Page 126 - 《真空与低温》2025年第3期

第 31 卷 第 3 期 真空与低温
2025 年 5 月 Vacuum and Cryogenics 397

适 用 于 微 聚 焦 X 射 线 源 的 微 纳 结 构 阳 极 钼 靶 热 管 理 ：

热 失 稳 机 制 及 解 决 策 略

刘丰源，沈 岩 *
（中山大学电子与信息工程学院（微电子学院） 光电材料与技术国家重点实验室
广东省显示材料与技术重点实验室，广州 510275）

摘要：透射式 X 射线源具有辐射输出对称性好、可调谐性高等优势，适用于高精度、高定制化的辐射应用场
景。发展基于微纳结构阳极钼靶的透射式 X 射线源器件有望实现微聚焦的辐射特性并提高其亮度，但靶材的散
热问题是制约 X 射线辐射剂量和亮度的关键因素。建立了适用于微纳结构阳极钼靶的热响应模型，分析了电子
束和透射式靶材结构参数对靶温度分布的影响，最终确定 1 μm 直径、2.6 μm 厚度为钼靶的最佳结构尺寸，实现了
辐射性能和热稳定性间的平衡。为进一步解决热失稳问题，提出了一种采用旋转阳极钼靶交替受激的器件热管
理策略。理论计算表明，通过引入额外散热途径，该结构可承受高达 282.28 mA/cm 电流密度的电子束轰击，较单
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个微纳结构钼靶提升了 44.45 倍。该研究为高性能透射式微聚焦 X 射线源的开发提供了新思路。
关键词：X 射线；微聚焦；阳极靶；钼微纳结构；热管理
中图分类号：TB71 文献标志码：A 文章编号：1006−7086（2025）03−0397−08
DOI：10.12446/j.issn.1006-7086.2025.03.016

Thermal Management of Micro-nano Anodic Molybdenum Targets for Microfocused X-ray Sources：

Thermal Instability Mechanisms and Solution Strategies

*
LIU Fengyuan，SHEN Yan
（State Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Technologies，Guangdong Provincial Key Laboratory
of Display Material and Technology，School of Electronics and Information Technology
（School of Microelectronics），Sun Yat-sen University，Guangzhou 510275，China）

Abstract：Transmission-type X-ray sources exhibit significant advantages in customized radiation applications such as
high-precision imaging，materials analysis，and medical diagnosis due to their superior radiation output symmetry and highly
tunable characteristics. The development of transmission-type X-ray source devices based on micro-nanostructured molybde-
num anode targets not only promises to achieve microfocused radiation characteristics and enhanced brightness but also en-
ables more precise X-ray control. However，under high-power operating conditions，thermal management of the target materi-
al emerges as a critical bottleneck limiting the enhancement of X-ray radiation dose and brightness. This issue is particularly
prominent in practical applications，significantly impacting device longevity and operational stability. A theoretical model for
the thermal response of micro - nanostructured molybdenum anode targets was established，comprehensively incorporating
heat conduction， radiation heat transfer， and electron beam energy deposition. Through systematic analysis of the relation-
ships among electron beam energy， transmission target structural parameters， and temperature distribution， combined with
multi-parameter optimization calculations， the optimal molybdenum target dimensions of 1 μm in diameter and 2.6 μm in
thickness were determined，achieving an optimal balance between radiation performance and thermal stability. To further ad-
dress thermal instability issues， a device thermal management strategy utilizing alternating excitation of rotating molybde-

收稿日期：2024−10−20
基金项目：国家重点研发计划项目（2024YFA1208503）；国家自然科学基金面上项目（62471498）；广东省自然科学基金面上
项目（2023A1515011876）
作者简介：刘丰源，硕士研究生。E-mail：liufy57@mail2.sysu.edu.cn
通信作者：沈岩，博士，副教授。E-mail：shenyan7@mail.sysu.edu.cn