一種x射線管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種X射線管，包括密封在球管內(nèi)的陰極和陽極靶，所述陰極和陽極靶之間加載高電壓形成電子束，其中，所述陽極靶背面設(shè)有碳納米管膜，所述碳納米管膜內(nèi)的碳納米管排列一致，形成熱傳導(dǎo)層。本發(fā)明充分利用碳納米管軸向熱導(dǎo)率高的特性，大大提高了球管陽極的散熱效率，從而快速高效地散去陽極靶上的熱量，延長了X射線管的使用壽命。
【專利說明】一種X射線管
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種X射線管，尤其涉及一種具有快速散熱結(jié)構(gòu)的碳納米管X射線管。【背景技術(shù)】
[0002]陽極散熱的問題一直是制約X-射線管向大功率進(jìn)一步發(fā)展的一個主要瓶頸。在X-射線產(chǎn)生過程中，高能的電子束轟擊陽極靶，這其中只有不到1%的能量轉(zhuǎn)化成X-射線，其余的能量都轉(zhuǎn)化成熱能沉積在陽極上，造成陽極迅速升溫，甚至可能熔化。為了解決這一問題，通常采用大熱容的陽極材料、旋轉(zhuǎn)陽極、間歇發(fā)射等技術(shù)方案來防止陽極溫度升高燒熔陽極靶。
[0003]現(xiàn)有的陽極 主要散熱方式之一是被動的輻射散熱，主要適用于一些低功率、對于壽命要求不高，或者一些微型化的球管。這類球管一般先把陽極的熱能傳導(dǎo)到一個相對大的散熱表面上，再從這個表面上把熱能以輻射的方式耗散掉。另一種方式是液體循環(huán)冷卻，主要用于一些高功率且要求長壽命的球管，如一般醫(yī)療診斷CT的球管和工業(yè)X-射線檢測儀的球管。這一類球管一般整體浸泡或者至少陽極端直接接觸循環(huán)的制冷液，陽極通過高效的熱傳導(dǎo)材料和制冷液接觸。
[0004]傳統(tǒng)的熱傳導(dǎo)材料往往采用合金或者石墨，銅合金和石墨的熱傳導(dǎo)率分別約為3851111^1^1和USWnr1Ir1,往往是制約散熱的瓶頸。隨著球管功率的不斷提高，這些熱傳導(dǎo)材料已很難滿足大功率X-射線球管陽極散熱的需要。
[0005]隨著納米技術(shù)的發(fā)展，碳納米管以其出眾的導(dǎo)電性、熱傳導(dǎo)率、機(jī)械強(qiáng)度性能等受到越來越多的關(guān)注，已被廣泛地應(yīng)用到各個領(lǐng)域。碳納米管軸向的熱傳導(dǎo)率達(dá)35001!!!-?'高出銅近一個數(shù)量級。利用垂直于基底生長的碳納米管已經(jīng)被用于集成電路板的散熱，尤其是用于電路板上一些能量集中的熱斑進(jìn)行散熱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種X射線管，能夠提高X-射線球管陽極的散熱效率，快速高效地散去陽極靶上的熱量，延長X射線管的使用壽命。
[0007]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是提供一種X射線管，包括密封在球管內(nèi)的陰極和陽極靶，所述陰極和陽極靶之間加載高電壓形成電子束，其中，所述陽極靶背面設(shè)有碳納米管膜，所述碳納米管膜內(nèi)的碳納米管排列一致，形成熱傳導(dǎo)層。
[0008]進(jìn)一步地，所述碳納米管膜在所述陽極靶背面垂直方向上生長，或者所述碳納米管膜在所述陽極靶背面以一傾斜角度生長。
[0009]進(jìn)一步地，所述傾斜角度為大于45°的銳角。
[0010]進(jìn)一步地，所述碳納米管之間填充有石墨和/或高熱導(dǎo)金屬材料。
[0011]進(jìn)一步地，所述高熱導(dǎo)金屬材料為銅、鋁、銅合金或鋁合金。
[0012]進(jìn)一步地，所述碳納米管為單壁或多壁碳納米管。
[0013]進(jìn)一步地，所述碳納米管膜一端附著在所述陽極靶上，另一端和所述球管的內(nèi)管壁相連。
[0014]進(jìn)一步地，所述球管外設(shè)置散熱金屬面板。
[0015]進(jìn)一步地，所述球管外設(shè)置有循環(huán)冷卻液。
[0016]進(jìn)一步地，所述碳納米管膜一端附著在所述陽極靶的內(nèi)壁管上，另一端浸在所述循環(huán)冷卻液中。
[0017]進(jìn)一步地，所述循環(huán)冷卻液中含有碳納米管。
[0018]進(jìn)一步地，所述陽極靶背面具有鎢線或者鑰線微陣列結(jié)構(gòu)，并在所述鎢線或者鑰線微陣列結(jié)構(gòu)上生長碳納米管膜。 [0019]進(jìn)一步地，所述碳納米管膜和所述陽極靶背面之間通過附著劑連接。
[0020]進(jìn)一步地，所述附著劑的材料采用合金或有機(jī)材料。
[0021]進(jìn)一步地，所述陽極靶為管狀結(jié)構(gòu)。
[0022]進(jìn)一步地，所述管狀陽極靶為繞中軸線轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)陽極靶。
[0023]本發(fā)明對比現(xiàn)有技術(shù)有如下的有益效果:本發(fā)明提供的X射線管，利用平行生長的碳納米管纖維束來代替?zhèn)鹘y(tǒng)合金或者石墨作為陽極靶的散熱傳導(dǎo)層，充分利用碳納米管軸向熱導(dǎo)率高的特性，并對陽極靶的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，大大提高了球管陽極的散熱效率，從而快速高效地散去陽極靶上的熱量，延長了 X射線管的使用壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明X射線管結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明X射線管中游離碳納米管膜生長結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明X射線管中管狀陽極靶冷卻示意圖；
[0027]圖4為本發(fā)明X射線管中陽極靶的金屬線陣列示意圖。
[0028]圖中:
[0029]I碳納米管膜 2冷卻液 3球管
[0030]4陽極靶5電子束 6附著層
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0032]圖1為本發(fā)明X射線管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]請參見圖1，本發(fā)明提供的X射線管，包括球管3，球管3內(nèi)密封有陰極和陽極靶4，所述陰極和陽極靶4之間加載高電壓形成電子束5，高能的電子束5正面轟擊陽極靶4，在陽極靶4的背面垂直生長一層致密的碳納米管膜1，膜內(nèi)的碳納米管排列一致，呈平行分布，形成軸向傳熱的熱傳導(dǎo)層。熱傳導(dǎo)層中平行的碳納米管一端連著陽極祀4,另一端連著所述球管的內(nèi)管壁。碳納米管膜也可以在陽極靶背面以一傾斜角度生長，該傾斜角度為大于45°的銳角。碳納米管可以是單壁、多壁或者兩者按比例混合。管間的間隙可以用填充石墨和/或高熱導(dǎo)的金屬，如銅、鋁、銅合金或鋁合金等，不但可以增大導(dǎo)熱的效率，還可以提高整個陽極靶的機(jī)械強(qiáng)度。管壁外是冷卻液，冷卻液2沿著管壁在管外循環(huán)流動?？梢栽诶鋮s液2中添加碳納米管，從而進(jìn)一步提高陽極散熱效率。球管外沒有冷卻劑時，也可以連接一個大的金屬面板，進(jìn)行被動的輻射散熱。[0034]本發(fā)明提供的X射線管，陽極靶4與碳納米管膜I之間可通過由附著劑構(gòu)成的附著層6來連接，以加強(qiáng)碳納米管和基底間的連接強(qiáng)度，特別是對于游離碳納米管膜。如圖2所示，碳納米管膜I的一端通過附著層6連接在陽極靶4上，游離的另一端可以直接浸潤在冷卻液2中以提高散熱效率。附著層6可以采用合金或有機(jī)材料，保持球管良好的密封性，并且碳納米管間間隙也可以填充銅鋁等材料增加有效散熱面積，增大熱傳導(dǎo)效率。
[0035]上述的碳納米管X射線管，陽極靶4的幾何形狀可根據(jù)工藝需求設(shè)定，一般不作限定，只要陽極的散熱是通過平行生長的碳納米管實現(xiàn)的即可。為了進(jìn)一步增強(qiáng)散熱效果，所述陽極靶可以是旋轉(zhuǎn)式，如圖3所示，陽極靶4呈管狀結(jié)構(gòu)，管狀陽極靶可繞其中軸線轉(zhuǎn)動，管狀陽極靶內(nèi)流動有循環(huán)冷卻液2，碳納米管膜I 一端通過附著層6連接在陽極靶4的內(nèi)管壁上，另一端浸在循環(huán)冷卻液2中。碳納米管膜I內(nèi)的碳納米管徑向排列一致，形成熱傳導(dǎo)層。
[0036]進(jìn)一步地，為了增強(qiáng)散熱效果，陽極靶4的背面加工成鎢線或者鑰線微陣列，從而增加陽極背面的有效散熱面積，如圖4所示。此時，碳納米管膜I可直接生長在這些陣列上，游離末端置于流動的冷卻液2或者制冷氣中，從而達(dá)到有效的冷卻效果。
[0037]綜上所述，本發(fā)明提供的X射線管，利用平行生長的碳納米管膜I代替?zhèn)鹘y(tǒng)合金或者石墨作為陽極靶4的散熱傳導(dǎo)層，充分利用碳納米管軸向熱導(dǎo)率高的特性，大大提高了球管陽極的散熱效率，從而快速高效地散去陽極靶上的熱量，延長了 X射線管的使用壽命。
[0038]雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的修改和完善，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種X射線管，包括密封在球管內(nèi)的陰極和陽極靶，所述陰極和陽極靶之間加載高電壓形成電子束，其特征在于，所述陽極靶背面設(shè)有碳納米管膜，所述碳納米管膜內(nèi)的碳納米管排列一致，形成熱傳導(dǎo)層。
2.如權(quán)利要求1所述的X射線管，其特征在于，所述碳納米管膜在所述陽極靶背面垂直方向上生長，或者所述碳納米管膜在所述陽極靶背面以一傾斜角度生長。
3.如權(quán)利要求2所述的X射線管，其特征在于，所述的傾斜角度為大于45°的銳角。
4.如權(quán)利要求1所述的X射線管，其特征在于，所述碳納米管之間填充有石墨和/或高熱導(dǎo)金屬材料。
5.如權(quán)利要求4所述的X射線管，其特征在于，所述高熱導(dǎo)金屬材料為銅、鋁、銅合金或招合金。
6.如權(quán)利要求1所述的X射線管，其特征在于，所述碳納米管為單壁或多壁碳納米管。
7.如權(quán)利要求1所述的X射線管，其特征在于，所述碳納米管膜一端附著在所述陽極靶上，另一端和所述球管的內(nèi)管壁相連。
8.如權(quán)利要求1所述的X射線管，其特征在于，所述球管外設(shè)置散熱金屬面板。
9.如權(quán)利要求1所述的X射線管，其特征在于，所述球管外設(shè)置有循環(huán)冷卻液。
10.如權(quán)利要求9所述的X射線管，其特征在于，所述碳納米管膜一端附著在所述陽極靶上，另一端浸在所述循環(huán)冷卻液中。
11.如權(quán)利要求9或10所述的X射線管，其特征在于，所述循環(huán)冷卻液中含有碳納米管。
12.如權(quán)利要求1所述的X射線管，其特征在于，所述陽極靶背面具有鎢線或者鑰線微陣列結(jié)構(gòu)，并在所述鎢線或者鑰線微陣列結(jié)構(gòu)上生長碳納米管膜。
13.如權(quán)利要求1所述的X射線管，其特征在于，所述碳納米管膜和所述陽極靶背面之間通過附著劑連接。
14.如權(quán)利要求13所述的X射線管，其特征在于，所述附著劑的材料采用合金或有機(jī)材料。
15.如權(quán)利要求1所述的X射線管，其特征在于，所述陽極靶為管狀結(jié)構(gòu)。
16.如權(quán)利要求15所述的X射線管，其特征在于，所述管狀陽極靶為繞中軸線轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)陽極靶。
【文檔編號】H01J35/10GK103730310SQ201210388516
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月12日
【發(fā)明者】劉紅林, 李冬松, 章健 申請人:上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司