阅读说明：本技术 一种气体x射线像增强器 (gas X-ray image intensifier ) 是由 张志永 丰建鑫 王旭 刘建北 邵明 周意 于 2019-09-04 设计创作，主要内容包括：一种气体X射线像增强器,包括：读出阳极板(1)；微网电极结构(2),由n层微网电极(21)通过支撑结构(3)级联而成,该支撑结构(3)固定在读出阳极板(1)上,其中,支撑结构(3)位于微网电极结构(2)的两端,微网电极(21)之间及微网电极(21)与读出阳极板(1)之间形成气体雪崩放大区,n为大于等于2的整数；入射窗(4),其形成于微网电极结构(2)上方,通过外壳(6)与读出阳极板(1)相连,将微网电极结构(2)及所述支撑结构(3)密封；漂移阴极(5),其形成于入射窗(4)的内表面；其中,密封结构内部填充有用于电子漂移和雪崩倍增的工作气体。该器件光强度的放大倍数及对X射线的转换效率高,且结构简单。(A gaseous X-ray image intensifier comprising: a readout anode plate (1); the micro-grid electrode structure (2) is formed by cascading n layers of micro-grid electrodes (21) through supporting structures (3), the supporting structures (3) are fixed on the readout anode plate (1), wherein the supporting structures (3) are positioned at two ends of the micro-grid electrode structure (2), gas avalanche amplification regions are formed between the micro-grid electrodes (21) and the readout anode plate (1), and n is an integer greater than or equal to 2; the entrance window (4) is formed above the micro-grid electrode structure (2), is connected with the readout anode plate (1) through the shell (6), and seals the micro-grid electrode structure (2) and the supporting structure (3); a drift cathode (5) formed on the inner surface of the entrance window (4); wherein the interior of the sealing structure is filled with a working gas for electron drift and avalanche multiplication. The device has high amplification factor of light intensity and conversion efficiency of X-ray, and has simple structure.)

一种气体X射线像增强器

技术领域

本发明涉及微结构气体探测器及X射线成像技术领域，尤其涉及一种气体X射线像增强器。

背景技术

X射线像增强器(XRII)是基于X射线成像设备的重要组件，它能够将X射线转换为可见光，使其强度提高数倍，远远高于仅用荧光屏的转换。XRII通常包含低吸收和散射的输入窗口(通常是铝或铍)、用于X射线转换的荧光晶体、光电阴极、电子聚焦结构以及输出荧光屏和输出窗口。该种场聚焦型结构的XRII，由于聚焦电场的存在，会引起的图像畸变。为了解决这一问题，微通道板(MCP)技术应运而生。但是，受限于现有的MCP工艺技术，MCP的尺寸仍然较小，价格相对比较昂贵。而且，MCP电子雪崩过程中，倍增电子会电离真空管中的微量残余气体，产生正离子，这些离子在电场作用下回流，将对光电阴极造成损伤，降低其使用寿命。另外，因荧光屏的使用仍不可避免，XRII整体构造并没有得到有效的简化。

为了克服上述问题，技术人员提出一种气体X射线图像增强器(GXRII)。现有的GXRII采用孔型气体电子倍增器(GEM或THGEM)级联或者单层Micromegas探测器作为电子倍增和发光结构。虽然器件总的光强度放大很高，但是产生的荧光没有方向性，导致能够到达后端图像采集模块的有效光强度仍然有限。在GEM级联方案中，电致发光的光收集平面在最后一层GEM的下表面，仅有孔里能产生荧光，而其它区域将构成成像的本底图像，且无法去除，同样，Micromegas的微网支撑结构的位置也无法产生荧光，在输出图像中形成死区。另外，气体环境的X射线转换效率会低于固体荧光晶体的转换，而增加转换气体厚度、压强的方法对这一问题的改善有限

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对于上述技术问题，本发明提出一种气体X射线图像增强器，用于至少部分结局上述技术问题。

(二)技术方案

本发明提出一种X射线像增强器，包括：读出阳极板1；微网电极结构2，由n层微网电极21通过支撑结构3级联而成，上述支撑结构3固定在上述读出阳极板1上，其中，上述支撑结构3位于上述微网电极结构2的两端，上述微网电极21之间及上述微网电极21与上述读出阳极板1之间形成气体雪崩放大区，n为大于等于2的整数；入射窗4，其形成于上述微网电极结构2上方，通过外壳6与上述读出阳极板1相连，将上述微网电极结构2及上述支撑结构3密封；漂移阴极5，其形成于上述入射窗4的内表面；其中，上述密封结构内部填充有用于电子漂移和雪崩倍增的工作气体。

可选地，上述微网电极21表面施加有大于25N/cm的张力。

可选地，上述工作气体为惰性气体与负电性气体的混合气体。

可选地，上述微网电极21的光学透过率为30％-60％。

可选地，上述微网电极21的厚度为10-40微米，上述雪崩放大区的间距为50-500微米。

可选地，上一层微网电极21的微孔与其下一层微网电极21的微孔错位。

可选地，远离上述读出阳极板1的气体雪崩放大区的间距大于靠近上述读出阳极板1的气体雪崩放大区的间距；其中，上述微网电极21与上述读出阳极板1之间形成气体雪崩放大区的间距为50-150微米；其它气体雪崩放大区的间距为300-500微米。

可选地，上述入射窗4的材料为使X射线通过的薄膜材料。

可选地，上述读出阳极板1采用透光玻璃，其上形成有导电薄膜。

可选地，上述工作气体为氩气、氙气和氪气中的至少一种与四氟化碳和甲烷中的至少一种的混合气体。

(三)有益效果

本发明提出一种气体X射线图像增强器，有益效果为：

1、使用由多层微网电极级联而成的气体电子倍增器作为GXRII的放大结构，提升了光强度的放大倍数。

2、微网电极上施加有张力，仅通过两端的支撑结构固定，去除了传统XRII或GXRII结构造成的成像非灵敏区。

3、入射窗材料采用X射线易通过的铝或者铍薄膜，用气体填充代传统器件的真空工作环境，同时作为X射线转换介质，无需转换晶体和光电阴极，消除了传统器件离子反馈对光电阴极的损伤。

4、该GXRII结构简单(无需光电阴极、荧光屏等)，易于制成大面积、成本低廉。

附图说明

图1示意性示出了本发明实施例气体X射线图像增强器的结构图。

图2示意性示出了本发明实施例提供的三层微网电极级联的气体X射线图像增强器结构图。

【附图标记】同一结构采用同一附图标记

1-读出阳极板

11-阳极

2-微网格电极结构

21-微网电极

3-支撑结构

4-入射窗

5-漂移阴极

6-外壳

G-工作气体

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明实施例提出一种气体X射线图像增强器，包括：读出阳极板1；微网电极结构2，由n层微网电极21通过支撑结构3级联而成，该支撑结构3固定在读出阳极板1上，微网电极21之间及微网电极21与读出阳极板1之间形成气体雪崩放大区，n为大于等于2的整数；入射窗4，其形成于微网电极结构2上方，通过外壳6与读出阳极板1相连，将微网电极结构2及支撑结构3密封；漂移阴极5，其形成于入射窗4的内表面；密封结构内部填充有用于电子漂移和雪崩倍增的工作气体。

图1示意性示出了本发明实施例气体X射线图像增强器的结构图。如图1所示，该气体X射线图像增强器(GXRII)包括：

读出阳极板1，该读出阳极板1可以由透光玻璃板制作而成，其表面可以制作导电薄膜，作为读出阳极板1的阳极11。

微网电极结构2，由n层微网电极21通过支撑结构3级联而成，该支撑结构3固定在读出阳极板1上，其中，微网电极21之间及微网电极21与读出阳极板1之间形成气体雪崩放大区，支撑结构3位于n层微网电极21的两端，n为大于等于3的整数。

每层微网电极21的厚度可以为10-40微米，光学透过率(或开窗率)可以在30％-60％之间。利用高硬度且低气体释放(低于实际需求的预设值)的陶瓷材料(支撑结构3)固定拉伸高张力微网，微网电极张力保持在25N/cm以上，这样可以省去器件灵敏区微网电极之间的支撑结构。微网电极21之间构成雪崩放大区的间距可以为50-500微米。为保证较高的增益，一般情况下，远离读出阳极板1的雪崩放大区的间距大于靠近读出阳极板1的雪崩放大区的间距。

在本发明一实施例中，微网电极结构2由三层微网电极21级联而成，如图2所示，上层气体雪崩放大区和中层气体雪崩放大区的宽度较宽，为300-500微米，下层气体雪崩放大区的宽度较窄，为50-150微米。

上一层微网电极21的微孔与其下一层微网电极21的微孔可以错位，微网电极21的微孔错位方式可以采用相邻的微网相对选择一定角度或采用不同规格微网两种方式实现。

入射窗4，其形成于微网电极结构2上方，通过外壳6与读出阳极板1相连，将微网电极结构2及支撑结构3真空密封。入射窗4的材料采用X射线容易通过的铝或者铍薄膜。外壳6可以采用气体密封型且低气体释放(低于实际需求的预设值)的材料，一般为金属和陶瓷材料，并和入射窗密封封装成一体，实现工作气体密封。

漂移阴极5，其形成于入射窗4的内表面。漂移阴极5材料与入射窗4可以一样。

其中，密封结构内部填充有用于电子漂移和雪崩倍增的工作气体G，该工作气体可作为X射线转换介质，无需转换晶体。工作气体G例如可以是惰性气体(氩、氖、氙气等)和负电性气体(如四氟化碳、甲烷等)混合气体。

上述GXRII再进行图像采集时，将CCD相机或光学相机聚焦到透光玻璃的导电膜平面进行拍照成像，也可以通过透镜将电致发光聚焦后进行成像。

本发明实施例提供的气体X射线图像增强器，使用由多层微网电极级联而成的气体电子倍增器作为GXRII的放大结构，形成多级放大区，从而提升了光强度的放大倍数。微网电极上施加有张力(大于25N/cm)，仅通过两端的支撑结构固定，去除了传统XRII或GXRII结构造成的成像非灵敏区，使灵敏面积扩大，从而大幅增强GXRII对X射线的转换效率。入射窗材料采用X射线易通过的铝或者铍薄膜，用气体填充代传统器件的真空工作环境，同时作为X射线转换介质，无需转换晶体和光电阴极，消除了传统器件离子反馈对光电阴极的损伤。并且GXRII器件在气体密封模式下工作，无需气体循环。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。