透射阳极X射线管靶结构设计的第一原理研究

来源 :沈阳师范大学 | 被引量 : 13次 | 上传用户:a11564877
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X射线管是一种X射线的发生装置,在物理、化学、生物、医疗等诸多领域得到了广泛的应用。透射阳极X射线管为这个领域的高端产品,它的出现就使得X射线管在构造和性能等方面实现了重大的突破,其具有较高的射线产生率和辐照通量密度,结构亦比较特殊。它的铍窗位于管子的端面上,阳极靶仅为一层镀在铍窗内侧的薄膜。目前已有透射阳极X射线管产品问世,但并未得到广泛的应用,因为在其工作过程中出现了薄膜阳极与窗体结合不稳定的现象,在高速电子轰击下,薄膜即从窗体内表面脱落,这就严重影响了它的正常使用。本文从基于密度泛函理论的第一原理方法出发,利用Materials Studio软件中的CASTEP模块对透射阳极X射线管靶的结构设计作了详细的研究。计算了在Be(0001)表面分别吸附Ag、Rh、Pd、Pt、Cr、Mo、W、Sc原子后体系的总能,再利用公式分别计算了其间的结合能。在计算结果中,选取比较典型的Pd及W原子在Be(0001)表面吸附的模型进行态密度分析,最后探讨了几种常见的镀膜方法,论文主要研究结果如下:(1)对所有晶体模型分别进行几何优化,得到了体系的总能。(2)通过计算得到了吸附原子与Be(0001)表面之间的结合能,并通过对晶格常数及热膨胀系数的匹配程度等多方面分析,确定出了Pd是一种非常适合作为透射靶材的金属。(3)对态密度分析的结果进行对比之后发现,Pd-4d与Be-2s交互作用比较强,其程度要远大于W-6s与Be-2s之间的交互作用。(4)考虑到薄膜与基体材料均为金属,为了使薄膜与基体之间能够有较强的附着力,通过对多种镀膜技术的研究,发现离子镀是能够满足上述要求的。
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