医用X射线管的基本构件解析（上）

2026-01-20

医用X射线管是医学影像设备的核心部件，其核心功能是将电能转化为X射线，实现人体内部结构的成像。该设备的设计需满足高压耐受、真空密封、高效散热、精准束流控制等严苛要求，其基本构件按功能可分为核心发射系统、高压承载系统、真空维持系统、防护散热系统四大类，具体如下：

一、核心发射系统：X 射线产生的核心单元

这是X射线管的 “心脏”，负责产生高速电子流并实现电子撞击靶材产生X射线的关键过程，主要包括阴极和阳极两大核心部件。

1.阴极

（1）结构组成：由灯丝、聚焦罩（阴极头）、灯丝支架三部分构成。灯丝通常采用钨丝制成（熔点高达 3410℃，蒸发率低），分为单灯丝和双灯丝两种设计（满足不同焦点大小需求）；聚焦罩由镍制金属罩构成，呈杯状包裹灯丝；支架则由耐高温绝缘材料制成，用于固定灯丝并传导电流。

（2）核心功能：灯丝通过通电加热产生热电子（热发射效应），聚焦罩利用电场作用将发散的热电子汇聚成狭窄的电子束，确保电子流精准撞击阳极靶面的特定区域，形成有效焦点。双灯丝设计可通过切换灯丝规格，实现大焦点（高功率、低分辨率）和小焦点（低功率、高分辨率）的切换，适配不同成像场景（如透视用小焦点、摄影用大焦点）。

2.阳极

（1）结构组成

包括靶面、阳极体、转子三部分。靶面常用钨（原子序数 74，原子序数高，X 射线转换效率高）或钨铼合金（增强耐磨性和热稳定性）制成；阳极体多为铜质（导热系数高，便于散热），靶面镶嵌或焊接在阳极体上；转子与阳极体相连，由耐高温轴承支撑，可实现高速旋转（通常 3000-10000 转 / 分）。

（2）核心功能

高速电子束撞击靶面时，约 1% 的能量转化为 X 射线（其余 99% 转化为热能），靶面需承受极高温度（瞬间可达数千摄氏度）；旋转阳极通过高速转动，将电子撞击产生的热量分散到更大的靶面区域，避免局部过热烧毁；铜质阳极体则快速将靶面的热量传导至外壳，实现散热。此外，阳极靶面通常设计为倾斜角度（常用 12°-17°），可将实际焦点转化为更小的有效焦点，提升成像清晰度。

二、高压承载系统

医用X射线管需在数万至数十万伏的高压下工作，高压承载系统负责隔离高压、传导电流，确保设备安全稳定运行，主要包括玻璃外壳（或金属陶瓷外壳）和高压接口。

1.外壳

（1）结构组成

传统X射线管采用耐高温、高压的硬质玻璃制成，现代高端产品多采用金属陶瓷外壳（氧化铝陶瓷与金属密封结合）。外壳需完全密封，内部为高真空环境。

（2）核心功能

一方面承受管内外的高压差（管内真空，管外常压），防止高压击穿；另一方面隔离阴极和阳极的高压电极，避免漏电；同时保护内部真空环境，防止空气进入影响电子运动和靶面寿命。金属陶瓷外壳相比玻璃外壳，具有更好的机械强度、耐热性和抗冲击性，且真空密封性更优，使用寿命更长。

2.高压接口

（1）结构组成

位于外壳两端，采用绝缘性能优异的陶瓷或高分子材料制成，内置导电端子与阴极灯丝、阳极相连。

（2）核心功能

通过高压电缆连接高压发生器，将数万伏的高压传输至阴极和阳极，为电子加速提供电场；同时确保高压接口的绝缘性能，防止高压泄漏引发安全隐患。