頻調(diào)制的X射線放射的器件”的澳大利亞臨時(shí)專利申請第2017901986號的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用合并于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般地涉及用于產(chǎn)生X射線放射的器件，尤其涉及使用帶有場致發(fā)射陰極源的真空管來產(chǎn)生射頻調(diào)制的X射線放射的器件。本發(fā)明適合用于將碳納米管用作場致發(fā)射陰極源的器件，而且結(jié)合該示例性但非限制性的應(yīng)用來描述本發(fā)明會(huì)比較方便。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的X射線放射源使用來自被加熱陰極的熱電子發(fā)射，該熱電子發(fā)射要么直接從燈絲發(fā)出，要么從被燈絲加熱的陰極電極發(fā)出。這些器件釋放電子通量，該電子通量是陰極源溫度和在陰極附近出現(xiàn)的施加電場的函數(shù)，該電場是從真空管中的陽極和其他電極(比如聚焦電極和柵電極)施加的。這些源的局限性在于，作為基線陰極發(fā)射機(jī)制的結(jié)果，它們具有相對較低的帶寬頻率響應(yīng)。

對陰極-柵電壓的調(diào)制產(chǎn)生電子束電流的相應(yīng)調(diào)制，但是對于最小電流來說，無畸變的振幅幅度受限于使電子離開陰極的最小電場，而對于最大陰極電流來說，無畸變的振幅幅度受限于陰極的溫度。以更高的溫度操作燈絲或陰極以實(shí)現(xiàn)更高的最大電子通量導(dǎo)致燈絲壽命的急劇下降。為了增加振幅幅度的等級和最大調(diào)制頻率而又不犧牲燈絲壽命，理想地，陰極基線發(fā)射必須服從需要。這在高頻下對于熱離子源是不可能的，因?yàn)闊艚z塊的熱時(shí)間滯后。

在使用真空管的射頻(RF)功率放大器領(lǐng)域，有很多技術(shù)可用于增加特定設(shè)計(jì)的最大可用放大頻率。對于UHF波段，一旦電子束已經(jīng)形成并使用螺旋耦合/去耦系統(tǒng)正在從陽極中的束孔向捕獲電極飛行時(shí)，行波管依賴于對電子束進(jìn)行調(diào)制。電子的聚束以及與螺旋磁場的相互作用在輸出端產(chǎn)生電壓增益和RF功率增益。來自原始電子源的大量電能作為熱量浪費(fèi)在捕獲電極上。

在使用真空管的VHF功率放大器的情況下，管設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要因素是減小陰極-柵電容和陰極-陽極電容。這些管放大器依靠外部電子電路將調(diào)制后的電子束電流轉(zhuǎn)換為射頻電壓，電壓的幅度主要受限于外部源以及真空管的跨導(dǎo)曲線。然后通過阻抗匹配電路轉(zhuǎn)換RF電壓，以與想要的負(fù)載(例如，天線或RF焊接頭)一起使用。

在現(xiàn)有的熱電子或“熱”X射線放射源中，金屬絲陰極被加熱到產(chǎn)生電子，電子隨后被朝著陽極加速以產(chǎn)生X射線。可以替代熱電子源的是場致發(fā)射源或“冷”源。在場致發(fā)射管中，通過稱為量子隧穿的過程從物體的尖端引出電子。然后，這些電子朝著陽極加速以產(chǎn)生X射線。場致發(fā)射電子源具有優(yōu)于現(xiàn)有熱電子源的三個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)，即，它們在室溫下工作，它們可以被電子控制，以及它們具有瞬時(shí)響應(yīng)。場致發(fā)射源的主要問題是管的壽命和最大功率。

最近，已經(jīng)開發(fā)出碳納米管(CNT)用作這些X射線源中的場致發(fā)射器。由于其縱橫比、熱穩(wěn)定性和導(dǎo)電穩(wěn)定性高，CNT成為理想的場致發(fā)射器。基于CNT的多束X射線管在斷層成像系統(tǒng)中的最近應(yīng)用已證明了圖像質(zhì)量顯著提高，且系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性增加。

CNT多束管在單個(gè)真空管內(nèi)產(chǎn)生可單獨(dú)控制的X射線焦點(diǎn)的空間分布陣列。通過順序掃描每個(gè)焦點(diǎn)，可以在不移動(dòng)光源的情況下獲取被成像物體的斷層掃描。在不移動(dòng)X射線源的情況下生成斷層掃描消除移動(dòng)引起的模糊，從而提高重建圖像的分辨率。與X射線源的物理旋轉(zhuǎn)相比，多束管中X射線焦點(diǎn)的空間分布確定斷層掃描的幾何形狀。