專利名稱：X 射線管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生X射線的X射線管，特別是涉及一種能夠產(chǎn)生具有相對(duì)較高強(qiáng)度的X射線的X射線管。本發(fā)明的目的特別在于在使用X射線來檢查木材的工廠中使用的X射線管的制造。下文中大致參考該部門。不過應(yīng)當(dāng)知道，本發(fā)明同樣可以用于任何其它部門或用于任何其它目的。
背景技術(shù)：
因?yàn)樵诔^一個(gè)世紀(jì)以前就已經(jīng)發(fā)明了 X射線管，它們通常包括真空容器(通常
為玻璃泡)，該真空容器中容納陰極(負(fù)極)和陽極(正極)，實(shí)際上相對(duì)較高的直流電壓施加在陰極和陽極之間(甚至幾kV )。陽極定位在離陰極預(yù)定距離處，并包括由金屬(例如鎢、鑰或銠)制造的重盤，該金屬能夠在受到以預(yù)定動(dòng)能運(yùn)行的電子撞擊時(shí)發(fā)射X射線，如后面更詳細(xì)所述。盤傾斜定位，使得它的朝向陰極的主面與垂直于連接陰極和陽極的方向的平面成一定角度。再有，陰極通常包括加熱螺線，該加熱螺線由于熱離子效應(yīng)而發(fā)射電子。一旦發(fā)射，電子通過在陽極和陰極之間存在的電勢(shì)差而加速，然后撞擊金屬盤。在碰撞的瞬間，它們的動(dòng)能的較小部分根據(jù)已知方法而轉(zhuǎn)變成X射線。這樣產(chǎn)生的X射線將通過它們自身沿所有方向傳播。不過，陽極(扁平盤)的形狀意味著離開它的大部分X射線沿與盤的兩個(gè)面基本垂直的方向傳播。特別是，大部分射線通過離開盤的、與朝向陰極的面相反的面來傳播(向前射線)，同時(shí)明顯更少的部分離開朝向陰極的面(向后射線)。而且，因?yàn)樵诓僮鬟^程中陽極受到明顯的加熱，在工業(yè)應(yīng)用中它必須冷卻。目前，這通常通過向陽極的與朝向陰極的面相反的面使用冷卻裝置來實(shí)現(xiàn)。冷卻裝置包括盒形金屬元件(通常由鋼制造)，該盒形金屬元件與陽極熱接觸，且冷卻劑液體例如水在該盒形金屬元件中流動(dòng)。不過，為了保證正確的熱耗散，冷卻裝置的尺寸和結(jié)構(gòu)為使得實(shí)際上所有向前射線都由盒形元件或冷卻水吸收。因此，在現(xiàn)有技術(shù)的工業(yè)X射線管中，可用的唯一射線是向后射線。這是陽極定位成一定角度的原因。實(shí)際上，只有這樣才能夠引導(dǎo)X射線朝向管的外部，而不會(huì)使它們消耗在冷卻裝置中和不會(huì)撞擊陰極。不過，當(dāng)電子撞擊陽極時(shí)，產(chǎn)生的射線覆蓋不同波長(zhǎng)的較寬范圍(實(shí)際范圍取決于用于制造陽極的金屬類型和操作電壓，也就是說電子在碰撞瞬間的速度)。不過，在工業(yè)水平中，只有一些波長(zhǎng)實(shí)際有用。例如，為了檢查木材，不僅對(duì)具有較低頻率的任何射線都不感興趣，因?yàn)椴荒艽┻^木頭，而且必須避免，因?yàn)樗鼈兛赡茉跊]有木頭時(shí)使得檢測(cè)傳感器飽和。因此，當(dāng)前有售的X射線管裝備有濾波器，該濾波器在向后射線能夠離開之前截取該向后射線。濾波器包括金屬板(例如由鈹或銅制造)，該金屬板只有幾毫米厚，能夠吸收由該管發(fā)射的X射線的、不能用于相關(guān)用途的波長(zhǎng)。
上面所述表示了由所有現(xiàn)有技術(shù)方案共有的方面。不過，重要的是考慮到當(dāng)前市場(chǎng)上的X射線管還可能有電子流限制和集中裝置以及X射線限制裝置。還有具有旋轉(zhuǎn)陽極的現(xiàn)有技術(shù)管，它設(shè)計(jì)成連續(xù)改變電子在陽極上的撞擊點(diǎn)。在任何情況下，本發(fā)明都可以通過合適調(diào)節(jié)而用于任何X射線管。考慮到上述情況，顯然現(xiàn)有技術(shù)的X射線管的主要問題是具有較低輸出。產(chǎn)生的X射線只有少部分可用于相關(guān)用途。因此，在需要高輸出(例如原木的X射線檢查)的部門中，正常市場(chǎng)上的X射線管并不合適，必須使用專用的、極高輸出的管(同樣有高成本)
發(fā)明內(nèi)容
在這種情況下，形成本發(fā)明的基礎(chǔ)的技術(shù)目的是提供一種克服上述缺點(diǎn)的X射線管。特別是，本發(fā)明的技術(shù)目的是提供一種X射線管，與普通X射線管相比，它在工作參數(shù)相等的情況下能夠提供具有明顯更高強(qiáng)度的X射線。本發(fā)明的技術(shù)目的還在于提供一種X射線管，與普通管相比，它在輸出相等的情況下更便宜。所述技術(shù)目的和目標(biāo)基本通過如附加權(quán)利要求中所述制造的X射線管來實(shí)現(xiàn)。


參考附圖，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)在詳細(xì)說明中更清楚，該附圖表示了 X射線管的多個(gè)優(yōu)選、非限定實(shí)施例，附圖中圖I是根據(jù)本發(fā)明制造的X射線管的示意圖；圖2是圖I的管的放大詳圖；圖3是板的示意俯視圖，該板是圖I的X射線管的組成部件的一部分；圖4是另一板的不意俯視圖；圖5是圖3和4的板的俯視圖，其中，板連接在一起；以及圖6是圖5的板的示意正視圖。
具體實(shí)施例方式參考附圖，參考標(biāo)號(hào)I整體表示根據(jù)本發(fā)明制造的X射線管。與現(xiàn)有技術(shù)的X射線管類似，根據(jù)本發(fā)明的X射線管首先包括封閉元件2，該封閉元件2優(yōu)選是玻璃泡等。封閉元件2還包括發(fā)射部分3，在管I中產(chǎn)生的X射線能夠朝著使用它們(例如用于木材件的X射線檢查)的區(qū)域發(fā)送。如圖I中所示，由空間分開的陰極4和陽極5安裝在封閉元件2的內(nèi)部。陰極4可以以與現(xiàn)有技術(shù)的陰極相同的方式來制造。在圖I中，特別是，它是能夠由于熱離子效應(yīng)而發(fā)射電子E的加熱線圈。相反，與現(xiàn)有技術(shù)的陽極類似，本發(fā)明的陽極5由能夠在受到具有預(yù)定動(dòng)能的電子E撞擊時(shí)發(fā)射X射線的材料來制造。陽極5包括基本朝向陰極4的第一主面6以及朝向與該第一面6相反的第二主面7。
根據(jù)本發(fā)明，陽極5的第一主面6并不需要相對(duì)于與從陰極4朝著陽極5延伸的方向垂直的平面成角度。如后面更詳細(xì)所述，根據(jù)本發(fā)明，來自X射線管I的、被使用的X射線并不像現(xiàn)有技術(shù)的管那樣是向后射線，而是向前射線，也就是說，是實(shí)際上離開陽極5的第二主面7的射線。優(yōu)選是，冷卻裝置8用于陽極5的第二主面7上，以便耗散在產(chǎn)生X射線的過程中產(chǎn)生的熱量。優(yōu)選是，冷卻裝置8包括熱導(dǎo)體元件9，該熱導(dǎo)體元件9與陽極5的第二主面7熱連接，且冷卻劑流體例如水在該熱導(dǎo)體元件9內(nèi)部流動(dòng)。本發(fā)明的主要方面是冷卻裝置8執(zhí)行雙重功能。它們也是能夠基于相應(yīng)波長(zhǎng)對(duì)由陽極5發(fā)射的X射線進(jìn)行濾波的濾波器裝置10 (在圖I中，X射線由波浪箭頭表示)。由于該新穎實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明，用于X射線的發(fā)射部分3 (射線通過該發(fā)射部分離開封閉元件2)定位成使得它實(shí)際上接收從陽極5的第二主面7發(fā)射的X射線(也就是說，向前射線，在它們經(jīng)過濾波器裝置10之后)。 在優(yōu)選實(shí)施例中，這通過使得熱導(dǎo)體元件9裝有多個(gè)微槽道11來實(shí)現(xiàn)，實(shí)際上，增壓冷卻劑液體能夠以湍流運(yùn)動(dòng)在這些微槽道11中流動(dòng)。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，術(shù)語微槽道11是指具有不大于十分之幾毫米的至少一個(gè)尺寸的槽道。在理想實(shí)施例中，熱導(dǎo)體元件9因此有“多孔”結(jié)構(gòu)，其中，全部相互流體連通的多個(gè)孔形成微槽道11組。這樣，一方面獲得非常大的換熱表面積，另一方面產(chǎn)生冷卻劑流體在微槽道11中的湍流運(yùn)動(dòng)。這些因素都幫助使得由冷卻劑流體除去的熱量最大。而且，為了允許流體循環(huán)，熱導(dǎo)體元件9包括用于冷卻劑流體的至少一個(gè)進(jìn)口部分12和至少一個(gè)出口部分13，它們與微槽道11流體連通(在所示實(shí)施例中，進(jìn)口部分12和出口部分13是兩個(gè)管配件)。在本發(fā)明的更完全實(shí)施例中，X射線管I因此還裝備有用于 將增壓冷卻劑流體供給冷卻裝置8的裝置(例如泵-未示出-和合適的管14)。在優(yōu)選實(shí)施例中，熱導(dǎo)體元件9優(yōu)選是包括多個(gè)平板15、16，這些平板15、16 —個(gè)壓緊在另一個(gè)頂上，以便形成主要為平地延伸的層狀疊板(pack) 17。而且，層狀疊板17優(yōu)選是主要與板平行地延伸(圖2)。在層狀疊板17中，兩個(gè)端部板15能夠相同(進(jìn)口部分12和出口部分13與它們連接)，并基本沒有孔(除了用于與冷卻劑流體的進(jìn)口部分12和出口部分13連接的孔)，還有多個(gè)內(nèi)部板16。如圖3和4中所示，層狀疊板17的各內(nèi)部板16包括多個(gè)通孔18，這些通孔18分布在它的表面上。因此，優(yōu)選是各內(nèi)部板16有具有規(guī)則網(wǎng)眼的柵格形狀。在所示實(shí)施例中，各孔18有三葉形狀，該三葉形狀由在六邊形的交替頂點(diǎn)處有三個(gè)圓形區(qū)域19的六邊形網(wǎng)形成。為了形成微槽道11，一旦制成疊板，在各板中的孔18將只與緊鄰它的板的孔18局部對(duì)齊。特別是，如果網(wǎng)眼的形狀和尺寸對(duì)于所有板都相同，則在層狀疊板17中，各板的網(wǎng)眼相對(duì)于與它相對(duì)的板的網(wǎng)眼偏離。而且，優(yōu)選是，在層狀疊板17的各內(nèi)部板16中的各孔18與正好朝著它的各內(nèi)部板16的至少兩個(gè)不同孔18局部相對(duì)，因此使得它們相互流體連通。這種情況在圖5和6中不意表不，該圖5和6表不了圖3和4的板個(gè)連接在另一個(gè)頂上。只是為了使得附圖更容易理解，在圖5中，圖3的板定位在頂部，并為完全黑色，而圖4的板在底部。而且，在圖5中，以虛線畫出的箭頭表示冷卻劑流體的可能通路(當(dāng)箭頭經(jīng)過一段黑色板時(shí)，它表示流體流入在下面板中的孔18內(nèi))。而且，在優(yōu)選實(shí)施例中，層狀疊板17只通過使得兩種內(nèi)部板16 (例如圖3和4的板)交替布置而獲得。優(yōu)選是，在所示實(shí)施例中，所有板都有相同形狀圖4的板是與圖3相同的板，但是翻轉(zhuǎn)。板16的尺寸還設(shè)置成使得一個(gè)板的網(wǎng)眼的圓形部分19精確重疊在相鄰網(wǎng)眼的圓形部分上。而且，為了獲得對(duì)X射線的正確濾波效果，熱導(dǎo)體元件9優(yōu)選是由這些特性已知的材料來制造，例如銅或鈹或其它金屬。優(yōu)選是，在優(yōu)選實(shí)施例中，層狀疊板17的厚度小于Icm,同時(shí)各板15、16的厚度是十分之幾毫米或者甚至更小。如前所述，上述本發(fā)明實(shí)施例是一種可能的最簡(jiǎn)單實(shí)施例。不過，通過合適調(diào)節(jié)，本發(fā)明還可以有利地用于更復(fù)雜實(shí)施例，例如裝備有用于定心和聚焦電子流和X射線的實(shí)施例，或者裝備有旋轉(zhuǎn)陽極的實(shí)施例(顯然，在該示例中，需要進(jìn)口部分12和出口部分13的 合適實(shí)施例)。根據(jù)本發(fā)明的X射線管I的操作在產(chǎn)生X射線的方面基本類似于普通的管。陰極4發(fā)射電子E，該電子E通過施加在陰極4和陽極5之間的電勢(shì)差Λ V來加速，從而達(dá)到預(yù)定速度，因此獲得預(yù)定動(dòng)能，該動(dòng)能的少部分在電子E撞擊陽極5的瞬間轉(zhuǎn)變成X射線。產(chǎn)生的向前射線經(jīng)過熱導(dǎo)體元件9，該熱導(dǎo)體元件9消除不希望的波長(zhǎng)，同時(shí)使得有用的波長(zhǎng)能夠無阻礙地到達(dá)發(fā)射部分3。同時(shí)，冷卻劑流體在微槽道11中在壓力下循環(huán)，從而保證陽極5合適冷卻，該陽極5與熱導(dǎo)體元件9熱連接。本發(fā)明帶來重要的優(yōu)點(diǎn)。由于本發(fā)明，能夠提供一種X射線管，該X射線管在吸收功率相等的情況下保證明顯更高的X射線可用輸出，也就是說，是明顯更高效的管。也可選擇，在可用輸出相等的情況下，本發(fā)明能夠制造比普通管便宜得多的X射線管。最后，應(yīng)當(dāng)知道，本發(fā)明相對(duì)容易制造，且甚至與實(shí)施本發(fā)明相關(guān)聯(lián)的成本也并不很聞。上述發(fā)明可以以多種方式變化和改變，而并不脫離本發(fā)明思想的范圍。而且，本發(fā)明的所有細(xì)節(jié)可以由其它技術(shù)等效元件來代替，且各種部件的使用材料以及形狀和尺寸可以根據(jù)需要而變化。
權(quán)利要求
1.一種X射線管，包括 封閉元件(2 )，所述封閉元件包括X射線發(fā)射部分(3 ); 陰極(4)，所述陰極安裝在封閉元件(2)中； 陽極(5)，所述陽極安裝在封閉元件(2)中，與陰極(4)間隔開，并由在受到具有預(yù)定動(dòng)能的電子(E)撞擊時(shí)能夠發(fā)射X射線的材料來制造，所述陽極(5)包括基本朝向陰極(4)的第一主面(6)和朝向與第一主面(6)相反的第二主面(7)； 冷卻裝置(8)，所述冷卻裝置(8)施加在陽極(5)的第二主面(7)上；以及 濾波器裝置(10)，用于根據(jù)相應(yīng)波長(zhǎng)對(duì)由陽極(5)發(fā)射的X射線濾波； 其特征在于濾波器裝置(10)包括冷卻裝置(8)，X射線發(fā)射部分(3)定位成使得所述X射線發(fā)射部分實(shí)際上接收由陽極(5)的第二主面(7)發(fā)射的、已經(jīng)經(jīng)過濾波器裝置(10)的X射線。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的X射線管，其特征在于冷卻裝置(8)和濾波器裝置(10)包括熱導(dǎo)體元件(9)，所述熱導(dǎo)體元件與陽極(5)的第二主面(7)熱連接，并裝備有多個(gè)內(nèi)部微槽道(11)，實(shí)際上，增壓冷卻劑液體能夠以湍流運(yùn)動(dòng)在所述內(nèi)部微槽道(11)內(nèi)流動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的X射線管，其特征在于熱導(dǎo)體元件(9)包括多個(gè)平板，所述平板一個(gè)壓緊在另一個(gè)的頂部上，以便形成主要平地延伸的層狀疊板(17)，層狀疊板的各內(nèi)部板(16)包括分布在各內(nèi)部板的表面上的多個(gè)通孔(18)，各內(nèi)部板的通孔(18)只與緊鄰板的通孔(18)局部對(duì)齊，各個(gè)板的通孔(18)的組形成所述多個(gè)微槽道(11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的X射線管，其特征在于在層狀疊板(17)的各內(nèi)部板(16)中的各通孔(18)與正好面向它的各內(nèi)部板(16)的至少兩個(gè)不同通孔(18)局部相對(duì)，從而使得它們相互流體連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的X射線管，其特征在于層狀疊板(17)的內(nèi)部板(16)有具有規(guī)則網(wǎng)眼的柵格形狀，各內(nèi)部板的網(wǎng)眼相對(duì)于與它相對(duì)的板的網(wǎng)眼偏離。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任意一項(xiàng)所述的X射線管，其特征在于層狀疊板(17)的厚度小于1cm，各板的厚度為大約十分之幾毫米。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任意一項(xiàng)所述的X射線管，其特征在于熱導(dǎo)體元件(9)由金屬制造。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至7中任意一項(xiàng)所述的X射線管，其特征在于熱導(dǎo)體元件(9)還包括用于冷卻劑流體的至少一個(gè)進(jìn)口部分(12 )和至少一個(gè)出口部分(13 )，所述至少一個(gè)進(jìn)口部分和所述至少一個(gè)出口部分與微槽道(11)連通。
9.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的X射線管，其特征在于所述X射線管還包括用于將增壓冷卻劑流體供給冷卻裝置(8)的供給裝置。
全文摘要
本申請(qǐng)公開了一種X射線管，包括封閉元件(2)，陰極(4)和陽極(5)安裝在該封閉元件(2)中。陽極(5)包括基本朝向陰極(4)的第一主面(6)和朝向與第一面(6)相反的第二主面(7)。還有冷卻裝置(8)，該冷卻裝置(8)施加在陽極(5)的第二主面(7)上；以及濾波器裝置(10)，用于根據(jù)相應(yīng)波長(zhǎng)對(duì)由陽極(5)發(fā)射的X射線進(jìn)行濾波。冷卻裝置(8)和濾波器裝置(10)都包括熱導(dǎo)體元件(9)，該熱導(dǎo)體元件(9)與陽極(5)的第二面(7)熱連接，并裝備有多個(gè)內(nèi)部微槽道，實(shí)際上，增壓冷卻劑液體能夠以湍流運(yùn)動(dòng)在該內(nèi)部微槽道內(nèi)流動(dòng)。封閉元件還包括X射線發(fā)射部分(3)，該X射線發(fā)射部分定位成使得它實(shí)際上接收由陽極(5)的第二主面(7)發(fā)射的、已經(jīng)經(jīng)過濾波器裝置(10)的X射線。
文檔編號(hào)H01J35/12GK102741967SQ201180008052
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2011年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月2日
發(fā)明者G·芬卡爾特 申請(qǐng)人:微技術(shù)有限責(zé)任公司