[发明专利]一种机械式X射线源

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械式X射线源，属于界面多物理场的基础研究技术领域。

背景技术

X射线通常是指波长在0.01-10nm范围内的电磁波，它的能量为100eV-100keV，在医学以及工业领域，也用到能量为6-20MeV的X射线。X射线通常是在高能量电子的作用下产生的，高能电子在撞击原子核时速度会降低，其损失的动能会以X射线的形式释放出来。另外，高能电子在撞击原子核时会轰击出原子核外的一部分电子并形成空穴，外层电子会填充空穴，在此过程中释放的能量以X射线的形式发射出来。由于X射线强大的穿透能力，因此在医学和工程领域得到了广泛的应用，比如医学影像、放射治疗、机械探伤等。但是X射线的产生条件是比较苛刻的，通常需要在真空管的两电极上加高电压，热阴极会释放出电子，在电场的加速下电子会获得高能量，高能电子撞击阳极靶材会产生X射线，产生X射线的能量与两电极之间的电压有关。但是，在此过程中X射线的产生效率不超过1%，大部分的电能以热的形式被浪费，而且在设计X射线管时还要考虑系统的散热。由于X射线具有强大的能量，在使用时对周围的环境会产生辐射污染，对人体有严重的危害。因此，有必要进行新的探索，开发出一种新型的X射线源，简化X射线的获取过程，同时降低对人体的危害。

有研究发现，在真空中剥离压敏胶带过程时也会产生X射线。Carlos G.Camara等人证明在真空中剥离普通的胶带也能产生X射线，且这种X射线的强度能够满足成像的要求，这一结果在文献“Correlation between nanosecond X-ray flashes and stick–slip friction in peeling tape”（Nature）中有介绍，这样的结果使得便携式X射线源的开发成为了可能。然而，为了能长时间有效地获得X射线需要不断地更换胶带，而且在多次重复使用后胶带的粘着力势必会降低，因此通过这种方式不容易难获得稳定的X射线源。通过实验发现，摩擦过程中损失的能量有一部分会以X射线的形式释放出来，释放出来的X射线的强度与实验条件、摩擦副的形式、摩擦副的材料等因素密切相关。

发明内容

本发明的目的是提出一种机械式X射线源，改变传统的产生X射线设备的机械结构，利用摩擦副形式，设计机械式的稳定、高效的X射线源。

本发明提出的机械式X射线源，包括密封罩、施力电机、移动平台、力传感器、上摩擦副、下摩擦副和旋转电机，所述的施力电机、移动平台、力传感器、上摩擦副、下摩擦副和旋转电机依次自上而下安装在密封罩内；所述的施力电机通过丝杠使移动平台上、下移动；所述的力传感器与移动平台相对固定，力传感器的探测端通过连接件与上摩擦副联动，所述的旋转电机安装在密封罩的底部，旋转电机的输出轴带动下摩擦副旋转，所述的上摩擦副和下摩擦副紧密接触；所述的密封罩上设有气体成分调节口、湿度调节口和排气口，与上摩擦副和下摩擦副的相互接触面相对应的密封罩壁上设有X射线探测窗口。

本发明提出的机械式X射线源，其优点是：

1、本发明的机械式X射线源，依靠摩擦过程中能量的释放来产生X射线的，因此本发明作为X射线源使用，不会对环境产生辐射污染，具有有应用前景。

2、本发明的机械式X射线源，采用的摩擦副结构形式简单、运动方式易控制，可降低X射线源的生产成本、操作成本和使用成本。

3、本发明的机械式X射线源，是一种产生X射线的新方法，可以减少机械加工过程中X射线辐射对操作工人的健康危害。

附图说明

图1是本发明提出的机械式X射线源的结构示意图。

图2、图3和图4分别是本发明机械式X射线源的不同实施例中，上、下摩擦副的结构示意图，其中图2是球盘式摩擦副，图3是四球式摩擦副，图4是环块式式摩擦副。

图5是球盘式摩擦副中X射线发射与外载荷之间的关系曲线图。

图6是球盘式摩擦副中X射线发射与下摩擦副的转速之间的关系曲线图。

图7是球盘式摩擦副中X射线发射与摩擦副材料之间的关系曲线图。

图1-图4中，1是施力电机（42BYG250B），2是气体成分调节口，3、11是导轨，4是丝杠，5是移动平台，6是力传感器，7是密封罩，8是下摩擦副，9是旋转电机，10是湿度调节口，12是连接件，13是X射线探测窗口，14是上摩擦副，15是排气口。

具体实施方式