本發(fā)明涉及X射線產(chǎn)生技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙面同時輻射X射線的平板X射線源器件。

背景技術(shù)：

X射線在醫(yī)療成像、安檢、無損檢測、靜電消除、消毒和環(huán)境凈化等方面有著不可或缺的重要應(yīng)用。目前，最常用的X射線源器件是熱陰極X射線管，其包括作為陰極的熱燈絲、作為陽極的金屬靶和真空管，熱燈絲和金屬靶在真空管軸線上相對設(shè)置，并分別設(shè)置在真空管的兩端，利用熱燈絲發(fā)射電子，電子經(jīng)過高壓加速后轟擊在金屬靶上產(chǎn)生X射線。一般來說，熱陰極X射線管有著工作溫度高、響應(yīng)速度慢、能耗大、壽命短、笨重等缺點，而且需要配備燈絲加熱電源和相應(yīng)的冷卻裝置。此外，在熱陰極X射線管中，X射線產(chǎn)生于金屬靶材上很小的區(qū)域，出射的X射線呈放射錐束狀分布，若要照射大面積物體時，X射線管需要遠(yuǎn)離目標(biāo)物體，大大降低了X射線的輻射強度，而且容易導(dǎo)致X射線成像失真。

不同于熱陰極X射線管，平板X射線源是一種新型的X射線源，它主要包括作為陰極的二維場發(fā)射冷陰極電子源陣列(例如碳納米管陰極陣列)和陽極靶層，二維場發(fā)射冷陰極電子源陣列和陽極靶層平行相對設(shè)置，放置在定制的真空腔體中，其原理是通過電壓控制二維場發(fā)射冷陰極電子源陣列發(fā)射電子，轟擊陽極靶層產(chǎn)生X射線。因此，平板X射線源具有無需加熱、響應(yīng)速度快、功耗低等優(yōu)點，而且擁有多個X射線出射點，發(fā)射的筆狀束X射線不但縮短了工作距離和避免了X射線成像失真，同時也大大降低了大面積陽極的熱負(fù)荷，甚至無需冷卻裝置。這樣的平板X射線源有利于構(gòu)建便攜和小型的X射線成像和輻照系統(tǒng)，在移動成像、野外生物危害凈化、靜電中和及環(huán)境消毒等方面有應(yīng)用前景。

目前為止，所報導(dǎo)的平板X射線源只能單方向出射X射線，X射線透過陽極基板或者陰極基板發(fā)射出來，在X射線成像和輻照系統(tǒng)上的應(yīng)用受到了一定的限制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于此，本發(fā)明的目的在于，提供一種雙面同時輻射X射線的平板X射線源器件。利用電子與陽極靶層相互作用可以產(chǎn)生正向和反向的X射線這一特性，通過調(diào)制陰極襯底、陽極襯底和陽極靶層的材料和厚度，平板X射線源器件可以雙面同時輻射同強度或者不同強度的X射線。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種雙面同時輻射X射線的平板X射線源器件，所述平板X射線源器件包括平行相對的陰極基板、陽極基板和高壓絕緣隔離體，所述高壓絕緣隔離體設(shè)置在陰極基板和陽極基板的邊緣，并與所述陰極基板和陽極基板形成一個高真空區(qū)；所述陰極基板包括陰極襯底和納米線冷陰極電子源陣列，所述納米線冷陰極電子源陣列設(shè)置在所述高真空區(qū)內(nèi)的陰極襯底朝向所述陽極基板的一側(cè)，所述陽極基板包括陽極襯底和陽極靶層，所述陽極靶層設(shè)于所述高真空區(qū)內(nèi)的陽極襯底朝向陰極基板的一側(cè)。

本發(fā)明的技術(shù)方案中的平板X射線源器件，其納米線冷陰極電子源陣列發(fā)射的電子轟擊陽極靶層產(chǎn)生的X射線可以透過陰極基板和陽極基板同時輻射出來，實現(xiàn)了雙面同時輻射X射線，在新型X射線成像和輻照系統(tǒng)中有著重要的應(yīng)用前景。

進(jìn)一步地，所述納米線冷陰極電子源陣列的結(jié)構(gòu)是無柵結(jié)構(gòu)、帶柵結(jié)構(gòu)或帶柵聚焦結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述納米線冷陰極電子源陣列的納米線是氧化鋅、氧化銅、氧化鎢、氧化鉬、氧化鐵、氧化鈦或者氧化錫納米線。所述納米線冷陰極電子源陣列具有優(yōu)越的場致電子發(fā)射性能，能夠高效發(fā)射電子。

進(jìn)一步地，所述陽極基板還包括抗氧化保護(hù)層，所述抗氧化保護(hù)層覆蓋在陽極靶層上。所述的抗氧化層能夠防止陽極靶層發(fā)生氧化。

進(jìn)一步地，所述抗氧化保護(hù)層為鋁膜或者抗高溫氧化的合金薄膜。

進(jìn)一步地，所述的陰極襯底和陽極襯底的厚度為0.1mm-50mm；所述高壓絕緣隔離體的高度為0.5mm-200mm；所述的陽極靶層的厚度為0.2μm-1000μm；所述的抗氧化保護(hù)層的厚度為20nm-100nm。通過選擇不同厚度的陰極襯底、陽極襯底和陽極靶層，可以調(diào)制所述平板X射線源器件雙面所輻射的X射線的強度。

進(jìn)一步地，所述陰極襯底和陽極襯底是鈹片、硅片、玻璃、石英玻璃、陶瓷基片或者耐高溫的平板塑料，所述陽極靶層為鎢、鉬、銠、銀、銅、金、鉻、鋁、鈮、鉭、錸中的一種或任意幾種組合的金屬薄膜。通過選擇不同材料的陰極襯底、陽極襯底和陽極靶層，可以調(diào)制所述平板X射線源器件雙面所輻射的X射線的強度。

進(jìn)一步地，所述高壓絕緣隔離體是玻璃、石英、陶瓷或者絕緣塑料。所述高壓絕緣隔離體起到絕緣隔離所述陰極基板和陽極基板的作用。

進(jìn)一步地，所述的平板X射線源器件是處于高真空環(huán)境的非封裝平板X射線源器件或者真空封裝平板X射線源器件。

進(jìn)一步地，所述的真空封裝平板X射線源器件還包括密封層，排氣管和吸氣劑，所述密封層覆蓋在所述高壓絕緣隔離體與陰極基板和陽極基板的接觸縫隙上，所述排氣管穿過陰極基板將所述高真空區(qū)和外界相連通，所述的吸氣劑放置在排氣管中。在真空排氣完成，排氣管封離后，可利用吸氣劑來保持高真空區(qū)的真空度。

更進(jìn)一步地，所述密封層的材料是低熔點玻璃粉。

為了更好地理解和實施，下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的雙面同時輻射X射線的平板X射線源器件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例中的雙面同時輻射X射線的真空封裝平板X射線源器件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例中的雙面同時輻射X射線的真空封裝平板X射線源器件中所用的氧化鋅納米線的SEM形貌圖及其場發(fā)射電流-電壓特性曲線；

圖4是本發(fā)明實施例中的雙面同時輻射X射線的真空封裝平板X射線源器件正向和反向出射的X射線能譜圖。

具體實施方式

請參閱圖1，其是本發(fā)明的一種雙面同時輻射X射線的平板X射線源器件的結(jié)構(gòu)示意圖。平板X射線源器件包括平行相對的陰極基板10、陽極基板20和高壓絕緣隔離體30，所述高壓絕緣隔離體30設(shè)置在陰極基板10和陽極基板20的邊緣，并與所述陰極基板10和陽極基板20形成一個高真空區(qū)。

所述陰極基板10包括陰極襯底11和納米線冷陰極電子源陣列12，所述納米線冷陰極電子源陣列12設(shè)置在所述高真空區(qū)內(nèi)的陰極襯底11朝向所述陽極基板20的一側(cè)。所述納米線冷陰極電子源陣列12的結(jié)構(gòu)可選無柵結(jié)構(gòu)、帶柵結(jié)構(gòu)和帶柵聚焦結(jié)構(gòu)中的任一種。所述無柵結(jié)構(gòu)僅包含納米線，所述帶柵結(jié)構(gòu)包含納米線和驅(qū)動?xùn)艠O，所述帶柵聚焦結(jié)構(gòu)包含納米線、驅(qū)動?xùn)艠O和一級或多級聚焦極。所述納米線冷陰極電子源陣列12的納米線可選氧化鋅、氧化銅、氧化鎢、氧化鉬、氧化鐵、氧化鈦或者氧化錫納米線中的任一種。

所述陽極基板20包括陽極襯底21、陽極靶層22和抗氧化保護(hù)層23，所述陽極靶層22設(shè)于所述高真空區(qū)內(nèi)的陽極襯底21朝向陰極基板10的一側(cè)。所述的陽極靶層22為鎢、鉬、銠、銀、銅、金、鉻、鋁、鈮、鉭、錸中的一種或任意幾種組合的金屬薄膜。所述抗氧化保護(hù)層23覆蓋在所述陽極靶層22上，所述抗氧化保護(hù)層23為鋁膜或者抗高溫氧化的合金薄膜。

所述的高壓絕緣隔離體30為玻璃、石英、陶瓷或者絕緣塑料。

所述陰極襯底11和陽極襯底21為具有低X射線衰減系數(shù)的材料，可選鈹片、硅片、玻璃、石英玻璃、陶瓷基片或者耐高溫的平板塑料中的任一種。

所述的陰極襯底11和陽極襯底21的厚度為0.1mm-50mm；所述的陽極靶層22的厚度為0.2μm-1000μm；所述的抗氧化保護(hù)層23的厚度為20nm-100nm，所述高壓絕緣隔離體30的高度為0.5mm-200mm。

所述的平板X射線源器件是處于高真空環(huán)境的非封裝平板X射線源器件或者真空封裝平板X射線源器件。

工作時，在平板X射線源器件的陰極基板10上的納米線冷陰極電子源陣列12和陽極基板20上的陽極靶層22之間施加一定量的電壓，納米線冷陰極電子源陣列12在該電壓的作用下發(fā)射出電子，形成高速的電子流，轟擊陽極靶層22產(chǎn)生X射線，其中一部分X射線透過陽極基板20發(fā)射出來，另一部分則透過陰極基板10發(fā)射出來。通過調(diào)制陰極襯底11和陽極襯底21的材料和厚度，可使得陰極襯底和陽極襯底對X射線的衰減相同或者不同，陰極襯底和陽極襯底的厚度調(diào)制范圍為0.1mm-50mm，材料可選鈹片、硅片、玻璃、石英玻璃、陶瓷基片或者耐高溫的平板塑料；同時通過調(diào)制陽極靶層22的材料和厚度，就可以調(diào)制透過陰極基板10和陽極基板20的X射線強度，使得平板X射線源器件可以雙面同時輻射同強度或者不同強度的X射線，陽極靶層的厚度調(diào)制范圍為0.2μm-1000μm，陽極靶層的材料可選鎢、鉬、銠、銀、銅、金、鉻、鋁、鈮、鉭、錸中的一種或任意幾種組合的金屬薄膜。

對上述平板X射線源器件進(jìn)行真空封裝，得到真空封裝平板X射線源器。下面以真空封裝平板X射線源器件為實施例對發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。

請查閱圖2，其是本實施例中的真空封裝平板X射線源器件結(jié)構(gòu)示意圖。

本實施例中的真空封裝平板X射線源器件與上述平板X射線源器件的區(qū)別在于：還包括密封層40，排氣管50和吸氣劑60，所述密封層40覆蓋在所述高壓絕緣隔離體30與陰極基板10和陽極基板20的接觸縫隙上，所述密封層40的材料是低熔點玻璃粉；所述排氣管50穿過陰極基板10將所述高真空區(qū)與外界連通，所述的吸氣劑60放置在排氣管中。在真空排氣完成，排氣管50封離后，利用吸氣劑60來保持高真空區(qū)的真空度。所述陰極襯底11和陽極襯底21均為3mm厚的玻璃；所述高壓絕緣隔離體30為玻璃，高度是3mm；所述納米線冷陰極電子源陣列12是無柵結(jié)構(gòu)的氧化鋅納米線冷陰極電子源陣列；所述的陽極靶層22是厚度為500nm的鎢薄膜；所述抗氧化保護(hù)層23是厚度為75nm的鋁薄膜。

所述陰極基板10和陽極基板20具有具體結(jié)構(gòu)的一面被封裝在內(nèi)側(cè)，所以在圖中未標(biāo)出其具體結(jié)構(gòu)。該真空封裝平板X射線源器件的三維尺寸和重量分別為14×9.5×0.9cm³和196g；真空封裝器件內(nèi)部真空度約為5.0×10^-6Pa。

真空封裝后的平板X射線源器件形成一個固定的整體，通過在陰極基板10上的氧化鋅納米線冷陰極電子源陣列12和陽極基板20上的鎢薄膜陽極靶層22之間施加一定量的電壓，陰極基板10上的氧化鋅納米線冷陰極電子源陣列12發(fā)射電子并轟擊鎢薄膜產(chǎn)生X射線，所產(chǎn)生的X射線透過陰極基板10和陽極基板20射出，達(dá)到雙面同時輻射同強度X射線的目的。

請參閱圖3，其是本實施例的雙面同時輻射X射線的真空封裝平板X射線源器件的場發(fā)射電流-電壓特性曲線，插圖是真空封裝平板X射線源器件所用的氧化鋅納米線SEM形貌圖。其中，(a)為二維氧化鋅納米線圓形陣列，(b)為單個氧化鋅納米線圓形，(c)為氧化鋅納米線，(d)為氧化鋅納米線放大圖。從圖中可知，氧化鋅納米線的生長形貌相當(dāng)均勻，其尖端直徑為30-50nm，平均長度為4.5μm，生長密度約為10⁸/cm²。當(dāng)該真空封裝平板X射線源器件的陽極電壓為24kV時，發(fā)射電流可達(dá)3.16mA。

請參閱圖4，其是本發(fā)明的雙面同時輻射X射線的真空封裝平板X射線源器件正向和反向出射的X射線能譜圖。從圖中可以看出，正向和反向出射的X射線具有非常相近的能量分布，在距離真空封裝平板X射線源器件正面和反面4cm處的輻射劑量率均約為200mGy/min。這是因為在某一工作電壓下，當(dāng)鎢薄膜厚度適中，且陰極基板和陽極基板對X射線衰減相近時，該真空封裝平板X射線源器件雙面輻射的X射線就具有相近的能量-強度分布。

本發(fā)明的平板X射線源器件采用納米線冷陰極電子源陣列作為電子發(fā)射源，電子發(fā)射效率高，響應(yīng)速度快，能有效提高平板X射線源器件的性能；通過采用低X射線衰減系數(shù)的材料作為陰極襯底和陽極襯底，能夠減少X射線強度的衰減；對平板X射線源器件進(jìn)行真空封裝，可使其更加緊湊和便攜。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的平板X射線源器件可以雙面同時輻射X射線，此外，通過調(diào)制陰極襯底、陽極襯底和陽極靶層的材料和厚度，可以實現(xiàn)雙面同時輻射出同強度或者不同強度的X射線，在新型X射線成像和輻照系統(tǒng)中具有重要應(yīng)用價值和意義。

以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的優(yōu)先實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。