静电自会聚六硼化镧X射线源的研究.pdfVIP

摘要 摘 要 高功率，大电流密度，细聚焦 X 射线源在工业无损探伤、医学成像、安全技 术等领域具有广泛的应用。随着 X 射线成像系统的发展，对于小型化，低能耗， 高性能 X 射线源的需求越来越突出。同步辐射法、激光等离子体源、电子束离子 阱等方法能够产生高密度 X 射线，但其设备复杂，造价昂贵，维护费用高，难以 实现实用化。因此，利用传统电子束打靶产生 X 射线的方法设计一种具有大电流 密度、小体积、低功耗的 X 射线源，对于提高成像空间分辨率、降低设备成本等 方面意义重大。本文设计并试制了一种用于移动式 CT 扫描的 X 射线管，并根据 设计要求进行以下几个方面的研究： 1、为实现高功率 X 射线管的小型化，采用固定阳极结构代替旋转阳极对 X 射线管进行设计。并采用静电自聚焦方式，设计了具有梯形聚焦槽的单圆筒电极 电子束聚焦结构，避免聚焦电极的引出。 2 、为解决固定阳极结构的阳极散热问题，采用具有优异电子发射能力的六硼 化镧阴极代替传统钨阴极。在脉冲工作方式下，对 X 射线管的阴极发射体结构进 行设计。设计了发射面尺寸为 4.5mm×0.8mm 的平面阴极发射体结构，并对其进行 热发射性能测试。测试结果表明，在 1500℃，2500V 阳极电压下，阴极发射体能 产生 65mA 的发射电流，且发射稳定性良好。 3、为提高电子束轰击阳极的均匀性和利用率，并产生设计要求的 1mm×1mmX 射线束。采用 EBS 电子束模拟软件对X 射线管进行结构仿真。给出了以出射 X 射 线光斑尺寸以及阳极电流分布均匀性为设计依据的阴极、聚焦极、以及阳极结构 参数。在 120 kV 阳极电压下，阳极电流达 97.76 mA ，出射 X 射线光斑大小 0.997mm×0.988mm ，并具有均匀电流分布。 4 、根据仿真结果对 X 射线源电子发射系统进行设计。设计了石墨热子加热的 夹持式阴极结构；并完成阴极罩、阴极筒以及陶瓷芯柱等阴极组件设计。完成 X 射线源阴极电子枪的总装与 X 射线源样管的试制。 5、对 X 射线源样管的性能进行测试，结果表明：当阴极温度为 1150℃，在 20kV 阳极电压下，样管的阳极电流达到 10mA，出射X 射线束斑 1.2mm×1.1mm 。 样管在 60kV 与 120kV 下的开关特性测试显示：在 120kV 工作电压下，管电流对 管电压变化的响应几乎没有时间迟滞，X 射线管开关性能良好。 关键词：高密度 X 射线源，六硼化镧阴极，电子光学，数值仿真 I ABSTRACT ABSTRACT High power, high current density, fine focus X-ray sources are widely used in the field of industrial nondestructive testing, medical imaging, security technology etc. With the development of X-ray imaging system, the demands for small, low power consumption, high quality X-ray source are more and more urgently. Synchrotron Radiation, laser plasma source and electron beam ion trap can produce high-density X-ray. But these methods are complicated, expensive and high costs. Therefore, the design of high c