阳极箔产生等离子体加强箍缩聚焦的小焦斑X射线二极管

摘要

本发明涉及一种小焦斑大剂量辐射输出的自磁聚焦X射线二极管，具体涉及一种阳极箔产生等离子体加强箍缩聚焦的小焦斑X射线二极管，包括阴极和阳极，阴极的发射端和阳极的接收端真空密封于阳极外筒中，该小焦斑X射线二极管还包括与阳极等电位的阳极箔，阳极箔位于阴极的发射端和阳极的接收端之间。本发明通过在阳极靶前设置阳极箔，可以在电子束的作用下产生阳极箔等离子体，电子束进入该区域后与阳极箔等离子体互作用过程发生强箍缩，获得小焦斑大剂量辐射的X射线输出。

说明书

技术领域

本发明涉及一种小焦斑大剂量辐射输出的自磁聚焦X射线二极管，具体涉 及一种阳极箔产生等离子体加强箍缩聚焦的小焦斑X射线二极管。

背景技术

小焦斑脉冲X射线可用于透视极端条件下高速运动物体结构、状态及演化 过程的流体力学实验中，在国防，民用领域都有很多重要应用。小焦斑X射线 源是该诊断系统中的关键参数，焦斑尺寸、辐射剂量等参数与成像质量密切相 关。

由于用于产生小焦斑X射线源的二极管器件通常工作在数百万伏高电压脉 冲下，电磁场环境复杂，工作状态变化极快(工作过程持续时间仅数十ns)， 其设计和工程实现是闪光照相系统研制的难点和关键问题之一。目前获得应用 的一种比较典型的小焦斑X射线源是阳极杆箍缩二极管，其焦斑尺寸可达到亚 mm量级，典型辐射剂量为数十mGy。这种二极管所产生的X射线焦斑尺寸较 小，但是由于阳极杆采用直径～1mm的钨针，电子韧致辐射效率较低，辐射剂 量难以获得大幅提升。

发明内容

本发明的目的是提供一种阳极箔产生等离子体加强箍缩聚焦的小焦斑X射 线二极管，解决了现有的小焦斑X射线源辐射剂量低的技术问题。

本发明的技术解决方案是：所提供的阳极箔产生等离子体加强箍缩聚焦的 小焦斑X射线二极管，包括阴极和阳极，所述阴极的发射端和阳极的接收端真 空密封于阳极外筒中，其特殊之处在于：所述小焦斑X射线二极管还包括与阳 极等电位的阳极箔，所述阳极箔位于阴极的发射端和阳极的接收端之间。

上述阳极箔为导电薄膜。

上述阳极箔是表面涂覆金属铝导电层的Mylar膜。

上述平板阳极为0.05～2mm厚度的高原子序数金属靶。

上述环形阴极为高纯石墨或黄铜材料。

上述阳极箔通过固定环和压膜环安装于平板阳极的接收端前侧。

上述阳极箔上还设置有阳极箔张紧环。

本发明的有益效果在于：

本发明通过在阳极靶前设置阳极箔，可以在电子束的作用下产生阳极箔等 离子体，电子束进入该区域后与阳极箔等离子体互作用过程发生强箍缩，获得 小焦斑大剂量辐射的X射线输出。

附图说明

图1为本发明工作原理示意图；

图2为本发明较佳实施例的剖面结构示意图。

具体实施方式

本发明的原理是利用阳极箔产生等离子体加强聚焦，在典型“环形阴极- 平板阳极”电子束二极管结构中，在平板阳极前布置一张与其等电位的导电薄 膜，该薄膜称之为阳极箔。二极管工作过程中，阳极箔受电子束轰击后，在阳 极转换靶附近区域迅速形成等离子体区。等离子体导致的双向流有利于电子束 聚焦箍缩，此外等离子体的空间扩散改善了阳极转换靶区域的电磁场分布，上 述因素均可有效调控电子束箍缩聚焦状态。在合适参数条件下，上述因素综合 作用可明显减小X射线焦斑尺寸，提高辐射剂量。

参见图1，电子束2从阴极1发射，沿着电场线向阳极4运动的同时，受 到自磁场的影响发生弱箍缩。电子束2作用在阳极箔3上产生阳极箔等离子体， 电子束2进入该区域后在与阳极箔等离子体相互作用的过程中发生强箍缩。此 后，电子束2轰击阳极4产生韧致辐射，获得小焦斑大剂量X射线输出。

参见图2，环形阴极16由黄铜或高密度石墨材料加工而成，为环形结构， 外径约8～12mm，末端表面倒圆角，要求无明显材料缺陷和结构突变。阳极外 筒7与二极管阳极安装底座9、封真空盖板10共同围成密闭真空腔体，与脉冲 功率源连接。观察窗8位于阳极外筒7上，为光学玻璃窗，用于观察安装状态 和二极管工作过程的光学诊断。二极管阳极安装底座9为阳极回流结构，同时 作为阳极箔固定环11和压膜环12的固定结构。通过调节阳极箔张紧环13的内 圈厚度，可以方便地调整阳极箔与高Z靶15之间的间隙。高Z靶15为高Z金 属转换钽靶。

安装过程中，阳极外筒7、观察窗8和环形阴极16预先与装置连接，环形 阴极16与前端传输线连接时保持水平对中，阳极外筒7和观察窗8的连接确保 真空密闭。其他结构采用线下安装：平放固定环11，将厚度为数十微米、表面 涂覆金属层的Mylar膜平铺于固定环11上。从竖直方向安装压膜环12，保证 凹凸子口配合良好。保证压膜12平整的基础上，通过螺钉固定固定环11和压 膜环12。从竖直方向安装阳极箔张紧环13，安装固定螺钉，保证Mylar膜平面 张紧。放入高Z金属转换钽靶，通过高Z靶压环14压紧钽靶。将上述压膜和 转换靶结构安装到阳极回流结构上，与真空腔体法兰连接。压膜环12、固定环 11、张紧环13、高Z靶15、高Z靶压环14均保持同心。最后安装封真空盖板 10。