[发明专利]一种用于材料空间分布特性测量的脉冲X射线二极管

说明书

本发明公开了一种用于材料空间分布特性测量的脉冲X射线二极管，包括充气密封法兰、二极管管筒、绝缘筒、二极管管壳、阳极组件、阴极组件和真空盖板；绝缘筒为凸形结构，二极管管筒设置在凸形结构的大端外侧，二极管管壳设置在凸形结构的小端外侧；充气密封法兰设置在二极管管筒远离凸形结构小端的端部，绝缘筒沿着轴向设置有中心通孔，中心通孔内靠近凸形结构小端的一侧设置有高压连接件。本发明所述脉冲X射线二极管使用时采用高压电缆连接二极管，脉冲高压通过绝缘部件传输至真空放电腔室，阴极产生电子束轰击阳极靶，最终通过出光窗口向外辐射脉冲X射线，具有能量低、强度高、移动方便、成本低、环境适应性强的特点。

技术领域

本发明涉及脉冲X射线产生技术领域，具体涉及一种用于材料空间分布特性测量的脉冲X射线二极管。

背景技术

具有一定能量的电子束轰击靶材，电子与靶原子发射非弹性碰撞时，其速度和方向会发生变化，将会产生电磁辐射，这种物理过程称为轫致辐射。同时当电子能量大于一定阈值时，靶材原子壳层电子可能会被击出，而外壳层电子会跃迁填充并产生具有两轨道能量差的光子，这种物理过程则称为特征辐射。通常电子束轰击靶材后产生的X射线是既包含轫致辐射，又包含特征辐射的宽谱。由于X射线具有穿透能力，可以诊断物质内部精细结构，与常用的可见光相比有着天然的优势，因此在工业检测监测、公共安全、临床医学、国防科研等领域有着广泛的应用。其中一种应用为材料空间分布瞬态成像，需要利用脉冲X射线，而探测器灵敏度决定了脉冲X射线的强度需要达到一定阈值。

利用脉冲高压真空间隙放电方式可以产生较高强度的脉冲X射线，该装置可称为二极管，具体过程为将脉冲高压加载至二极管阴、阳极间隙，阴极由场致发射电子束轰击阳极，进而发生轫致与特征辐射产生脉冲X射线。装置涉及高电压、大电流、高真空度等因素，部分成像应用还要求成本低、方便移动和装卸，因此二极管工程化是一个重要课题。二极管存在多种结构，主要与电压等级、高压产生方式、照射量、光源尺寸以及应用场景等因素有关，针对某些低密度材料物质空间分布特性测试需求，二极管辐射能谱不宜太硬，结合探测器灵敏度要求，主要参数为电压幅值≤300kV、电流幅值≤10kA、X射线脉冲宽度≤50ns的二极管。

现有的二极管大多为直流类型，不满足瞬态成像要求，因此有必要开展脉冲类型的二极管发明工作。脉冲类型的二极管通常由脉冲高压引入段、阴极、阳极、阳极底座、X射线出射窗口、真空泵法兰接口等组成，且大多与脉冲高压发生装置一体。基于某些低密度材料物质空间分布特性测试需求特点，需要有一款能量低、强度高、移动方便、成本低、环境适应性强的脉冲类型的二极管，而传统结构的二极管不满足要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于材料空间分布特性测量的脉冲X射线二极管，该脉冲X射线二极管使用时采用高压电缆连接二极管，脉冲高压通过绝缘部件传输至真空放电腔室，阴极产生电子束轰击阳极靶，最终通过出光窗口向外辐射脉冲X射线，具有能量低、强度高、移动方便、成本低、环境适应性强的特点，同时还具有良好的脉冲电压绝缘能力。

本发明通过下述技术方案实现：

一种用于材料空间分布特性测量的脉冲X射线二极管，包括充气密封法兰、二极管管筒、绝缘筒、二极管管壳、阳极组件、阴极组件和真空盖板；

所述绝缘筒为外壁呈一端大一端小的凸形结构，所述二极管管筒设置在凸形结构的大端外侧，所述二极管管壳设置在凸形结构的小端外侧；

所述阴极组件通过阴极盘压接法兰安装在二极管管壳远离凸形结构大端的端部，所述真空盖板设置在二极管管壳远离凸形结构大端的端部，所述二极管管壳、真空盖板和绝缘筒之间形成真空靶室，所述真空盖板上设置有与阳极组件配合的真空薄膜；

所述充气密封法兰设置在二极管管筒远离凸形结构小端的端部，所述绝缘筒沿着轴向设置有中心通孔，所述中心通孔与充气密封法兰连通，且所述中心通孔未贯穿凸形结构的小端，所述中心通孔内靠近凸形结构小端的一侧设置有高压连接件，所述中心通孔的另一侧形成气体绝缘腔室；所述阳极组件安装在凸形结构小端的端部，且与高压连接件连接。