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CT机X射线管阳极旋转靶

CT机X射线管阳极旋转靶

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  • 发布时间:2020-12-11 11:42
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【概要描述】CT球管在工作时,阳极靶在高能电子束轰击下产生X射线,但是能量转换效率非常低,只有1%左右的能量转换成了X射线能,其余99%的能量则转化为热能,使得局部温度可高达2600℃。因此,旋转阳极靶需要具有高温强度高、抗热冲击性能好、散热快等特点,所以靶材的致密度、合金杂质元素含量、石墨和钼合金的钎焊结合强度是影响靶盘使用寿命的重要因素。

CT机X射线管阳极旋转靶

【概要描述】CT球管在工作时,阳极靶在高能电子束轰击下产生X射线,但是能量转换效率非常低,只有1%左右的能量转换成了X射线能,其余99%的能量则转化为热能,使得局部温度可高达2600℃。因此,旋转阳极靶需要具有高温强度高、抗热冲击性能好、散热快等特点,所以靶材的致密度、合金杂质元素含量、石墨和钼合金的钎焊结合强度是影响靶盘使用寿命的重要因素。

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​CT(Computed Tomography),即电子计算机断层扫描。CT机是一种应用CT成像技术,广泛应用于临床医学的成像仪器。其在显示解剖形态、结构及密度等方面具有显著的优势。CT成像是建立在不破坏物体结构的前提下,根据物体周边所得到的某种物理量(如X射线光强度、波速、电子束强度等)的投影数据,重新构建物体在特定层面上的二维图像,并根据上述二维图像构建三维图像的技术。CT机在在多个领域诸如医学、工业、工程、农业、安全检测等行业得到了广泛的应用。

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CT设备主要有以下三部分:

扫描部分:由X射线管、探测器和扫描架组成;

计算机系统:将扫描收集到的信息数据进行贮存运算;

图像显示和存储系统:将经计算机处理、重建的图像显示在电视屏上或用多幅照相机或激光照相机将图像摄下。

X射线发生器是CT设备的关键部件,管罩内的真空管即为旋转阳极射线管,其里面部件包含有阳极、阴极、灯丝和转子等。

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阳极靶作为X射线发生器的必要零部件,根据阳极结构及工作环境的不同,可以分为固定式和旋转式。固定式阳极由靶材、阳极体等构成,当由阴极产生的聚焦电子束照射在阳极上的一个点时,产生X射线,同时会产生很高的热量,通常是需要定期更换的易损件。与固定式阳极靶相比,旋转阳极靶主要是由阳极靶、转子、转子轴、阳极轴等组成,当电子束照射阳极靶材时,不断旋转的阳极能有效的防止自身被电子束灼伤,且可以不断提供一个新的被照射靶面,不仅增加了阳极靶材的利用率、增大了靶面的散热面积,还可以大大提高X射线管的功率,不间断长期使用。根据阳极靶材质的不同,X射线阳极靶还可以分为纯金属靶及复合靶,比如纯金属钨靶,具有熔点高、蒸气压低、密度大及原子序数高等优点,能保证在电子束轰击下产生大量X射线,但是纯钨的热容量小、散热性能差,容易产生微裂纹而导致阳极靶损坏失效。常用的医用高性能复合靶有钨铼/TZM、钨钼/石墨、钨铼/石墨等复合靶,复合靶不仅可以减小整体靶材的重量,缩小了体积,还能增大散热效率、充分发挥了各复合层的优异性能。

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CT球管在工作时,阳极靶在高能电子束轰击下产生X射线,但是能量转换效率非常低,只有1%左右的能量转换成了X射线能,其余99%的能量则转化为热能,使得局部温度可高达2600℃。因此,旋转阳极靶需要具有高温强度高、抗热冲击性能好、散热快等特点,所以靶材的致密度、合金杂质元素含量、石墨和钼合金的钎焊结合强度是影响靶盘使用寿命的重要因素。

为了增加阳极功率还采取如下技术措施:

  1. 阳极靶盘的黑化:阳极靶盘经黑化后使它的热辐射系数接近1,在同样靶温度下所散发的热量比未黑化的靶盘增加1倍,从而提高了透视功率,缩短冷却时间,加速单片和系列的摄影过程;
  2. 采用石墨靶基:石墨的比热比钨大10倍左右,辐射系数接近1,透热系数与钨钼相近,所以更适合作为靶基使用;
  3. 高转速旋转阳极:旋转阳极X射管的阳极转速达到2800r/min。旋转速度高可使电子束在某一点停留的时间短,靶盘可以承受的功率更大;
  4. 增大阳极靶盘直径:阳极靶盘直径越大容量越大,散热速度也越快。然而由于机械强度和动平衡所带来的困难,直径的增加受到一定的限制。目前大功率CT机的阳极靶直径从75-80mm增加到100-150mm左右;
  5. 消除旋转阳极的热应力影响:阳极材料使用钨和钼具有低温脆性的特点,冷却状态的X射线管突然被加上大负载,被电子束轰击的区域温度升高,与周边区域存在很大的温差,从而产生热应力应力,容易使靶面产生裂纹而损坏。为此在阳极靶上开了几条径向的细缝,使得阳极靶在温度升高发生膨胀时能够伸缩,避免由于应力过大而损坏;
  6. 减小阳极倾斜角度α(短时曝光):由于功率P≈1/sinα,所以减小阳极倾角不仅能提高图像清晰度,而且可以提高瞬间功率。但由于倾斜角减小,相应的照射面也缩小了,所以不能选得过小,目前一般都在6-17.5°之间。

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