应用于X射线管的场发射电子源的研究

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1、摘要摘要X射线因其独有的物理、化学效应，在生产和医疗领域一直以来具有广泛的应用。例如利用x射线的穿透作用进行无损探伤；利用X射线的荧光作用对物质进行元素分析等。目前使用的X射线管的基本特点是采用热阴极电子源，即采用热灯丝作为电子发射源。这样的X射线管体积较大、频率响应慢且需要加热阴极的电源。而采用场致发射的电子源就可以克服上述缺点。纳米氧化锌的合成结构单一、热稳定性和化学稳定性好，是一种良好的场致发射材料。与普通的场致发射相比，采用表面传导电子发射的平面栅极结构所需的驱动电压更低，电子发射更稳定。

2、本文介绍了场致发射阴极并以此作为X射线管的电子源。主要研究了X射线管场发射电子源的结构设计、阴极制备、封装与测试。首先，通过对现有的场发射电子源的研究，引申出平面栅极型表面传导电子发射结构，并对建立的工作模型进行模拟，确定平面栅极型阴极的结构参量。通过模拟仿真计算，配合实验证明，提出在阴极电子源上方放置聚焦电极的改进方案，优化并确定聚焦电极的具体尺寸。然后，以丝网印刷的方法制备x射线管的场发射电子源，并对其进行场致发射测试。实验中获得较大的发射电流(最大发射电流密度为91．7枞m2)，但因基底在发

3、射过程中损坏而造成发射的稳定性较差。选择硅作为新的基底材料，使得发射稳定性有了明显的改善，并对制备于新基底的阴极电子源进行封装测试。最后，利用真空封接工艺完成X射线管电子源验证器件的装配，并进行真空排气。器件的测试采用直流电源进行，阳极获得的最大电流为3mA。在理论计算的条件下，当阳极电压为20KV时，产生的X射线的能量在83．6mW～107．5mW之间。测试的结果表明，本实验中制备的X射线管的场发射电子源能够提供足够大的电流密度，满足一定功率X射线的出射要求。关键词：场致发射，电子源，平面栅极结

4、构，聚焦电极，X射线管ABSTRACTAbstractX．rayhasbeenwideIyusedinindust珂andmedicineasitsparticularphysicaI锄dchemicalcharacter，such硒nondestructivedetectionofcavitiesinobiectusingx．ray’sproper眵ofpenetration，elementanalysisusingx·ray’sfluorcscence，andsoon．HoweVer'them

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6、ldbesolvedbyusingfieldemissionelectrDnsource．ZnOnanostructureisonekindofidealmaterialforfieldemissionsinceitsspecialfeatures，such嬲unitarysynthesizedstmcture，goodthermalaswellaschemicaIstability．Theplanartriodeisaformofsurfaceconductionelec臼onemission，

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