專利名稱：柵控納米碳管冷陰極x線管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)現(xiàn)有X線管的工作原理結(jié)構(gòu)材料及其供電電路的重大改進(jìn)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的X線管采用直熱式(鎢)燈絲熱電子發(fā)射陰極，除極少數(shù)專用X線管(如電容放電電源波尾切斷或脈沖工作)均不附加?xùn)艠O。熱電子發(fā)射陰極需要專門(mén)的供電電源，熱耗大、工作壽命有限。此外，大多數(shù)恒定電壓X線管陰極處于負(fù)高壓電位，其燈絲電源需要采用隔離該負(fù)高壓的專用耐高壓燈絲變壓器，體積大、制造成本高。
利用單個(gè)金屬尖端放電場(chǎng)效發(fā)射原理作X線管冷陰極，雖能克服上述缺點(diǎn)，但單個(gè)金屬尖端工作壽命較短，其冷發(fā)射對(duì)電場(chǎng)設(shè)計(jì)不能實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射電子束聚焦和管電流調(diào)控。
最新材料科學(xué)研究成果納米碳管(CNT)材料，具有穩(wěn)定的場(chǎng)效發(fā)射電流特性，可在無(wú)燈絲電源和能耗的情況下作為電子真空元件中電子發(fā)射元件，已經(jīng)被成功應(yīng)用于平面顯示器中，代替熱絲陰極，使顯示器厚度減薄，能耗減小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種柵控納米碳管冷陰極X線管，其目的在于解決X線管陰極加熱需要專門(mén)的供電電源的問(wèn)題，以及采用金屬尖冷陰極時(shí)陰極工作壽命短、不能實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射電子束聚焦和管電流調(diào)控等方面存在的問(wèn)題。
本發(fā)明的技術(shù)方案為柵控納米碳管冷陰極X線管，其包括有X線管外殼及設(shè)置在X線管外殼內(nèi)的陰極組合體和陽(yáng)極組合體，其特征在于由納米碳管膜片作為X線管陰極電子發(fā)射體，在該膜片中心的發(fā)射面積上設(shè)置有納米碳管陣列；納米碳管膜片的背面有導(dǎo)電引出片，通過(guò)陰極導(dǎo)線引出X線管外殼之外；在納米碳管膜片相對(duì)應(yīng)的位置上設(shè)置有柵極片，柵極片是固定在陰極組合體外殼上并與之相互導(dǎo)通，柵極片和陰極組合體外殼由柵極引出導(dǎo)線引出X線管外殼；納米碳管膜片與柵極片及陰極組合體外殼被絕緣墊片所隔離；陰極組合體外殼在柵極片的另一側(cè)的形狀為一級(jí)聚焦電場(chǎng)臺(tái)階和二級(jí)聚焦電場(chǎng)臺(tái)階。
柵極片由帶有細(xì)小網(wǎng)孔的金屬薄片制成，位于納米碳管膜片相對(duì)位置且與之平行，柵極片中心帶網(wǎng)孔部分的面積和形狀與納米碳管膜片上發(fā)射面積和形狀相對(duì)應(yīng)。
在柵極引出導(dǎo)線和陰極引出導(dǎo)線之間加電壓Ugk，Ugk取自倍壓整流電路負(fù)高壓端最后一級(jí)的倍壓電容，通過(guò)電阻或電容分壓提供。
Ugk取自倍壓整流電路負(fù)高壓端最后一級(jí)倍壓電容上的穩(wěn)定分壓，即將限流電阻串聯(lián)一個(gè)穩(wěn)壓管，并聯(lián)在倍壓整流電路最后一級(jí)倍壓電容上，Ugk為穩(wěn)壓管兩端的電壓。
優(yōu)點(diǎn)及效果最新材料科學(xué)研究成果納米碳管(CNT)材料，具有穩(wěn)定的場(chǎng)效發(fā)射電流特性，可在無(wú)燈絲電源和能耗的情況下作為電子真空元件中電子發(fā)射元件，已經(jīng)被成功應(yīng)用于平面顯示器中，代替熱絲陰極，使顯示器厚度減薄，能耗減小。把CNT材料用來(lái)代替熱絲陰極用于X線管，就擺脫了燈絲供電電源和隔離變壓器，大大簡(jiǎn)化了電子線路，降低了成本和體積，其工作壽命也超過(guò)了熱絲陰極。然而CNT材料冷陰極X線管面臨兩大主要技術(shù)難題a、批量生產(chǎn)中額定管電壓下管電流一致性的控制難以解決，更不能做到一種X線管在不同管電壓下保持額定管電流；b、難于實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射電子束的聚焦；由于CNT材料膜片發(fā)射電流密度遠(yuǎn)低于熱燈絲陰極，要用較大發(fā)射面積才能達(dá)到額定管電流，而用于成像的X線管要求限制焦點(diǎn)面積，這就要求對(duì)發(fā)射電子束進(jìn)行聚焦，而X線管的傳統(tǒng)聚焦手段(如碗形陰極聚焦)聚焦電場(chǎng)設(shè)計(jì)與CNT材料發(fā)射電場(chǎng)要求相矛盾。
本發(fā)明采用電場(chǎng)分隔原理，即把發(fā)射電子電場(chǎng)與對(duì)電子束聚焦電場(chǎng)用柵極分隔，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)射電流可以單獨(dú)由發(fā)射電場(chǎng)控制，既可解決批量產(chǎn)品管工作電流一致性的微調(diào)，也可解決一個(gè)X線管在不同管電壓下保持額定管電流的問(wèn)題；仍可采用傳統(tǒng)的聚焦手段設(shè)計(jì)聚焦電場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)CNT材料發(fā)射電子束的聚焦。


附圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2、3、4為本發(fā)明的管電壓3種電路的提供方式。
具體實(shí)施例方式見(jiàn)附圖1，該圖只畫(huà)出陰極的結(jié)構(gòu)部分，由納米碳管膜片3制成X線管陰極發(fā)射體，該膜片3中心在特定的發(fā)射面積上定向生長(zhǎng)有納米碳管陣列。該發(fā)射片無(wú)需加熱，在相應(yīng)的發(fā)射電場(chǎng)下即可發(fā)射電子。
納米碳管膜片3的背面有導(dǎo)電引出片4，通過(guò)陰極引出導(dǎo)線5引出X線管外殼8之外。該膜片3與柵極片4及陰極組合體外殼1之間被絕緣墊片7所隔離，互不導(dǎo)電。
柵極片2由帶有細(xì)小網(wǎng)孔的金屬薄片制成，位于納米碳管膜片3一側(cè)且與之平行。柵極片2中心帶網(wǎng)孔部分的面積和形狀與納米碳管膜片3上特定發(fā)射面積和形狀相對(duì)應(yīng)。
柵極片2與陰極組合體外殼1相互導(dǎo)通，陰極組合體外殼1緊貼柵極片2，由柵極引出導(dǎo)線6引出X線管外殼8。在柵極片2的另一側(cè)，由陰極組合體外殼1圍成合適的幾何形狀，包括一級(jí)聚焦電場(chǎng)臺(tái)階9和二級(jí)聚焦電場(chǎng)臺(tái)階10，兩級(jí)臺(tái)階幾何形狀構(gòu)成對(duì)透過(guò)柵極發(fā)出電子束所需的聚焦電場(chǎng)，從而保證電子束在達(dá)到陽(yáng)極11靶面時(shí)，其斷面具有設(shè)計(jì)焦點(diǎn)所需要的面積和形狀。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，X線管外殼8可采用各種實(shí)用X線管殼材料和封裝，如玻璃、陶瓷或金屬封接。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，X線管陽(yáng)極11可采用普通反射式陽(yáng)極結(jié)構(gòu)及工藝，也可采用本發(fā)明者發(fā)明的透射陽(yáng)極結(jié)構(gòu)與工藝(歐洲專利EP0584871A1，中國(guó)發(fā)明專利中請(qǐng)98114400.4)。
使用時(shí)，除按常規(guī)加管電壓外，通過(guò)柵極與陰極引出線之間加電壓Ugk控制X線管的管電流。
見(jiàn)圖2、3，對(duì)于陰極不接地而接負(fù)高壓的情況，本發(fā)明X線管的Ugk取自倍壓整流電路負(fù)高壓端最后一級(jí)的電容，可通過(guò)電阻或電容分壓提供。
見(jiàn)圖4，當(dāng)需要在可變管電壓下保證一定的管電流時(shí)，Ugk可通過(guò)在負(fù)高壓最后一級(jí)的倍壓電容上取分壓并用限流電阻與穩(wěn)壓管組合，提供一個(gè)穩(wěn)定的Ugk，當(dāng)高壓變化時(shí)，Ugk不變。
權(quán)利要求
1.柵控納米碳管冷陰極X線管，其包括有X線管外殼(8)及設(shè)置在X線管外殼(8)內(nèi)的陰極組合體(1)和陽(yáng)極組合體(11)，其特征在于由納米碳管膜片(3)作為X線管陰極電子發(fā)射體，在該膜片(3)中心的發(fā)射面積上設(shè)置有納米碳管陣列；納米碳管膜片(3)的背面有導(dǎo)電引出片(4)，通過(guò)陰極導(dǎo)線(5)引出X線管外殼(8)之外；在納米碳管膜片(3)相對(duì)應(yīng)的位置上設(shè)置有柵極片(2)，柵極片(2)是固定在陰極組合體外殼(1)上并與之相互導(dǎo)通，柵極片(2)和陰極組合體外殼(1)由柵極引出導(dǎo)線(6)引出X線管外殼(8)；納米碳管膜片(3)與柵極片(2)及陰極組合體外殼(1)被絕緣墊片(7)所隔離；陰極組合體外殼(1)在柵極片(2)的另一側(cè)的形狀為一級(jí)聚焦電場(chǎng)臺(tái)階(9)和二級(jí)聚焦電場(chǎng)臺(tái)階(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵控納米碳管冷陰極X線管，其特征在于柵極片(2)由帶有細(xì)小網(wǎng)孔的金屬薄片制成，位于納米碳管膜片(3)相對(duì)位置且與之平行，柵極片(2)中心帶網(wǎng)孔部分的面積和形狀與納米碳管膜片(3)上發(fā)射面積和形狀相對(duì)應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵控納米碳管冷陰極X線管，其特征在于在柵極引出導(dǎo)線(6)和陰極引出導(dǎo)線(5)之間加電壓Ugk，Ugk取自倍壓整流電路負(fù)高壓端最后一級(jí)的倍壓電容，通過(guò)電阻或電容分壓提供。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵控納米碳管冷陰極X線管，其特征在于Ugk取自倍壓整流電路負(fù)高壓端最后一級(jí)倍壓電容上的穩(wěn)定分壓，即將限流電阻串聯(lián)一個(gè)穩(wěn)壓管，并聯(lián)在倍壓整流電路最后一級(jí)倍壓電容上，Ugk為穩(wěn)壓管兩端的電壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及對(duì)現(xiàn)有X線管的工作原理結(jié)構(gòu)材料及其供電電路的重大改進(jìn)。其特征是由納米碳管膜片作為X線管陰極電子發(fā)射體，在該膜片中心的發(fā)射面積上設(shè)置有納米碳管陣列；在納米碳管膜片相對(duì)應(yīng)的位置上設(shè)置有柵極片，柵極片是固定在陰極組合體外殼上并與之相互導(dǎo)通，納米碳管膜片與柵極片及陰極組合體外殼被絕緣墊片所隔離。使用時(shí)，除按常規(guī)加管電壓外，還在柵極與陰極之間加電壓U
文檔編號(hào)H01J35/06GK1404098SQ0213318
公開(kāi)日2003年3月19日 申請(qǐng)日期2002年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月15日
發(fā)明者譚大剛 申請(qǐng)人:譚大剛