微型X射线管金刚石光学窗口性能的模拟研究

2021-04-20邢义强赵剑锟李蔚成刘义保

核技术 2021年4期

关键词：特征

邢义强赵剑锟李蔚成刘义保刘薇姜爽

1（东华理工大学放射性地质与勘探技术国防重点学科实验室南昌 330013）

2（东华理工大学核科学与工程学院南昌 330013）

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［1］。

金刚石作为热点材料，属于典型的面心立方结构（晶格常数为0.357 nm，键长为0.154 nm，键角为109°28'），是原子排列最紧密的材料（1.77×1023cm−2）之一，具有很高的硬度（莫氏硬度为10）和抗压强度（大于1.2 GPa），以及优异的热学（室温热导率20～22 W·cm−1·K−1，室温热膨胀系数仅为（1.1～1.3）×10−6K−1）、光学（对X 射线透明性较高）和电学性能［2−4］。

现阶段，金刚石单线切割机、化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）等方法［5-8］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［8-9］。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［2，4-5，8，10-17］。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。

本文通过蒙特卡罗方法计算K系特征X射线透射比T、高能射线有效透射比TE和峰总比P等参数，研究金刚石光学窗口的最佳厚度，以期获得低能区间（0～5 keV）和中能区间（5～20 keV）的高屏蔽率和高能区间（20～30 keV）的高透射率（以下简称“阻低通高”）。