CN108400079A - 笔形束x射线管和背散射检测设备 - Google Patents

Abstract

本公开提供笔形束X射线管和背散射检测设备。笔形束X射线管包括：外壳；阳极，所述阳极的至少一端设置在所述外壳内，所述至少一端的端面与阳极的长度延伸方向不垂直；靶，设置在所述阳极的至少一端端面；阴极，所述阴极配置成朝向所述靶并且能够发射电子到所述靶；以及笔形束模块，配置于所述阳极的所述至少一端附近用以将所述靶产生的X射线调制成笔形X射线束从笔形束X射线管射出。

Description

笔形束X射线管和背散射检测设备

技术领域

本公开的实施例涉及射线发生技术领域，特别涉及笔形束X射线管和背散射检测设备。

背景技术

背散射成像技术因其辐射量剂量低、安全性好和对轻质材料敏感等优点，已被广泛应用于人体、货物和车辆的安全检查领域。背散射成像技术采用笔形束扫描方式，因此需要将常规X射线管所产生的扇形束或者锥形束调制成笔形束。

然而，常规的笔形束扫描装置包括X射线管组件、高压电源、笔形束扫描及其驱动机构等，部件较大且比较分散。这使得其在小型或便携产品方面的应用受到了限制。

发明内容

根据本公开的一方面，提供一种笔形束X射线管，包括：

外壳；

阳极，所述阳极的至少一端设置在所述外壳内，所述至少一端的端面与阳极的长度延伸方向不垂直；

靶，设置在所述阳极的至少一端端面；

阴极，所述阴极配置成朝向所述靶并且能够发射电子到所述靶；以及

笔形束模块，配置于所述阳极的所述至少一端附近用以将所述靶产生的X射线调制成笔形X射线束从笔形束X射线管射出。

在一个实施例中，笔形束模块包括防护转筒，其中防护转筒包围所述阳极的至少一端，并且允许阴极发射的电子到达靶，屏蔽散射的电子和靶产生的X射线。

在一个实施例中，防护转筒设置有至少一个射线出射孔用以调制靶产生的X射线，形成至少一个笔形X射线。

在一个实施例中，防护转筒配置成能够围绕所述阳极旋转，从而通过至少一个射线出射孔形成的至少一个笔形X射线束能够在一定角度范围内扫描。

在一个实施例中，笔形束模块包括设置在所述阳极上靠近至少一端的电枢铁芯和围绕在电枢铁芯上的电枢绕组，以及对应电枢铁芯设置在防护转筒内壁上的多个永磁体，以便在电枢绕组形成变化的磁场时电枢绕组与多个永磁体相互作用而驱动防护转筒转动。

在一个实施例中，笔形束模块还包括驱动器，所述驱动器连接外电源，并且提供变化的电流至电枢绕组。

在一个实施例中，笔形束模块包括设置在阳极上的轴承，所述轴承支撑所述防护转筒以允许防护转筒围绕所述阳极转动。

在一个实施例中，所述阳极包括走线管道用以布置将所述笔形束模块电连接至外部的电源线和信号线。

在一个实施例中，从所述笔形束模块出射的笔形X射线束垂直于所述阳极的长度延伸方向。

在一个实施例中，从所述笔形束模块出射的笔形X射线束与所述阳极的长度延伸方向成一角度。

本公开的另一方面，提供一种背散射检测设备，包括上述的笔形束X射线管。

附图说明

图1示出本公开的一个实施例的笔形束X射线管的截面示意图；

图2示出本公开的一个实施例的笔形束X射线管的截面示意图；

图3示出本公开的一个实施例的密封接头的结构；

图4示出本公开的一个实施例的笔形X射线束扫描示意图。

具体实施方式

尽管本公开的容许各种修改和可替换的形式，但是它的具体的实施例通过例子的方式在附图中示出，并且将详细地在本文中描述。然而，应该理解，随附的附图和详细的描述不是为了将本公开的限制到公开的具体形式，而是相反，是为了覆盖落入由随附的权利要求限定的本公开的精神和范围中的所有的修改、等同形式和替换形式。附图是为了示意，因而不是按比例地绘制的。

在本说明书中使用了“上”、“下”等术语，并不是为了限定元件的绝对方位，而是为了描述元件在视图中的相对位置，帮助理解。本说明书中“顶侧”和“底侧”是相对于一般情况下，物体正立的上侧和下侧的方位。

下面参照附图描述根据本公开的多个实施例。

参看图1，示出本公开的一个实施例提供的笔形束X射线管的截面图。笔形束X射线管包括：外壳；阳极，所述阳极的至少一端设置在所述外壳内，所述至少一端的端面与阳极的长度延伸方向不垂直。笔形束X射线管还包括靶，设置在所述阳极的至少一端端面；阴极，所述阴极配置成朝向所述靶并且能够发射电子到所述靶；以及，笔形束模块，配置于所述阳极的所述至少一端附近用以将所述靶产生的X射线调制成笔形X射线束从笔形束X射线管射出。

在图1中，示出的阳极5的大部分被置于笔形束X射线管的外壳6内。阳极5的左端的端面不是沿竖直方向，而是朝向斜向下。

阴极4可以包括灯丝41、聚焦罩42和灯丝引线43。灯丝引线43连接高压电源的负极和灯丝电源，用于发射电子。聚焦罩42用于聚焦电子，兼起支撑作用。聚焦罩42设置有电子出射孔44，以便朝向靶53的位置发射电子。靶53在阴极4发射的电子的轰击下产生X射线。

在本公开的实施例中，笔形束X射线管的外壳6内部设置笔形束模块，笔形束模块能够将阳极5的一端的端面上的靶53产生的X射线调制成笔形X射线束，从而笔形束X射线管能够直接射出笔形X射线束，这使得根据本实施例的笔形束X射线管具有紧凑的结构和体积。

笔形束模块51朝向靶53的位置设有电子入射孔526，这样从阴极4射入的电子可以穿过电子入射孔526轰击在靶53上，从而产生X射线。

笔形束模块51包括防护转筒511，其中防护转筒511包围所述阳极5的至少一端，并且允许阴极4发射的电子到达靶53，屏蔽散射的电子和靶53产生的X射线。上述电子入射孔526可以设置在防护转筒511上，如图1所示。防护转筒511设置有至少一个射线出射孔512用以调制靶53产生的X射线，形成至少一个笔形X射线。

防护转筒511可以由钨或钨合金材料制成，可以有效地实现从源头处对X射线辐射防护。由电子入射孔526进入防护转筒511的部分电子被靶53散射，散射电子将被防护转筒511屏蔽、阻挡或吸收，不会散射到防护转筒511的外部。靶53生成的X射线呈放射状从靶53射出，防护转筒511将阻挡、屏蔽X射线，X射线不会泄漏到防护转筒511之外。防护转筒511设置的至少一个射线出射孔512允许X射线射出，因而形成至少一个笔形X射线。图1中仅示出一个射线出射孔512，然而，在其他实施例中，防护转筒511可以包括多个射线出射孔512，这些射线出射孔512的布置可以根据需要设置，例如，以一定间隔设置在防护转筒511上；也可以离散地设置在防护转筒511上。

在本实施例中，当在阳极5和阴极4之间施加适当的电压时，电子轰击阳极5的一端端面上的靶53，靶53发射出X射线，从而笔形束X射线管的笔形束模块51，或者说从防护转筒511的一个射线出射孔512或多个射线出射孔512射出一个或多个笔形X射线束。

在本公开的一个实施例中，防护转筒511配置成能够围绕所述阳极5旋转，从而通过至少一个射线出射孔512形成的至少一个笔形X射线束能够至少在一定角度范围内扫描。这是有利的，当防护转筒511旋转时，从防护转筒511射出的笔形X射线将会随着防护转筒511的旋转而扫描。在一个实施例中，在靶53前设置准直器可以将靶53发出的X射线张角更准确地限制在一定范围内。为了清楚，图1和图2并没有示出设置在靶53前的用以限制X射线出射范围的准直器。前置的准直器的张角决定了出射的扇形X射线的面束的张角，也决定了笔形X射线扫描的角度范围。在一个实施例中，可以进一步设定防护转筒511仅在一个设定的角度范围内旋转，从而笔形X射线束扫描一个扇形的区域。

图2示出本公开的一个实施例的笔形束模块51的截面示意图。

在本公开的一个实施例中，笔形束模块51包括设置在所述阳极5上靠近至少一端的电枢铁芯515和围绕在电枢铁芯515上的电枢绕组514，以及对应电枢铁芯515设置在防护转筒511内壁上的多个永磁体，以便在电枢绕组514形成变化的磁场时电枢绕组514与多个永磁体513相互作用而驱动防护转筒511转动。如图2所示，电枢铁芯515固定在阳极5上。为了平衡，一般电枢铁芯515成对设置在阳极5上，例如如图2的截面图所示，一对电枢铁芯515设置在阳极5的上侧和下侧。电枢铁芯515上绕制若干个电枢绕组514。与若干个电枢绕组514对应，防护转筒511的内壁紧固若干个永磁体513。永磁体513均匀地分布在防护转筒511的内壁。在电枢绕组514形成变化的磁场时电枢绕组514与多个永磁体513相互作用产生的力将可以驱动防护转筒511转动。笔形束模块51还包括轴承520，轴承520安装在阳极5上，所述轴承520支撑所述防护转筒511以允许防护转筒511围绕所述阳极5转动。在一个实施例中，轴承520的内环通过套筒521的上肩和内顶环522限位，外环通过防护转筒511的凸沿和外顶环523限位。套筒521套装于阳极52，嵌装于轴承520的内壁。由此，轴承520固定在阳极5上，防护转筒511通过轴承520支撑并固定，防护转筒511因而可以围绕阳极5旋转，此时，阳极5可以看作安装轴或者旋转轴。防护转筒511、套筒521、外顶环523和阳极5组成一个近乎封闭的性能良好的X射线屏蔽室，从源头处即进行了辐射防护，可以减轻整机设备的辐射防护压力，使用更为便捷，同时可以有效地屏蔽X射线。

在一个实施例中，笔形束模块51还可以包括驱动器517，所述驱动器517连接外电源，并且提供变化的电流至电枢绕组514。驱动器517置于电枢铁芯515的一侧，例如可以通过套环516固定在阳极52上。在图2中，阳极52的右侧或右端开有走线管道524，布置将所述笔形束模块51电连接至外部的电源线和信号线。走线管道524的入口处设有密封接头525。驱动器517的一端通过线缆518与励磁绕组514连接，另一端的线缆519通过走线管道524与密封接头525的内侧连接，并可利用外接插接头引出到笔形X射线管外部。通电后，电枢绕组514不断地换相通电并形成旋转磁场，与永磁体513所产生的磁场相互作用，推动防护转筒511以阳极52的中心线为轴线旋转。如此通过射线出射孔512调制的笔形X射线束通过防护转筒511的旋转运动而实现笔形X射线束的扫描。、

密封接头525的结构如图3所示，由玻璃芯柱527和烧结密封于其中的导电引针528组成。玻璃芯柱527通过烧结等工艺与阳极棒52融为一个封闭的整体；导电引针528的一端连接导线519，另一端连接到X射线管外部。这种引线方式保证了X射线管内部为真空状态。此外，也可为其他密封与固定样式，如法兰盘挤压O形圈密封等。

在本公开的一个实施例中，从所述笔形束模块51出射的笔形X射线束垂直于所述阳极5的长度延伸方向。在另一实施例中，从所述笔形束模块51出射的笔形X射线束与所述阳极5的长度延伸方向成一角度。

如图4所示，示意地示出笔形X射线束朝向下发射。当笔形束模块51旋转时，笔形X射线扫描一个扇形区域。通过设置笔形束模块51的防护转筒511上的射线出射孔512的位置可以设定笔形X射线束的发生方向，或者说，通过设置笔形束模块51的防护转筒511上的射线出射孔512的位置可以设定笔形X射线束与阳极5的长度延伸方向的夹角，或者说，在图4中，通过设置笔形束模块51的防护转筒511上的射线出射孔512的位置可以设定笔形X射线束偏离竖直线的角度。在一个实施例中，笔形X射线束与阳极5的长度延伸方向垂直，也就是，笔形X射线束与阳极5的长度延伸方向的夹角为90度。在另一实施例中，笔形X射线束与阳极5的长度延伸方向不垂直，也就是，笔形X射线束与阳极5的长度延伸方向的夹角小于90度。

在本公开的其他实施例，防护转筒511包括多个射线出射孔512。多个射线出射孔512是有利的，这样防护转筒511每旋转一周有多个笔状X射线束射出并各自扫描一次被检物体，提高检测速度。进一步，这些射线出射孔512的设置可以不同，使得出射的笔形X射线束与阳极5的长度延伸方向成不同的夹角。多个射线出射孔512的每一个射线出射孔512扫描的情形与以上以一个射线出射孔512扫描的情形类似，此处不再重复描述。

本公开的实施例还提供一种背散射检测设备，包括上述的笔形束X射线管。

虽然本总体专利构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体专利构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本公开的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (12)

1.一种笔形束X射线管，包括：

外壳；

阳极，所述阳极的至少一端设置在所述外壳内，所述至少一端的端面与阳极的长度延伸方向不垂直；

靶，设置在所述阳极的至少一端端面；

阴极，所述阴极配置成朝向所述靶并且能够发射电子到所述靶；以及

笔形束模块，配置于所述阳极的所述至少一端附近用以将所述靶产生的X射线调制成笔形X射线束以便从笔形束X射线管射出。

2.如权利要求1所述的笔形束X射线管，其中笔形束模块包括防护转筒，其中防护转筒包围所述阳极的至少一端，并且允许阴极发射的电子到达靶，同时屏蔽散射的电子和靶产生的X射线。

3.如权利要求2所述的笔形束X射线管，其中防护转筒设置有至少一个射线出射孔用以调制靶产生的X射线，形成至少一个笔形X射线。

4.如权利要求3所述的笔形束X射线管，其中防护转筒配置成能够围绕所述阳极旋转，从而通过至少一个射线出射孔形成的至少一个笔形X射线束能够在一定角度范围内扫描。

5.如权利要求4所述的笔形束X射线管，其中笔形束模块包括设置在所述阳极上靠近至少一端的电枢铁芯和围绕在电枢铁芯上的电枢绕组，以及对应电枢铁芯设置在防护转筒内壁上的多个永磁体，以便在电枢绕组形成变化的磁场时电枢绕组与多个永磁体相互作用而驱动防护转筒转动。

6.如权利要求5所述的笔形束X射线管，其中笔形束模块还包括驱动器，所述驱动器连接外电源，并且提供变化的电流至电枢绕组。

7.如权利要求4所述的笔形束X射线管，其中笔形束模块包括设置在阳极上的轴承，所述轴承支撑所述防护转筒以允许防护转筒围绕所述阳极转动。

8.如权利要求1所述的笔形束X射线管，其中所述阳极包括走线管道用以布置将所述笔形束模块电连接至外部的电源线和信号线。

9.如权利要求1所述的笔形束X射线管，其中从所述笔形束模块出射的笔形X射线束垂直于所述阳极的长度延伸方向。

10.如权利要求1所述的笔形束X射线管，其中从所述笔形束模块出射的笔形X射线束与所述阳极的长度延伸方向成一角度。

11.如权利要求1所述的笔形束X射线管，其中防护转筒由钨或钨合金材料制成。

12.一种背散射检测设备，包括如权利要求1～11中任一项所述的笔形束X射线管。