[发明专利]一种强流小焦斑长寿命真空二极管

说明书

技术领域

本发明是在重复频率脉冲功率电源基础上发明的电子束二极管，用于产生强流小焦斑脉冲硬X射线，属于脉冲功率技术应用领域。

背景技术

近年来，小焦斑脉冲辐射成像技术由于其瞬态辐射强、辐照时间短、成像过程受环境辐射干扰小、被照射物体受照剂量可控等特点正逐渐成为辐射成像领域的发展趋势。与当前广泛应用于辐射成像领域的稳态X光机（电流技术指标一般为50μA～100mA）相比，其在如下诸多领域具有突出的优势：

（1）在军事、反恐和国防工业领域能够发挥独特作用，包括武器弹药填充状态检测，核材料分析与识别，放射性物件成像检测等。例如航空航天领域对电子器件/部件/组件质量和装配可靠性要求极其严格，脉冲成像技术能够提供高分辨的电子元器件透视检查以及组件装配后质量/状态检测；

（2）在临床医学诊断方面能够发挥特殊作用。A）乳腺癌前期检测，在众所周知的乳腺癌临床诊断与防治中，若病灶尺寸在1mm以下被发现，采用切除手术将能够很快治愈，不会危及患者生命，脉冲辐射成像技术可用于实现亚毫米成像检测；B）医学透视检查，采用单脉冲图像增强式透视成像技术可以极大降低患者在检测过程中的吸收总剂量，同时极短的曝光时间可以减小常规曝光中，因病人器官蠕动带来的伪影；

（3）在古文物、古建筑以及木器/家具等结构分析与鉴定领域，可移动的高分辨脉冲X射线成像技术，可以获取物品的结构、内部组成和材料品质等多方面特征信息，用于学术研究或防伪鉴别。

国内外诸多研究机构采用阳极杆箍缩的通用技术来发展小焦斑成像技术，如美国的Cygnus研制一台基于感应电压叠加器(IVA)和阳极杆箍缩二极管(RPD)技术的现场应用的双轴闪光照相装置，国内许多单位在此也开展了大量的研究，建立了相关装置。但该类装置普遍存在体积庞大、仅能单次运行的缺点，无法满足机动化、重复频率运行的应用需要，难以实现小型可移动化。西北核技术研究所研制的重复频率快脉冲硬X射线发生器（专利号：ZL200710017567.X）具有强流、短脉冲、机动化的特点，但由于其在如下几方面存在的不足：

1）其阳极膜、支撑花盘和真空密封膜组成的透射式靶件结构，难以实现长寿命及耐受高功率密度运行；

2）阴阳极组件结构不满足箍缩条件，其X射线束呈4π发射，无法满足精细化成像要求；

3）波纹管两端通过压接方式联接，在调节阳极靶和阴极靶之间距离时，难以长期维持真空度，使其不适宜应用于脉冲成像领域。

发明内容

本发明目的是在重复频率脉冲功率电源基础上，建立一种X射线产生装置即强流小焦斑长寿命真空二极管，来获得束流强度大、脉冲宽度窄、射线束焦斑小的脉冲硬X射线辐射场，以应用于亚毫米空间分辨的移动式脉冲X射线源成像技术。

本发明的技术解决方案是：

一种强流小焦斑长寿命真空二极管，其特殊之处在于：

包括外筒5、设置在外筒5一端的法兰1、设置在外筒5另一端的压环12及密封挡板1、设置在外筒5的内筒、设置在内筒内的阴阳极组件；

所述内筒包括设置筒状定支撑2、筒状动支撑10、波纹管3；所述定支撑2设置在外筒5内且与法兰1固连，所述动支撑10设置在外筒5内且与压环12固连，所述波纹管3设置在定支撑2和动支撑10及外筒5之间的空腔内且两端分别与定支撑和动支撑密封连接，所述定支撑2、动支撑10、波纹管3、阴阳极组件之间形成径向真空密封活动结构；

所述阴阳极组件包括密封碗4、铜芯线6、金属阳极靶7、阴极头13；所述密封碗的大端与定支撑2的内侧面密封连接，其小端与铜芯线6端部密封连接，所述阴极头13设置在动支撑10内且被压环12及密封挡板11密封压紧在动支撑10外端面；所述阳极靶7与铜芯线6端部电连接且位于密封碗4小端与阴极头13之间；

所述动支撑10侧壁上设置有抽真空接口9。

上述阴极头13是向阳极靶方向形成尖端凸起的锥孔结构。

上述锥孔孔径1～5mm。

上述动支撑10侧壁上还设置有用于放置电流监测探头8的电流检测接口。

上述阴极头13选用钨镍铜合金材料；所述阳极靶7选用金属钽材料；所述密封碗4和密封挡板11选用有机玻璃材料。

本发明的优点：

本发明是对重复频率快脉冲硬X射线发生器中原有二极管进行改造，使其在保留束流强度大、脉冲时间短、重复性好以及机动化等特点的同时，还具备微型焦斑、长工作寿命的特点，满足机动化脉冲成像应用要求。其具有以下优点：

1、微型焦斑：