本發(fā)明涉及一種新型單色X射線源，具體的說是一種脈沖式單色X射線管，主要是應(yīng)用于X射線特征譜成像和X射線熒光光譜檢測。

背景技術(shù)：
X射線具有波長短，穿透能力強(qiáng)的特點(diǎn)，至今為止廣泛應(yīng)用于無損檢測領(lǐng)域，包括成像探傷、光譜檢測等。X射線成像技術(shù)，就是利用X射線穿透能力強(qiáng)的特點(diǎn)，它能夠穿透物質(zhì)并根據(jù)穿透物質(zhì)的質(zhì)量吸收系數(shù)大小不同，通過探測X射線的衰減程度來實(shí)現(xiàn)對物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的無損成像。X射線無損檢測技術(shù)已在工業(yè)上有著非常廣泛的應(yīng)用，它既可用于金屬檢測，也用于非金屬檢測。對產(chǎn)品內(nèi)部在制造中產(chǎn)生的缺陷，如氣泡、異物雜質(zhì)、裂紋、偏析、焊點(diǎn)等都可利用射線進(jìn)行檢測。應(yīng)用的行業(yè)有電子器件工業(yè)、航空航天、汽車制造、兵工、精密設(shè)備等等。X射線光譜技術(shù)，利用射線照射樣品，根據(jù)元素的原子序數(shù)不同，被照射后激發(fā)出的熒光X射線能量也不同，通過探測器的接收分別測量不同射線能量強(qiáng)度，以用于對物質(zhì)元素的定性、定量分析。在現(xiàn)今X射線無損檢測中，采用熱陰極X射線管作為源，屬于熱陰極激發(fā)電子。采用此陰極的最大缺點(diǎn)是熱激發(fā)的隨機(jī)性，溫度越高，電子逸出金屬的數(shù)量越多，但由于陰極形狀、受熱不均勻、初始電子能量不確定度等，使得在燈絲附近逸出自由電子處于一種隨機(jī)狀態(tài)，這也是在次級X射線探測中，探測器件隨機(jī)噪聲的主要因素，脈沖式X射線管，從陰極處改變初始電子束能量，即約束了電子撞擊靶材的能量范圍，提高出射射線源的單一性，當(dāng)激發(fā)X射線通過檢測物后，無論成像或熒光光譜檢測，使得射線能量分布均勻，從發(fā)根本上降低背景噪聲。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種脈沖式單色X射線管，該脈沖式單色X射線管能對不同能量的電子篩選，激發(fā)射線單色性好，射線轉(zhuǎn)換效率提高，使用壽命長，整體性能穩(wěn)定，功率小。本發(fā)明技術(shù)方案如下：該脈沖式單色X射線管包括射線管主體、陰極光源、電子束過濾機(jī)構(gòu)，所述陰極光源設(shè)置在射線管主體的上面，電子束過濾機(jī)構(gòu)設(shè)置在射線管主體的一端。其中，所述的射線管主體包括外殼、設(shè)置在外殼內(nèi)的主管、設(shè)置在主管細(xì)端上的螺線管、設(shè)置在主管細(xì)端上螺線管一側(cè)的電磁鐵、設(shè)置在主管內(nèi)的陶瓷殼、設(shè)置在陶瓷殼一端的豎排均布排列的三個(gè)帶有電極引線的銅棒，中間銅棒穿過外殼、主管和陶瓷殼與Au陰極結(jié)構(gòu)連接，所述Au陰極結(jié)構(gòu)由陰極環(huán)形外殼和Au陰極構(gòu)成，所述陶瓷殼上還設(shè)置有MCP電子倍增器件，所述MCP電子倍增器件由MCP(Φ50)、設(shè)置在MCP外面的MCP固定件、設(shè)置在MCP兩側(cè)的MCP壓環(huán)A和MCP壓環(huán)B構(gòu)成。所述的Au陰極結(jié)構(gòu)中，Au陰極通過金屬環(huán)形壓圈安裝于陰極環(huán)形外殼內(nèi)部，電極引線從陰極環(huán)形外殼內(nèi)部引出固定在中間銅棒上并與Au陰極連接；所述的陶瓷殼的形狀為半封閉式的六面正方體結(jié)構(gòu)，相鄰的兩面開孔，其中孔作為光源的入射端，孔作為電子束出射端，與陰極環(huán)形外殼連接的中間銅棒穿過陶瓷殼并與其連接為一個(gè)整體。所述的MCP電子倍增器件上的MCP壓環(huán)A通過電極引線A與上銅棒連接、MCP壓環(huán)B通過電極引線B與下銅棒連接。所述螺線管的纏繞長度為L、內(nèi)徑為D、被套在射線管主體的細(xì)端接近于MCP電子倍增器件，螺線管引腳兩段接供電系統(tǒng)使螺線管內(nèi)部產(chǎn)生磁場，方向與電子束運(yùn)動(dòng)方向平行，起到對出射電子束的方向約束；所述的電磁鐵通過U型固定件設(shè)置在射線管主體細(xì)端的上下兩側(cè)，相互垂直，對面極性相反，兩塊特制電磁鐵間的間距為D，D為射線管主體細(xì)端直徑，磁場范圍長度為L，強(qiáng)度為T，所述電磁鐵引出的供電線外接供電系統(tǒng)。所述的陰極光源包括方形鋁殼、通過紫外LED固定件設(shè)置在方形鋁殼內(nèi)的紫外LED、設(shè)置在方形鋁殼下面的透鏡固定外殼、通過頂絲和彈性墊角設(shè)置在透鏡固定外殼內(nèi)的擴(kuò)束透鏡；其中所述方形鋁殼為紫外LED的安裝固定外殼，起到防止紫外線輻射與紫外LED的散熱作用，擴(kuò)束透鏡安裝在紫外LED出射口的下方，前后位置用安裝頂絲作為微調(diào)機(jī)構(gòu)，可控制紫外光焦點(diǎn)在陰極的位置，調(diào)整出射電子束角度；陰極光源作為一個(gè)整體固定在射線管主體的陰極上方。為了保證單一能量電子束出射，在射線管主體內(nèi)部的一端設(shè)置一個(gè)電子束過濾機(jī)構(gòu)，所述電子束過濾機(jī)構(gòu)Ⅲ包括高壓接頭、連接高壓接頭的彈簧銅片、設(shè)置在主管細(xì)端中軸線位置的固定軸、設(shè)置在主管固定軸上的電子過濾柵和環(huán)形陶瓷底座、均布設(shè)置在環(huán)形陶瓷底座上的銅制陽極襯底、設(shè)置在銅制陽極襯底頂端的陽極靶材、連接在銅制陽極襯底另一端的圓頭固定螺絲、連接在固定軸外端的電機(jī)。所述電子過濾柵與環(huán)形陶瓷底座為同心同軸結(jié)構(gòu)，并將三個(gè)銅制陽極襯底固定于環(huán)形陶瓷底座上、相互間夾角為120度，電子過濾柵上的開孔位置與三個(gè)銅制陽極襯底位置一一對應(yīng)，通過電機(jī)控制旋轉(zhuǎn)整體結(jié)構(gòu)選擇靶材。所述電子過濾柵為圓形盤，在盤上相應(yīng)位置(過濾電子束出射位置)開孔，作為電子束出射光攔，孔徑大小決定電子束的焦斑尺寸和能量范圍；本發(fā)明技術(shù)方案中設(shè)置三個(gè)相同銅制陽極襯底，所述銅制陽極襯底為圓柱形結(jié)構(gòu)、上端帶有楔形斜面作為陽極材料蒸鍍面，分別將Mg、Cr、W元素蒸鍍在楔形斜面的表面上，銅制陽極襯底下端為帶螺孔基座的圓柱形、通過螺絲固定于環(huán)形陶瓷底座上；所述環(huán)形陶瓷底座為銅制陽極襯底的固定底座，中心用陶瓷固定軸與電子過濾柵中心固定；所述彈簧銅片封裝固定于主管的一端側(cè)壁邊上，一邊深入到環(huán)形陶瓷底座的下方與螺絲頭接觸，所述彈簧銅片上有凹槽作為連接觸點(diǎn)、另一邊在主管外方連接高壓接頭；所述電機(jī)用于旋轉(zhuǎn)陶瓷固定軸，利用外接電路控制其旋轉(zhuǎn)角度。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果：1、傳統(tǒng)X光管采用熱激發(fā)方案，燈絲熱激發(fā)的發(fā)射電子初始能量分布也比較廣，經(jīng)過加速后的電子束能量發(fā)布比較廣泛，因此激發(fā)出X射線能量分布隨機(jī)。本發(fā)明的光電陰極代替燈絲，加上電子過濾系統(tǒng)，能將不同能量的電子篩選，激發(fā)射線單色性好。2、本發(fā)明中所屬的MCP屬于電子倍增器件，可形成大束流電子流，提高了射線轉(zhuǎn)換效率。3、本發(fā)明中所屬的陰極從本質(zhì)上減小了熱帶來的噪聲影響而且可控因素細(xì)致，從不同方面調(diào)節(jié)激發(fā)電子的能量、數(shù)量，改變熱激發(fā)中因溫度帶來的不確定度因素。光電陰極調(diào)制如下：①在入射光頻率一定的情況下，飽和光電流Imax的大小與入射光的強(qiáng)度成正比，也就是單位時(shí)間內(nèi)被擊出的光電子數(shù)與入射光的強(qiáng)度成正比。②光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，而只與入射光的頻率有關(guān)。頻率越高，光電子的能量就越大。③入射光的頻率低于v0的光，無論光的強(qiáng)度如何，照射時(shí)間多長，都沒有光電子發(fā)射。(通過頻率起到開關(guān)作用)④光的照射和光電子的釋放幾乎是同時(shí)的，一般不超過10-9秒。(改變熱激發(fā)中預(yù)熱環(huán)節(jié)，提高效率)4、磁場過濾系統(tǒng)。磁場讓電子束進(jìn)行偏轉(zhuǎn)的系統(tǒng)。通過Lorentz力改變電子運(yùn)動(dòng)方向使得電子束變偏轉(zhuǎn)，稱為電子能量過濾系統(tǒng)。根據(jù)電子在磁場中受Lorentz力的理論得知，能量不同的電子受力大小并不一致，如果在電子束出射位置加入一個(gè)過濾系統(tǒng)，根據(jù)計(jì)算，把想要通過的電子束偏轉(zhuǎn)角度與出射位置計(jì)算出來并在出射位置過濾通過，即達(dá)到單一能量電子的出射。5、利用光電陰極替代了傳統(tǒng)射線管中的熱陰極。傳統(tǒng)熱陰極射線管采用的是W材料作為電子發(fā)射陰極，通過提高溫度使元素內(nèi)部電子受到熱激發(fā)而變?yōu)樽杂呻娮右莩鼋饘賰?nèi)部，因此鎢燈絲的壽命比較短，一般在50～200小時(shí)之間。本發(fā)明中所述的陰極為光電陰極，無需提前進(jìn)行燈絲預(yù)熱，而且使用壽命長。6、本發(fā)明整體性能穩(wěn)定，功率小。附圖說明圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中MCP電子倍增器件8的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖1中陶瓷殼6的放大圖。圖4為圖1中II處放大圖。圖5為圖1中III處放大圖。圖6為圖5中IV處放大圖。圖7為圖5中電子過濾柵上陽極靶材分布位置圖。圖8為本發(fā)明工作原理及工作電路示意圖。圖中的附圖標(biāo)記：1、整體結(jié)構(gòu)外殼；2、主管；3、螺線管；4、特制電磁鐵；5、銅棒與電極引線；6、陶瓷殼；7、Au陰極結(jié)構(gòu)；8、MCP電子倍增器件；9、方形鋁殼；10、紫外LED固定件；11、紫外LED；12、透鏡固定外殼；13、彈性墊角；14、擴(kuò)束透鏡；15、頂絲；16、高壓接頭；17、電機(jī)；18、固定軸；19、電子過濾柵；20、環(huán)形陶瓷底座；21、銅制陽極襯底；22、彈簧銅片；23、陽極靶材；24、圓頭固定螺絲；25、MCP(Φ50)；26、MCP固定件；27、MCP壓環(huán)A；28、MCP壓環(huán)B；29、X射線。具體實(shí)施方式由附圖1所示：該脈沖式單色X射線管包括射線管主體Ⅰ、陰極光源Ⅱ、電子束過濾機(jī)構(gòu)III，所述陰極光源Ⅱ設(shè)置在射線管主體Ⅰ的上面，電子束過濾機(jī)構(gòu)Ⅲ設(shè)置在射線管主體Ⅰ的一端。射線管主體I:其中，所述的射線管主體Ⅰ包括外殼1、設(shè)置在外殼1內(nèi)的主管2、設(shè)置在主管2細(xì)端上的螺線管3、設(shè)置在主管2細(xì)端上螺線管3一側(cè)的電磁鐵4、設(shè)置在主管2內(nèi)的陶瓷殼6、設(shè)置在陶瓷殼6一端的豎排均布排列的三個(gè)帶有電極引線的銅棒5，中間銅棒5-1穿過外殼1、主管2和陶瓷殼6與Au陰極結(jié)構(gòu)7連接，所述陰極環(huán)形外殼7-1內(nèi)設(shè)置有Au陰極7-2，所述陶瓷殼6上還設(shè)置有MCP電子倍增器件8。MCP結(jié)構(gòu)：由附圖2所示：所述MCP電子倍增器件8由MCP(Φ50)25、設(shè)置在MCP25外面的MCP固定件26、設(shè)置在MCP25兩側(cè)的MCP壓環(huán)A27和MCP壓環(huán)B28構(gòu)成。若在MCP壓環(huán)A27上施加一定的電壓值，Au陰極7-2逸出的電子會(huì)經(jīng)過電場加速飛向MCP(Φ50)25的表面。MCP(Φ50)25分為前板電壓與后板電壓，根據(jù)前后板施加電壓不同，存在壓差，使得電子束被增益和加速，在后面出射的增益電子數(shù)量可達(dá)到增益前的105倍。實(shí)現(xiàn)了高密度電子束，提高了管流大小。所述的MCP電子倍增器件8上的MCP壓環(huán)A27通過電極引線A與上銅棒5-2連接、MCP壓環(huán)B28通過電極引線B與下銅棒5-3連接。Au陰極結(jié)構(gòu)：由附圖3所示：所述的Au陰極結(jié)構(gòu)7中，Au陰極7-2通過金屬環(huán)形壓圈安裝于陰極環(huán)形外殼7-1內(nèi)部，電極引線從陰極環(huán)形外殼7-1內(nèi)部引出固定在中間銅棒5-1上并與Au陰極7-2連接；所述的陶瓷殼6的形狀為半封閉式的六面正方體結(jié)構(gòu)、相鄰的兩面開孔，其中6-1孔作為光源的入射端，6-2孔作為電子束出射端，與陰極環(huán)形外殼7-1連接的中間銅棒5-1穿過陶瓷殼6并與其連接為一個(gè)整體。螺線管：所述螺線管3電子束匯聚結(jié)構(gòu)，纏繞長度為L、內(nèi)徑為D、被套在射線管主體Ⅰ的細(xì)端接近于MCP電子倍增器件8，螺線管3引腳兩段接供電系統(tǒng)使螺線管內(nèi)部產(chǎn)生磁場，方向與電子束運(yùn)動(dòng)方向平行，通過模擬電子平行磁場運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，電子是運(yùn)動(dòng)軌跡為螺旋形，根據(jù)施加的磁場強(qiáng)度不同，電子偏轉(zhuǎn)的軌跡也不同，所以根據(jù)此類特點(diǎn)施加的磁場達(dá)到一定值時(shí)，可以將剛從MCP后板出射電子束進(jìn)行偏轉(zhuǎn)匯聚，起到對出射電子束的方向約束作用(此處聚焦方式為磁聚焦，亦可改變?yōu)殡娋劢?。電磁鐵：所述的電磁鐵4通過U型固定件設(shè)置在射線管主體Ⅰ細(xì)端的上下兩側(cè)，相互垂直，對面極性相反，兩塊特制電磁鐵4間的間距為D，D為射線管主體Ⅰ細(xì)端直徑，磁場范圍長度為L，強(qiáng)度為T，所述電磁鐵4引出的供電線外接供電系統(tǒng)。特制電磁特4平行分布在主管的上下兩端，在管內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)由N到S的垂直磁場區(qū)域，此區(qū)域可以將不同能量電子束進(jìn)行分離，由于磁場為單向不變的恒定磁場，則電子束只受到Lorentz力，假設(shè)忽略電子間的相互作用，暫不考慮電場加速。電子束所受的Lorentz力：F＝-ev(k)×B式子中e為電子，v為速度，磁場對電子的作用和電場不同，它不作功不改變電子的能量。本發(fā)明中的特制磁鐵利用Lorentz力在電子束垂直方向施加一個(gè)力，通過改變它的大小來改變電子束運(yùn)動(dòng)半徑R的大小。根據(jù)經(jīng)典力學(xué)中可知?；匦霃絉：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中僅受Lorentz力而做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，Lorentz力充當(dāng)向心力，由此可以推導(dǎo)出該圓周運(yùn)動(dòng)的半徑公式：式子中，m為電子質(zhì)量，q為電子電量。由于Lorentz力的方向垂直于運(yùn)動(dòng)方向，則并不改變電子束的能量(動(dòng)能)。偏轉(zhuǎn)角度：當(dāng)電子束入射進(jìn)入磁場后，設(shè)偏轉(zhuǎn)角度為α，根據(jù)公式得知：式子中，L為磁場長度，這里改變電子束入射速度來改變半徑，即改變偏轉(zhuǎn)角度大小。磁場的長度可以通過公式計(jì)算得出。由于入射電子初始能量不一致，即v不同，導(dǎo)致一些電子運(yùn)動(dòng)半徑R不同。在磁場中運(yùn)動(dòng)過程中，會(huì)出現(xiàn)振幅的不一致。上述技術(shù)稱為電磁電子束篩選結(jié)構(gòu)，它將電子束中不同能量的電子進(jìn)行收斂分布，讓能量較為相同或近似的電子束分布在某一焦斑(與C中電子過濾柵19過濾孔大小有關(guān))區(qū)間，這樣，在陽極電壓一定的情況下，同一能量的電子束其運(yùn)動(dòng)半徑R相同，所以，經(jīng)過篩選后得到的電子束能量單一。陰極光源Ⅱ：由附圖4所示：所述的陰極光源Ⅱ包括方形鋁殼9、通過紫外LED固定件10設(shè)置在方形鋁殼9內(nèi)的紫外LED11、設(shè)置在方形鋁殼9下面的透鏡固定外殼12、通過頂絲15和彈性墊角13設(shè)置在透鏡固定外殼12內(nèi)的擴(kuò)束透鏡14；其中所述方形鋁殼9為紫外LED11的安裝固定外殼，起到防止紫外線輻射與管的散熱作用，擴(kuò)束透鏡14安裝在紫外LED11出射口的下方，前后位置用安裝頂絲15作為微調(diào)機(jī)構(gòu)，可控制紫外光焦點(diǎn)在陰極的位置，調(diào)整出射電子束角度；陰極光源Ⅱ作為一個(gè)整體固定在射線管主體Ⅰ的Au陰極結(jié)構(gòu)7上方。選用紫外LED11作為激發(fā)光源，它能夠做成一種頻率、脈寬可調(diào)的脈沖式光源照射Au陰極結(jié)構(gòu)7，通過帶有一定頻率的光照射Au陰極7-2時(shí)，會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng)。由Au陰極7-2內(nèi)部的電子克服勢壘逸出金屬表面，從而在金屬表面形成自由電子，使用壽命要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于燈絲。電子束過濾機(jī)構(gòu)III：由附圖5、6、7所示：為了保證單一能量電子束出射，在射線管主體Ⅰ的一端設(shè)置一個(gè)電子束過濾機(jī)構(gòu)Ⅲ，所述電子束過濾機(jī)構(gòu)Ⅲ包括高壓接頭16、連接高壓接頭16的彈簧銅片22、設(shè)置在主管2細(xì)端中軸線位置的固定軸18、設(shè)置在主管2固定軸18上的電子過濾柵19和環(huán)形陶瓷底座20、均布設(shè)置在環(huán)形陶瓷底座20上的銅制陽極襯底21、設(shè)置在銅制陽極襯底21頂端的陽極靶材23、連接在銅制陽極襯底21另一端的圓頭固定螺絲24、連接在固定軸18外端的電機(jī)17。所述電子過濾柵19與環(huán)形陶瓷底座20為同心同軸結(jié)構(gòu)，并將三個(gè)銅制陽極襯底21固定于環(huán)形陶瓷底座20上、相互間夾角為120度，電子過濾柵19上的開孔位置與三個(gè)銅制陽極襯底21位置一一對應(yīng)，通過電機(jī)17控制旋轉(zhuǎn)整體結(jié)構(gòu)選擇靶材。電子束過濾結(jié)構(gòu)與上述電磁電子束篩選結(jié)構(gòu)稱為電子束過濾系統(tǒng)。所述電子過濾柵19為圓形盤，在盤上相應(yīng)位置(過濾電子束出射位置)開孔，作為電子束出射光攔，孔徑大小決定焦斑尺寸；本發(fā)明技術(shù)方案中設(shè)置三個(gè)相同銅制陽極襯底21，所述銅制陽極襯底21為圓柱形結(jié)構(gòu)、上端帶有楔形斜面21-1作為陽極材料蒸鍍面，分別將Mg、Cr、W元素蒸鍍在楔形斜面21-1的表面上，銅制陽極襯底21下端為帶螺孔基座的圓柱形用、通過螺絲固定于環(huán)形陶瓷底座20上；所述環(huán)形陶瓷底座20為銅制陽極襯底21的固定底座，中心用陶瓷固定軸與電子過濾柵中心固定，靶材與開孔一一對應(yīng)；所述彈簧銅片22封裝固定于主管2的側(cè)壁邊上，一邊深入到環(huán)形陶瓷底座20的下方與螺絲頭接觸，所述彈簧銅片22上有凹槽作為連接觸點(diǎn)、另一邊在主管2外方連接高壓；所述電機(jī)17用于旋轉(zhuǎn)陶瓷固定軸18，利用外接電路控制其旋轉(zhuǎn)角度，封裝于主管2內(nèi)部。本發(fā)明通過調(diào)節(jié)高壓和磁場對電子束進(jìn)行過濾，過濾后的電子束向靶材撞擊。靶材在高能量電子的激發(fā)下，可以被激發(fā)出不同波長范圍的X射線，且波長范圍小，出射的單色X射線強(qiáng)度強(qiáng)。電路：所述的X射線控制電路如圖8所示：陰極光源II由外接專用脈沖調(diào)制電源U1對其供電；U2為Au陰極供電電壓，電壓加在銅棒5-1上，通過電極引線與Au陰極7-2連接；U3為螺線管3、U4為特制電磁鐵4供電電壓；Ug表示接在高壓接頭16的高壓電源電壓，高壓接頭16的外接正高壓Ug＝10～50kV；Umcp1為MCP前面電壓，電壓加在銅棒5-2上，通過電極引線與MCP壓環(huán)A27連接；Umcp2為MCP后面電壓，電壓加在銅棒5-1上，通過電極引線與MCP壓環(huán)A28連接。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，這些實(shí)施例僅是出于解釋說明的目的，而不限制本發(fā)明的范圍和實(shí)質(zhì)。