該文描述了一種用于X射線球管的雙磁四極透鏡系統(tǒng),該系統(tǒng)在新型X射線球管中起到了對電子束進(jìn)行聚束的作用。雙磁四極透鏡系統(tǒng)一方面具有比較高的壓縮比,可以使設(shè)計(jì)的X射線管發(fā)射面更大并獲得更小的焦點(diǎn),有利于提高X射線管的管電流和影像質(zhì)量。另一方面其縱向尺寸較小,在比較短的距離內(nèi)采用強(qiáng)磁場使電子偏轉(zhuǎn)達(dá)到聚焦的效果,有利于X射線管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 

【文章來源】：中國新技術(shù)新產(chǎn)品. 2020,(08)

【文章頁數(shù)】：3 頁

【部分圖文】：

圖1 雙磁四極透鏡聚焦系統(tǒng)

雙磁四極透鏡的每一個(gè)電磁線圈在通電時(shí)形成一個(gè)磁極，通不同方向的直流電可以產(chǎn)生不同極性的磁極。在磁四極透鏡的4個(gè)線圈中通直流電，使4個(gè)磁極的極性間隔排列，則在透鏡包圍的中心區(qū)域產(chǎn)生如圖2所示的對稱磁場[2]。該磁場大小相等的點(diǎn)呈比較規(guī)則的正方形分布，并且沿著指向中心軸的直線線性地降低到接近于0。以X軸方向?yàn)槔�，磁場從靠近鐵心的位置開始逐漸增大，達(dá)到峰值后下降，在進(jìn)入正方形分布區(qū)域之后，線性地下降，直到達(dá)到透鏡幾何中心時(shí)下降到0。從其他方向觀察時(shí)也以類似的情況變化。電子進(jìn)入透鏡之后應(yīng)處于線性區(qū)域，以使得對電子束的聚束效果比較規(guī)則，壓縮后的電子束截面具有規(guī)則的形狀。雙磁四極透鏡的磁場強(qiáng)度在中心的線性區(qū)，最大值一般在100 Gs～300 Gs(0.01 T～0.03 T），該磁場強(qiáng)度能夠使電子在磁場中具有足夠的速度進(jìn)行方向變化。雙磁四極透鏡系統(tǒng)聚束下的電子束流形狀如圖3所示，電子束進(jìn)入第一級磁四極透鏡后，磁場使電子束在一個(gè)方向上（如X軸方向）聚焦，而在與該方向垂直的方向上則發(fā)散。雙磁四極透鏡系統(tǒng)具有扁平的結(jié)構(gòu)，其在較短的距離內(nèi)能使電子速度發(fā)生變化，在之后的電子漂移過程中逐步聚焦（或發(fā)散），在電子束進(jìn)入第二級磁四極透鏡時(shí)，電子束的截面被拉長。第二級磁四極透鏡與第一級磁四極透鏡相比旋轉(zhuǎn)了90°，從而電子發(fā)散的方向會被聚焦，并且由于中心區(qū)域的磁場強(qiáng)度具有沿徑向線性增大的趨勢，因此被發(fā)散的電子受到的聚焦效果會大很多，從而被強(qiáng)力壓縮。在電子聚焦的方向上電子會被發(fā)散，但是由于其更靠近中心軸線，磁場強(qiáng)度線性下降，其發(fā)散效果遠(yuǎn)不如在第一級磁四極透鏡中受到的聚焦作用，因此電子束仍然是聚焦的。需要注意的是，為了使電子束的聚焦效果更好，發(fā)散的電子束不應(yīng)超出磁場的線性變化區(qū)域。這樣電子在經(jīng)過雙磁四極透鏡系統(tǒng)之后，各個(gè)方向上都是聚焦的，可以形成截面很小的電子束，轟擊陽極靶面產(chǎn)生X射線[1]。

雙磁四極透鏡系統(tǒng)聚束下的電子束流形狀如圖3所示，電子束進(jìn)入第一級磁四極透鏡后，磁場使電子束在一個(gè)方向上（如X軸方向）聚焦，而在與該方向垂直的方向上則發(fā)散。雙磁四極透鏡系統(tǒng)具有扁平的結(jié)構(gòu)，其在較短的距離內(nèi)能使電子速度發(fā)生變化，在之后的電子漂移過程中逐步聚焦（或發(fā)散），在電子束進(jìn)入第二級磁四極透鏡時(shí)，電子束的截面被拉長。第二級磁四極透鏡與第一級磁四極透鏡相比旋轉(zhuǎn)了90°，從而電子發(fā)散的方向會被聚焦，并且由于中心區(qū)域的磁場強(qiáng)度具有沿徑向線性增大的趨勢，因此被發(fā)散的電子受到的聚焦效果會大很多，從而被強(qiáng)力壓縮。在電子聚焦的方向上電子會被發(fā)散，但是由于其更靠近中心軸線，磁場強(qiáng)度線性下降，其發(fā)散效果遠(yuǎn)不如在第一級磁四極透鏡中受到的聚焦作用，因此電子束仍然是聚焦的。需要注意的是，為了使電子束的聚焦效果更好，發(fā)散的電子束不應(yīng)超出磁場的線性變化區(qū)域。這樣電子在經(jīng)過雙磁四極透鏡系統(tǒng)之后，各個(gè)方向上都是聚焦的，可以形成截面很小的電子束，轟擊陽極靶面產(chǎn)生X射線[1]。雙磁四極透鏡可以使電子束得到極大地壓縮，從而在陽極靶上形成一個(gè)很小焦斑（如0.4 mm×0.4 mm、0.6 mm×0.6 mm等），產(chǎn)生能量集中的X射線以滿足醫(yī)療檢測設(shè)備的使用要求，焦點(diǎn)的尺寸可以通過調(diào)節(jié)電磁線圈的電流來實(shí)現(xiàn)。由于雙磁四極透鏡聚焦下的焦點(diǎn)尺寸可以在2個(gè)相互垂直的方向進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此還可以產(chǎn)生類似長矩形形狀的焦斑，如圖4所示，這種電子束可以廣泛應(yīng)用于許多類型的X射線管中。并且由于雙磁四極透鏡的高壓縮比，其可以擴(kuò)大陰極發(fā)射面，從而擴(kuò)大陰極尺寸、降低陰極發(fā)射面密度，解決小的焦點(diǎn)尺寸和大電流要求之間的矛盾，一方面降低了陰極的設(shè)計(jì)難度，另一方面提升了X射線管的工作性能。表1給出了該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)下，不同焦斑尺寸對應(yīng)的電磁線圈電流參考值。


本文編號：3338046