片上微型X射線(xiàn)源
X射線(xiàn)廣泛應(yīng)用于健康檢查、癌癥放療、安全檢查、工業(yè)探傷、材料分析等領(lǐng)域。目前,X射線(xiàn)主要是通過(guò)熱陰極X射線(xiàn)管產(chǎn)生,其主要包括一個(gè)熱發(fā)射陰極和陽(yáng)極,電子從熱陰極發(fā)射后被加速,高能電子轟擊到陽(yáng)極并在陽(yáng)極發(fā)生韌致輻射和原子內(nèi)殼層電子躍遷,從而產(chǎn)生X射線(xiàn)。由于熱發(fā)射陰極具有體積大、功耗高、開(kāi)關(guān)延遲時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn),熱陰極X射線(xiàn)管一般也具有較大的體積、較高的功耗和較長(zhǎng)的開(kāi)關(guān)響應(yīng)時(shí)間。這些問(wèn)題限制了傳統(tǒng)熱發(fā)射陰極X射線(xiàn)管在很多場(chǎng)景的應(yīng)用。另一方面,X射線(xiàn)動(dòng)態(tài)成像系統(tǒng)、輕小型X射線(xiàn)醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)、近距離電學(xué)X射線(xiàn)放療設(shè)備、便攜式X射線(xiàn)檢測(cè)和分析裝置等新型X射線(xiàn)儀器的應(yīng)用需求越來(lái)越大,這些儀器的關(guān)鍵核心部件就是微型X射線(xiàn)源,因此,微型X射線(xiàn)源是一種重要的、需求越來(lái)越大的電子元器件。 微型X射線(xiàn)源的研究始于2000年左右,目前已研制成功了基于熱發(fā)射電子源和納米材料場(chǎng)發(fā)射電子源的小型或微型X射線(xiàn)源。其中,基于熱發(fā)射電子源的小型X射線(xiàn)源的技術(shù)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(fā)射電子源且具有和傳統(tǒng)X射線(xiàn)管非常相似的結(jié)構(gòu),基于熱發(fā)射電子源的小型X射線(xiàn)源仍具有開(kāi)關(guān)響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題,難以應(yīng)用在移動(dòng)對(duì)象的動(dòng)態(tài)X射線(xiàn)成像等場(chǎng)合。相比于基于熱發(fā)射電子源的小型X射線(xiàn)源,基于碳納米管、氧化鋅納米線(xiàn)等納米材料場(chǎng)發(fā)射電子源的微型X射線(xiàn)源具有更小的尺寸、更低的功耗、更短的開(kāi)關(guān)響應(yīng)時(shí)間,被認(rèn)為是一種非常有前景的微型X射線(xiàn)源技術(shù)。然而,目前所有片上的微型X射線(xiàn)源均具有尺寸難以進(jìn)一步減小、批量制備成本高等問(wèn)題。 本項(xiàng)目提出了一種片上微型X射線(xiàn)源。該X射線(xiàn)基于一種新型的微型電子源,可以用微納加工技術(shù)加工得到,因此可以減小尺寸、降低制備成本。同時(shí),該片上微型X射線(xiàn)源具有X射線(xiàn)劑量穩(wěn)定可控、工作真空要求低、開(kāi)關(guān)響應(yīng)快、可集成、可批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn),可應(yīng)用于小型便攜的各類(lèi)X射線(xiàn)檢測(cè)分析和醫(yī)療設(shè)備。
北京大學(xué)
2021-02-01