一种非周期多深度的固定X射线阳极靶及生成式制造方法

本发明属于x射线管阳极靶材，特别是涉及一种非周期多深度的固定x射线阳极靶及生成式制造方法。

背景技术：

1、固定阳极x射线管具有结构紧凑、可靠性高且无需旋转机构等特点，可应用于便携式无损检测和小型化成像设备。电子束轰击钨或钨合金靶面时，部分电子发生反散射，其余电子在靶材中沉积能量并产生轫致辐射和特征x射线。

2、为降低电子反散射损失，现有技术通常在阳极靶面设置由统一槽宽w、统一槽深h和统一周期p定义的规则沟槽。加深沟槽能够延长部分电子在靶材中的运动路径，但深槽内部产生的x射线还需要穿过沟槽开口并避开相邻槽壁。当沟槽过深、开口过窄或槽壁遮挡较强时，光子可能再次进入靶材并被吸收。

3、周期沟槽的各个重复单元具有相同或按固定规律重复的槽宽、槽深和间距，难以针对有限电子束斑、不同光子产生位置和特定出射方向分别调节各沟槽。因此，需要一种不依赖全局重复单元、并允许不同沟槽具有不同宽度、深度和间距的固定阳极靶结构。

4、现有技术存在的问题：

5、（1）周期结构的几何自由度有限：周期沟槽由同一组w、h、p参数重复形成，各位置之间存在严格的几何重复关系。对于有限束斑或特定接收方向，同一槽深和同一间距未必能够同时满足不同位置的电子能量沉积和光子逃逸需求。

6、（2）电子捕获与光子自吸收相互竞争：沟槽加深通常能够降低初级电子反散射并增加靶材中的能量沉积，但也会提高x射线光子撞击槽壁或再次进入靶材的概率。因而沟槽结构的实际效果不能仅由电子捕获、反散射率或靶材能量沉积判断，还应评价满足接收条件的有效x射线输出。

7、（3）固定阳极靶要求连续稳定的实体边界：固定阳极靶不能依靠靶盘旋转分散热负荷。沟槽侧壁或槽底若存在尖锐转折、过薄隔壁或过小局部特征，容易形成局部能量沉积和应力集中。因此，非周期沟槽应保持连续、平滑的槽底和侧壁，并在相邻沟槽及沟槽底部保留连续靶材。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种非周期多深度的固定x射线阳极靶及生成式制造方法，通过对各沟槽的宽度、深度和间距进行协同配置，获得在限定工作条件下有效x射线能量转换效率高于优化周期沟槽基准的优选非周期结构。

2、为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一种非周期多深度的固定x射线阳极靶，包括高导热的热沉基底；

4、包括固定结合于热沉基底的受轰击靶面层，所述靶面层与热沉基底之间形成固定结合界面，所述靶面层设置有非周期的微结构区；非周期性是指：不存在包含少于n个沟槽的重复子序列，能够通过重复生成完整参数序列。

5、所述微结构区包括n个开设于靶面层的沟槽，n≥3，所述沟槽均沿靶面层横向延伸开设，沿纵向非周期排列，第i个沟槽对应的槽宽wi、最大深度hi以及与下一沟槽的净间距si，至少一个参数序列不构成能够覆盖全部微结构区的重复单元；

6、至少两个沟槽具有不同最大深度hi。或者整个微结构区不存在能够重复覆盖全部沟槽深度的全局几何周期，沟槽最大深度hi小于靶面层的厚度。

7、进一步地，所述沟槽的开口轮廓可以相同或不同，对应不同开口轮廓的沟槽，在横向和纵向上分布有多个开口单元，各开口单元具有各自的中心坐标、开口轮廓和槽深，相邻开口单元的中心距离、开口轮廓和槽深中的至少一项不同。或者全局不存在平移后与原结构完全重合的非零平移距离。

8、进一步地，至少一个沟槽沿其延伸方向具有连续变化的槽深，在不同位置具有不同槽深，其余沟槽可具有恒定深度或另一连续变化规律的槽深。或者沟槽之间仍不存在覆盖整个微结构区的统一重复单元。

9、进一步地，所述沟槽侧壁基本垂直或者具有向槽底收缩的坡度，槽底为圆弧面、椭圆弧面或其他连续曲面，沟槽侧壁与槽底呈连续平滑的过渡曲面。相邻沟槽之间保留连续靶材隔壁，沟槽底部与结合界面之间保留连续靶面层材料。

10、进一步地，所述靶面层可由纯钨或钨合金制成，热沉基底可由无氧铜或其他高导热材料制成。靶面层与热沉基底固定结合，构成无需旋转支撑机构的固定阳极靶。

11、一种非周期多深度的固定x射线阳极靶的生成式制造方法，用于一种非周期多深度的固定x射线阳极靶的制备，包含以下几个步骤：

12、步骤一：将物理空间与加工设备建立映射，物理坐标空间构建，设定一固定长度的分析跨度，将该跨度内的靶面深度轮廓离散化为包含n个归一化坐标点的深度轮廓向量，优选n=128；

13、步骤二：物理性能验证与数据集生成，随机生成大量平滑的深度轮廓向量，并利用电子连续慢化近似物理模型，计算每一向量在特定加速电压下产生的x射线转换效率，构建训练数据集；

14、步骤三：流形降维与隐式正则化训练，构建条件变分自编码器网络，将高维深度轮廓向量映射至低维隐空间，网络通过联合损失函数约束，学习具有物理可制造性的平滑表面流形特征，自动排除可导致热应力失效的高频几何伪影；

15、步骤四：非周期条件采样生成，以高于预设阈值的目标x射线转换效率为条件指令，在训练完成的低维隐空间中进行采样并解码，直接输出包含有非均匀深度和不规则间距的最优目标深度轮廓数据；

16、步骤五：固定靶实体微纳加工，提取目标深度轮廓数据，转化为空域刻蚀指令，控制激光消融设备或半导体刻蚀设备对固定阳极靶的靶面层进行定向减材加工，制备出实体非周期微结构。

17、步骤三中，编码器网络隐空间维度设定并固定为16维，用于平衡复杂非周期几何容量特征的表达能力与条件生成信号的稳定性。

18、本发明具有以下有益效果：

19、（1）本发明采用各沟槽宽度、最大深度和间距可分别变化的实体结构，能够表达统一槽宽、槽深、周期沟槽无法表示的非重复几何关系，扩大了固定阳极靶面的可设计空间。不同深度和间距的沟槽能够在同一微结构区内形成不同电子作用路径和光子逃逸路径，从结构上提供调节电子捕获与槽壁自吸收平衡的自由度。

20、（2）连续平滑的槽底和侧壁减少尖锐几何突变，并在相邻沟槽之间以及沟槽底部保留连续靶材，有利于保持固定阳极靶面的整体性。

21、（3）在60 kev电子束和本说明书所述代表性比较几何下，采用geant4的g4empenelopephysics低能电磁物理模型，对三个独立随机种子分别模拟50,000个初级电子，非周期多深度沟槽在z=+2μm上游计分面的x射线能量转换效率与周期沟槽之比为1.3567，约为1.36，即平均提高约36%。该数值用于说明非周期多深度沟槽取得显著增益。

22、（4）本发明的生成式设计方法将靶面深度轮廓映射至低维隐空间，并在物理性能及几何可制造性约束下生成候选非周期结构，使传统依赖少量周期参数搜索的设计方式扩展为对非重复深度轮廓的生成式搜索，有利于在较大的结构设计空间中获得满足性能目标和加工约束的非周期沟槽候选结构。

1.一种非周期多深度的固定x射线阳极靶，其特征在于：

2.根据权利要求1所述一种非周期多深度的固定x射线阳极靶，其特征在于：所述沟槽的开口轮廓可以相同或不同，对应不同开口轮廓的沟槽，在横向和纵向上分布有多个开口单元，各开口单元具有各自的中心坐标、开口轮廓和槽深，相邻开口单元的中心距离、开口轮廓和槽深中的至少一项不同。

3.根据权利要求1所述一种非周期多深度的固定x射线阳极靶，其特征在于：至少一个沟槽沿其延伸方向具有连续变化的槽深，在不同位置具有不同槽深，其余沟槽可具有恒定深度或另一连续变化规律的槽深。

4.根据权利要求1所述一种非周期多深度的固定x射线阳极靶，其特征在于：所述沟槽侧壁基本垂直或者具有向槽底收缩的坡度，槽底为圆弧面、椭圆弧面或其他连续曲面，沟槽侧壁与槽底呈连续平滑的过渡曲面。

5.根据权利要求1所述一种非周期多深度的固定x射线阳极靶，其特征在于：所述靶面层（120）由纯钨或钨合金制成，热沉基底（110）由无氧铜或其他高导热材料制成。

6.一种非周期多深度的固定x射线阳极靶的生成式制造方法，用于权利要求1所述一种非周期多深度的固定x射线阳极靶的制备，其特征在于，包含以下几个步骤：

7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于：步骤三中，编码器网络隐空间维度设定并固定为16维，用于平衡复杂非周期几何容量特征的表达能力与条件生成信号的稳定性。