【摘 要】
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X射线是一种具有独特的物理化学及生物效应性质的电磁波,其应用范围极广,例如医学诊断和治疗等。所以,X射线管具有很好的开发价值与应用前途。传统X射线管采用热阴极,但热阴
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X射线是一种具有独特的物理化学及生物效应性质的电磁波,其应用范围极广,例如医学诊断和治疗等。所以,X射线管具有很好的开发价值与应用前途。传统X射线管采用热阴极,但热阴极存在体积较大、电子发射调制时间较长(毫秒级别)、功耗大等缺陷。针对热阴极的这些缺陷,性能优良的冷阴极的研究应运而生。碳纳米管(CNTs)具有高电导率、大的长径比及管端的高曲率比等特性,是一种优良的场发射材料,被广泛用作为冷阴极。目前,碳纳米管冷阴极X射线管的研究吸引了众多实验室的兴趣。
本文介绍了X射线的性质及X射线管的应用,主要研究了冷阴极X射线管的阴极制备、结构设计、封装、测试。分别以粉末烧结法及热CVD法制备了碳纳米管冷阴极,并对其进行了场发射测试。粉末烧结法制备的碳纳米管冷阴极具有良好的发射稳定性,但由于发射电流密度小等原因未被采纳。化学气相沉积法制备的碳纳米管冷阴极具有较大的发射电流密度(最大发射电流密度为157mA/cm2)以及易于装配的优势而被用作X射线管中的阴极。冷阴极X射线管的封装采用真空封接工艺,测试结果碳纳米管冷阴极X射线管是能够产生X射线的,是可行的。
碳纳米管冷阴极X射线源采用二极透射式结构,但测试效果并不理想。碳纳米管冷阴极X射线管采用三极反射式结构,真空封装工艺完成对碳纳米管冷阴极X射线管的装配,并对X射线管进行真空排气。碳纳米管冷阴极X射线的测试采用直流电源,并在铅盒中进行。测试结果显示本实验中制备的碳纳米管冷阴极X射线管是能够产生X射线的,阳极最大电流为700uA(阴极发射面积为7mm2),经理论计算,在20KV的条件下产生的X射线的能量可达19.6mw～24.9mw。
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