(57)【要約】  本発明はＸ線管の陰極として用いるグラフェン、高効率のグラフェン陰極電界放出のＸ線管を公開する。グラフェン陰極電界放出のＸ線管は陰極モジュール、陽極モジュールと真空ガラス管を含む。そのうち、陰極モジュールはグラフェン陰極を含む。それは転換効率が高く、迷光が少なく、医療、安全検査などの領域で応用すると人体の受ける放射線量を減少することができる。マイクロフォーカスＸ線管を実現しやすく、放出能力が強く、耐圧が高く、半導体の検出、工業用検査などの領域に幅広く応用される。制御が容易で、陰極を加熱する必要がなく、瞬間の放出が可能で、ゲートの電圧を調節して、電子放出の数量を制御し、管の電流を制御することができる。さらに、安定性がよく、耐久性の長い特徴を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラフェンをＸ線管の陰極とする、すなわち、該陰極が電子発射源である。
【請求項２】
陰極モジュール、陽極モジュール、真空ガラス管を含む高効率のグラフェン陰極電界放出のＸ線管であって、
陽極モジュールは、陽極ターゲットと、コバールリングと、陽極タブと、を含み、陽極ターゲットと陽極タブは一体になっており、
前記高効率のグラフェン陰極電界放出のＸ線管で、陽極タブにより高圧を導入し、グラフェン陰極はコバールステムによりアースされており、グラフェン陰極は陽極と陰極の間の高圧により電子を発射し、陰極ヘッドと陰極カバーは等電位体にかしめられて、Ｘ線管のゲートになり、両者とグラフェン陰極の間に−2000〜+2000vの電圧を印加して、電子放出の大きさを制御し、高圧により電子は高圧電界の作用で加速されて陽極ターゲットに衝突してX線を生成する、ことを特徴とする高効率のグラフェン陰極電界放出のＸ線管。
【請求項３】
前記グラフェン陰極は、ニッケルワイヤに単独に堆積されたグラフェン陰極フィラメント群であり、またはニッケルシートの表面に単独に堆積されたグラフェン陰極である、ことを特徴とする請求項２に記載の高効率のグラフェン陰極電界放出のＸ線管。
【請求項４】
前記グラフェン陰極フィラメント群は、単層のグラフェン薄膜であり、または積層されたグラフェンアレイであり、または縦式グラフェンアレイである、ことを特徴とする請求項２に記載の高効率のグラフェン陰極電界放出のＸ線管。
【請求項５】
前記グラフェン陰極から陰極カバーの頂面の間の距離D1は0.5〜2.5mmであり、
陽極ターゲットと陰極の間の距離D2は10mm〜15mmであり、最高電圧は150KVより大きい、ことを特徴とする請求項２に記載の高効率のグラフェン陰極電界放出のＸ線管。
【請求項６】
前記グラフェン陰極の放出閾値は0.40V/μmより小さく、最高の耐電圧は150KVより大きい、ことを特徴とする請求項２に記載の高効率のグラフェン陰極電界放出のＸ線管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はグラフェンをＸ線管の陰極とすることに関し、特に高効率のグラフェン陰極電界放出のＸ線管に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線管は主に、医学では診断と治療に用いられており、工業技術面では材料の非破壊検査、構造分析、スペクトル分析及びネガフィルム露光などの装置に使用されている。X線は人体に対して有害であるため、使用するときは必ず有効な防護対策を取らなければならない。
【０００３】
Ｘ線管は、高速電子が金属ターゲット面に衝突してX線を発生させる真空電子機器である。従来のＸ線管は、通常熱電子放出陰極を採用して、タングステン、六ホウ化ランタンなどの材料を高温になるまで充分加熱することにより、運動エネルギーの大きい一部の電子が物体表面の障壁を乗り越えて物体外に放出されて、材料の周囲でプラズマを形成する。外部電界が作用するとき、電子ビームの放出を形成し、このようなＸ線管のエネルギー消耗が大きく、効率が低く、電気エネルギーがX線に転換する効率は1%未満になり、更に迷光が存在し、多くの電気エネルギーが熱エネルギーに転換し、使用時には大電流を必要とし、高温での使用に耐える必要がある。
【０００４】
電界放出は陰極の加熱が不要で、強電界を利用して物体表面付近の電子が表面障壁を貫通して電子を放出し、電界放出の性能は材料のエネルギーバンド構造、仕事関数と材料表面構造に関係する。電界電子放出源は、放出密度が大きく、エネルギー消耗が低く、迅速に起動できるなどの特徴を有する。電界放出のＸ線管はナノ炭素管を採用して陰極（電子放出源）とし、ナノ炭素管は成長プロセスと構造により制限されるため、炭素管と基板の結合が堅固でなく、耐圧能力が不足し、通常の最高電圧は100KVを超えない。高圧で作業するとき、炭素管の構造が損傷しやすく、放出が失効されると同時に、管内の真空度が低減されて、放出管が損傷し、耐久性が短くなっている。炭素管の成長が乱雑で、電子放出の方向性がよくないなどの欠点が存在する。従来技術では、まだグラフェンを陰極とするＸ線管は採用されていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のＸ線管に存在する欠陥に鑑みて、本発明はＸ線管の放射線量が大きく、従来のＸ線管の転換率が低く、安定性が不良で、耐久性が短い問題点を解決するため、グラフェンを採用してＸ線管の陰極、即ち電子放出源とすることを提供する。
【０００６】
本発明は、更に高効率のグラフェン陰極電界放出のＸ線管を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明は下記のような技術方案を採用する。すなわち、グラフェンを用いてＸ線管の陰極とする電子放出源を提供する。
本発明は、陰極モジュール、陽極モジュール、真空ガラス管を含む高効率のグラフェン陰極電界放出のＸ線管を更に提供する。
【０００８】
前記高効率のグラフェン陰極電界放出のＸ線管において、高圧は陽極タブにより導入され、グラフェン陰極はコバールステムによりアースされている。陽極と陰極の間の高圧によりグラフェン陰極が電子を放出し、陰極ヘッドと陰極カバーは等電位体にかしめられて、Ｘ線管のゲートとし、両者とグラフェン陰極の間に−2000〜+2000vの電圧を印加して、電子放出の大きさを制御し、高圧により電子は高圧電界の作用で加速されて陽極ターゲットに衝突してX線を生成する。
【０００９】
本発明の高効率のグラフェン陰極電界放出のＸ線管は、グラフェンを採用してＸ線管の陰極（電子放出源）とし、グラフェンの特殊のエネルギーバンド構造と準SP3モードの形成により、マイナス電子親和力を生成する。さらに、グラフェン薄膜の曲率が大きいため、高密度の電子が局部的に分布して、局部的な電場が増強されることにより、電子が表面に脱出しやすくなり、該材料は優れた電子電界放出能力を有し、グラフェン電子源の電子は材料の頂部周辺（図5を参照）から放出されるため、良好な方向性、均一性を有し、集束しやすく、方向性、一致性を有する電子流が陽極に衝突する際に生成するX線と熱量の比率が増加（熱陰極の比率が1%に達しない）し、比較的少ない二次電子と迷光により、x線管の効率を高めることができる。グラフェンは高温化学気相プロセスを採用して調製され、合理的な触媒作用を示す媒体の選択、温度パラメータの制御、厳しい混合ガスの比率、無線周波とプラズマの制御により、1400℃の高温でニッケル基板上に成長すると同時に、厳しいレーザーアブレーション、電子衝撃、プラズマ衝撃の後処理を通じて、グラフェン陰極が高耐圧（150KVより大きい）、安定であり、耐久性が長い特徴を有する。
【００１０】
従来技術に比べて、本発明は下記の特徴を有する。
1、転換効率が高く、迷光が少なく、医療、安全検査などの領域で応用されるとき、人体が受ける放射線量が減少している。
2、マイクロフォーカスＸ線管を実現しやすく、放出能力が強く、耐圧が高く、半導体の検出、工業用検査などの領域に幅広く応用される。
3、効率が高く、透過性が高く、フォーカスしやすく、高圧状態で長時間にわたって持続して安定に作動し、一定のサイズの焦点を実現し、更に電子流の大きさを制御することができ、安定性がよく、耐久性が長く、2000時間より長い。
4、制御が容易で、陰極を加熱する必要がなく、瞬時の放出が可能で、ゲートの電圧を調節して、電子放出の数量を制御し、管の電流を制御する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図1は、本発明の前記高効率のグラフェン陰極電界放出のＸ線管の全体構造を示す図である。
【図２】図2は、本発明の陰極モジュールの構造を示す図である。
【図３】図3は、本発明の陰極のA−A断面図である。
【図４】図4は、本発明の真空ガラス管のB−B断面図である。
【図５】図5は、グラフェン電子源の電子が材料の頂部周辺から放出される写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
下記では、図面、具体的な組立て過程、作業原理を用いて、本発明の前記高効率のグラフェン陰極電界放出のＸ線管について更に詳しく説明する。
【００１３】
本発明の前記高効率のグラフェン陰極電界放出のＸ線管は、グラフェン陰極の良好な電界放出性能の特徴を用いて、グラフェン陰極を電子放出源として陰極モジュールに固定して陽極モジュールと共に真空ガラス管1内に封止し、陽極と陰極の間の高圧によりグラフェンが電子を放出し、電子は陰極カバーの集束と陽極の高圧作用で、所定の方向に沿って高速で陽極ターゲットに衝突してX線を生成する。前記グラフェン陰極の放出閾値は0.40V/μmより小さく、最大の耐電圧は150KVより大きい。
【００１４】
図1に示すように、高効率のグラフェン陰極電界放出のＸ線管は、陰極モジュール3、陽極モジュール2、真空ガラス管1を含む。陽極モジュール2は、陽極ターゲット7、コバールリング8と陽極タブ9を含み、陽極ターゲット7と陽極タブ9は一体になっている。コバールリング8の一端は中周波電源での銀銅ロウの加熱を通じて陰極ターゲット7に溶接され、他端はガラス管1に焼結されるため、陽極ターゲットが真空ガラス管1内に密封され、陽極タブ9がガラス管1の外部に延伸して陽極高圧に接続される。
【００１５】
図2、図3及び図4に示すように、陰極モジュール3は、陰極ヘッド4、陰極カバー6、ガラスステム5、陰極ベース10、グラフェン陰極11、プロセスフィラメント12、セラミック絶縁柱13、14、15、モリブデン製ロッド16、17、20、28、コバールステム18、19、21、22を含む。陰極ヘッド4には２つの矩形溝が設けられてグラフェン陰極11とプロセスフィラメント12を取り付けており、グラフェン陰極11は陰極ベース10の表面にスポット溶接されている。セラミック絶縁柱13、14、15、モリブデン製ロッド16、17、20、28は、グラフェン陰極11、陰極ヘッド4、コバールステム18、19、21、22の間の電気的接続、陰極ヘッドの支えに用いられる。陰極カバー6と陰極ヘッド4は一体にかしめられ、コバールステム19、21の一端は陰極ヘッド4の下端にスポット溶接され、コバールステム18、19、21、22の他端はガラスステム5を貫通して外部の電気的接続に用いられる。ガラスステム5、真空ガラス管1、コバールリング8はガラス焼結により全体が密封された構造を形成して、陰極モジュール3、陽極ターゲット7を真空ガラス管1内に封止する。
【００１６】
さらに、前記グラフェン陰極11はニッケルワイヤに単独に堆積されたグラフェン陰極フィラメント群であり、またはニッケルシートの表面に単独に堆積されたグラフェン陰極であってもよい。
【００１７】
図3及び図4に示すように、陰極カバー6の上端には大孔と小孔の２つの四角孔が設けられ、小孔の長さL2、幅K2はプロセスフィラメント12に対応し、大孔はグラフェン陰極11に対応し、大孔の長さL1、幅K1、グラフェン陰極11から陰極カバーの頂部の高さD1は共にＸ線管の焦点サイズと固定陽極高圧での電流中間値を決定する。
【００１８】
前記高効率のグラフェン陰極電界放出のＸ線管で、高圧は陽極タブ9により導入され、グラフェン陰極11はコバールステム18によりアースされている。陽極と陰極の間の高圧によりグラフェン陰極11が電子を放出し、陰極ヘッド4と陰極カバー6は等電位体にかしめられて、Ｘ線管のゲートとされており、両者とグラフェン陰極の間に−2000〜+2000vの電圧を印加して、電子放出の大きさを制御し、陰極カバー6の頂面には大きい四角孔が設けられ、グラフェン陰極11は陰極カバー6の頂面の下方の所定箇所に位置し、このような幾何構造に形成された電界の分布により、陽極への電子の飛び出し方向を更に拘束し、陽極ターゲットに衝突する電子の固定領域とＸ線管の焦点を制御し、高圧により電子は高圧電界の作用で加速されて陽極ターゲット7に衝突してX線を生成することができる。
【００１９】
前記高効率のグラフェン陰極電界放出のＸ線管のプロセスフィラメント12は、Ｘ線管の生産工程でＸ線管の排気を補助して、グラフェンの陰極を保護することができる。プロセスフィラメントの両端に4〜5vの電圧を印加して、プロセスフィラメントを加熱すると同時に、陽極と陰極ヘッドの間に高圧を加えており、プロセスフィラメントが加熱された後に生成する電子は陽極ターゲットに衝突し、陽極を加熱して陽極ターゲットの排気がきれいになるように保証する。同時に、電子が陽極ターゲットに移動する過程で、真空管内の残留ガスをイオン化して、更に真空度を高めることができる。
【００２０】
最後に説明することは、以上の実施例は本発明の技術方案を制限するものではなく、本発明の技術方案を説明するものであり、好ましい実施例を用いて本発明について詳細に説明しているが、当業者にとって、本発明の技術方案について行う改善または同等な代替することができるが、本発明の技術方法の目的と範囲から離れなければ、その全てが本発明の特許請求の保護範囲内に属するべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年10月21日(2015.10.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
図1に示すように、高効率のグラフェン陰極電界放出のＸ線管は、陰極モジュール3、陽極モジュール2、真空ガラス管1を含む。陽極モジュール2は、陽極ターゲット7、コバールリング8と陽極タブ9を含み、陽極ターゲット7と陽極タブ9は一体になっている。コバールリング8の一端は中周波電源での銀銅ロウの加熱を通じて陽極ターゲット7に溶接され、他端はガラス管1に焼結されるため、陽極ターゲットが真空ガラス管1内に密封され、陽極タブ9がガラス管1の外部に延伸して陽極高圧に接続される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極モジュール、陽極モジュール、真空ガラス管を含む高効率のグラフェン陰極電界放出のＸ線管であって、
陽極モジュールは、陽極ターゲットと、コバールリングと、陽極タブと、を含み、陽極ターゲットと陽極タブは一体になっており、
前記高効率のグラフェン陰極電界放出のＸ線管で、陽極タブにより高圧を導入し、グラフェン陰極はコバールステムによりアースされており、グラフェン陰極は陽極と陰極の間の高圧により電子を発射し、陰極ヘッドと陰極カバーは等電位体にかしめられて、Ｘ線管のゲートになり、両者とグラフェン陰極の間に−2000〜+2000vの電圧を印加して、電子放出の大きさを制御し、高圧により電子は高圧電界の作用で加速されて陽極ターゲットに衝突してX線を生成し、
前記グラフェン陰極から陰極カバーの頂面の間の距離D1は0.5〜2.5mmであり、陽極ターゲットと陰極の間の距離D2は10mm〜15mmであり、最高電圧は150KVより大きい、ことを特徴とする高効率のグラフェン陰極電界放出のＸ線管。
【請求項２】
前記グラフェン陰極は、ニッケルワイヤに単独に堆積されたグラフェン陰極フィラメント群であり、またはニッケルシートの表面に単独に堆積されたグラフェン陰極である、ことを特徴とする請求項１に記載の高効率のグラフェン陰極電界放出のＸ線管。
【請求項３】
前記グラフェン陰極フィラメント群は、単層のグラフェン薄膜であり、または積層されたグラフェンアレイであり、または縦式グラフェンアレイである、ことを特徴とする請求項２に記載の高効率のグラフェン陰極電界放出のＸ線管。
【請求項４】
前記グラフェン陰極の放出閾値は0.40V/μmより小さく、最高の耐電圧は150KVより大きい、ことを特徴とする請求項１に記載の高効率のグラフェン陰極電界放出のＸ線管。
【請求項５】
前記陰極ヘッドの上端には矩形溝が設けられて、プロセスフィラメントの取付けに用いられる、ことを特徴とする請求項１に記載の高効率のグラフェン陰極電界放出のＸ線管。
【国際調査報告】
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