一種陰極電子源的製作方法

2023-05-26 16:16:21

一種陰極電子源的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種陰極電子源，包括陰極、柵極和陽極，其中，所述陰極包括集射罩和位於集射罩內的多組燈絲，所述多組燈絲形成多個發射面，所述集射罩為一面開口的多面體，內部形成一腔體，所述柵極設置在所述集射罩開口面的前方，所述柵極設有一開孔；所述多個發射面上發射的電子束穿過所述開孔後在陽極上聚焦形成相同的斑點中心。本發明提供的陰極電子源，具有多個發射面，且各發射面發射的電子束具有共同的焦點中心，從而使得不同電子束可以互相疊加，繼而增多可選擇的發射檔位，提高陰極電子源的電流。
【專利說明】—種陰極電子源
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種電子源，尤其涉及一種陰極電子源。
【背景技術】
[0002]現有的熱發射電子源陰極通常按照其在應用中的不同需求，由燈絲纏繞成不同的形狀和發射面積。相同燈絲材料在相同的電流加熱條件下，其發射的最大穩定電流與發射面積成正比。對於一個形狀和面積固定的陰極，其穩定發射電流也往往限制於一個固定的最大值。因此，對於一些需要多於一檔發射電流方面的應用，例如傳統的X射線球管，其陰極發射面通常採用一大一小兩組獨立的發射燈絲，用於提供兩檔不同的發射電流以產生兩組劑量的X射線。
[0003]現有的雙焦點X射線管的陰極如圖1所示，包括一大一小兩組燈絲，用於在導通電流的時候發射電子，以及一個將燈絲嵌在其中的經過特殊設計的襯底，稱為集射罩，用於約束燈絲髮射的電子，使其沿固定的方向(陽極靶)發射。第一燈絲11和第二燈絲12分開控制並在集射罩14的發射平面上按一定的間距分開排列，較小的第一燈絲11發射較小的電子束流，在陽極上形成的斑點也較小，用於對焦點要求高而對X射線劑量較低的應用。較大的第二燈絲12發射較大的電子束流，在陽極上形成的斑點也較大，用於對X射線劑量較高而對焦點要求較低的應用。
[0004]由於這兩組燈絲在電流發射方向的橫截面上橫向分開排列，在相同的聚焦條件下，其發射電子束在陽極上形成的斑點大小與位置均不相同，因此只能各自分開獨立操作。對於更多檔位，更高電子束電流的應用，現有的陰極結構需要引入更多組，更大的發射燈絲，在發射平面上間隔排列。這將使陰極尺寸變得更大，同時使系統聚焦更加困難，工藝更加複雜，降低系統的穩定性，因而限制其進一步發展。

【發明內容】

[0005]本發明所要解決的技術問題是提供一種陰極電子源，能夠提高陰極電子源的發射電流，滿足多發射檔位的需求。
[0006]本發明為解決上述技術問題而採用的技術方案是提供一種陰極電子源，包括陰極、柵極和陽極，其中，所述陰極包括集射罩和位於集射罩內的多組燈絲，所述多組燈絲形成多個發射面，所述集射罩為一面開口的多面體，內部形成一腔體；所述柵極設置在所述集射罩開口面的前方，所述柵極設有一開孔；所述多個發射面上發射的電子束穿過所述開孔後在陽極上聚焦形成相同的斑點中心。
[0007]進一步地，還包括基底板，所述基底板固定在所述集射罩的腔體中，所述腔體的開口位置和柵極的開孔的位置相對應。
[0008]進一步地，所述基底板設有空槽，所述空槽在橫向上的兩側面通透，所述多組燈絲鑲嵌在所述空槽內，沿電子束的發射方向縱向排列，所述每組燈絲在基底板的兩側形成兩個發射面。孟子源的電流。
二源結構示意圖；
勺陰極電子源剖面結構示意圖；
勺陰極電子源側截面結構示意圖；
的陰極電子源電子束軌跡的俯視截面示意
勺陰極電子源電子束軌跡的側截面示意圖；1面的嵌套式陰極電子源剖面結構示意圖；勺嵌套式陰極電子源側截面結構示意圖；時面的嵌套式陰極電子源電子束軌跡的側:焦極
第一燈絲的前方，所述柵極2設有一開孔21，所述多個發射面15上發射的電子束4穿過開孔21、聚焦極3後在陽極5上聚焦形成相同的斑點中心，如圖4和圖5所示。其中，所述腔體為軸對稱的多面體，可以為長方體、正方體或圓柱體等，在本實施例中，所述腔體為長方體，所述集射罩也為長方體。
[0034]請繼續參見圖3，本實施例提供的陰極電子源，第一燈絲11和第二燈絲12沿電子束4的發射方向縱向前後排列嵌在基底板13的空槽內，第一燈絲11和第二燈絲12所在的空槽為兩側通透式，在橫向上的兩側面通透，因此電子在每組燈絲的另兩個側面發射。根據應用的不同需要，各組燈絲結構既可以不同，也可以相同。基底板13固定在所述集射罩14的腔體的縱向中軸面中，在本實施例中，基底板13嵌在腔體的底面上。集射罩14開口的正前方設置一個帶中心開孔21的柵極2，柵極2上通正電壓後用於吸引電子出射。電子從每組燈絲兩側發射，在柵極電壓與集射罩14的內邊界共同形成的電場分布的作用下，從柵極2的中心開孔21中射出。由於每組燈絲均在基底板13的兩側形成兩個發射面15，相比於傳統的單面發射的陰極，更大地提高了燈絲的使用效率。由於燈絲在陰極集射罩14的中軸，兩側發射面的發射條件相同，因此同一燈絲髮射的兩束電子束4沿中心線呈軸對稱分布。在一定的聚焦條件下，兩束電子束4可在陽極5匯聚成一個斑點。同時在本實施例中，由於不同的燈絲沿著電子束4發射的方向前後排列，不同燈絲髮射的電子束4在陽極5上形成的斑點中心位置相同，使得不同燈絲髮射出的電子束4可以在相同的聚焦條件下互相疊加。因此，多組發射燈絲既可以分開獨立使用，也可以同時使用。這種聯合的操作模式在不額外增加發射燈絲數量的情況下，增加了檔位的選擇，同時也在不過度損耗每組燈絲壽命(即不額外升高燈絲溫度)的前提下，大幅提高了陰極I所能提供的最大電子束流。從而滿足眾多應用中對於多檔位，高電流的電子源的需要。
[0035]實施例2
[0036]圖6為本發明另一實施例中具有多發射面的嵌套式陰極電子源結構剖面示意圖；圖7為本發明另一實施例中多發射面的嵌套式陰極電子源側截面結構示意圖。
[0037]請參見圖6和圖7，本實施例將多組發射燈絲纏繞成一個至少一面開口的中空腔體，利用腔體的內外表面和內側面作為電子束的發射面。這個腔體發射極被置於另一個大的腔體集射罩14的底面正中，集射罩14正前方設置為中心開孔的柵極2，柵極2上通正電壓，用於引導電子出射。在本實施例中，各發射面15並不是沿著電子束4的發射方向前後排列，而是根據其幾何形狀採用嵌套的方式。該嵌套方式仍使各發射面15具有共同的幾何中心，從而保證發射的電子束4在陽極5上的斑點位置相同。中空腔體、集射罩14與柵極中心開孔21均為圓柱型。根據不同應用的需求，也可以為長方體、正方體或其他具有軸對稱特性的多面體。只要使陰極I的各發射面15發射的電子束4具有共同的焦點中心即可，使得不同電子束4可以互相疊加，繼而增多檔位，提高電流，電子束4的發射軌跡如圖8所
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[0038]綜上所述，本發明提供的陰極電子源，具有多個發射面15，不同發射面15發射出的電子束4在陽極5的斑點中心位置相同，因此電子束4可以進行重疊。這種結構使得多個發射燈絲既可以分開控制，也可以同時使用，因此在不額外增加發射燈絲數目的情況下，提高了發射檔位的選擇，也在保持電子束斑點不明顯變化的同時顯著地提高了發射電流。這種結構滿足眾多應用中對於多檔位，高電流的電子源的需要。具體優點如下:1)陰極集射罩14腔體的半封閉結構有效地保護了在電子發射的物理過程中外部環境產生的其他各種帶電粒子對燈絲材料的損害。2)本發明提供的多發射面15的電子源中，可使用多組燈絲同時在較低的溫度發射電子。這樣每組燈絲髮射的較低的電子束流可以疊加成較大的燈絲自身在較高的溫度所發射的電子束流，且小燈絲髮射的電子束疊加在大燈絲髮射的電子束內部，使總的電子束4在陽極5上的斑點大小也與大燈絲自身發射形成的斑點保持一致。這種操作模式降低了每組燈絲的溫度，進而提高了燈絲的使用壽命。3)在這種新型的多發射面的電子源中，也可以輪換使用不同的燈絲髮射面15，減少每個燈絲的實際使用時間(佔空比)，從而延長燈絲使用壽命，同時對於整個電子源則可以獲得較大的佔空比，更好地滿足某些應用上的需要。
[0039]雖然本發明已以較佳實施例揭示如上，然其並非用以限定本發明，任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的修改和完善，因此本發明的保護範圍當以權利要求書所界定的為準。
【權利要求】
1.一種陰極電子源，包括陰極(I)、柵極(2)和陽極(5)，其特徵在於，所述陰極包括集射罩(14)和位於集射罩(14)內的多組燈絲，所述多組燈絲形成多個發射面，所述集射罩(14)為至少一面開口的多面體，內部形成一腔體；所述柵極(2)設置在所述集射罩(14)開口面的前方，所述柵極(2)設有一開孔(21);所述多個發射面上發射的電子束(4)穿過所述開孔(21)後在陽極(5)上聚焦形成相同的斑點中心。
2.如權利要求1所述的陰極電子源，其特徵在於，還包括基底板(13)，所述基底板(13)固定在所述集射罩(14)的腔體中，所述腔體的開口位置和柵極(2)的開孔(21)的位置相對應。
3.如權利要求2所述的陰極電子源，其特徵在於，所述基底板(13)設有空槽，所述空槽在橫向上的兩側面通透，所述多組燈絲鑲嵌在所述空槽內，沿電子束(4)的發射方向縱向排列，所述每組燈絲在基底板(13)的兩側形成兩個發射面(15)。
4.如權利要求1所述的陰極電子源，其特徵在於，所述腔體為具有軸對稱的多面體。
5.如權利要求2或4所述的陰極電子源，其特徵在於，所述基底板(13)固定在所述集射罩(14)的腔體的縱向中軸面上。
6.如權利要求1所述的陰極電子源，其特徵在於，所述多組燈絲纏繞形成至少一面開口的中空腔體，所述中空腔體為軸對稱的多面體，所述中空腔體的內外表面和內側底面為發射面(15)。
7.如權利要求4或6所述的陰極電子源，其特徵在於，所述軸對稱的多面體為長方體、正方體或圓柱體。
8.如權利要求6所述的陰極電子源，其特徵在於，所述中空腔體的內外表面以及內側底面三個發射面(15)具有相同的幾何中心，所述中空腔體嵌套在集射罩(14)的內側底面正中位置。
9.如權利要求1所述的陰極電子源，其特徵在於，所述多組燈絲通過獨立控制單元分開獨立工作。
10.如權利要求1所述的陰極電子源，其特徵在於，所述多組燈絲的大小不相同，小燈絲髮射的電子束(4)疊加在大燈絲髮射的電子束(4)內部。
【文檔編號】H01J3/07GK103839739SQ201210487305
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月26日 優先權日:2012年11月26日
【發明者】徐一鳴, 章健 申請人:上海聯影醫療科技有限公司