X射线源.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010525459.9 (22)申请日 2020.06.10 (71)申请人 中国工程物理研究院应用电子学研 究所 地址 621900 四川省绵阳市游仙区绵山路 64号 (72)发明人 王建新吴岱肖德鑫罗星 黎明杨兴繁单李军李鹏 沈旭明和天慧胡栋材徐勇 周奎王汉斌劳成龙白燕 闫陇刚陈立均刘宇刘婕 周征张德敏潘清柏伟 陈亚男邓仕钰李文君宋志大 (74)专利代理机构 北京同辉知识产权代理事务 所(普通合伙) 11357 代理人 张明利 (51)Int.Cl. H05G 1/08。

2、(2006.01) (54)发明名称 一种X射线源 (57)摘要 本发明公开了一种X射线源， 该X射线源包括 用于产生长脉冲低能电子束的电子源、 用于加速 低能电子束的超导直线加速器以及用于通过电 子束作用产生X射线的X射线靶， 所述电子源通过 第一束流传输线与超导直线加速器连接， 所述超 导直线加速器通过第二束流传输线与X射线靶连 接。 本发明解决了传统基于常温直线加速器的X 射线源无法提供长脉冲的X射线的问题。 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 CN 111642049 A 2020.09.08 CN 111642049 A 1.一种X射线源， 其特征在于， 包括用于产生长脉冲低能电子。

3、束的电子源、 用于加速低 能电子束的超导直线加速器以及用于通过电子束作用产生X射线的X射线靶， 所述电子源通 过第一束流传输线与超导直线加速器连接， 所述超导直线加速器通过第二束流传输线与X 射线靶连接。 2.根据权利要求1所述的X射线源， 其特征在于， 所述电子源产生的长脉冲低能电子束 的时间长度可调， 调节范围为10微秒到1秒。 3.根据权利要求2所述的X射线源， 其特征在于， 所述电子源包括驱动激光器、 光阴极和 阳极， 所述驱动激光器发出激光入射到所述光阴极上产生电子， 所述光阴极和阳极之间的 引出电场将电子束团引出所述光阴极入射到第一束流传输线中。 4.根据权利要求3所述的X射线源，。

4、 其特征在于， 所述驱动激光器发出的激光为脉冲长 度可调节激光,以实现电子源产生电子束的脉冲时间长度可调， 所述驱动激光器通过调整 电压信号的长度来调节激光脉冲的长度。 5.根据权利要求3所述的X射线源， 其特征在于， 所述电子源为由直流高压电子枪形成 的直流高压电子源或由射频电子枪形成的射频电子源， 所述直流高压电子源形成的引出电 场为静态高压电场， 所述射频电子源形成的引出电场为射频电磁场。 6.根据权利要求2所述的X射线源， 其特征在于， 所述电子源产生的低能电子束的横向 发射度低于10mm*mrad。 7.根据权利要求1所述的X射线源， 其特征在于， 所述超导直线加速器包括沿着轴线分 。

5、布的射频谐振腔， 所述射频谐振腔由射频功率源驱动。 8.根据权利要求7所述的X射线源， 其特征在于， 所述射频谐振腔置于4K或2K的低温环 境中。 9.根据权利要求1所述的X射线源， 其特征在于， 所述X射线靶包含高原子序数材料。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111642049 A 2 一种X射线源 技术领域 0001 本发明涉及射线源技术领域， 特别是涉及一种X射线源。 背景技术 00021895年， 德国科学家伦琴(Wilhelm K.)在进行阴极射线管气体放电实验 时， 意外发现了X射线， 并凭借这项发现在1901年获得了首次颁发的诺贝尔物理学奖。 在那 之后， X射线作为一种强有。

6、力的工具， 在医学、 工业、 基础和应用科学研究等领域得到了广泛 的应用和发展。 0003 X射线源分为普通X射线管和基于加速器的X射线源。 基于加速器的X射线源产生方 式有两种， 电子束打靶和同步辐射。 电子束打靶产生X射线的原理同普通X光管相同， 都是电 子束和物质相互作用产生的韧致辐射。 加速器系统用以产生打靶所需的电子束。 电子束打 靶产生的X射线脉冲长度和电子束脉冲长度相同。 常规的常温射频加速器系统无法提供长 脉冲宽度(微秒到毫秒， 甚至几百毫秒或者连续时间状态)的电子束， 同理基于该方案X射线 源也无法提供相同长时间脉冲宽度的X射线。 0004 针对上述问题， 特提出本发明。 发。

7、明内容 0005 本发明的目的是提供一种X射线源， 该X射线源克服了现有X射线源无法提供长脉 冲的X射线的问题。 0006 为实现上述目的， 本发明提供如下技术方案： 0007 一种X射线源， 包括用于产生长脉冲低能电子束的电子源、 用于加速低能电子束的 超导直线加速器以及用于通过电子束作用产生X射线的X射线靶， 所述电子源通过第一束流 传输线与超导直线加速器连接， 所述超导直线加速器通过第二束流传输线与X射线靶连接。 0008 优选的， 所述电子源产生的长脉冲低能电子束的时间长度可调， 调节范围为10微 秒到1秒。 0009 优选的， 所述电子源包括驱动激光器、 光阴极和阳极， 所述驱动激光。

8、器发出激光入 射到所述光阴极上产生电子， 所述光阴极和阳极之间的引出电场将电子束团引出所述光阴 极入射到第一束流传输线中。 0010 优选的， 所述驱动激光器发出的激光为脉冲长度可调节激光,以实现电子源产生 电子束的脉冲时间长度可调， 所述驱动激光器通过调整电压信号的长度来调节激光脉冲的 长度。 0011 优选的， 所述电子源为由直流高压电子枪形成的直流高压电子源或由射频电子枪 形成的射频电子源， 所述直流高压电子源形成的引出电场为静态高压电场， 所述射频电子 源形成的引出电场为射频电磁场。 0012 优选的， 所述电子源产生的低能电子束的横向发射度低于10mm*mrad。 0013 优选的，。

9、 所述超导直线加速器包括沿着轴线分布的射频谐振腔， 所述射频谐振腔 说明书 1/3 页 3 CN 111642049 A 3 由射频功率源驱动。 0014 优选的， 所述射频谐振腔置于4K或2K的低温环境中。 0015 优选的， 所述X射线靶包含高原子序数材料。 与现有技术相比， 本发明的有益效果 如下： 0016 本发明提供了一种X射线源， 该X射线源可以提供长脉冲宽度的X射线， 并且该X射 线源可以通过调节电子束脉冲的长度来控制X射线的脉冲时间长度。 附图说明 0017 为了更清楚地说明本新型实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显。

10、而易见地， 下面描述的附图仅仅是本发 明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根 据这些附图获得其他的附图。 0018 图1为X射线源形成的结构示意图。 0019 图中： 1电子源， 2第一束流传输线， 3超导直线加速器， 4第二束流传输线， 5X射线靶。 具体实施方式 0020 本发明的核心在于提供一种X射线源， 该X射线源克服了现有X射线源无法提供长 脉冲X射线的问题。 0021 为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案， 下面结合本发明的附图， 对 本发明的技术方案进行清楚、 完整的描述。 基于本申请中的实施例， 本领域普通技术人员在 没有。

11、做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例， 都应当属于本申请保护的范围。 0022 如图1所示， 本具体实施例中提供的X射线源包括电子源1、 超导直线加速器3以及X 射线靶5， 电子源1通过第一束流传输线2与超导直线加速器3连接， 超导直线加速器3通过第 二束流传输线4与X射线靶5连接， 电子源1和超导直线加速器3一起操作能够产生相对论性 电子束。 0023 电子源1产生具有第一能量E1的长脉冲低能电子束BE1， 低能电子束BE1的能量约 为300kV， 电子源1产生的低能电子束的脉冲时间长度可调， 调节范围从10微秒到1秒。 电子 源1包含有驱动激光器、 光阴极和阳极， 驱动激光器发出激。

12、光入射到光阴极上产生电子， 阴 极和阳极之间的引出电场将电子束团引出光阴极， 入射到第一束流传输线2中， 第一束流传 输线2将电子源1产生的低能电子束BE1传递到超导直线加速器3。 0024 低能电子束BE1是由驱动激光器经光阴极作用产生， 低能电子束BE1和驱动激光器 具有相同的时间结构， 驱动激光器发出的激光为脉冲长度可调节激光,以实现电子源1产生 电子束的脉冲时间长度可调， 驱动激光器通过调整电压信号的长度来调节激光脉冲的长 度。 0025 电子源1为由直流高压电子枪形成的直流高压电子源或由射频电子枪形成的射频 电子源， 直流高压电子源形成的引出电场为静态高压电场， 射频电子源形成的引出。

13、电场为 射频电磁场。 在本具体实施例中， 电子源1采用直流高压电子枪， 直流高压电子枪产生能量 约为300kV的低能电子束BE1， 直流高压电子枪的引出电场是由直流高压电源在阴极和阳极 说明书 2/3 页 4 CN 111642049 A 4 之间形成的静态高压电场。 0026 作为本具体实施例的优选， 低能电子束BE1具有相对较低的横向发射度， 优选的， 横向发射度低于10mm*mrad。 0027 超导直线加速器3的超导腔表面电阻比常温腔小约6个数量级， 即使考虑制冷机的 损耗， 总的损耗也比常温腔小几百倍。 超导直线加速器3可以在更高的加速梯度和束流电流 下以连续波运行或者在脉冲运行下，。

14、 其允许运行的脉冲更长。 超导直线加速器3可以对长脉 冲电子束进行加速， 其能够满足本发明的需求。 超导直线加速器3包含沿着轴线分布的射频 谐振腔， 射频谐振腔由多个射频功率源驱动， 超导直线加速器3的射频谐振腔置于4K或2K低 温槽的低温环境中， 以确保射频谐振器的超导状态。 低能电子束BE1在超导直线加速器3中 获得能量增益E， 得到高能电子束BE2， 高能电子束BE2和低能电子束BE1具有相同的时间 结构， 通过调节低能电子束BE1的长度来调节高能电子束BE2的时间长度， 低能电子束BE1的 时间长度的调节通过驱动激光器发出的激光脉冲的长度的调节实现。 E由超导直线加速 器3的规模和性能。

15、决定， 射频谐振腔的数量越多， 场梯度越大， 能量增益E也越大。 理论上， E可以从几兆电子伏特到几千兆电子伏特甚至到无限大。 本实施例中， E约为8MeV。 0028 高能电子束BE2沿第二束流传输线4轰击到X射线靶5上。 X射线靶5要具有冷却功 能， 避免高能电子束BE2沉积的能量烧坏X射线靶5， X射线靶5的核心部件选为高原子序数材 料， 高能电子束BE2和高原子序数材料相互作用产生X射线， 在本具体实施例中， 高原子序数 材料选用钨。 0029 对于本领域技术人员而言， 显然本发明不限于上述示范性实施例的细节， 而且在 不背离本发明的精神或基本特征的情况下， 能够以其他的具体形式实现本。

16、发明。 因此， 无论 从哪一点来看， 均应将实施例看作是示范性的， 而且是非限制性的， 本发明的范围由所附权 利要求而不是上述说明限定， 因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有 变化囊括在本发明内。 0030 此外， 应当理解， 虽然本说明书按照实施方式加以描述， 但并非每个实施方式仅包 含一个独立的技术方案， 说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见， 本领域技术人员应当 将说明书作为一个整体， 各实施例中的技术方案也可以经适当组合， 形成本领域技术人员 可以理解的其他实施方式。 说明书 3/3 页 5 CN 111642049 A 5 图1 说明书附图 1/1 页 6 CN 111642049 A 6 。