简单了解过原理我们来看看这些年球管技术的主要技术节点:
目前在用的主流球管都用了哪些主要技术。
一.下图为,飞利浦在上世纪50年代制造的传统x射线管的主要部件,其中使用了旋转阳极技术,管芯材质为全玻璃管芯,并且散热方面采用被动散热理念,此设计一直沿用至今,目前许多DR等设备依然使用这种类型的球管作为X射线源。
二.下图为,飞利浦在1980年推出的一款金属陶瓷管,为了让阳极线圈距离转子部分更近,转子与外壳部分使用了陶瓷进行绝缘,这样可以缩短阳极启动的时间,阳极轴承部分使用弹簧悬挂技术提高稳定性的同时也可以延长使用寿命,阳极靶盘的尺寸在当时几乎是最大的,所以有着较高的热容量(2010年IEC取消了热容量单位来表示,这里为了方便理解依然采用此单位),阴极部分同时采用了多焦点技术满足不同需求。
三.下图为,飞利浦1989年推出了MRC200液态金属轴承球管,主要用于血管造影设备,飞利浦第一个将液态金属轴承应用到球管制造领域,随后几年GE、西门子、东芝(现佳能)等均紧随其后。
液态金属轴承的主要优点:
1、几乎无噪音
2、可以连续运转,对使用寿命几乎无影响,并且可以没有启动等待时间
3、更高的导热效率,可以使用更大的靶盘
4、可以承受更高的离心力(提高CT扫描转速)
下图为,正在组装的飞利浦MRC200球管液态金属轴承系统。
四.不光是液态金属轴承好用,滚珠轴承也有新突破。
此外瓦里安将阳极靶背面设计成多个凹槽(如下图)来增加有效散热面积。瓦里安不断改进滚珠轴承表面涂层来进一步提高轴承使用寿命,并且在靶盘两端安装轴承将转子重心位于轴承之间,进一步提高靶面在高速转动时的稳定性,这也为实现更高的CT机架旋转速度奠定了基础,提高了CT机扫描心脏的能力。
2010年以来瓦里安还推出一系列AEG(阳极接地)球管,如下图,显示一个瓦里安研发的用于乳腺X光设备的AEG球管专利图,也同样具备散射电子收集装置来减少阳极不必要的发热,同时整体采用非常紧凑的结构,阴极与转子驱动线圈位于同一侧,阳极端非常小的绝缘间隙提高了转子驱动时的效率。
五.下图为,西门子0兆球管解刨图,2003年西门子通过一些创新的方法实现了很早之前(上世纪40年代末)人们提出的一种旋转框架管,由于此球管在体积较小的情况下具备了极强的散热性能,并且由于我国的一些政策要求,西门子将其称之为0兆球管。
如下图,可以看出球管内部结构非常紧凑。
六.如下图,为飞利浦iMRC球管管芯解刨图,在球管制造领域飞利浦可以说是一直走在最前端,许多非常好的设计理念均为飞利浦提出的,下图的iMRC球管使用了平板灯丝设计,相较于传统灯丝具有更长的使用寿命,并且具有更高的电子发射量,全新设计的聚焦偏转装置具有高聚焦特点,即使在低管电压下也能提供非常高的焦点电流密度。阳极采用分段式设计来避免材料的热应力,冷却水从旋转轴内部流过可快速的将阳极产生的热量带走。
下图为,iMRC球管平板灯丝CAD图。
下图为,iMRC球管
七.主流高端球管热处理能力简单对比
TUBE | GE VCT | 飞利浦 iMRC | 万睿视 MCS | 西门子 0兆 |
阳极靶尺寸 | 238mm | 200mm | 200mm | 120mm |
最大热传导 | 约等于0 | 10KW | 约等于0 | 50KW |
最大热辐射 | 15KW | 10KW | 17KW | 约等于0 |
阳极蓄热能力 | 6MWs | 1.25MWs | 5MWs | 0.6MWs |
总结:球管技术通过多年的发展产出了许多顶尖的设计,期待我们国产球管早日取得新的突破,早日摆脱其它国家的技术垄断。