[發明專利]一種輻照用X射線管及其輻照裝置

在審

• 申請號: 202211624228.9
• 申請日: 2022-12-16
• 公開（公告）號: CN115954250A
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 魏賢龍;饒為棟;李志偉;張光華;王治國
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01J35/12
• 分類號: H01J35/12;H01J35/06;H01J35/16
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理有限公司 11200
• 代理人: 司立彬

本發明公開了一種輻照用X射線管及其輻照裝置。本發明的輻照用X射線管，其特征在于，包括：一長條形的真空腔體，所述真空腔體內設有熱電子發射燈絲和陽極；所述熱電子發射燈絲和所述陽極沿所述真空腔體的長度方向相對設置且被真空間隔；所述熱電子發射燈絲固定在貫穿所述真空腔體的兩金屬電極之間；所述陽極包含反射式金屬靶極，和與所述反射式金屬靶極固定的冷卻管道；所述冷卻管道貫穿所述真空腔體，用于冷卻所述反射式金屬靶極。本發明可輸出高功率X射線。本發明輻照裝置，包括一個具有至少一個入口的屏蔽外殼，所述屏蔽外殼用于阻止X射線泄露，入口處設有屏蔽門；一個或多個所述的輻照用X射線管，所述輻照用X射線管分布在屏蔽外殼內部。

技術領域

本發明屬于射線輻照領域，特別涉及一種輻照用的X射線管及其輻照裝置。

背景技術

X射線輻照已經被應用于食品加工、育種、材料改性、醫療器械殺菌滅毒、血液輻照等諸多領域，產生了很好的經濟效益。

X射線可通過一個X射線管產生，其在一個封閉的真空腔體內包含一個電子發射陰極和陽極，陰極發射的電子經高電壓加速后轟擊到陽極，經韌致輻射或原子能級躍遷發射X射線。傳統X射線管主要用來滿足工業或醫療領域X射線成像的需求，要實現高的成像分辨率就必須要求陰極發射的電子要盡量聚焦和轟擊到陽極表面一個盡量小的點上，即具有盡量小的焦點尺寸，因此傳統X射線管可以看作是具有較小輻射空間角的點X射線源。一方面，高能電子束轟擊陽極一個小點上導致該點局部承受高溫，為了使其不發生熔化，X射線管的功率受到很大限制。另一方面，小的輻射空間角使得X射線輻照強度的空間均勻性較差；同時射線能量利用率低，約只有百分之一能量的X射線被有效利用。這些都使得傳統X射線管只能提供較小的輻照功率，難以滿足輻照應用的需求。

為了克服傳統X射線管以上技術問題，近年來發明了專門用于輻照的X射線管。為了實現大的輻射空間角、提高輻照強度的空間均勻性，美國Rad?Source技術公司發明了線性透射式X射線管，采用沿圓柱形射線管軸向設置的線狀燈絲和沿圓柱形射線管內壁設置的透射型靶極的技術方案，實現了具有360度輻照角、軸向輻照強度均一性好的線性X射線管(美國專利：US?7346147?B2，US?2016/0189907?A1)。雖然國內外之后出現了多個改進型的輻照用X射線管，但是仍舊都采用透射式靶極、靶極設置在X射線管真空腔體內壁的技術方案(美國專利：US?9818569?B2；中國專利：202022817990.1，202221581224.2，202110729700.4，201210302279.X)。但是，為了防止X射線被靶極吸收，透射式靶極要求金屬靶厚度足夠薄(一般幾個微米厚)，這一方面增加了加工難度和成本，同時減弱了靶極的抗電子轟擊能力，限制了X射線管的功率。此外，靶極設置在X射線管真空腔體內壁的方案增加了X射線管冷卻的技術難度。目前的技術方案要么采用冷卻效果不佳的風冷技術方案，要么采用在X射線管外圍設置水冷層或纏繞水冷管的方案，后者將顯著增加X射線被吸收的比例，降低X射線的輸出功率。

由于此前輻照用X射線管不能提供高功率的X射線輸出，此前的X射線輻照裝置一直受到輻照功率不高的限制。此外，如何在被輻照空間實現三個維度方向都具有均勻分布的輻照強度也是此前X射線輻照裝置面臨的技術問題。

發明內容

本發明的目的是針對此前輻照用X射線管和輻照裝置的以上局限性，發明一種可輸出高功率X射線的輻照用X射線管，并在此基礎上進一步發明一種具有高輻照功率和三維均勻分布輻照強度的輻照裝置。

本發明的技術方案是：

一種輻照用X射線管，其特征在于，包括：

一個密封的長條形真空腔體、設置在所述真空腔體內部的熱電子發射燈絲和陽極；

所述熱電子發射燈絲和所述陽極沿所述真空腔體長度方向相對設置且被真空間隔；

所述熱電子發射燈絲固定在貫穿真空腔體的兩個金屬電極之間；