碳纳米管场发射微焦点高速X射线管

具有快速启动和高速拍照特性的微焦点X射线管具有广泛的应用需求。一种基于碳纳米管场致发射阴极阵列的微焦点X射线管研制成功。采用由微波等离子体化学气相沉积方法制备出的高度定向的、具有优异场致发射性能的碳纳米管微束阵列作为X射线管的冷阴极,以此设计出由六边型铜网为栅极的多级式高分辨率电子光学系统,使该X射线管可以实现高速脉冲拍照特性。当栅极电压为2.7kV时,总发射电流达到2mA,碳纳米管相应的发射电流密度达到2.5A/cm2,此时X射线的焦斑尺寸为39μm,从而可以实现高分辨率X射线成像。     

诊断用50微米微焦点X射线管及其计算机辅助设计

观察诊断物体微小细节的几何放大之放射照相术,需要一个极小的X射线源。在X射线管中,这种X射线源必须使用一种非常窄的电子束。普通的X射线管有用作电子发射体的螺旋灯丝和静电聚焦极,所有这些部件均处于同一电位。这种X射线管电子束的聚焦比其它电子枪如行波管电子枪电子束的聚焦更困难。还未见过小于0.2毫米的聚焦电子束的X射线管。我们已研制出50微米微焦点的X射线管。它是借助于计算机辅助设计技术获得电子束轨迹的。在设计中考虑了空间电荷效应。作为电子发射体的螺旋灯丝的直径是0.56毫米,而聚焦电子束的宽度约50微米。     

微焦X射线管电子发射系统的二维模拟

微焦点X射线管是一种焦斑尺寸在1~100μm的X光管。由于它具有高的空间分辨率,这种光管被广泛用于生物医学、生化动力学、工业无损检测、X射线显微镜以及微型CT等行业。电子发射系统是X射线管的关键部分,基于MATLAB平台分别使用蒙特卡洛法、有限差分法和龙格库塔法对电子发射系统的热发射、聚焦电场电位、电子束轨迹进行了模拟。以给定阴极尺寸的良好对焦X射线管为模型,分析了模拟数据,得出最佳焦距为15.0 mm,与标称相同。说明模拟方法具有可行性,模拟结果具有一定可信度。实际生产过程中对于设计好尺寸的阴极可以通过此方法找到理论最佳焦距并测试,将对实际生产中的对焦问题起到一定的指导和借鉴作用。     

碳纳米管冷阴极电子枪栅网电子通过率的仿真及实验

本文在栅网结构碳纳米管冷阴极电子枪原型器件的基础上,研究了栅网通过率对冷阴极电子枪阴极发射和电子通过率的影响。首先通过计算机仿真了栅网通过率对阴极发射电流及阳极电流的影响,在其他条件相同的情况下,栅网通过率为80%左右时可得到最大阳极电流;其次根据仿真结果加工了两种不同栅网通过率的电子枪原型并进行了测试,得到的实验结果与仿真基本一致,最后从理论上对实验结果进行了分析,对进一步研究冷阴极电子枪提供了技术依据。     

碳纳米管冷阴极电子枪的电子光学设计

基于皮尔斯电子枪设计理论,提出了一种碳纳米管场致发射阴极电子枪的电子光学设计方案。电子枪阴极半径为0.5 mm,保持阴阳极电压不变,动态调整栅极电压,并利用计算机技术仿真软件（CST）对其进行仿真优化研究;结果表明,栅极最佳电压值为-14 kV,对应阴极发射电流为15.08 mA,阳极处电子束半径约为0.1 mm。研究为碳纳米管冷阴极栅极结构的设计提供了一种新的思路。     

X射线管的焦点仿真设计研究

在X射线管中焦点的形状和尺寸对影像质量起着决定性作用。本文使用CST Studio Suite软件进行仿真设计，研究了栅极电压和聚焦结构对焦点的影响，开展了焦点形成机理、电极结构与静电聚焦等理论分析，为X射线管的结构设计提供规律参照。     

XC5—0.3／75软X射线管的结构和工艺

在X射线管的阴极和阳极之间加一高电压(kV),则阴极的电子高速碰撞阳极的靶面而失去本身的功能,产生另一种形式的能量,仅有其中的百分之一左右的能量转换成X射线能量,而绝大部份转换成热能。 X射线在科研和生产方面主要用于X射线透视、X射线衍射和X射线光谱学等三方面。而最广泛的应用是X射线透视,如医用     

具有汇聚特性的场发射电子源的模拟研究

提出了一种具有汇聚特性的新型场发射阴极结构,利用有限元方法模拟计算了此种阴极结构在不同参数条件下的电场分布、电子轨迹,考察了不同参数对电子汇聚效果的影响,给出了此种场发射阴极的栅极-阴极间距、栅极宽度、阳极电压、栅极电压等基本参数对汇聚效果的影响.模拟计算结果表明,电子束的汇聚程度随着栅极-阴极间距的增大而增大,随着栅极宽度的增大而减小;电子束的汇聚程度与阳极电压、栅极电压参数密切相关,并存在最优参数.     

平面型场发射显示器的自聚焦效应

用有限差分法分析了平面型场发射显示器中的电场分布，给出了发射电子的运动轨迹，证明了在薄膜结构的平面阴极器件中存在自聚焦效应。聚焦效果取决于上电极宽度、上电极电压、阳极电压、以及阳极和上电极的间距。由于电子束的自聚焦作用，上电极和阳极的间距可以加大，因此可以使用CRT高压荧光粉，这是平面操作与微尖型器件相比具有的优点之一。     

用电子光学的方法模拟电子束聚焦

SIMION8.0软件可以模拟空间中的电场分布,便于研究X射线管中电子的聚焦过程。本实验通过通过定性半定量的分析方法,得到提高该X光系统电子聚焦效果的方式是降低电子能量,增大阴极电压和减小阴阳极间距。     

X射线管焦点控制研究

X射线管的焦点是通过静电场对电子束的会聚作用而形成的。焦点的尺寸大小及聚焦质量直接影响X射线机透视、摄影图像的清晰度；同时，焦点的尺寸大小与X射线管的功率有着密切的关系。本文通过一系列的实验，重点讨论如何设计X射线管的聚集系统来实现用户需要的焦点尺寸。     

用于引发脉冲H_2/F_2激光器的冷阴极电子束发生器之研究

设计和研制了一台由五级Marx发生器驱动的开路电压为295kV、最大贮能为817焦耳、面积为6×30cm~2的横向冷阴极电子束发生器。考察了三种不同阴极,调整了阴—阳极间距达到阻抗匹配,观察了三种不同厚度箔膜支撑架对电子束电荷密度及输出能量的影响,用电阻式电压分压器,罗歌斯基环及法拉第杯分别测定了电子枪的阴极电压、电流和电子束流波形,用热电堆-铝板量热计测定了电子束窗口外的总能量,考察了电子束能量在一大气压的空气中随射向距离的衰减变化及在辐射剂量兰玻璃纸上的能量沉积分布,目前电子束发生器达到的峰值电流密度为21安培/厘米~2,电子束半极大脉宽(FWHM)为0.35微秒,输出能量为152焦耳,能量转换效率达18.6%,可用它引发化学激光或激发准分子激光及其他气体激光。     

准点X光源成像实验台架的研制

为了研究医学系统中乳腺癌早期诊断的关键技术，研制了一台用于准点X光源成像实验台架。该实验台架由脉冲触发器电源和脉冲X射线管组成，其中脉冲触发器电源由Marx发生器、火花隙开关、电容分压器及输出段构成，采用紧凑可移动化的设计；脉冲X射线管利用冷阴极反射轰击阳极靶韧致辐射出X射线的机理，该方法可有效提高辐射出X射线点源位置的重复率，并且根据不同的驱动电压可调节阴阳极的材料及距离，保证在脉冲X射线管输出X射线光子能量≥15 keV的情况下，X射线点源尺寸可以达到≤100 μm的设计指标。Simplorer模拟结果表明：在脉冲X射线管阻抗为57 Ω时，脉冲触发器输出指标为电压169 kV，上升时间≤10 ns，脉宽≤100 ns。     

基于碳纳米管冷阴极X射线管电子源研究进展北大核心

简要介绍了场致发射的原理及其相比于热电子发射的优势,阐述了碳纳米管场发射的性能和基于碳纳米管(CNT)场发射X射线管电子源的典型结构,重点讨论了三极式与二极式碳纳米管冷阴极X射线管电子源的最新研究进展和碳纳米管X射线源的成像技术应用。今后碳纳米管场发射冷阴极取代传统的热阴极应用于X射线管电子源,可制成高时间分辨率、体积小、脉冲响应、能耗低和寿命长的微型X射线管,基于这些优势衍生出的新型X射线成像技术将推动临床医疗、安检和工业检测等领域的技术革新。     

高频数字X射线管灯丝发射特性对比研究

选择X射线DR摄影系统用国产与进口X射线管,进行灯丝发射特性对比研究,评估国产X射线管满足高频数字X射线机使用的有效性。采用万东50kW高频高压发生器,在相同负载条件下,分别测试进口和国产X射线管的大小焦点灯丝初级电压、灯丝初级电流、高压初级电流,并将灯丝初级电压和初级电流换算成灯丝次级电压和次级电流进行数据分析。对应选择的多档kV,在25~100mA管电流范围内,两种X射线管的小焦点发射特性均呈线性。在125~630mA管电流范围内,两种X射线管的大焦点发射特性呈线性。在相同管电压情况下,进口X射线管小焦点发射效率高于国产X射线管平均9%左右;进口X射线管大焦点发射效率低于国产X射线管平均2%左右。国产X射线管灯丝发射特性能够匹配国产高频数字X射线机,满足临床X射线诊断使用。配套DR专用摄影系统时,可将小焦点实际焦点宽度适当减小,既可提高影像质量,也可降低灯丝损耗。     

0.22 THz微电真空折叠波导行波管的聚焦磁场研究

在0.22 THz微电真空折叠波导行波管放大器(FWG-TWT)的设计中,为了保证在电子枪中产生的、具有所需电流密度的电子注能够稳定、成型地注入互作用区,并维持较高的电子通过率,需仔细设计磁场聚焦系统。本文在 FWG-TWT 中使用螺线管线圈和周期永磁聚焦系统(PPM)2种磁场结构来实现电子束流的稳定注入和传输。通过三维仿真软件对此电子光学系统进行模拟计算,重点考察了磁场的初始位置、磁感应强度峰值以及磁体厚度等对电子束传输特性的影响。仿真结果表明,在合理的参数范围内,电子注静态通过率可以接近100%,波动很小,能够实现束流的稳定注入和传输。     

反射式X射线管阳极钨靶的模拟优化设计

反射式X射线管已广泛应用于放射诊疗、工业探伤、安全检查等领域。阳极靶作为X射线管的关键部件，对X射线管的性能有着决定性的作用。本文采用基于蒙特卡罗方法的MCNP软件对能量为160 keV电子束在反射式X射线管钨靶上的轫致辐射规律进行了模拟研究，研究了出束方向的光强随阳极靶厚和靶角的变化规律，比较了焦点长度方向和宽度方向一定锥角范围内X射线出射谱的特点，最终给出了X射线管靶厚和靶角设计的优化方案，对于提高X射线管亮度和能谱一致性具有一定的理论指导意义。     

新型Spindt阴极阵列磁敏传感器的研究

提出了一种检测三维磁场的真空微电子磁敏传感器。该传感器采用Ｓｐｉｎｄｔ阴极阵列作为电子源,阳极分为五个区域,以便检测发射电子在磁场作用下的偏移。通过不同阴极电压下电子束流的偏移量的国赤出器件所在位置磁场的三个分量。对传感器的灵敏度和误差进行了模拟计算,并研究了它们与阳极电压、阴－阳极间距及阳极电压变化步长的关系。结果表明该传感器的灵敏度约为８００％,相对误差为３％。     

碳纳米管冷阴极Pierce电子枪

为发展场致发射冷阴极毫米波电真空辐射源器件, 对利用大面积碳纳米管冷阴极产生大电流、高电流密度电子注的电子光学系统进行了研究.通过在Pierce电子枪阴极表面引入栅网结构, 解决了碳纳米管冷阴极场致发射所需的强电场和电子聚束问题.在碳纳米管冷阴极实验测试数据的基础上, 采用粒子模拟软件对上述电子光学系统进行了仿真.研究了栅网对注电流、注腰半径和电子注散射的影响, 分析了阳极电压和外加轴向磁场对电子注的聚束作用.优化后的仿真结果表明在阴极发射面为3.03 cm2时, 该电子光学系统能够产生210 mA、60 kV, 电流密度为6.7 A/cm2, 最大注半径为1mm的电子注.     

新型碳纳米管场发射显示器自会聚阴极的计算机模拟

提出了一种新型阴极结构使发射电子束会聚以减小像素。用ANSYS软件模拟凹面阴极CNT-FED的发射过程。将凹面阴极发射与平面阴极发射进行比较,并对影响会聚的重要参数进行研究。试验结果表明,凹面阴极发射电子束会聚明显。随着凹面曲率逐渐变大,电子束会聚增强,阳极光斑半径逐渐减小。进一步增大凹面曲率,电子束发生交叉,光斑半径逐渐变大。适当的参数组合可使电子束会聚在阳极上很小的区域内,自会聚阴极可用于低功耗CNT-FED的设计。