X线球管，你真的了解吗？（三）

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                    <p><p><img src="image/20201019/1d32e08305f048c24ddf8160860c528f_1.png" /></p><br  /></p><p><span><span>第二节</span>&nbsp;<span>旋转阳极X线</span>球<span>管</span></span></p><p><span><br  /></span></p><p><span>（一）特点</span></p><p><span><br  /></span></p><p><span>旋转阳极X线球管较好地解决了提高功率和缩小焦点之间的矛盾。旋转阳极X线球管X线的产生，是由偏离X线管中心轴线的阴极发射出的电子流，轰击到转动的靶面上产生的。由于高速运动的电子流轰击靶面所产生的热量，被均匀地分布在转动的圆环面上，因为承受电子流轰击的面积因阳极旋转而大大增加（实际焦点的尺寸不变、空间位置不变）,使热量分布面积大大增加，所以有效地提高了X线管的功率，使减小实际焦点、同时适当减小靶角，以使有效焦点减小成为可能。</span></p><p><span><br  /></span></p><p><span>旋转阳极X线管的最大优点是瞬时负载功率大、焦点小。目前，旋转阳极X线球管的功率多为20～50kW，高者可达150kW，而有效焦点多为1～2mm，微焦点可达0.05～0.3mm，从而大大地提高了影像的清晰度。</span></p><p><span><br  /></span></p><p><span>（二）结构</span></p><p><span><br  /></span></p><p><span>旋转阳极X线球管也是由阳极、阴极和玻璃壳三部分组成。与固定阳极X线球管相比，除了阳极结构有明显不同外，其余相差不大，这里仅介绍旋转阳极X线管的阳极结构。</span></p><p><span><br  /></span></p><p><span>旋转阳极X线管的阳极主要由靶面、转子、转轴和轴承组成，如图3-15所示。</span></p><p><span>1．靶盘与靶面 靶盘直径为70～150mm之间的单凸状圆盘，中心固定在转轴（钼杆）上，转轴的另一端与转子相连，要求有良好的运动平衡性；靶面具有一定的靶角，靶角在6°～17.5°之间。以前，采用纯钨制成的靶盘与靶面，其热容量较小、散热性和抗热胀性都比较差。所以在交变热负荷的使用条件下，由于表面与内层之间温差所产生的热应力，容易使靶面产生裂纹；另外，钨在1100℃以上会发生再结晶，将使靶面使用不久就会出现表面龟裂、粗糙现象，致使X线管辐射X线的能力下降。现在采用铼钨合金（含10%～20%铼）做靶面，钼或石墨作靶基，制成钼基铼钨合金复合靶及石墨基铼钨合金复合靶，如图3-16所示。铼钨合金靶面晶粒细致，抗热胀性高，再结晶温度高，使靶面龟裂、粗糟情况减轻。有的还在靶盘上开几条径向的细膨胀缝以消除机械应力。</span></p><p><span>在相同使用条件下，曝光2万次，铼钨合金靶与纯钨靶进行比较，输出剂量分别下降13%和45%。铼钨合金靶与纯钨靶的剂量对比曲线。可见，铼钨合金靶面明显优于纯钨靶面。钼和石墨与金属钨相比，热容量大（石墨的比热比钨的比热约大10倍）、散热率好（石墨的辐射系数接近1，导热系数与钨、钼相近），且质量小，使铼钨合金靶重量轻、热容量大，有效地提高了X线管连续负荷的能力，使X线管达到了50kW的大功率和1.0mm×1.0mm的焦点。</span></p><p><span><br  /></span></p><p><span>2．转子 它由无氧铜制成，通过钼杆与靶盘和靶面连为一体，转子转动时，靶盘和靶面随之转动。其表面黑化，热辐射能力较强。旋转阳极X线管的启动电机与小型单相异步电机的结构和原理相似，只是转子装在X线管的玻璃壳内，而定子线圈装在X线管玻璃壳的外面。转轴装入由无氧铜或纯铁制成的轴承套中，两端各装一只轴承。低速旋转阳极X线管的阳极实际转速约为2700r/min（<em>f</em>=50Hz），高速旋转阳极X线管的阳极实际转速一般为8500r/min（<em>f</em>=150Hz），阳极转速越高，单位时间内承受高速运动的电子流轰击的圆环面积越大，X线管的功率就越大，当然，转速的提高须考虑转子的运动平衡、轴承等因素。</span></p><p><span><br  /></span></p><p><span>旋转阳极X线球管的功率是基于阳极转速达到额定值时的功率，如果在阳极转速尚未达到额定值时曝光，将会造成X线管的靶面熔化损坏。因此，使用旋转阳极X线管的X线机均设有旋转阳极启动、延时、保护电路。</span></p><p><span><br  /></span></p><p><span>曝光结束、启动电机断电后，转子因惯性将有较长的静转时间（从切断启动电机定子电源开始到转子停止转动所用的时间），静转时间一般为数分钟至几十分钟，静转是无用的空转，制造噪声且磨损轴承，因此有必要在曝光结束后即对旋转阳极进行制动，这样可减少噪声，延长轴承的寿命，进而延长X线管的寿命。对高速旋转阳极X线管来讲，制动可使旋转阳极迅速越过临界转速（引起共振的临界转速为5000～7000r/min），避免X线管损坏。对于低速旋转阳极X线管，如果转子的静转时间低于30s，就说明轴承已明显磨损。</span></p><p><span><br  /></span></p><p><span>3．轴承与轴承的润滑 轴承由耐热合金钢制成，可以承受较高的工作温度（约400℃左右），但不能超过460℃。为避免过多的热量传导到轴承，把阳极端的转轴外径做得较细或用管状钼杆，减少热传导，少量由阳极靶面传导过来的热量则大部分通过转子表面辐射出去。可见，旋转阳极X线管与固定阳极X线管的散热方式不同，靶面受高速运动的电子流轰击所产生的巨大热量主要依靠热辐射进行散热，散热效率低，连续负荷后阳极热量急剧增加，靶盘温度不断上升，为防止由此造成的X线管损坏，先进X线机的X线管装置内设有温度限制保护装置，对X线管给予相应的保护。</span></p><p><span><br  /></span></p><p><span>轴承的润滑剂都采用固体润滑材料，如二硫化钼、银、铅等。选用不同的润滑材料，转子的静转时间亦有不同。</span></p><p><span><br  /></span></p><p><span><span>（三）大功率X线</span>球<span>管</span></span></p><p><span><br  /></span></p><p><span>大功率X线管与普通旋转阳极X线管基本相似，但有其特殊性。例如，阳极靶盘直径大（120mm）、转速高，靶角小（9°～14°，普通旋转阳极X线管的靶角为17°～21°），使给定焦点尺寸的X线管功率变大。另外，大功率X线管常与一个热交换器配合使用。热交换器由插在充油管套内的导管构成回路，通过导管使油或水从管套返回热交换器，冷却后又被泵回X线管套内的导管中。</span></p><p><span>当需要短时间曝光并承受大负载时，如X线电影摄影或连续X线摄影等，可使用大功率X线管。</span></p><p><span><br  /></span></p><p><span></span></p><p><br  /></p><p><p><img src="image/20201019/df1c2eb09b3189e573942cb954365e1d_2.png" /></p></p><p><br  /></p><p><span><br  /></span><br  /></p><p><br  /></p>