基于Geant4的微型透射式X射线管中背散射电子对出射光束影响

X射线管工作时,管内会产生大量的背散射电子。在X射线管内电场的作用下,背散射电子会被电场拉回到阳极靶上,并产生额外的X射线,最终对出射光束质量产生不利影响。背散射电子的分布与X射线管的特性(管电压和靶材料)密切相关。因此,本文将从透射式X射线管中背散射电子的分布规律出发,系统讨论靶材料和管电压引起的背散射电子变化以及其对出射光束质量的影响。首先,在Geant4代码中建立了透射式X射线管的物理模型,并将计算结果与文献数据进行对比验证;其次,开展了不同管电压与靶材料对X射线管中背散射电子分布的影响分析;最后,探究了在管电压作用下背散射电子对出射光束质量的影响。结果显示:当考虑电场时,X射线管的出射光束半高全宽(Full Width at Half Maxima, FWHM)、光子产额和特征峰产额会有所增加,表明背散射电子会对出射光束的质量产生一定的影响。结果同时显示:对出射光束质量影响程度最高主要是第一代和第二代被电场拉回的背散射电子。当管电压发生改变时,背散射电子对出射光束质量的影响程度也会改变,管电压越大,背散射电子对X射线管出射光束质量的影响也越明显。本研究结果为未来开展微型透射式X射线管的数值仿真计算提供参考。

狭缝法测量X射线管焦点尺寸的研究

目前EN 12543标准中的狭缝法广泛应用于工业用X射线管焦点尺寸的测量和标注。然而所需的测试设备——狭缝相机,由于其复杂和精密的设计要求,导致生产加工难度大、成本高且不利于推广使用。本文采用双钨合金圆柱代替狭缝相机,基于圆柱法中距离和位置参数校准方法,改进了狭缝法中焦点尺寸测量的计算公式,研究了不同狭缝大小对X射线管焦点尺寸测量的影响和变化规律。实验结果表明,使用间距与焦点尺寸相当的双钨合金圆柱测量COMET公司的MXR-225HP/11工业X射线管,也可以获得较为精确的测量结果,同时实验发现当狭缝宽度较大时,可以直接用来计算焦点测量装置的几何放大倍数,并且计算结果与圆柱法中使用距离和位置参数校准方法所测量的结果相一致。

基于ARM的X射线管用130 kV高压直流电源设计

介绍了基于ARM架构的单片机控制的X射线管用高压直流电源的设计。该电源采用24 V直流输入,输出电压130 kV,最大设计升压增益为5417倍。电源使用多拓扑混合的三级升压电路,通过反激电路、LLC谐振和倍压整流电路等级联组合实现高电压增益,并实现电源的高频率高效率优化。系统使用STM32F407系列处理器作为主控芯片,通过增量式PID算法实现电源输出的稳定调节。该电源具有体积小、效率高等优点,可广泛应用于医疗诊断、工业无损检测和材料分析等X射线成像领域。

小焦斑X射线管的研究

X射线管焦斑是X射线管的主要性能指标。其大小直接影响射线成像及照相灵敏度。X射线管作为X射线检测设备的发射源,其性能直接决定了检查设备对物体的图像分辨率指标。小焦斑X射线管的研制,要求其在保证一定发射功率前提下,能够连续稳定工作;既满足检查小零件及高图像分辨率方面需求,又能有效避免X射线管因焦斑过小所造成的靶面烧伤;具有重大现实意义。通过对其结构设计、制造工艺及工作可靠性方面的深入研究,现已成功研制出"小焦斑X射线管"。测试表明:此研究产品在拥有小焦斑特性同时,具有相当的高压稳定性。应用此研究,可开发系列小焦斑X射线管。此产品的成功应用,有望促进X射线检测设备整体水平的提高。

基于振动分析的X射线管工作状态无损检测技术研究

本文提出了一种基于振动信号分析的X射线管旋转阳极工作状态监测方法。利用LabVIEW虚拟仪器开发平台,对通过加速度传感器和高分辨率数据采集卡采集到的X射线管旋转阳极的振动信号进行时域、频域和时频联合分析,完成振动特征的提取和处理,实现了X射线管启动、运转、刹车等工作状态的区分。

微型X射线管出射谱特征研究及Be窗厚度确定

微型X射线管已广泛应用于现场元素分析、放射性医疗等领域,对于微型X射线管铍窗,普遍认为除保证管内真空外,应越薄越好。采用蒙特卡洛方法,模拟了从50～500μm范围内共13个Be窗厚度的微型X射线管出射X射线谱。按照在应用中的作用,将出射X射线划分为不同能量段进行分析。通过分析谱线特征,发现Be窗厚度应依据其应用要求合理选择。因此,提出了K系特征X射线与轫致辐射强度的比值和低能射线与激发射线计数比值等参量作为评价Be窗厚度最优化的判断依据。除上述评判指标外,铍窗的厚度最优化选择还应考虑Be窗对不同能量X射线的屏蔽效果。依据模拟结果分析,原位(现场)X射线能量色散荧光分析应用中,Be窗厚度约250μm的微型X射线管最为合适。与50μm铍窗厚度出射射线相比,71.66%低能原级X射线被屏蔽,5～50keV能量原级X射线仅有21.31%被屏蔽,低能射线强度占总X射线比值小于10%,且K系X射线占激发射线的比例仍保持较高的水平。因此,采用250μm铍窗厚度的微型X射线管作为能量色散激发源,能保证探测器探测的有效信号比值较高,低能X射线对探测器的能量分辨率的影响最小,而且能量色散分析谱线的散射本底相对强度处于较低的水平,从而保证元素分析结果精准度。对于放射性治疗的应用中,则铍窗厚度越薄越好,此时,低能X射线具有较高的通量,能保证辐射剂量在治疗组织中剂量的集中。

微型X射线管靶材厚度理论计算与出射光谱模拟研究

根据端窗透射微型X射线管阳极靶的结构,建立了数理模型,讨论了电子束打靶的平均厚度与光管高压的关系,得到了X光管出射特征光谱强度的角度分布特征。同时利用Monte Carlo方法,对出射光谱在2π方向上的强度分布特征开展模拟研究。结果表明,微型X射线管阳极靶材平均厚度在2μm左右,在与入射电子束垂直方向几度的范围内获得的出射光谱其单色性较好。这些结论对于微型X射线管的结构设计和出射光谱单色化应用具有一定的理论指导意义。

低纹波微型X射线管高压电源的研制

国内研发的X射线高压电源体积普遍较大,不适合微型X射线管的要求。针对微型X射线管的特点,本文设计了一种低纹波、小体积高压电源,其输出电压在0^-40kV范围内可调。电源的逆变电路采用罗耶谐振电路,并引入UCC2973控制芯片以提高其效率。在电源的升压部分设计了高频变压器、双向倍压整流电路,以进行两级升压。通过电阻分压后取样反馈的方式进行稳压。电路工作在线性状态,无开关噪声。测试结果表明,电源的输出电压纹波低于0.3%、稳定度优于0.12%/10h,可满足微型X射线管的需求。

X射线管原始谱和透射谱的测量及应用

本文基于COMET公司MXR225/22型X射线管,使用高纯锗探测器测量了X射线管大、小焦点几种管电压的X射线原始谱,并测量了小焦点下的初始透射谱,在此基础上测量了X射线穿过几种不同材质(铝、钛、铁和铜)吸收片的透射谱。结果表明:X射线管大、小焦点能谱近似相同,低能端X射线比重较大,原始谱中包含铜、银、钨和铅元素的特征峰;初始透射谱低能端硬化明显,并随着管电压升高,高能端所占比重增大,钨特征峰变得明显,X射线平均能量升高,能谱的X射线强度最大区域在最高能量的1/3附近;金属吸收片对X射线硬化明显,硬化效果强烈依赖于其原子序数。相关结果已在工业CT硬化校正中应用,重建图像质量得到改善。

MC模拟分析透射式微型X射线管目标靶厚度对输出谱的影响

透射式微型X射线管是能量色散X射线荧光分析中的主要激发源,在能量色散X射线荧光分析中希望得到谱分布较为单一的X射线管输出谱。采用MC方法,研究了透射式微型X射线管在不同目标靶厚度的情况下输出谱的特征,通过低谱段(<5keV)和高能谱段(5～50keV)的分析比较,高能谱段计数随厚度加大先增加而后减小,低能谱段计数则随厚度增加减小,增加目标靶厚度可以有效抑制低能谱段。在入射电子能量为50keV和目标靶为4Ag的条件下,X射线管输出能谱具有较高的高能谱段注量,同时有效压制低能谱段注量,适合能量色散X射线荧光分析中使用。

基于非介入式X射线管电压测量的研究

为了实现X射线诊断机的质量控制,根据辐射剂量测量的原理,设计了非介入式X射线管电压测量系统。该测量系统以单片机控制系统为平台,智能判断X射线诊断机的照射,通过不同传输路径的射线强度的对比,计算X射线管电压,实现X射线管电压波形的实时存储。实验数据表明,该方法简单有效,安全可靠,适用于X射线诊断机的质量控制,具有广阔的应用前景。

Al窗Ag靶微型透射式X射线管模拟与性能分析

微型透射式X射线管广泛应用于能量色散X射线荧光分析领域,具有体积小、功耗低、X射线发射效率高等特点,可作为手持式X射线荧光分析仪器的激发源。目前常用铍(Be)作为出射窗材料,成本高,而且有毒性。同时为减少低能散射射线,在射线管前端放置铝(Al)作为过滤窗。本文拟采用Al为微型透射式X射线管出射窗材料,透射高能射线,屏蔽低能散射射线,降低制作成本和难度。文中采用蒙特卡洛模拟软件MCNP5模拟计算不同银(Ag)靶厚度和Al窗厚度的X射线管输出谱。结果表明,Al窗对低能射线的屏蔽作用强于对高能射线的屏蔽作用,在Al窗厚度超过1.5mm时,低能射线完全被屏蔽,高能射线有部分透射。通过和已有研究成果[1,5]对比分析,在Ag靶厚度为2μm,Al窗厚度为0.8mm时,低能射线所占的比例仅为0.087 8%,高能射线产生率为0.002 73%,既能有效屏蔽低能射线,又能保证高能射线较高的出射率,能够满足野外现场能量色散X射线荧光分析的需要。

基于振动检测的X射线管旋转阳极工作状态监测与分析系统研究

提出了一种基于振动信号监测的X射线管工作状态无损检测与分析的方法。利用Labview虚拟仪器开发平台,采用加速度传感器、24位高分辨率数据采集卡和计算机建立X射线管振动信号采集分析系统,实现了X射线管振动信号的快捷、高效采集与存储,并完成振动特征的提取和处理,为有效诊断X射线管旋转阳极早期故障探索了新的途径。

基于碳纳米管冷阴极X射线管电子源研究进展

简要介绍了场致发射的原理及其相比于热电子发射的优势,阐述了碳纳米管场发射的性能和基于碳纳米管(CNT)场发射X射线管电子源的典型结构,重点讨论了三极式与二极式碳纳米管冷阴极X射线管电子源的最新研究进展和碳纳米管X射线源的成像技术应用。今后碳纳米管场发射冷阴极取代传统的热阴极应用于X射线管电子源,可制成高时间分辨率、体积小、脉冲响应、能耗低和寿命长的微型X射线管,基于这些优势衍生出的新型X射线成像技术将推动临床医疗、安检和工业检测等领域的技术革新。

X射线管结构与焦斑关系研究

X射线管是X射线机的心脏,是产生X射线的源泉[1]。其焦斑大小及分布对整机图像清晰度起着决定性的作用。通过对X射线管结构特点、焦斑产生机理、电极结构与焦斑相关性实验的测试数据及理论分析等多方面的论述,探讨了X射线管结构尺寸对焦斑的影响。通过系列实验及理论分析表明:X射线管阴极结构对焦斑有巨大的影响。借助计算机模拟仿真计算,合理设计阴极结构,能够获取大小适中、分布均匀的焦斑,从而达到改善X射线机图像清晰度的目的。

X射线管焦点尺寸测量方法研究

本文提出了一种焦点尺寸测量方法——锥孔法,其仅需借助射线管上的铅制锥孔,使用平板探测器采集光场图像,然后利用光场边缘射线强度分布可计算得到焦点尺寸。该方法的操作和测试条件简单,实验结果表明,该方法能方便快捷地测量焦点尺寸。

一体化X射线管激发荧光分析仪的研制

介绍了一种采用X射线管作为激发源的一体化荧光分析仪。详细讨论了X射线管控制电路的设计及其相应软件的开发。该仪器以嵌入式ARM7处理器为控制内核,操作简单,使用方便。实验表明设置合适的参数,X射线管激发与放射源激发相比,具有元素激发效率高,分析速度快和环保的优点。

高辐射通量空间相干X射线管(英文)

针对光栅X射线相位衬度成像技术中如何获取高辐射通量和高空间相干的台式X射线源的问题,研制一种桌面X射线源.与传统X射线源不同,其阳极采用平行深沟道阵列的结构靶,灯丝发出的电子经加速聚焦后作用于结构靶,产生高辐射通量的一维相干X射线,其焦斑呈平行线阵列结构分布.将这种X射线管用于基于光栅的X射线相衬成像系统的光源,利用5步相移法得到了新鲜鸡翅的X射线相衬图像照片.

新型高剂量X射线管研究

本文介绍了一种可广泛应用于血液辐照、疫苗生产、食品加工、生物学实验辐照等领域的X射线辐照设备,其利用电子束轰击金属靶韧致辐射产生的X射线进行辐照,与同位素射线辐照装置相比,该设备更安全,辐照均匀性更好,剂量可控。同时对新研制的X射线管的性能进行了测试。结果表明,X射线管辐照均匀性较好,可满足工业应用要求。

新型X射线管的研制与性能测试

普遍应用于工业探伤的无损检测设备-X射线探伤机,其核心部分是X射线管。本文设计制作了一种新型结构的X射线管。其阳极采用“大靶”并装有热管,根本上解决散热问题,同时使用无油超高真空排气技术,提高了管内真空度从而改进其性能。使探伤机的连续工作时间与效率提高了一倍。