X射线球管电子束聚焦系统设计
发布时间：2021-08-12 09:16
该文描述了一种用于X射线球管的双磁四极透镜系统,该系统在新型X射线球管中起到了对电子束进行聚束的作用。双磁四极透镜系统一方面具有比较高的压缩比,可以使设计的X射线管发射面更大并获得更小的焦点,有利于提高X射线管的管电流和影像质量。另一方面其纵向尺寸较小,在比较短的距离内采用强磁场使电子偏转达到聚焦的效果,有利于X射线管的结构设计。
【文章来源】：中国新技术新产品. 2020,(08)
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
图1 双磁四极透镜聚焦系统
双磁四极透镜的每一个电磁线圈在通电时形成一个磁极，通不同方向的直流电可以产生不同极性的磁极。在磁四极透镜的4个线圈中通直流电，使4个磁极的极性间隔排列，则在透镜包围的中心区域产生如图2所示的对称磁场[2]。该磁场大小相等的点呈比较规则的正方形分布，并且沿着指向中心轴的直线线性地降低到接近于0。以X轴方向为例，磁场从靠近铁心的位置开始逐渐增大，达到峰值后下降，在进入正方形分布区域之后，线性地下降，直到达到透镜几何中心时下降到0。从其他方向观察时也以类似的情况变化。电子进入透镜之后应处于线性区域，以使得对电子束的聚束效果比较规则，压缩后的电子束截面具有规则的形状。双磁四极透镜的磁场强度在中心的线性区，最大值一般在100 Gs～300 Gs(0.01 T～0.03 T），该磁场强度能够使电子在磁场中具有足够的速度进行方向变化。双磁四极透镜系统聚束下的电子束流形状如图3所示，电子束进入第一级磁四极透镜后，磁场使电子束在一个方向上（如X轴方向）聚焦，而在与该方向垂直的方向上则发散。双磁四极透镜系统具有扁平的结构，其在较短的距离内能使电子速度发生变化，在之后的电子漂移过程中逐步聚焦（或发散），在电子束进入第二级磁四极透镜时，电子束的截面被拉长。第二级磁四极透镜与第一级磁四极透镜相比旋转了90°，从而电子发散的方向会被聚焦，并且由于中心区域的磁场强度具有沿径向线性增大的趋势，因此被发散的电子受到的聚焦效果会大很多，从而被强力压缩。在电子聚焦的方向上电子会被发散，但是由于其更靠近中心轴线，磁场强度线性下降，其发散效果远不如在第一级磁四极透镜中受到的聚焦作用，因此电子束仍然是聚焦的。需要注意的是，为了使电子束的聚焦效果更好，发散的电子束不应超出磁场的线性变化区域。这样电子在经过双磁四极透镜系统之后，各个方向上都是聚焦的，可以形成截面很小的电子束，轰击阳极靶面产生X射线[1]。
双磁四极透镜系统聚束下的电子束流形状如图3所示，电子束进入第一级磁四极透镜后，磁场使电子束在一个方向上（如X轴方向）聚焦，而在与该方向垂直的方向上则发散。双磁四极透镜系统具有扁平的结构，其在较短的距离内能使电子速度发生变化，在之后的电子漂移过程中逐步聚焦（或发散），在电子束进入第二级磁四极透镜时，电子束的截面被拉长。第二级磁四极透镜与第一级磁四极透镜相比旋转了90°，从而电子发散的方向会被聚焦，并且由于中心区域的磁场强度具有沿径向线性增大的趋势，因此被发散的电子受到的聚焦效果会大很多，从而被强力压缩。在电子聚焦的方向上电子会被发散，但是由于其更靠近中心轴线，磁场强度线性下降，其发散效果远不如在第一级磁四极透镜中受到的聚焦作用，因此电子束仍然是聚焦的。需要注意的是，为了使电子束的聚焦效果更好，发散的电子束不应超出磁场的线性变化区域。这样电子在经过双磁四极透镜系统之后，各个方向上都是聚焦的，可以形成截面很小的电子束，轰击阳极靶面产生X射线[1]。双磁四极透镜可以使电子束得到极大地压缩，从而在阳极靶上形成一个很小焦斑（如0.4 mm×0.4 mm、0.6 mm×0.6 mm等），产生能量集中的X射线以满足医疗检测设备的使用要求，焦点的尺寸可以通过调节电磁线圈的电流来实现。由于双磁四极透镜聚焦下的焦点尺寸可以在2个相互垂直的方向进行调节，因此还可以产生类似长矩形形状的焦斑，如图4所示，这种电子束可以广泛应用于许多类型的X射线管中。并且由于双磁四极透镜的高压缩比，其可以扩大阴极发射面，从而扩大阴极尺寸、降低阴极发射面密度，解决小的焦点尺寸和大电流要求之间的矛盾，一方面降低了阴极的设计难度，另一方面提升了X射线管的工作性能。表1给出了该设计结构下，不同焦斑尺寸对应的电磁线圈电流参考值。
本文编号：3338046
【文章来源】：中国新技术新产品. 2020,(08)
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
图1 双磁四极透镜聚焦系统
双磁四极透镜的每一个电磁线圈在通电时形成一个磁极，通不同方向的直流电可以产生不同极性的磁极。在磁四极透镜的4个线圈中通直流电，使4个磁极的极性间隔排列，则在透镜包围的中心区域产生如图2所示的对称磁场[2]。该磁场大小相等的点呈比较规则的正方形分布，并且沿着指向中心轴的直线线性地降低到接近于0。以X轴方向为例，磁场从靠近铁心的位置开始逐渐增大，达到峰值后下降，在进入正方形分布区域之后，线性地下降，直到达到透镜几何中心时下降到0。从其他方向观察时也以类似的情况变化。电子进入透镜之后应处于线性区域，以使得对电子束的聚束效果比较规则，压缩后的电子束截面具有规则的形状。双磁四极透镜的磁场强度在中心的线性区，最大值一般在100 Gs～300 Gs(0.01 T～0.03 T），该磁场强度能够使电子在磁场中具有足够的速度进行方向变化。双磁四极透镜系统聚束下的电子束流形状如图3所示，电子束进入第一级磁四极透镜后，磁场使电子束在一个方向上（如X轴方向）聚焦，而在与该方向垂直的方向上则发散。双磁四极透镜系统具有扁平的结构，其在较短的距离内能使电子速度发生变化，在之后的电子漂移过程中逐步聚焦（或发散），在电子束进入第二级磁四极透镜时，电子束的截面被拉长。第二级磁四极透镜与第一级磁四极透镜相比旋转了90°，从而电子发散的方向会被聚焦，并且由于中心区域的磁场强度具有沿径向线性增大的趋势，因此被发散的电子受到的聚焦效果会大很多，从而被强力压缩。在电子聚焦的方向上电子会被发散，但是由于其更靠近中心轴线，磁场强度线性下降，其发散效果远不如在第一级磁四极透镜中受到的聚焦作用，因此电子束仍然是聚焦的。需要注意的是，为了使电子束的聚焦效果更好，发散的电子束不应超出磁场的线性变化区域。这样电子在经过双磁四极透镜系统之后，各个方向上都是聚焦的，可以形成截面很小的电子束，轰击阳极靶面产生X射线[1]。
双磁四极透镜系统聚束下的电子束流形状如图3所示，电子束进入第一级磁四极透镜后，磁场使电子束在一个方向上（如X轴方向）聚焦，而在与该方向垂直的方向上则发散。双磁四极透镜系统具有扁平的结构，其在较短的距离内能使电子速度发生变化，在之后的电子漂移过程中逐步聚焦（或发散），在电子束进入第二级磁四极透镜时，电子束的截面被拉长。第二级磁四极透镜与第一级磁四极透镜相比旋转了90°，从而电子发散的方向会被聚焦，并且由于中心区域的磁场强度具有沿径向线性增大的趋势，因此被发散的电子受到的聚焦效果会大很多，从而被强力压缩。在电子聚焦的方向上电子会被发散，但是由于其更靠近中心轴线，磁场强度线性下降，其发散效果远不如在第一级磁四极透镜中受到的聚焦作用，因此电子束仍然是聚焦的。需要注意的是，为了使电子束的聚焦效果更好，发散的电子束不应超出磁场的线性变化区域。这样电子在经过双磁四极透镜系统之后，各个方向上都是聚焦的，可以形成截面很小的电子束，轰击阳极靶面产生X射线[1]。双磁四极透镜可以使电子束得到极大地压缩，从而在阳极靶上形成一个很小焦斑（如0.4 mm×0.4 mm、0.6 mm×0.6 mm等），产生能量集中的X射线以满足医疗检测设备的使用要求，焦点的尺寸可以通过调节电磁线圈的电流来实现。由于双磁四极透镜聚焦下的焦点尺寸可以在2个相互垂直的方向进行调节，因此还可以产生类似长矩形形状的焦斑，如图4所示，这种电子束可以广泛应用于许多类型的X射线管中。并且由于双磁四极透镜的高压缩比，其可以扩大阴极发射面，从而扩大阴极尺寸、降低阴极发射面密度，解决小的焦点尺寸和大电流要求之间的矛盾，一方面降低了阴极的设计难度，另一方面提升了X射线管的工作性能。表1给出了该设计结构下，不同焦斑尺寸对应的电磁线圈电流参考值。
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