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金刚石光学窗口在微型X射线管的应用研究

时间:2023-11-06浏览次数:1316

铍作为传统的X射线管窗口材料,,,其硬度较低 (莫氏硬度为4),,在制作大面积窗口时,,,因管体内外压强差较大,,,,易破碎,,,,并且铍表面的氧化膜对气密性影响较大。。。

 

金刚石作为热点材料,,属于典型的面心立方结构,,,,是原子排列最紧密的材料之一,,,,具有很高的硬度和抗压强度,,,以及优异的热学、、、、光学和电学性能。。。。现阶段,,,金刚石单线切割机、、、、化学气相沉积等方法均已相当成熟,,可以制备直径为50~150 mm的大面积金刚石薄膜。。。其封装工艺采用活性钎料钎焊(含活性金属Ti、、Zr)的方法,,,可以有效提高封装管内部的真空度。。。目前,,,,金刚石材料已广泛应用于红外窗口、、、 高能激光武器窗口、、高功率微波武器回旋管、、行波管、、、光刻系统核心组件的制造。。。因此,,,金刚石较好的X射线透明性和机械强度对于应用于微型X射线管窗口具有一定的研究价值。。

 

X射线管出射原级谱包含:韧致辐射连续谱、、、 叠加在连续谱之上的特征X射线以及低能散射。。。。低能韧致辐射和散射本底会对痕量元素的测量会产生不利影响。。因此,,,需要采用合适的光学窗口来 屏蔽X射线管的低能韧致辐射和低能散射射线。。。同时,,,尽可能提高较高能量射线(有效激发射线)的有效透射比。。射线强度初始强度为I0,,,经过厚度为t 的窗体后,,束流强度将衰减为: I = I0e− μ ⋅ t (1) 式中:µ为线性吸收系数,,,cm−1 。。。表示单位厚度上的窗体原子与X射线发生相互作用的概率。。光学窗口原子序数越大,,质量衰 减系数越大;对于确定的光学窗口材料,,质量衰减系 数随X射线能量的增加而减小。。。。

 

随着铍光学窗口厚度的增加,,Si-K 系(管体为玻璃,,,SiO2)和Ag-L系特征X射线计数率下降明显,,,当厚度达到2.5 mm时两个特征X射线计数率均降至0,,当厚度达到3 mm时该能量区间只有 0.51%的X射线通过窗口。。当金刚石厚度达到0.25 mm时两个特征X射线计数率均降为0,,,, 当厚度达到 1 mm 时该区间的 X 射线即可被完全屏蔽。。。。

 

由下图可知,,,, 5~20 keV 能量范围的 X 射线通过 光学窗口的注量率,,,,通过铍光学窗口的注量率变化缓慢;通过金刚石光学窗口的注量率随着厚度的增加迅速减小,,且注量率远小于铍。。。。即说明金刚石光学窗口对 5~20 keV 能量范围的出射 X 射线屏蔽效果更好

 

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针对50 kV的侧窗式微型X射线管的金刚石滤 光片厚度的选择,,分别计算了不同厚度下,,,,特征X射线的透射比T、、、峰总比P和高能区(20~30 keV)的有 效透射比TE。。。其中2 mm厚的金刚石光学窗口特征 X射线的透射比T为76.5%,,,,峰总比P为27.9%,,,,有效 透射比TE为154.5%,,,能满足“阻低通高”的要求。。且随着金刚石制备技术的迅猛发展,,,制作成本也会逐步降低,,金刚石在X射线管光学窗口选材方面具有较好的应用价值。。。。

 

金刚石具有多种超凡的性能,,,,是满足光学应用要求的理想材料,,,具有迄今为止最高的热导率,,,,表现出最广泛的光谱传输范围。。CSMH是一家宽禁带半导体材料公司,,致力于金刚石热沉片、、金刚石窗口片、、、氮化铝薄膜等产品的研发与销售。。


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