面向相位襯度成像應(yīng)用的CNTs X射線源研究.pdf

1、X射線相位襯度成像可以對(duì)輕元素物質(zhì)進(jìn)行成像，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)吸收襯度成像無(wú)法對(duì)其進(jìn)行成像的不足，因此成為醫(yī)療影像學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。但是，目前X射線相位襯度成像要應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)仍然面臨著較多的問(wèn)題，其中突出的是很難獲得相干好能量高的光源。近年來(lái)X射線相位襯度成像研究中使用的光源大多為同步輻射光源，這種光源體積大、功率高，無(wú)法應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)。因此，本文利用冷陰極X射線管體積小、啟動(dòng)快且微焦點(diǎn)X射線具有相干性的特點(diǎn)，研究面向相位襯度成像應(yīng)用的CNT

2、s冷陰極X射線光源。
　　在前期相關(guān)研究的基礎(chǔ)之上，本文針對(duì)相位襯度成像的要求，主要從冷陰極X射線管發(fā)射性能和焦點(diǎn)尺寸兩方面進(jìn)行了討論研究;并對(duì)X射線成像進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。
　　本文采用絲網(wǎng)印刷法制備CNTs冷陰極，并重點(diǎn)研究了在CNTs與不銹鋼基底之間的中間層中引入了碳纖維后對(duì)陰極發(fā)射電流的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)加入碳纖維后，在外加電壓為1.6KV時(shí)，直徑為1mm的CNTs發(fā)射電流從0.1mA增加到0.3mA。在沒(méi)有外加冷卻條件下連

3、續(xù)30min直流測(cè)試，電流可以穩(wěn)定保持在0.3mA不變。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在絲印過(guò)程中引入的銀和少量碳纖維中間層，可成為發(fā)射材料和金屬基底間的過(guò)渡層，不僅能增強(qiáng)CNTs在基底上的附著力，降低CNTs與基底之間的界面接觸電阻，還能提供新的發(fā)射點(diǎn)，從而能改善陰極發(fā)射電流和電流穩(wěn)定性。
　　為了改善柵陰極電場(chǎng)的均勻性，降低柵網(wǎng)截獲對(duì)CNTs冷陰極X射線管電流的影響，本文從以下兩個(gè)途徑對(duì)柵網(wǎng)進(jìn)行了改進(jìn)研究:一是將覆有納米碳膜的銅網(wǎng)代替不銹鋼柵

4、網(wǎng)后，CNTs發(fā)射電流增加，開啟電壓降低。可以認(rèn)為導(dǎo)電碳膜改善了發(fā)射場(chǎng)的均勻性，從而增加有效發(fā)射面積和發(fā)射電流，同時(shí)具有一定能量的電子可以穿過(guò)3nm左右厚度的碳膜，最終到達(dá)陽(yáng)極上的電子增多。二是在不銹鋼柵網(wǎng)上蒸鍍MgO薄膜，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明柵極表面的MgO膜在陰極電子的激發(fā)下可以發(fā)射出二次電子，使柵網(wǎng)表面積累一定數(shù)量的正電荷，從而提高了陰極與柵極之間的電場(chǎng)，此時(shí)陰極的電子更容易逸出，陰極的發(fā)射電流增大。
　　針對(duì)微焦點(diǎn)CNTsX射線源

5、應(yīng)用，本文還開展了電子束聚焦系統(tǒng)研究，設(shè)計(jì)了帶有聚焦結(jié)構(gòu)的柵網(wǎng)并對(duì)其結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了模擬計(jì)算。參照CNTs冷陰極X射線管測(cè)試條件，固定陰極電壓為0KV，柵極電壓為2KV，陽(yáng)極電壓為35KV，陰極直徑為1mm時(shí)，模擬計(jì)算了不同尺寸、不同形狀的聚焦柵極和陽(yáng)極結(jié)構(gòu)對(duì)電子束聚焦性能的影響，并優(yōu)化了結(jié)構(gòu)參數(shù)。在優(yōu)化條件下模擬計(jì)算得到的電子束焦點(diǎn)半徑為50μm，此時(shí)柵網(wǎng)電子透過(guò)率為50％左右。
　　最后本文進(jìn)行X射線成像測(cè)試研究。采用設(shè)計(jì)加工的