X射线源屏蔽

技术领域

本申请涉及X射线源。

背景技术

X射线有许多用途，包括成像、X射线荧光分析、X射线衍射分析和静电消散。X射线管的阴极和阳极之间的大电压，有时还有发热的灯丝，可以使电子从阴极发射到阳极。阳极可包括靶材料。靶材料可以对来自阴极的电子撞击产生X射线。

X射线管中产生的X射线可以向各个方向发射。一般希望能阻挡向不理想的方向发射的X射线，而只允许向理想的方向发射X射线。用于阻挡这些X射线的材料可能很重。对于手持式X射线源来说，屏蔽材料的重量可能是一个特别大的问题。

X射线管可通过内部真空进行气密密封。当X射线管在加热和冷却过程中膨胀和收缩时，气密密封会受到损坏。这种加热和冷却可能发生在制造钎焊密封期间或X射线管运行期间，从而导致X射线管失去真空并失效。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种X射线管，包括:

相互电绝缘的阴极和阳极，所述阴极被配置成向所述阳极发射电子，所述阳极被配置成响应来自所述阴极的电子撞击而从所述X射线管中发射X射线；

近端壳体和远端壳体，所述近端壳体靠近所述阴极，所述远端壳体远离所述阴极，所述近端壳体和所述远端壳体是彼此分开的独立部件；

内腔穿过所述近端壳体和所述远端壳体的核心，所述内腔的直线轴线从所述阴极的电子发射器穿过所述内腔延伸到所述阳极的靶；

所述近端壳体具有离所述阴极最远的遥远端，所述远端壳体具有离所述阴极最近的邻近端，所述近端壳体和所述远端壳体在所述近端壳体的所述遥远端和所述远端壳体的所述邻近端通过气密密封相互连接；

所述气密密封包括一个接口环，所述接口环粘合在所述近端壳体和所述远端壳体之间；

Dp>Dd，其中Dp是所述近端壳体的最大外径，Dd是所述远端壳体的最大外径；

位于所述接口环附近的阻挡环，所述阻挡环包括原子序数至少为72的材料；以及

延伸穿过所述接口环和所述阻挡环的孔，所述孔对准所述电子发射器，允许电子穿过所述孔到达所述靶。

根据一个实施例，所述的X射线管还包括阻挡壳，其围绕所述远端壳体，所述邻近端和为发射X射线而对准的开口处除外，所述阻挡壳包括原子序数至少为72的材料。

根据一个实施例，其中所述阻挡壳、所述阻挡环和所述接口环在运行期间保持接地电压。

根据一个实施例，其中至少90％在所述靶中产生的X射线被阻挡，除通过所述开口外，不能从所述X射线管中逸出。

根据一个实施例，其中所述接口环的圆形部分夹在所述阻挡壳和所述近端壳体之间。

根据一个实施例，其中所述阻挡壳包括铅、钨或两者。

根据一个实施例，其中所述远端壳体具有离所述阴极最远的远端和位于所述远端壳体的所述邻近端与所述远端之间的中点；以及从所述远端壳体的所述中点到所述远端，所述阻挡壳与所述远端壳体间隔开。

根据一个实施例，其中所述阻挡环比所述接口环更靠近所述阴极，沿平行于所述直线轴的方向，所述接口环的一部分夹在所述阻挡环和所述远端壳体之间。

根据一个实施例，其中所述阴极和所述阳极通过所述近端壳体和所述远端壳体彼此电绝缘，并且所述近端壳体和所述远端壳体是电绝缘的。

根据一个实施例，其中所述近端壳体和所述远端壳体是导电的。

本发明改进了X射线管屏蔽，重量更轻，符合人体工程学。本发明提供了更坚固的气密封装，特别是在X射线管加热和冷却时。因此，本发明设计的X射线管具有更长的使用寿命，从而节省了成本，并由于减少了浪费而最大限度地降低了对环境的不利影响。

附图说明

本发明的优点将在以下详细描述和附图中更加明显，从而使本领域的技术人员更容易理解本发明，其中：

图1是透射靶X射线管10的横截面侧视图。X射线管10可以包括由接口环15气密地密封的近端壳体13和远端壳体14。近端壳体13的最大外径Dp可以大于远端壳体14的最大外径Dd(Dp>Dd)；

图2是反射靶和侧窗X射线管20的横截面侧视图。X射线管20可以包括由接口环15气密地密封的近端壳体13和远端壳体14。近端壳体13的最大外径Dp可以大于远端壳体14的最大外径Dd(Dp>Dd)；以及

图3是透射靶X射线管30的横截面侧视图。X射线管30可以包括由接口环15气密地密封的近端壳体13和远端壳体14。近端壳体13的最大外径Dp可以小于或等于远端壳体14的最大外径Dd(Dp≤Dd)。

以上附图未必按比例绘制。

上述附图包括以下附图标记：

10、20、30-X射线管

11-阴极

12-阳极

13-近端壳体

13f–遥远端

14-远端壳体

14d-远端

14n–邻近端

15-接口环

16-阻挡环

17-内腔

18-直线轴

21-靶

25-气密密封

22-孔

23-阻挡壳

24-开口

26-结构

28-结构

27-导线

31-X射线

Di-最小内径

Dp-最大外径

Dd-最大外径。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，并不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下释义(包括其复数)适用于本专利申请：

本文中使用的术语"邻近"、"在"、"位于"、"位于"和"位于"是指在或附近。直接位于"、"毗邻"、"相邻"和"相接"指直接和立即接触。

本文使用的术语"X射线管"并不局限于管状/圆柱状设备。使用"管"一词是因为这是X射线发射装置的标准术语。

本文中使用的术语"+/-"表示加或减。因此，"53+/-5"表示48-58。

除非本文另有明确说明，所有与温度有关的数值均为25摄氏度时的数值。

如图1-3所示，X射线管10、20和30包括相互电绝缘的阴极11和阳极12。阴极11可以配置成(例如带有灯丝)向阳极12发射电子。阳极12可以包括靶21，靶21可以在阴极11的电子撞击下产生X射线。X射线管10、20和30可以是双极的，阴极11在较大的负电压下工作，阳极12在较大的正电压下工作。

X射线管10、20和30可以包括近端壳体13和远端壳体14。近端壳体13可以靠近阴极11，远端壳体14可以远离阴极11。近端壳体13和远端壳体14可以是彼此分开的独立部件。

内腔17可以穿过近端壳体13和远端壳体14的核心部分。内腔17可以对准直线轴18，以便从阴极11的电子发射器通过内腔17延伸到阳极12的靶21。内腔17沿着直线轴18可以不受任何固体材料的阻碍。

近端壳体13可以设有离阴极11最远的遥远端13f。远端壳体14可以设有离阴极11最近的邻近端14n。近端壳体13和远端壳体14可以在近端壳体13的遥远端13f和远端壳体14的邻近端14n处通过气密密封25相互连接。

气密密封25可以包括接口环15，该接口环15粘接在近端壳体13和远端壳体14之间。接口环15的热膨胀系数(CTEr)与近端壳体13的热膨胀系数(CTEp)和/或远端壳体14的热膨胀系数(CTEd)相似。因此，在加热和冷却过程中，接口环15可以与近端壳体13和远端壳体14一起膨胀和收缩。这可以减少气密密封25的失效。

例如，0.3≤CTEr/CTEp、0.5≤CTEr/CTEp或0.7≤CTEr/CTEp；CTEr/CTEp≤1.4、CTEr/CTEp≤2或CTEr/CTEp≤3.3；0.3≤CTEr/CTEd，0.5≤CTEr/CTEd，或0.7≤CTEr/CTEd；和/或CTEr/CTEd≤1.4，CTEr/CTEd≤2，或CTEr/CTEd≤3.3。

近端壳体13和远端壳体14可以由玻璃或陶瓷制成。接口环15可以包括至少95重量百分比的铁、镍和钴。接口环15可包括53+/-5重量百分比的铁、29+/-5重量百分比的镍、17+/-5重量百分比的钴，所有化学元素的总重百分比等于100％。其他材料，如铜或镍，可以具有相适应的热膨胀系数和其他可接受的物理特性。接口环15可以包括铜、镍或两者。

X射线管10、20和30还可以包括阻挡环16。阻挡环16可以靠近、邻近或毗邻接口环15。为了更好地阻挡X射线，阻挡环16可以比接口环15更靠近阴极11。或者，接口环15可以比阻挡环16更靠近阴极11。阻挡环16可以被近端壳体13、远端壳体14或两者包围。如图1-2所示，接口环15的一部分可以夹在阻挡环16和远端壳体14之间，方向平行于直线轴18。

阻挡环16可以包括具有高原子序数的材料，例如至少72。阻挡环16最好包括钨，因为钨可以有效阻挡X射线，而且与X射线管内的真空相容。优选地，阻挡环16不含有铅，因为铅可能与X射线管的内部真空不兼容。对于在中等能级下工作的X射线管，阻挡环可以由低原子序数材料制成，如钼或铌。对于在更低能量下工作的X射线管，阻挡环16可包括原子序数较低的材料，例如至少21或至少30。

接口环15和阻挡环16之间可以设有孔22。孔22可以对齐，以允许电子发射器的电子穿过孔22到达靶21。直线轴18可以穿过孔22。

X射线管10、20和30还可以包括阻挡壳23。除了邻近端14n、为发射X射线而对准的开口24以及为阳极12提供电压的导线27的入口(图1和图3)或阳极12的入口(图2)外，阻挡壳23可以环绕远端壳体14。接口环15的圆形部分可以夹在阻挡壳23和近端壳体13之间。阻挡壳23、阻挡环16和接口环15可在运行期间保持接地电压。

远端壳体14可以具有离阴极11最远的远端14d和位于远端壳体14的邻近端14n和远端14d中间的中点14m。从远端壳体14的中点14m到远端14d之间，阻挡壳23可以与远端壳体14间隔开。阻挡壳23可以在远端壳体14的邻近端14n处与远端壳体14相连。

阻挡壳23可以配置为阻挡不良方向的X射线。因此，阻挡壳23可以包括原子序数至少为72的材料。阻挡壳23的示例材料包括铅、钨或两者。铅和/或钨可以悬浮在聚合物或金属基质等载体材料中，用于浇铸或成型阻挡壳23。阻挡壳23可以是电绝缘的，也可以是导电的。

如图1-2所示，近端壳体13的最大外径Dp可以大于远端壳体14的最大外径Dd(Dp>Dd)。这种关系可以改善对靶21产生的X射线的阻挡。如图3所示，如果近端壳体13和远端壳体14的直径相同(Dp＝Dd)，则X射线31可以更容易地穿过远端壳体14、近端壳体13和接口环15。如果近端壳体13的直径小于远端壳体14的直径(DpDd)。

近端壳体13的最大外径Dp与远端壳体14的最大外径Dd之间的优选关系举例如下：Dp/Dd≥1.1，Dp/Dd≥1.25，或Dp/Dd≥1.5；和/或Dp/Dd≤2.5，Dp/Dd≤4，或Dp/Dd≤10。

为了更好地阻挡X射线，近端壳体13的最小内径Di最好大于远端壳体14的最大外径Dd(Di>Dd)。

近端壳体13的最小内径Di和远端壳体14的最大外径Dd之间的优选关系举例如下：Di/Dd≥1.05、Dp/Dd≥1.15或Dp/Dd≥1.25。

由于X射线管的整体结构，近端壳体13的外径Dp较小，再加上阻挡壳23，可以阻挡大部分X射线，但通过开口24发射的X射线除外。例如，至少75％、至少90％或至少99％的靶中产生的X射线可以被阻挡，使其无法从开口24流出X射线管。

阴极11和阳极12可以通过近端壳体13和远端壳体14相互电绝缘。因此，近端壳体13和远端壳体14可以是电绝缘的。近端壳体13和远端壳体14可以是陶瓷或玻璃。在本例中，结构26可以是阴极的一部分，结构28可以是阳极的一部分，两者都可以导电。

另外，近端壳体13和远端壳体14也可以是导电的。近端壳体13和远端壳体14可以是金属的。在本示例中，结构26和结构28可以是电绝缘的。

应当理解的是，本说明书中虽然是以实施例的方式描述的，但是并不是每个实施例都只包含单一的技术方案。本说明书的描述仅仅是为了清楚起见。本领域的技术人员应该将本说明书视为整体，各个实施例中的技术方案还可以适当组合，形成本领域技术人员能够理解的其他实施例。然而，本发明的保护范围由所附权利要求书而非前述说明所界定，因此落入权利要求书等同意义及范围内的所有变更均包含在本发明及任何引用中。