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片上微型X射线源

X射线广泛应用于健康检查、癌症放疗、安全检查、工业探伤、材料分析等领域。目前，X射线主要是通过热阴极X射线管产生，其主要包括一个热发射阴极和阳极，电子从热阴极发射后被加速，高能电子轰击到阳极并在阳极发生韧致辐射和原子内壳层电子跃迁，从而产生X射线。由于热发射阴极具有体积大、功耗高、开关延迟时间长等特点，热阴极X射线管一般也具有较大的体积、较高的功耗和较长的开关响应时间。这些问题限制了传统热发射阴极X射线管在很多场景的应用。另一方面，X射线动态成像系统、轻小型X射线医学成像系统、近距离电学X射线放疗设备、便携式X射线检测和分析装置等新型X射线仪器的应用需求越来越大，这些仪器的关键核心部件就是微型X射线源，因此，微型X射线源是一种重要的、需求越来越大的电子元器件。微型X射线源的研究始于2000年左右，目前已研制成功了基于热发射电子源和纳米材料场发射电子源的小型或微型X射线源。其中，基于热发射电子源的小型X射线源的技术比较成熟，其虽然具有更小巧紧凑的尺寸，但由于仍使用热发射电子源且具有和传统X射线管非常相似的结构，基于热发射电子源的小型X射线源仍具有开关响应时间长的问题，难以应用在移动对象的动态X射线成像等场合。相比于基于热发射电子源的小型X射线源，基于碳纳米管、氧化锌纳米线等纳米材料场发射电子源的微型X射线源具有更小的尺寸、更低的功耗、更短的开关响应时间，被认为是一种非常有前景的微型X射线源技术。然而，目前所有片上的微型X射线源均具有尺寸难以进一步减小、批量制备成本高等问题。本项目提出了一种片上微型X射线源。该X射线基于一种新型的微型电子源，可以用微纳加工技术加工得到，因此可以减小尺寸、降低制备成本。同时，该片上微型X射线源具有X射线剂量稳定可控、工作真空要求低、开关响应快、可集成、可批量生产等优点，可应用于小型便携的各类X射线检测分析和医疗设备。

北京大学 2021-02-01