【摘要】：X射線廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)CT影像檢測和工藝無損檢測中。作為X射線成像系統(tǒng)中的核心部件X射線管,長期受限于熱電子發(fā)射陰極工作溫度高,電流密度小,啟動速度慢等弊端。特別地,在醫(yī)療CT成像領(lǐng)域,往往要求X射線管的焦斑尺寸小,電流密度大,瞬間響應(yīng)快,可快速拍照,X射線輻射劑量低等。碳納米管場致發(fā)射源作為一種新的冷陰極電子發(fā)射源,能克服傳統(tǒng)熱陰極的缺點,基于碳納米管X射線管的CT系統(tǒng)可實現(xiàn)脈沖式發(fā)射,高速拍照,低劑量的特點,被認為是一種可代替熱陰極材料作為X射線管的核心陰極材料。碳納米管X射線管相比于傳統(tǒng)X射線管的優(yōu)點毋庸置疑,但不可否認其存在著明顯的不足,比如:碳納米管射線管的電流穩(wěn)定性差,容易出現(xiàn)打火現(xiàn)象。場致發(fā)射一般需要施加強的電場于陰極表面,一般采用引入柵極的方式來實現(xiàn)。其中內(nèi)柵極制備工藝難度高,容易燒毀短路。外柵極結(jié)構(gòu)能有效避免內(nèi)柵極缺陷,但外柵極截獲電子非常嚴重,導(dǎo)致柵極發(fā)射變形。這些不足很大程度上影響著碳納米管發(fā)射X射線管的應(yīng)用推廣。本文為了提高碳納米管場致發(fā)射陰極的可靠性,利用微波等離子體CVD設(shè)備生長大面積碳納米管場致發(fā)射陣列,沉積催化劑有效地解決了碳納米管與基底之間接觸阻抗過高的問題,提高了碳納米管場發(fā)射電流的穩(wěn)定性,并且獲得了很高的發(fā)射電流密度。同時,本論文優(yōu)化了一種X射線管電子槍結(jié)構(gòu),在大大降低柵極截獲電子數(shù)的同時,實現(xiàn)了很高的壓縮比,獲得了很好的聚焦特性。本文主要有以下3個方面研究內(nèi)容:1.在原來的碳納米管場致發(fā)射X射線管的基礎(chǔ)上,對X射線管進行了新的結(jié)構(gòu)設(shè)計,采用陰影柵結(jié)構(gòu),近似實現(xiàn)了柵極零截獲,優(yōu)化仿真了帶陰影柵結(jié)構(gòu)的電子槍結(jié)構(gòu),并滿足高分辨率CT系統(tǒng)的性能要求;2.采用MW-PCVD和絲網(wǎng)印刷的方法制備碳納米管陣列,得到了電流密度大于2A/cm~2大面積陰極陣列;3.根據(jù)設(shè)計要求成功制備出了大功率脈沖式X射線管,并進行了CT成像驗證,獲得了高分辨率CT成像。
【圖文】：

德國科學(xué)家倫琴在研究陰極射線管時，偶然發(fā)現(xiàn)了一種肉眼無法看見的“光線”，該光線能使涂有氯化鋇的紙板發(fā)出可見的熒光，并在紙板上能夠觀察到手的骨骼形象，因此發(fā)現(xiàn)了 X 射線[1]。X 射線的波長很短介于 0.01~100 埃之間，使得它具有很高的頻率，同時 X 射線具有很強的穿透本領(lǐng)，能透過許多對可見光不透明的物質(zhì)，并且可以使照相底片感光。因此，在發(fā)現(xiàn) X 射線之后，人們將其應(yīng)用于醫(yī)療和工業(yè)上的檢測和成像，制成 X 射線管[2]。X 射線是由高速電子撞擊靶材所產(chǎn)生，在撞擊中電子的絕大多數(shù)動能都轉(zhuǎn)化為了熱能，同時有少部分的能量（約 1%）以光子的形式放出，形成 X 光光譜的連續(xù)部分，稱之為韌致輻射。通過增加加速電壓，會使得電子攜帶的能量增加，則有一定概率通過撞擊使金屬原子內(nèi)層的電子逸出。導(dǎo)致金屬內(nèi)層會有空穴形成，外層電子躍遷回內(nèi)層填補空穴，同時會釋放出波長在 0.1nm 左右的光子。因為外層電子躍遷放出的能量并不是連續(xù)的，而是量子化的，所以釋放出的光子的波長也會集中在一些部分，形成了 X 光譜中的特征線，稱其為特性輻射。其中韌致輻射是 X 射線管獲取 X 射線的主要途徑，其廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)和工業(yè)領(lǐng)域[3]。

圖 1-2 場致發(fā)射 J-E 曲線脈沖式場致發(fā)射 X 射線管的概述奧地利數(shù)學(xué)家 J.Radon[31]提出了拉東變換，證明了二維或者三投影的無限集合來進行重建影像，拉東變換成為了 X 射線斷1967 年 Godfrey Hounsfied[32]設(shè)計了一臺加強 X 射線放射源的掃重建數(shù)學(xué)，計算技術(shù)，X 射線探測器三個基本部分組成。他進行實驗性測量，取得了初步的成效。后來他又將此裝置去測的效果，由此制造了能夠供臨床使用的 CT 醫(yī)療影像儀器。T 掃描機的基本組成部分，X 射線源對 CT 成像的質(zhì)量有著重CT 技術(shù)的日益成熟，CT 掃描機已經(jīng)發(fā)展到第五代，從單一探，從采取旋轉(zhuǎn)/平移方式掃描，收集信息到環(huán)狀排列，固定不掃描機采集的數(shù)據(jù)愈加豐富，圖像質(zhì)量更好，，掃描速率也更快的 CT 機都采用熱陰極 X 射線管，在其工作的時候有著以下的
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN14

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 楊秀清;王艷秋;;硅納米線的場發(fā)射性質(zhì)研究方法[J];中國科技信息;2018年02期

2 張鹛梟;馬玉龍;周虎;周旺;周利華;向偉;趙興海;曾葆青;崔瑩;;納米球制備Spindt陰極及其場致發(fā)射特性仿真[J];蘭州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2017年05期

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本文編號：2602929