医疗X射线管（二）核心结构

2025-11-24

医疗 X 射线管的结构设计需兼顾 “高真空环境”“电子聚焦”“高效散热” 三大核心需求，主要由以下关键部件组成，各部件的性能直接影响X射线管的寿命与成像质量。

一、阴极组件：电子的 “发射源” 与 “聚焦器”

阴极是产生电子的核心部件，由灯丝、聚焦杯和阴极支架组成。灯丝采用高熔点的钨丝制成（熔点约 3410℃），可承受长时间高温加热；聚焦杯为金属材质（通常为镍合金），呈碗状包裹在灯丝外侧，通过施加负电压形成静电场，将灯丝发射的电子云汇聚成细而密集的电子束，确保电子束精准撞击阳极靶面的 “焦点”（焦点越小，影像清晰度越高）。此外，部分高端X射线管采用 “双灯丝设计”（粗灯丝与细灯丝），可根据检查需求切换焦点大小（如粗灯丝用于高剂量的透视检查，细灯丝用于高分辨率的摄影检查）。

二、阳极组件：X射线的 “产生源” 与 “散热核心”

阳极是接收电子撞击并产生X射线的部件，同时需解决大量热能的散发问题，由靶面、阳极体和转子组成。靶面采用高原子序数、高导热性的金属（如钨，原子序数 74），高原子序数可提高 X 射线的产生效率，高导热性有助于将热量传递至阳极体；阳极体通常为铜制（导热系数高），部分高端产品会在靶面与阳极体之间焊接 “钼层” 或 “石墨层”，进一步提升热传导效率；转子与阳极体相连，通过外部定子线圈的电磁感应驱动阳极高速旋转（转速可达 3000-10000 转 / 分钟），使电子束的撞击点在靶面上形成一个环形区域（“实际焦点”），将热量分散到更大面积，避免靶面因局部过热而熔化，大幅延长X射线管的使用寿命。

三、玻璃外壳（管壳）：高真空环境的 “守护者”

玻璃外壳采用耐高温、高绝缘性的硬质玻璃（如硼硅玻璃）制成，其核心作用是将管内抽成高真空状态（真空度约 10⁻⁶-10⁻⁷Pa），避免电子在运动过程中与空气分子碰撞而损耗能量，同时防止灯丝氧化烧毁。玻璃外壳的两端分别与阴极和阳极组件密封连接，需承受管内高压（数十万伏）和管外环境的温度变化，因此对玻璃的材质强度与密封工艺要求极高。

四、散热系统：保障长期稳定运行的 “关键支撑”

由于电子撞击阳极产生的热量占总能量的 99%，若热量无法及时散发，会导致靶面熔化、玻璃外壳破裂等故障。医疗X射线管的散热系统主要分为 “内部散热” 与 “外部散热”：内部散热通过阳极体的导热与阳极旋转分散热量实现；外部散热则根据应用场景不同，采用 “油冷”（通过绝缘油循环带走热量，适用于X光机）、“风冷”（通过风扇强制散热，适用于小型设备）或 “水冷”（通过水循环高效散热，适用于高功率 CT 扫描仪）。部分高端X射线管还会采用 “热容量更高的阳极设计”（如 “液态金属轴承阳极”），进一步提升散热能力，满足长时间、高频率的检查需求。