面向相位衬度成像应用的CNTs X射线源研究

发布时间：2017-04-12 19:07

  本文关键词：面向相位衬度成像应用的CNTs X射线源研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：X射线相位衬度成像可以对轻元素物质进行成像,弥补了传统吸收衬度成像无法对其进行成像的不足,因此成为医疗影像学领域研究的热点。但是,目前X射线相位衬度成像要应用于临床医学仍然面临着较多的问题,其中突出的是很难获得相干好能量高的光源。近年来X射线相位衬度成像研究中使用的光源大多为同步辐射光源,这种光源体积大、功率高,无法应用于临床医学。因此,本文利用冷阴极X射线管体积小、启动快且微焦点X射线具有相干性的特点,研究面向相位衬度成像应用的CNTs冷阴极X射线光源。在前期相关研究的基础之上,本文针对相位衬度成像的要求,主要从冷阴极X射线管发射性能和焦点尺寸两方面进行了讨论研究；并对X射线成像进行了实验研究。本文采用丝网印刷法制备CNTs冷阴极,并重点研究了在CNTs与不锈钢基底之间的中间层中引入了碳纤维后对阴极发射电流的影响。实验发现加入碳纤维后,在外加电压为1.6KV时,直径为1mm的CNTs发射电流从0.1mA增加到0.3mA。在没有外加冷却条件下连续30min直流测试,电流可以稳定保持在0.3mA不变。实验结果表明,在丝印过程中引入的银和少量碳纤维中间层,可成为发射材料和金属基底间的过渡层,不仅能增强CNTs在基底上的附着力,降低CNTs与基底之间的界面接触电阻,还能提供新的发射点,从而能改善阴极发射电流和电流稳定性。为了改善栅阴极电场的均匀性,降低栅网截获对CNTs冷阴极X射线管电流的影响,本文从以下两个途径对栅网进行了改进研究：一是将覆有纳米碳膜的铜网代替不锈钢栅网后,CNTs发射电流增加,开启电压降低。可以认为导电碳膜改善了发射场的均匀性,从而增加有效发射面积和发射电流,同时具有一定能量的电子可以穿过3nm左右厚度的碳膜,最终到达阳极上的电子增多。二是在不锈钢栅网上蒸镀MgO薄膜,实验结果证明栅极表面的MgO膜在阴极电子的激发下可以发射出二次电子,使栅网表面积累一定数量的正电荷,从而提高了阴极与栅极之间的电场,此时阴极的电子更容易逸出,阴极的发射电流增大。针对微焦点CNTsX射线源应用,本文还开展了电子束聚焦系统研究,设计了带有聚焦结构的栅网并对其结构参数进行了模拟计算。参照CNTs冷阴极X射线管测试条件,固定阴极电压为0KV,栅极电压为2KV,阳极电压为35KV,阴极直径为1mm时,模拟计算了不同尺寸、不同形状的聚焦栅极和阳极结构对电子束聚焦性能的影响,并优化了结构参数。在优化条件下模拟计算得到的电子束焦点半径为50μm,此时栅网电子透过率为50%左右。最后本文进行X射线成像测试研究。采用设计加工的CNTs X射线管能够实现静态金属片和动态小白鼠的吸收衬度成像,此时CNTs阴极连续提供大于100uA的直流电流即可以实现清晰成像,但由于没有加入聚焦极结构,无法拍摄出对于轻元素的小白鼠毛发和内脏结构。采用场发射扫描电镜中的发射电流为120uA的电子束作为X射线源对直径为0.4mm的塑料细绳进行成像测试表明,在焦点尺寸小于250um时即可以清晰的看出塑料细绳的图像,这为本文仿真设计的聚焦结构用于相位衬度成像的应用提供了实验依据。
【关键词】：相位衬度成像 X射线管 冷阴极电子源 聚焦结构
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN14
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题的背景及意义10-12
• 1.2 课题的研究历史、现状及存在的问题12-16
• 1.3 课题研究内容及意义16-18
• 第二章 用于相位衬度成像的冷阴极X射线源主要改进因素18-26
• 2.1 相位衬度成像原理简介18-20
• 2.2 场致发射理论简介20-22
• 2.3 X射线源的改进因素22-24
• 2.3.1 大电流X射线源23
• 2.3.2 微焦点X射线源23-24
• 2.4 本章小结24-26
• 第三章 X射线管电子场发射性能研究26-40
• 3.1 丝网印刷法制备制备CNTs场致发射阴极及其场致发射性能测试26-28
• 3.1.1 CNTs冷阴极的制备方法26-27
• 3.1.2 场发射性能的测试方法27-28
• 3.2 CNTs与基底界面接触电阻对场发射性能的影响研究28-32
• 3.2.1 界面接触电阻对场发射性能的影响28-29
• 3.2.2 中间层中掺入碳纤维对场发射性能的影响测试29-32
• 3.3 栅网对阴极场发射性能的影响研究32-37
• 3.3.1 蒸镀MgO薄膜的栅网对场发射性能的影响测试32-34
• 3.3.2 覆盖碳膜的栅网对场发射性能的影响测试34-37
• 3.4 本章小结37-40
• 第四章 X射线管聚焦结构设计及仿真模拟40-52
• 4.1 冷阴极电子枪结构设计40-44
• 4.1.1 CTS粒子工作室简介40
• 4.1.2 聚焦结构模型的建立40-44
• 4.2 聚焦栅极结构参数确定44-50
• 4.2.1 聚焦栅极尺寸对电子束聚焦性能的影响44-47
• 4.2.2 聚焦结构形状对电子束聚焦性能的影响47-48
• 4.2.3 阳极对电子束聚焦性能的影响48-50
• 4.3 本章小结50-52
• 第五章 X射线成像实验52-58
• 5.1 CNTs冷阴极X射线管成像实验52-54
• 5.1.1. CNTs冷阴极X射线管成像实验系统52-53
• 5.1.2. CNTs冷阴极X射线管成像实验53-54
• 5.2 微焦点X射线成像实验54-56
• 5.3 本章小结56-58
• 第六章 总结58-60
• 参考文献60-64
• 致谢64-66
• 作者简介66

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1 李媛;面向相位衬度成像应用的CNTs X射线源研究[D];东南大学;2016年

  本文关键词：面向相位衬度成像应用的CNTs X射线源研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：301933