X射线球管是用于生产X光影像设的核心零部件,球管的质量,直接影响了设备的成像质量和使用寿命。
X线球管的生产一直以来是国产化痛点,虽然国内有一些具备X射线球管生产能力的厂家,但是其产品质量与进口零部件依然存在差距。球管的研发生产究竟有多难,主要难在哪些方面呢?
一、生产球管涉及的原理多
X射线源,即球管,我们知道其是高速电子撞击大原子而产生的轫致辐射,并利用其中有效X射线来穿透人体。但这种撞击机理的持续探究、有效控制、高效利用一直在进行,涉及到大大小小几十种基础理论、原理定律,需要雄厚的理论功底。
二、生产球管涉及的材料特殊
球管的所有组件,都是特殊的材料,没有哪一件是普通组件。比如灯丝,要能忍受2200-2500℃高温,能高效发射电子,要能在高温下保持必要的机械强度、能忍受40G的离心力、能忍受离子轰击不坏,形状最好小一点、寿命最好长一点、高温下挥发最好小一点、离子吸附最好不影响电子发射,要满足以上种种。普通钨丝是做不到的,必须要特别设计,必须要添加特殊原料,必须要表面特别沉积特殊物质,总之一根小小的钨丝就得用心计,好生锻造,丝毫不普通。而阳极涉及的更多,比如靶面就有钨、钼、铑、铼,还需要焊接石墨层增加热容量,不同条件下使用靶面材料也不一样。
三、生产球管的制造工艺复杂
上面重点提及的灯丝,需要牢固焊接在灯丝罩的柱子上,需要氩弧焊。金属管芯主体与两侧的玻璃部分需要特别钎焊,液态轴承需要特别的激光刻录上人字形的纹路,让液态金属在20微米的空间下、在纹路的指引下起到零摩擦的轴承作用。管芯在组装前需要长时间的排气,先常温排空气,再让管芯在准使用条件下阳极加温到1200℃排除吸附气体和离子,等待高温稳定排气几十小时后再掐管,并保持一定真空度,理想真空是10-7帕斯卡。
四、生产球管的使用条件恶劣
通常球管的功率为20-100kW,以100kW为例球管,其有效功率仅为万分之一,约10W,即仅百分之一的能量转化为X射线、仅约百分之一的X射线能被有效探测到,100kW中的99.99%都变成了热量。相当于球管是在自身产生巨大热量的“热炉”内工作,对球管的任何组件都百害而无一益的,所以战胜高温、排出热量是球管的重点。再者,球管阳极转速一般在每分钟3000-12000转,高速旋转的管组件一起还在机架内以每秒3-4圈旋转,这意味着不仅阳子转子自身的离心力很强大,还要承受约40倍重力加速度(0.25s/r时),一点点瑕疵就会立即可以毁掉球管。
五、球管的量产难
因为历史及发展原因,各个时期、各个厂家、各种机型都研发有不同的球管,所以目前为止全球生产球管的就寥寥几家,部分还只是给自己用,从来不外卖。如南京普爱医疗,是国内为数不多的核心零部件生产厂商,目前已具备球管高压发生器的自主研发生产制造能力,其主的C臂和DR两大产品拥有具有极高的性价比,近年来在市场占有率方面均取得了不俗的成绩。