X射線球管是用于生產(chǎn)X光影像設(shè)備的核心零部件,球管的質(zhì)量,直接影響了設(shè)備的成像質(zhì)量和使用壽命。
X線球管的生產(chǎn)一直以來都是國產(chǎn)化痛點(diǎn),雖然國內(nèi)有一些具備X射線球管生產(chǎn)能力的廠家,但是其產(chǎn)品質(zhì)量與進(jìn)口零部件依然存在差距。球管的研發(fā)生產(chǎn)究竟有多難,主要難在哪些方面呢?
一、生產(chǎn)球管涉及的原理多
X射線源,即球管,我們知道其是高速電子撞擊大原子而產(chǎn)生的軔致輻射,并利用其中的有效X射線來穿透人體。但這種撞擊機(jī)理的持續(xù)探究、有效控制、高效利用一直在進(jìn)行,涉及到大大小小幾十種基礎(chǔ)理論、原理定律,需要雄厚的理論功底。
二、生產(chǎn)球管涉及的材料特殊
球管的所有組件,都是特殊的材料,沒有哪一件是普通組件。比如燈絲,要能忍受2200-2500℃高溫,能高效發(fā)射電子,要能在高溫下保持必要的機(jī)械強(qiáng)度、能忍受40G的離心力、能忍受離子轟擊不壞,形狀最好小一點(diǎn)、壽命最好長一點(diǎn)、高溫下?lián)]發(fā)最好小一點(diǎn)、離子吸附最好不影響電子發(fā)射,要滿足以上種種。普通鎢絲是做不到的,必須要特別設(shè)計(jì),必須要添加特殊原料,必須要表面特別沉積特殊物質(zhì),總之一根小小的鎢絲就得用心設(shè)計(jì),好生鍛造,絲毫不普通。而陽極涉及的更多,比如靶面就有鎢、鉬、銠、錸,還需要焊接石墨層增加熱容量,不同條件下使用靶面材料也不一樣。
三、生產(chǎn)球管的制造工藝復(fù)雜
上面重點(diǎn)提及的燈絲,需要牢固焊接在燈絲罩的柱子上,需要?dú)寤『?。金屬管芯主體與兩側(cè)的玻璃部分需要特別釬焊,液態(tài)軸承需要特別的激光刻錄上人字形的紋路,讓液態(tài)金屬在20微米的空間下、在紋路的指引下起到零摩擦的軸承作用。管芯在組裝前需要長時(shí)間的排氣,先常溫排空氣,再讓管芯在準(zhǔn)使用條件下陽極加溫到1200℃排除吸附氣體和離子,等待高溫穩(wěn)定排氣幾十小時(shí)后再掐管,并保持一定真空度,理想真空是10-7帕斯卡。
四、生產(chǎn)球管的使用條件惡劣
通常球管的功率為20-100kW,以100kW為例球管,其有效功率僅為萬分之一,約10W,即僅百分之一的能量轉(zhuǎn)化為X射線、僅約百分之一的X射線能被有效探測到,100kW中的99.99%都變成了熱量。相當(dāng)于球管是在自身產(chǎn)生巨大熱量的“熱爐”內(nèi)工作,對(duì)球管的任何組件都百害而無一益的,所以戰(zhàn)勝高溫、排出熱量是球管的重點(diǎn)。再者,球管陽極轉(zhuǎn)速一般在每分鐘3000-12000轉(zhuǎn),高速旋轉(zhuǎn)的管組件一起還在機(jī)架內(nèi)以每秒3-4圈旋轉(zhuǎn),這意味著不僅陽子轉(zhuǎn)子自身的離心力很強(qiáng)大,還要承受約40倍重力加速度(0.25s/r時(shí)),一點(diǎn)點(diǎn)瑕疵就會(huì)立即可以毀掉球管。
五、球管的量產(chǎn)難
因?yàn)闅v史及發(fā)展原因,各個(gè)時(shí)期、各個(gè)廠家、各種機(jī)型都研發(fā)有不同的球管,所以目前為止全球生產(chǎn)球管的就寥寥幾家,部分還只是給自己用,從來不外賣。如南京普愛醫(yī)療,是國內(nèi)為數(shù)不多的核心零部件生產(chǎn)廠商,目前已具備球管、高壓發(fā)生器的自主研發(fā)生產(chǎn)制造能力,其主營的C臂和DR兩大產(chǎn)品擁有具有極高的性價(jià)比,近年來在市場占有率方面均取得了不俗的成績。