X射线、X射线源及其工作原理及面临供应不足的困境
编辑：研究部沈吟秋 来源：思瀚 日联科技    2023-03-28

（1）X射线、X射线源及其工作原理

X 射线（又称伦琴射线、X-Ray）是 1895 年德国物理学家伦琴在研究阴极射线时发现的一种射线，系高速运动的电子在与物质相互作用中产生的。在 X射线管中，从阴极发射的电子，经阴极、阳极间的电场加速后，轰击 X 射线阳极靶，将其动能传递给靶上的原子，其中约有 1%左右的能量转化为 X 射线，并从 X 射线照射窗中射出。X 射线源阴极发射的电子被聚焦到靶上的一个点，称之为焦点，焦点的尺寸越小，则检测精度越高。因 X 射线能量高、穿透力强等特点广泛应用于医疗健康和工业影像检测等领域。

X 射线源（又称 X 射线发生器）是 X 射线智能检测设备的核心部件。X 射线源的研发涉及电子透镜（包括阴极、阳极、栅极）材料研究、电磁场数学模型研究、电真空物理参数研究、高压系统控制、电磁干扰控制以及热管理系统开发等关键研究工作。

图示：X射线真空管结构示意

X 射线检测作为工业影像检测的重要方法之一被广泛应用，其核心部件 X射线发射源的焦点尺寸决定了检测精度，即焦点尺寸越小，检测精度越高。在集成电路、电子制造、新能源电池等精密制造领域，为满足高精度检测要求，须配置微米级、纳米级焦点尺寸 X射线源，即微焦点 X射线源。

根据密封方式的不同，微焦点 X 射线管分为开放式（开管）和封闭式（闭管）两种。闭管 X 射线源中，阴极与阳极/靶都封闭在真空管内。在使用时无需抽真空，闭管方式的 X 射线管高压一般在 30kV-150kV 之间，靶功率可以做到75W，使用生命周期在 3 年左右，常用于集成电路及电子制造、新能源电池等精密检测等领域；开管则带有真空泵、真空阀，开管的阴极和阳极/靶都可以更

换。开放式的 X 射线管高压一般在 30-225kV 之间，靶功率可以做到 25W。开管精度高，零部件可以更换，但初期设备购置成本高，多用于要求较高的科研领域或集成电路领域。

闭管式热阴极微焦点射线源与开管微焦点射线源在应用领域、焦点尺寸、最大管电压、真空系统、电子发射形式、维护成本与使用寿命、集成形式、启动时间、性价比等的对比情况如下：

由上表所述，开管式微焦点射线源具有焦点尺寸更小、最大管电压更高的特点，具备更高的放大倍率和更强的穿透力，但同时在性价比、维护成本、使用寿命和启动时间等方面具有一定的劣势。目前，闭管式微焦点射线源仍然是集成电路、电子制造、新能源电池等精密 X射线检测领域的主要选择。

工业 X射线检测原理示意图如下：

（2）我国 X射线源面临供应不足的困境

受限于国内技术和制造水平不足，我国工业影像检测的微焦点 X 射线源几乎全部依赖进口，而用量最大的闭管微焦点射线源产品及核心技术主要掌握在日本滨松光子和美国赛默飞世尔两家企业手中。随着我国精密检测设备需求的不断提升，关键核心部件供给不足的问题日益凸显，特别是随着下游集成电路及电子制造、新能源电池产业的发展，下游面临“一源难求”的困境，严重影响了下游相关产业的产品质量检测水平。