大物面X射线条纹变像管及电子光学成像系统

摘要

本发明提供了一种大物面X射线条纹变像管，包括相互连接的绝缘外套和金属套筒，绝缘外套由绝缘材料制成，且绝缘外套和金属套筒内为真空环境，绝缘外套内顺次设置有阴极、栅极、聚焦极组件和阳极，阳极的尾部的外侧设置该金属套筒，金属套筒的端部设置有用于接收电子束并成像的荧光屏；聚焦极组件包括若干个聚焦极，栅极、若干个聚焦极和阳极拟合出类同心球静电透镜结构。本发明提供了一种屏蔽性好、抗干扰能力强、受场曲影响小、阴极工作面积大的大物面X射线条纹变像管。

说明书

技术领域

本发明涉及电子束成像领域，具体而言，涉及大物面X射线条纹变像管及电子光学成像系统。

背景技术

X射线成像技术在医学、安全等领域具有重要地位，随着惯性约束聚变能量越来越大、系统越来越复杂，导致打靶实验的费用高昂。为提高诊断系统如条纹相机的实验效能，要求在每一次打靶时获取尽可能多的信息，亦即是要求其核心部件条纹管具有高的时空分辨率。实现这一目标主要有两种方法：一是在现有阴极工作面积的基础上提升变像管的时空分辨能力，二是采用大工作面积阴极。

目前国内所使用的具有最大面积阴极的条纹管其阴极工作面积直径30mm。该管型采用六电极五透镜实现静电聚焦，中心空间分辨率为15lp/mm，边沿空间分辨率为10lp/mm，单次测量最多可提供约450线对的分辨信息量。但该大物面X射线条纹变像管具有以下缺陷：(1)现有大物面X射线条纹变像管的结构阴极工作直径较小；(2)结构特性使得其受场曲影响较大，影响系统的成像性能；(3)电极之间彼此间距较大，抗干扰性差。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了大物面X射线条纹变像管及电子光学成像系统。具体地，其技术方案如下：

一种大物面X射线条纹变像管，包括相互连接的绝缘外套和金属套筒，所述绝缘外套由绝缘材料制成，且所述绝缘外套和所述金属套筒内为真空环境，所述绝缘外套内顺次设置有阴极、栅极、聚焦极组件和阳极，所述阳极的尾部的外侧设置有所述金属套筒，所述金属套筒的端部设置有用于接收电子束并成像的荧光屏；

所述聚焦极组件包括若干个聚焦极，所述栅极、若干个所述聚焦极和所述阳极均为筒状结构，所述栅极、若干个所述聚焦极和所述阳极之间以互不接触的形式相互插设且相邻部件之间的尺寸互不相等，用于拟合出类同心球静电透镜结构。

作为对技术方案的改进，所述阴极为平板结构，所述栅极的首端设置有第一金属栅网，所述阴极与所述第一金属栅网平行。

作为对技术方案的改进，所述聚焦极组件包括第一聚焦极和第二聚焦极，所述第一聚焦极的首端与所述栅极的尾端相互插设，所述第一聚焦极的尾端与所述第二聚焦极的首端相互插设，所述第二聚焦极的尾部与所述阳极的首端相互插设，所述阳极与所述金属套筒电性连接。

作为对技术方案的改进，所述第二聚焦极包括顺次连接的第一圆筒段、第一锥筒段和第二圆筒段，所述第一圆筒段的直径小于所述第二圆筒段的直径；

所述阳极包括顺次连接的第三圆筒段和第二锥筒段，所述第二锥筒段的直径从与所述第三圆筒段的连接处开始逐渐增大。

作为对技术方案的改进，所述栅极为圆筒，所述第一聚焦极也为圆筒，所述栅极的外径小于所述第一聚焦极的内径，所述第一聚焦极的内径大于所述第一圆筒段的外径，所述第一聚焦极的外径小于所述第二圆筒段的外径，所述第二圆筒段的内径大于所述第三圆筒段。

作为对技术方案的改进，所述栅极的首端为锥筒，所述栅极的尾端为圆筒，所述第一聚焦极为圆筒，所述栅极的尾端的内径大于所述第一聚焦极的外径，所述第一聚焦极的内径大于所述第一圆筒段的外径，所述第一聚焦极的外径小于所述第二圆筒段的外径，所述第二圆筒段的内径大于所述第三圆筒段的外径。

作为对技术方案的改进，所述阴极的有效工作直径50mm。

作为对技术方案的改进，所述绝缘外套的材质为陶瓷。

作为对技术方案的改进，还包括第二金属栅网，所述第二金属栅网设置在第三圆筒段和第二锥筒段的衔接处。

一种电子光学成像系统，包括上述技术方案中任一项所述的大物面X射线条纹变像管。

本发明至少具有以下有益效果：

(1)栅极、若干个聚焦极和阳极之间以互不接触的形式相互插设，有效缩小了各电极之间的间距，使得各电极之间相互屏蔽，提高了抗干扰性；

(2)由于栅极、若干个聚焦极和阳极均为筒状结构，且相邻部件之间的尺寸互不相等，通过本发明中各电极形状的配合，整体结果使得电位等势面保持为弯曲，接近球面，即本发明通过改变各电极的数量和尺寸拟合出类同心球静电透镜结构，受场曲等像差影响比较小，尤其是受场曲的影响比较小，像面形状虽非完全平面，但可直接用平面荧光屏成像，电子束在平面荧光屏上的分布形状仍为正态分布形状，并无已有直径30mm阴极条纹管结构像面上出现的非正态分布形状(能量和空间分布均比较分散，尾部比较长)；

(3)栅极的首端设置有金属栅网，与栅极的筒状壁相结合，在其首端附近均为等势面，由于整个栅极为等势体，其表面的场分布会随着电极形状而变，所以筒状壁的作用将电位等势面形状调整为曲面；

(4)聚焦极组件包括顺次设置的第一聚焦极和第二聚焦极，第一聚焦极为圆筒，第二聚焦极包括两个圆筒段和一个锥筒段，通过调整第二聚焦极上电压大小，可实现像面位置的大范围调整；

(5)阳极具有锥筒是可以进一步保证第二聚焦极电位等势面不受限而保持球面类似形状。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例1中大物面X射线条纹变像管的第一示意图；

图2是本发明实施例1中大物面X射线条纹变像管的第二示意图；

图3是本发明实施例2中大物面X射线条纹变像管的第一示意图；

图4是本发明实施例2中大物面X射线条纹变像管的第二示意图。

主要元件符号说明：

1-阴极，2-栅极，3-第一聚焦极，4-第二聚焦极，5-阳极，6-荧光屏，7-绝缘外套，8-金属套筒。

具体实施方式

在下文中，将更全面地描述本发明的各种实施例。本发明可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。然而，应理解：不存在将本发明的各种实施例限于在此公开的特定实施例的意图，而是应将本发明理解为涵盖落入本发明的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所公开的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：在本发明中，除非另有明确的规定和定义，“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接、也可以是可拆卸连接、或者一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也是可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，本领域的普通技术人员需要理解的是，文中指示方位或者位置关系的术语为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

实施例1

请参阅图1和图2，本实施例提供了一种大物面X射线条纹变像管，包括相互连接的绝缘外套7和金属套筒8。绝缘外套7由绝缘材料制成，作为一种优选的绝缘材料，绝缘外套7的材质为陶瓷。

大物面X射线条纹变像管在工作时，会产生大量热量，通过使绝缘外套7的材质为陶瓷，不仅能够绝缘，还能起到很好的抗高温的作用。在本实施例中，绝缘外套7和金属套筒8内为真空环境，其真空度需低于0.005Pa。通过抽真空，能够将电子束保持在真空中，防止将空气电离。

绝缘外套7内顺次设置有阴极1、栅极2、聚焦极组件和阳极5，阳极5的尾部的外侧设置有金属套筒8，阳极5与金属套筒8之间电性连接，且均接地，金属套筒8的端部设置有用于接收电子束并成像的荧光屏6。

其中，阴极1由金或者碘化铯等材质制成，其在X射线及外部电压的作用下能够产生被拉往阳极5的大量电子，电子经过栅极2、聚焦极组件的加速、聚焦等作用后形成稳定的电子束，并高速通过阳极5，在荧光屏6上形成光点以成像。

在本实施例中，聚焦极组件包括若干个聚焦极，栅极2、若干个聚焦极和阳极5均为筒状结构。通过将栅极2、若干个聚焦极和阳极5设置为筒状结构，可以将各电极的电位等势面形状调整为曲面。

在本实施例中，将栅极2、若干个聚焦极和阳极5之间以互不接触的形式相互插设。通过将栅极2、若干个聚焦极和阳极5之间以互不接触的形式相互插设，有效缩小了各电极之间的间距，使得各电极之间相互屏蔽，提高了抗干扰性。

在本实施例中，栅极2、若干个聚焦极和阳极5之间相邻部件之间的尺寸还互不相等，用于拟合出类同心球静电透镜结构。由于栅极2、若干个聚焦极和阳极5均为筒状结构，且相邻部件之间的尺寸互不相等，通过各电极形状的配合，整体结果使得电位等势面保持为弯曲，接近球面，即通过改变各电极的数量和尺寸拟合出类同心球静电透镜结构，使成像过程中受场曲等像差影响比较小，尤其是受场曲的影响比较小，像面形状虽非完全平面，但可直接用平面荧光屏成像，电子束在平面荧光屏上的分布形状仍为正态分布形状，并无已有直径30mm阴极条纹管结构像面上出现的非正态分布形状(能量和空间分布均比较分散，尾部比较长)。

优选地，阴极1为平板结构，栅极2的首端设置有第一金属栅网，阴极1与第一金属栅网平行。通过使阴极1与第一金属栅网平行，可以由二者构造为平板电容器模型，并通过栅极2来调节阴极1的工作。

优选地，聚焦极组件中聚焦极的数量为两个，包括第一聚焦极3和第二聚焦极4。第一聚焦极3的首端与栅极2的尾端相互插设，第一聚焦极3的尾端与第二聚焦极4的首端相互插设，第二聚焦极4的尾部与阳极5的首端相互插设，阳极5的尾端为电子束出口。

在本实施例中，类同心球静电透镜结构的具体拟合方式为：

如图1、图2所示，第二聚焦极4包括顺次连接的第一圆筒段、第一锥筒段和第二圆筒段，第一圆筒段的直径小于第二圆筒段的直径阳极包括顺次连接的第三圆筒段和第二锥筒段，第二锥筒段的直径从与第三圆筒段的连接处开始逐渐增大。

进一步地，栅极2为圆筒，第一聚焦极3也为圆筒。栅极2的外径小于第一聚焦极3的内径，第一聚焦极3的内径大于第一圆筒段的外径，第一聚焦极3的外径小于第二圆筒段的外径，第二圆筒段的内径大于第三圆筒段的外径。

在本实施例中，第二聚焦极4首端和尾端圆筒不等径，中间为具有一定锥度的锥形结构，首端管径小使得电位等势面形状无法伸展，曲率变小；而尾端管径大，等势面形状可向外扩展；中间的锥形结构使得在电位等势面形状可逐渐过渡；整体结果使得电位等势面保持为弯曲，接近球面。

在本实施例中，阳极5的首端和尾端不等径，其首端为圆筒，其尾端为具有一定锥度的锥筒，是为进一步保证第二聚焦极4尾端电位等势面不受限而保持球面类似形状。

在本实施例中，阴极1的有效工作直径为50mm。通过将阴极1的有效工作直径设置为50mm，能够有效提高成像质量。

优选地，阳极5为阳极光阑，在其出口(即圆筒与锥形筒的连接处)设置有第二金属栅网，第二金属栅网设置在第三圆筒段和第二锥筒段的衔接处，一方面可让电子束通过，同时又将前后两个区域隔离(聚焦区起于栅极2入口，终于阳极5的出口栅网处，后面为漂移区)，以防偏转系统的场分布渗透到聚焦区中从而影响动态成像特性。

本实施方式还提供了一种电子光学成像系统，包括本实施例中任一方式所述的大物面X射线条纹变像管。

实施例2

如图3、图4所示，本实施例提供了另一种大物面X射线条纹变像管，本实施例中大物面X射线条纹变像管的结构与实施例1中大物面X射线条纹变像管的结构基本相同，二者的区别在于，本实施例提供了另外一种栅极2，以及栅极2与第一聚焦极3之间的尺寸关系，具体如下：

栅极2的首端为锥筒，栅极2的尾端为圆筒，第一聚焦极3为圆筒，栅极2的尾端的内径大于第一聚焦极3的外径，第一聚焦极3的内径大于第一圆筒段的外径，第一聚焦极3的外径小于第二圆筒段的外径，第二圆筒段的内径大于第三圆筒段的外径。

本实施方式还提供了一种电子光学成像系统，包括本实施例中任一方式所述的大物面X射线条纹变像管。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。