反射式微焦点X射线管的整体研发

摘要

微焦点X射线管是一种焦斑尺寸在1~100微米的X光管。由于它具有高的空间分辨率，这种光管被广泛用于生物医学，生化动力学，工业无损检测，X射线显微镜以及微型CT等行业。本文围绕反射式X射线管的整体设计展开研究。
　　X射线管阳极，主要包括靶材料、阳极体以及阳极与玻璃外壳的封接部分。本文选用TU1无氧铜作为阳极主体材料、纯钨作为靶材料，阳极与玻璃外壳的连接采用了4J29可伐合金作为过渡结构。设计了一种熔铸方法用于钨靶和铜体的连接成形，研究了可伐合金与K5钼族玻璃在匹配封接过程中封接时间、温度、气氛环境对封接质量的影响。最后提出了一些阳极散热方面的改进意见。
　　X射线管阴极，包括电子发射结构、阴极罩以及阴极与玻璃外壳的连接部分。设计采用纯钨热发射阴极、阴极主体结构选用4J29可伐合金、各结构间采用点焊的连接方式。阴极与玻璃的连接设计了一种可伐柱的过渡结构，该结构可以良好的平衡阴极电位。
　　在射线管的整体装配过程中，重点研究了电子发射系统的原理并通过模拟手段得出了一套针对确定尺寸X光管的对焦手段。电子发射系统是X射线管的关键部分，本文基于MATLAB平台分别使用蒙特卡洛法、有限差分法和龙格库塔法对电子发射系统的热发射、聚焦电场电位分布、电子束轨迹进行了模拟。以自行设计的光管作为模型，分析了模拟数据，得出理论最佳焦距为5.25毫米。
　　最后对试做X光管进行了测试，包括给定输入条件下的反馈电流测试、疲劳测试、图像测试以及焦斑尺寸测试，得出了试做管的焦斑尺寸为长直径60μm、短直径30μm，优于国内同型号产品。分析了测试结果及结果中的不足，提出了一些改进方案。

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1 绪论

1.1 选题背景与意义

1.2 反射式X光管简介

1.3 国内外产品现状

1.4 主要研究内容

2 反射式X射线管阳极

2.1 阳极

2.2靶材料

2.3阳极制造方案

2.4 玻璃外壳与阳极体的连接的连接

2.5 阳极改进措施

3 反射式X射线管阴极

3.1 阴极

3.2 热发射阴极发射结构

4 X射线管的整体装配及测试

4.1 聚焦系统的2D模拟

4.2 X射线管的整体装配

4.3 试做品测试实验

4.4结果分析

5总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录A MATLAB中热电子发射的初始状的蒙特卡洛模拟

附录B MATLAB求解聚焦电场电势分布程序

附录C MATLAB中电子束追踪程序

附录DX光管电学性能测试数据

附录E 疲劳测试后电学性能的二次测定

附录F 攻读硕士学位期间发表学术论文