本發(fā)明涉及一種X射線源結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種圖案化碳納米管陰極的反射式X射線源結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

計算機斷層成像設(shè)備(computed tomography，CT)是一種功能強大的醫(yī)學(xué)攝影診斷設(shè)備，在利用X射線對人體某一范圍進行逐層掃描，獲取投影信息，然后在計算機中進行數(shù)據(jù)處理和圖像重建。傳統(tǒng)螺旋CT成像系統(tǒng)主要包括X射線源、高壓發(fā)生器、探測器、機架、滑環(huán)等部件。

X射線源作為CT系統(tǒng)的關(guān)鍵核心部件之一，在一定程度上決定著CT系統(tǒng)的成像方式與成像性能。傳統(tǒng)的X射線源由熱陰極和陽極組成，工作時通過熱激發(fā)游離電子的方式產(chǎn)生電子束，然后在陽極電壓的作用下，游離的電子被加速，轟擊陽極靶，產(chǎn)生X射線。由于陰極燈絲(如：鎢絲)需要被加熱到一定的程度，從而導(dǎo)致X射線源啟動速度慢，使用壽命短，功耗大，常常需要及時更換X射線管。由此可見，傳統(tǒng)的X射線源的這些缺陷導(dǎo)致其無法集成化和設(shè)備小型化，在一定程度上制約了CT系統(tǒng)的性能。此外，傳統(tǒng)的X射線源通過金屬陽極施加高電壓從而將電子從碳納米管尖端拉出，可控性能比較差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種圖案化碳納米管陰極的反射式X射線源結(jié)構(gòu)，能解決傳統(tǒng)X射線源采用熱陰極作為電子源而導(dǎo)致工作溫度高、功耗大、啟動速度慢，使用壽命短、不利于實現(xiàn)射線源的小型化的問題，同時實現(xiàn)對場致發(fā)射的調(diào)控。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種圖案化碳納米管陰極的反射式X射線源結(jié)構(gòu)，其包括碳納米管、導(dǎo)電底座、絕緣罩、絕緣墊片、聚焦桶、柵網(wǎng)、陽極靶、鈹窗和球管，所述碳納米管、導(dǎo)電底座、絕緣罩、絕緣墊片、聚焦桶和柵網(wǎng)封裝在所述球管的內(nèi)部，所述絕緣罩的底部與所述導(dǎo)電底座配合并將所述碳納米管、絕緣墊片和柵網(wǎng)由下而上依次安裝在所述導(dǎo)電底座的頂部，所述聚焦桶設(shè)置在所述絕緣罩的頂部，所述球管的頂部設(shè)有與球管內(nèi)部連通的X射線發(fā)生通道，所述球管的底部封閉，所述聚焦桶的頂端與所述X射線發(fā)生通道的入射端相對，所述鈹窗設(shè)置在所述X射線發(fā)生通道的出射端，所述陽極靶設(shè)置在所述X射線發(fā)生通道內(nèi)，當(dāng)對導(dǎo)電底座和柵網(wǎng)分別施加電壓到閾值后，通過柵網(wǎng)調(diào)控碳納米管產(chǎn)生的電流強度，電子從碳納米管的端面拉出，經(jīng)過聚焦桶進行電子聚焦形成光斑打在陽極靶上，產(chǎn)生X射線并朝鈹窗方向透射出去。

作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述碳納米管是利用微納加工技術(shù)制作出一定高度的微柱，然后利用CVD工藝在其表面生長一定高度的碳管，通過精確控制碳管生長高度，以及微柱表面的催化劑沉積，進而長出3D圖案化的碳納米管。

作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述導(dǎo)電底座設(shè)有第一法蘭盤和設(shè)置于所述第一法蘭盤上的一級臺階，所述絕緣罩的底部設(shè)有與所述一級臺階配合連接的第一階梯孔，所述絕緣罩還設(shè)有第二法蘭盤，所述第二法蘭盤與第一法蘭盤通過螺釘連接。

作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述一級臺階上設(shè)有二級臺階，所述絕緣墊片上設(shè)有與所述二級臺階配合連接的第二階梯孔，且所述第二階梯孔連通于所述碳納米管和柵網(wǎng)之間。

作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述二級臺階的端面中部設(shè)有凹槽，所述凹槽的尺寸與所述碳納米管的尺寸匹配。

作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述絕緣罩的頂部設(shè)有與所述聚焦桶配合連接的第三階梯孔。

作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述導(dǎo)電底座連接有支撐電極，所述支撐電極的一端與所述導(dǎo)電底座連接，所述支撐電極的另一端穿過所述球管的封閉端與外部電源連接。

作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述柵網(wǎng)設(shè)有第一電源線，所述第一電源線的一端與所述柵網(wǎng)連接，所述第一電源線的另一端穿過所述球管的封閉端與外部電源連接。

作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述聚焦桶設(shè)有第二電源線，所述第二電源線的一端與所述聚焦桶連接，所述第二電源線的另一端穿過所述球管的封閉端與外部電源連接。

作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述第二法蘭盤設(shè)有兩個可供所述第一電源線和第二電源線穿過的通孔，以及至少兩個可供螺釘穿過的安裝孔；所述第一法蘭盤設(shè)有與所述通孔相對的避讓孔，以及至少兩個與所述安裝孔相對的螺紋孔。

實施本發(fā)明的一種圖案化碳納米管陰極的反射式X射線源結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下有益效果：

將碳納米管作為X射線的場致發(fā)射電子源集成到導(dǎo)電底座上，當(dāng)對導(dǎo)電底座和柵網(wǎng)分別施加電壓到閾值后，通過柵網(wǎng)調(diào)控碳納米管產(chǎn)生的電流強度，電子從碳納米管的端面拉出，經(jīng)過聚焦桶進行電子聚焦形成光斑打在陽極靶上，產(chǎn)生X射線并朝鈹窗方向透射出去，從而實現(xiàn)X射線成像。這樣的設(shè)計，是由于碳納米管具有很大的縱橫比和極小的曲率半徑，在相對較低的電場強度下就能發(fā)射大電流，并具有閾值電壓低、發(fā)射電流密度大、穩(wěn)定性強等優(yōu)異的場致發(fā)射性能，解決傳統(tǒng)X射線源采用熱陰極作為電子源而導(dǎo)致工作溫度高、功耗大、啟動速度慢，使用壽命短、不利于實現(xiàn)射線源的小型化的問題；同時，通過使用柵網(wǎng)作為柵極并優(yōu)化絕緣墊片隔離碳納米管和柵網(wǎng)之間的距離來調(diào)控碳納米管冷陰極產(chǎn)生的電流強度，且柵網(wǎng)可以很好地實現(xiàn)瞬間開啟或關(guān)閉，進而實現(xiàn)對場致發(fā)射的調(diào)控；還通過聚焦桶的聚焦作用來控制打在陽極靶的聚焦光斑，從而提高成像質(zhì)量。此外，本發(fā)明還具有結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定、組裝簡單、體積小巧、使用方便、成本低、實用性強等優(yōu)點。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例的附圖作簡單地介紹。

圖1是本發(fā)明的圖案化碳納米管陰極的反射式X射線源結(jié)構(gòu)的爆炸圖；

圖2是3D圖案化的碳納米管生長工藝前的效果圖；

圖3是3D圖案化的碳納米管生長工藝后的效果圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

如圖1所示，本發(fā)明的優(yōu)選實施例，一種圖案化碳納米管透射X射線源結(jié)構(gòu)，其包括碳納米管1、導(dǎo)電底座2、絕緣罩3、絕緣墊片4、聚焦桶5、柵網(wǎng)6、陽極靶7、鈹窗8和球管9，所述碳納米管1、導(dǎo)電底座2、絕緣罩3、絕緣墊片4、聚焦桶5和柵網(wǎng)6封裝在所述球管9的內(nèi)部，所述絕緣罩3的底部與所述導(dǎo)電底座2配合并將所述碳納米管1、絕緣墊片4和柵網(wǎng)6由下而上依次安裝在所述導(dǎo)電底座2的頂部，所述聚焦桶5設(shè)置在所述絕緣罩3的頂部，所述球管9的頂部設(shè)有與球管9內(nèi)部連通的X射線發(fā)生通道10，所述球管9的底部封閉，所述聚焦桶5的頂端與所述X射線發(fā)生通道10的入射端相對，所述鈹窗8設(shè)置在所述X射線發(fā)生通道10的出射端，所述陽極靶7設(shè)置在所述X射線發(fā)生通道10內(nèi)。

本實施例中，導(dǎo)電底座2優(yōu)選采用金屬導(dǎo)電材料制成，其上具有內(nèi)嵌凹槽，匹配碳納米管1的尺寸，從而實現(xiàn)碳納米管1的限位作用，且方便對碳納米管1施加電壓；絕緣罩3優(yōu)選采用陶瓷材料制成，用于固定柵網(wǎng)6和承接聚焦桶5；絕緣墊片4優(yōu)選采用陶瓷材料制成，用于隔離柵網(wǎng)6和碳納米管1；柵網(wǎng)6優(yōu)選為100目鎢網(wǎng)，鎢網(wǎng)施加電壓后可將電子拉出；球管9優(yōu)選為玻璃球管9，用于真空封裝碳納米管1、導(dǎo)電底座2、絕緣罩3、絕緣墊片4、聚焦桶5和柵網(wǎng)6組成的核心結(jié)構(gòu)，為電子提供良好的遷移環(huán)境；陽極靶7優(yōu)選采用大塊銅作為陽極，有利于散熱，且其電子轟擊面具有一定的傾角，保證X射線的出光角度與鈹窗8一致。

該圖案化碳納米管陰極的反射式X射線源結(jié)構(gòu)的工作原理是，將碳納米管1作為X射線的場致發(fā)射電子源集成到導(dǎo)電底座2上，當(dāng)對導(dǎo)電底座2和柵網(wǎng)6分別施加電壓到閾值后，通過柵網(wǎng)6調(diào)控碳納米管1產(chǎn)生的電流強度，電子從碳納米管1的端面拉出，經(jīng)過聚焦桶5進行電子聚焦形成光斑打在陽極靶7上，產(chǎn)生X射線并朝鈹窗8方向透射出去，從而實現(xiàn)X射線成像。這樣的設(shè)計，是由于碳納米管1具有很大的縱橫比和極小的曲率半徑，在相對較低的電場強度下就能發(fā)射大電流，并具有閾值電壓低、發(fā)射電流密度大、穩(wěn)定性強等優(yōu)異的場致發(fā)射性能?；谔技{米管1的X射線源在工作過程中，當(dāng)碳納米管1的表面電場達(dá)到一定的閾值后，就能從碳納米管1中產(chǎn)生游離的電子，可以說電子的產(chǎn)生是瞬時的，而且這個過程中不產(chǎn)生熱量。由此利用這些特性制成的碳納米管X射線源，能解決傳統(tǒng)X射線源采用熱陰極作為電子源而導(dǎo)致工作溫度高、功耗大、啟動速度慢，使用壽命短、不利于實現(xiàn)射線源的小型化的問題；同時，通過使用柵網(wǎng)6作為柵極并優(yōu)化絕緣墊片4隔離碳納米管1和柵網(wǎng)6之間的距離來調(diào)控碳納米管冷陰極產(chǎn)生的電流強度，且柵網(wǎng)6可以很好地實現(xiàn)瞬間開啟或關(guān)閉，進而實現(xiàn)對場致發(fā)射的調(diào)控；還通過聚焦桶5的聚焦作用來控制打在陽極靶7的聚焦光斑，從而提高成像質(zhì)量。

進一步，本實施例中，所述碳納米管1是利用微納加工技術(shù)制作出一定高度(如：20um)的微柱，然后利用化學(xué)氣相沉積(英譯簡稱：CVD)工藝在其表面生長一定高度的碳管，通過精確控制碳管生長高度，以及微柱端面和側(cè)壁的催化劑沉積，進而長出3D圖案化的碳納米管1。需要說明的是，所述3D圖案化的碳納米管1中，碳管在具有刻蝕一定深度微柱的重參雜硅片表面進行CVD生長，一步實現(xiàn)3D圖案化碳管制作，如圖2和圖3所示。其中，微柱端面生長完全突出的碳管和側(cè)壁生長向四周伸展的碳管，構(gòu)造成3D碳管結(jié)構(gòu)，并保證碳管束之間產(chǎn)生電流不相互影響。

為了更好地實現(xiàn)導(dǎo)電底座2和絕緣罩3之間的連接，所述導(dǎo)電底座2設(shè)有第一法蘭盤21和設(shè)置于所述第一法蘭盤21上的一級臺階22，所述絕緣罩3的底部設(shè)有與所述一級臺階22配合連接的第一階梯孔31，所述絕緣罩3還設(shè)有第二法蘭盤32，所述第二法蘭盤32與第一法蘭盤21通過螺釘連接。

為了更好地實現(xiàn)碳納米管1、絕緣墊片4和柵網(wǎng)6之間的連接，所述一級臺階22上設(shè)有二級臺階23，所述絕緣墊片4上設(shè)有與所述二級臺階23配合連接的第二階梯孔41，且所述第二階梯孔41連通于所述碳納米管1和柵網(wǎng)6之間。其中，所述二級臺階23的端面中部設(shè)有凹槽，所述凹槽的尺寸與所述碳納米管1的尺寸匹配，對碳納米管1起到限位作用。所述第二階梯孔41包括預(yù)留一定深度的大圓孔和小圓孔，大圓孔用于與導(dǎo)電底座2的二級臺階23配合對準(zhǔn)，小圓孔作為碳納米管1的發(fā)射窗口連通于所述碳納米管1和柵網(wǎng)6之間，裝配時，小圓孔的四周邊緣還可以壓緊固定碳納米管1。還需要說明的是，該小圓孔的深度控制在0.2mm，實現(xiàn)柵網(wǎng)6施加小電壓即可滿足場致發(fā)射的閾值。

為了更好地實現(xiàn)絕緣罩3和聚焦桶5之間的連接，所述絕緣罩3的頂部設(shè)有與所述聚焦桶5配合連接的第三階梯孔33，該第三階梯孔33用于配合聚焦桶5進行固定。還需要說明的是，第一階梯孔31和第三階梯孔33所組成的孔的形狀為工字形，也即第一階梯孔31和第三階梯孔33的小圓通孔在絕緣罩3的中心形成電子遷移通道。

進一步，本實施例中，所述導(dǎo)電底座2連接有支撐電極11，所述支撐電極11的一端與所述導(dǎo)電底座2連接，所述支撐電極11的另一端穿過所述球管9的封閉端與外部電源連接。其中，導(dǎo)電底座2與碳納米管1相導(dǎo)通。由此，通過支撐電極11的設(shè)計，不僅提供碳納米管1的電壓要求，同時提供了球管9內(nèi)部的核心結(jié)構(gòu)(如：碳納米管1、導(dǎo)電底座2、絕緣罩3、絕緣墊片4、聚焦桶5和柵網(wǎng)6的組合結(jié)構(gòu))的支撐作用。

進一步，本實施例中，所述柵網(wǎng)6設(shè)有第一電源線，所述第一電源線的一端與所述柵網(wǎng)6連接，所述第一電源線的另一端穿過所述球管9的封閉端與外部電源連接，從而為柵網(wǎng)6提供電壓，所述聚焦桶5設(shè)有第二電源線，所述第二電源線的一端與所述聚焦桶5連接，所述第二電源線的另一端穿過所述球管9的封閉端與外部電源連接，從而為聚焦桶5提供電壓。圖案化碳納米管陰極的反射式X射線源結(jié)構(gòu)此外，絕緣罩3的左右兩側(cè)均預(yù)留有狹縫，保證兩根電源線分別連接聚焦桶5和柵網(wǎng)6施加相應(yīng)電壓。

進一步，本實施例中，所述第二法蘭盤32設(shè)有兩個可供所述第一電源線和第二電源線穿過的通孔，以及至少兩個可供螺釘穿過的安裝孔；所述第一法蘭盤21設(shè)有與所述通孔相對的避讓孔，以及至少兩個與所述安裝孔相對的螺紋孔。這樣的設(shè)計，一方面，通過安裝孔和螺紋孔的設(shè)計，利用螺釘將絕緣罩3鎖死在導(dǎo)電底座2上，實現(xiàn)絕緣罩3和導(dǎo)電底座2的固定，另一方面，通過通孔和避讓孔的設(shè)計，保證了電源線絕緣，避免與其他電極發(fā)生短路。

此外，本發(fā)明的圖案化碳納米管陰極的反射式X射線源結(jié)構(gòu)不僅可以用于人體器官瞬間成像和危險品檢測的目的，而且還能實現(xiàn)X射線對不同疾病的放射治療。

綜上所述，本發(fā)明的圖案化碳納米管陰極的反射式X射線源結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定、組裝簡單、體積小巧、使用方便、成像清晰、功率低、成本低、可控性高和實用性強等優(yōu)點。

以上所揭露的僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明申請專利范圍所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。