一种阴极电子源的制作方法

一种阴极电子源的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种阴极电子源，包括阴极、栅极和阳极，其中，所述阴极包括集射罩和位于集射罩内的多组灯丝，所述多组灯丝形成多个发射面，所述集射罩为一面开口的多面体，内部形成一腔体，所述栅极设置在所述集射罩开口面的前方，所述栅极设有一开孔；所述多个发射面上发射的电子束穿过所述开孔后在阳极上聚焦形成相同的斑点中心。本发明提供的阴极电子源，具有多个发射面，且各发射面发射的电子束具有共同的焦点中心，从而使得不同电子束可以互相叠加，继而增多可选择的发射档位，提高阴极电子源的电流。
【专利说明】—种阴极电子源
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种电子源，尤其涉及一种阴极电子源。
【背景技术】
[0002]现有的热发射电子源阴极通常按照其在应用中的不同需求，由灯丝缠绕成不同的形状和发射面积。相同灯丝材料在相同的电流加热条件下，其发射的最大稳定电流与发射面积成正比。对于一个形状和面积固定的阴极，其稳定发射电流也往往限制于一个固定的最大值。因此，对于一些需要多于一档发射电流方面的应用，例如传统的X射线球管，其阴极发射面通常采用一大一小两组独立的发射灯丝，用于提供两档不同的发射电流以产生两组剂量的X射线。
[0003]现有的双焦点X射线管的阴极如图1所示，包括一大一小两组灯丝，用于在导通电流的时候发射电子，以及一个将灯丝嵌在其中的经过特殊设计的衬底，称为集射罩，用于约束灯丝发射的电子，使其沿固定的方向(阳极靶)发射。第一灯丝11和第二灯丝12分开控制并在集射罩14的发射平面上按一定的间距分开排列，较小的第一灯丝11发射较小的电子束流，在阳极上形成的斑点也较小，用于对焦点要求高而对X射线剂量较低的应用。较大的第二灯丝12发射较大的电子束流，在阳极上形成的斑点也较大，用于对X射线剂量较高而对焦点要求较低的应用。
[0004]由于这两组灯丝在电流发射方向的横截面上横向分开排列，在相同的聚焦条件下，其发射电子束在阳极上形成的斑点大小与位置均不相同，因此只能各自分开独立操作。对于更多档位，更高电子束电流的应用，现有的阴极结构需要引入更多组，更大的发射灯丝，在发射平面上间隔排列。这将使阴极尺寸变得更大，同时使系统聚焦更加困难，工艺更加复杂，降低系统的稳定性，因而限制其进一步发展。

【发明内容】

[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种阴极电子源，能够提高阴极电子源的发射电流，满足多发射档位的需求。
[0006]本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种阴极电子源，包括阴极、栅极和阳极，其中，所述阴极包括集射罩和位于集射罩内的多组灯丝，所述多组灯丝形成多个发射面，所述集射罩为一面开口的多面体，内部形成一腔体；所述栅极设置在所述集射罩开口面的前方，所述栅极设有一开孔；所述多个发射面上发射的电子束穿过所述开孔后在阳极上聚焦形成相同的斑点中心。
[0007]进一步地，还包括基底板，所述基底板固定在所述集射罩的腔体中，所述腔体的开口位置和栅极的开孔的位置相对应。
[0008]进一步地，所述基底板设有空槽，所述空槽在横向上的两侧面通透，所述多组灯丝镶嵌在所述空槽内，沿电子束的发射方向纵向排列，所述每组灯丝在基底板的两侧形成两个发射面。孟子源的电流。
二源结构示意图；
勺阴极电子源剖面结构示意图；
勺阴极电子源侧截面结构示意图；
的阴极电子源电子束轨迹的俯视截面示意
勺阴极电子源电子束轨迹的侧截面示意图；1面的嵌套式阴极电子源剖面结构示意图；勺嵌套式阴极电子源侧截面结构示意图；时面的嵌套式阴极电子源电子束轨迹的侧:焦极
第一灯丝的前方，所述栅极2设有一开孔21，所述多个发射面15上发射的电子束4穿过开孔21、聚焦极3后在阳极5上聚焦形成相同的斑点中心，如图4和图5所示。其中，所述腔体为轴对称的多面体，可以为长方体、正方体或圆柱体等，在本实施例中，所述腔体为长方体，所述集射罩也为长方体。
[0034]请继续参见图3，本实施例提供的阴极电子源，第一灯丝11和第二灯丝12沿电子束4的发射方向纵向前后排列嵌在基底板13的空槽内，第一灯丝11和第二灯丝12所在的空槽为两侧通透式，在横向上的两侧面通透，因此电子在每组灯丝的另两个侧面发射。根据应用的不同需要，各组灯丝结构既可以不同，也可以相同。基底板13固定在所述集射罩14的腔体的纵向中轴面中，在本实施例中，基底板13嵌在腔体的底面上。集射罩14开口的正前方设置一个带中心开孔21的栅极2，栅极2上通正电压后用于吸引电子出射。电子从每组灯丝两侧发射，在栅极电压与集射罩14的内边界共同形成的电场分布的作用下，从栅极2的中心开孔21中射出。由于每组灯丝均在基底板13的两侧形成两个发射面15，相比于传统的单面发射的阴极，更大地提高了灯丝的使用效率。由于灯丝在阴极集射罩14的中轴，两侧发射面的发射条件相同，因此同一灯丝发射的两束电子束4沿中心线呈轴对称分布。在一定的聚焦条件下，两束电子束4可在阳极5汇聚成一个斑点。同时在本实施例中，由于不同的灯丝沿着电子束4发射的方向前后排列，不同灯丝发射的电子束4在阳极5上形成的斑点中心位置相同，使得不同灯丝发射出的电子束4可以在相同的聚焦条件下互相叠加。因此，多组发射灯丝既可以分开独立使用，也可以同时使用。这种联合的操作模式在不额外增加发射灯丝数量的情况下，增加了档位的选择，同时也在不过度损耗每组灯丝寿命(即不额外升高灯丝温度)的前提下，大幅提高了阴极I所能提供的最大电子束流。从而满足众多应用中对于多档位，高电流的电子源的需要。
[0035]实施例2
[0036]图6为本发明另一实施例中具有多发射面的嵌套式阴极电子源结构剖面示意图；图7为本发明另一实施例中多发射面的嵌套式阴极电子源侧截面结构示意图。
[0037]请参见图6和图7，本实施例将多组发射灯丝缠绕成一个至少一面开口的中空腔体，利用腔体的内外表面和内侧面作为电子束的发射面。这个腔体发射极被置于另一个大的腔体集射罩14的底面正中，集射罩14正前方设置为中心开孔的栅极2，栅极2上通正电压，用于引导电子出射。在本实施例中，各发射面15并不是沿着电子束4的发射方向前后排列，而是根据其几何形状采用嵌套的方式。该嵌套方式仍使各发射面15具有共同的几何中心，从而保证发射的电子束4在阳极5上的斑点位置相同。中空腔体、集射罩14与栅极中心开孔21均为圆柱型。根据不同应用的需求，也可以为长方体、正方体或其他具有轴对称特性的多面体。只要使阴极I的各发射面15发射的电子束4具有共同的焦点中心即可，使得不同电子束4可以互相叠加，继而增多档位，提高电流，电子束4的发射轨迹如图8所
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[0038]综上所述，本发明提供的阴极电子源，具有多个发射面15，不同发射面15发射出的电子束4在阳极5的斑点中心位置相同，因此电子束4可以进行重叠。这种结构使得多个发射灯丝既可以分开控制，也可以同时使用，因此在不额外增加发射灯丝数目的情况下，提高了发射档位的选择，也在保持电子束斑点不明显变化的同时显著地提高了发射电流。这种结构满足众多应用中对于多档位，高电流的电子源的需要。具体优点如下:1)阴极集射罩14腔体的半封闭结构有效地保护了在电子发射的物理过程中外部环境产生的其他各种带电粒子对灯丝材料的损害。2)本发明提供的多发射面15的电子源中，可使用多组灯丝同时在较低的温度发射电子。这样每组灯丝发射的较低的电子束流可以叠加成较大的灯丝自身在较高的温度所发射的电子束流，且小灯丝发射的电子束叠加在大灯丝发射的电子束内部，使总的电子束4在阳极5上的斑点大小也与大灯丝自身发射形成的斑点保持一致。这种操作模式降低了每组灯丝的温度，进而提高了灯丝的使用寿命。3)在这种新型的多发射面的电子源中，也可以轮换使用不同的灯丝发射面15，减少每个灯丝的实际使用时间(占空比)，从而延长灯丝使用寿命，同时对于整个电子源则可以获得较大的占空比，更好地满足某些应用上的需要。
[0039]虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
【权利要求】
1.一种阴极电子源，包括阴极(I)、栅极(2)和阳极(5)，其特征在于，所述阴极包括集射罩(14)和位于集射罩(14)内的多组灯丝，所述多组灯丝形成多个发射面，所述集射罩(14)为至少一面开口的多面体，内部形成一腔体；所述栅极(2)设置在所述集射罩(14)开口面的前方，所述栅极(2)设有一开孔(21);所述多个发射面上发射的电子束(4)穿过所述开孔(21)后在阳极(5)上聚焦形成相同的斑点中心。
2.如权利要求1所述的阴极电子源，其特征在于，还包括基底板(13)，所述基底板(13)固定在所述集射罩(14)的腔体中，所述腔体的开口位置和栅极(2)的开孔(21)的位置相对应。
3.如权利要求2所述的阴极电子源，其特征在于，所述基底板(13)设有空槽，所述空槽在横向上的两侧面通透，所述多组灯丝镶嵌在所述空槽内，沿电子束(4)的发射方向纵向排列，所述每组灯丝在基底板(13)的两侧形成两个发射面(15)。
4.如权利要求1所述的阴极电子源，其特征在于，所述腔体为具有轴对称的多面体。
5.如权利要求2或4所述的阴极电子源，其特征在于，所述基底板(13)固定在所述集射罩(14)的腔体的纵向中轴面上。
6.如权利要求1所述的阴极电子源，其特征在于，所述多组灯丝缠绕形成至少一面开口的中空腔体，所述中空腔体为轴对称的多面体，所述中空腔体的内外表面和内侧底面为发射面(15)。
7.如权利要求4或6所述的阴极电子源，其特征在于，所述轴对称的多面体为长方体、正方体或圆柱体。
8.如权利要求6所述的阴极电子源，其特征在于，所述中空腔体的内外表面以及内侧底面三个发射面(15)具有相同的几何中心，所述中空腔体嵌套在集射罩(14)的内侧底面正中位置。
9.如权利要求1所述的阴极电子源，其特征在于，所述多组灯丝通过独立控制单元分开独立工作。
10.如权利要求1所述的阴极电子源，其特征在于，所述多组灯丝的大小不相同，小灯丝发射的电子束(4)叠加在大灯丝发射的电子束(4)内部。
【文档编号】H01J3/07GK103839739SQ201210487305
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年11月26日 优先权日:2012年11月26日
【发明者】徐一鸣, 章健 申请人:上海联影医疗科技有限公司