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片上微型X射線源

X射線廣泛應用于健康檢查、癌癥放療、安全檢查、工業探傷、材料分析等領域。目前，X射線主要是通過熱陰極X射線管產生，其主要包括一個熱發射陰極和陽極，電子從熱陰極發射后被加速，高能電子轟擊到陽極并在陽極發生韌致輻射和原子內殼層電子躍遷，從而產生X射線。由于熱發射陰極具有體積大、功耗高、開關延遲時間長等特點，熱陰極X射線管一般也具有較大的體積、較高的功耗和較長的開關響應時間。這些問題限制了傳統熱發射陰極X射線管在很多場景的應用。另一方面，X射線動態成像系統、輕小型X射線醫學成像系統、近距離電學X射線放療設備、便攜式X射線檢測和分析裝置等新型X射線儀器的應用需求越來越大，這些儀器的關鍵核心部件就是微型X射線源，因此，微型X射線源是一種重要的、需求越來越大的電子元器件。微型X射線源的研究始于2000年左右，目前已研制成功了基于熱發射電子源和納米材料場發射電子源的小型或微型X射線源。其中，基于熱發射電子源的小型X射線源的技術比較成熟，其雖然具有更小巧緊湊的尺寸，但由于仍使用熱發射電子源且具有和傳統X射線管非常相似的結構，基于熱發射電子源的小型X射線源仍具有開關響應時間長的問題，難以應用在移動對象的動態X射線成像等場合。相比于基于熱發射電子源的小型X射線源，基于碳納米管、氧化鋅納米線等納米材料場發射電子源的微型X射線源具有更小的尺寸、更低的功耗、更短的開關響應時間，被認為是一種非常有前景的微型X射線源技術。然而，目前所有片上的微型X射線源均具有尺寸難以進一步減小、批量制備成本高等問題。本項目提出了一種片上微型X射線源。該X射線基于一種新型的微型電子源，可以用微納加工技術加工得到，因此可以減小尺寸、降低制備成本。同時，該片上微型X射線源具有X射線劑量穩定可控、工作真空要求低、開關響應快、可集成、可批量生產等優點，可應用于小型便攜的各類X射線檢測分析和醫療設備。

北京大學 2021-02-01

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