CN113363125B - X射线球管旋转阳极靶盘的电磁感应加热除气方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种X射线球管旋转阳极靶盘的电磁感应加热除气方法及其装置，包括以下步骤：S1、电磁感应加热器套装在X射线球管的外围，使X射线球管与电磁感应加热器同轴设置；S2、感应加热器的电路连接感应加热电源，水路连接工业冷水机，红外测温仪连接感应加热电源的测温接口后，调整红外测温仪瞄准X射线球管内的阳极靶盘，使X射线球管的抽气接口与真空泵连接。本发明的优点是：该方法利用感应加热工艺，将热能直接作用于阳极靶盘内部，解决了外热源隔玻壳对阳极靶盘进行热辐射加热的效率低、靶盘升温速度慢、阳极温度低等缺点。使用反复加热和冷却的方式提高了阳极靶盘中固溶气体的去除率，球管的使用寿命因此得到大大地延长。

Description

X射线球管旋转阳极靶盘的电磁感应加热除气方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种X射线球管旋转阳极靶盘的电磁感应加热除气方法，属于医用材料的制备技术领域。

背景技术

X射线球管是CT设备的射线源，是CT机中最关键的核心部件之一，其主要作用是产生X射线。X射线球管一般由阴极端、阳极端、定子、窗口、玻壳、灯丝、轴承、靶盘等部件构成。其中，阳极靶盘的作用是接受电子轰击产生并辐射X射线，同时将形成的热量传递出去。从工作时的相对运动状态角度，可将阳极靶盘分为固定式和旋转式两种。固定阳极靶盘所能承受的最大容许热量有限，无法长时间连续工作。在阳极靶盘后安装一个高速轴承，工作时阳极靶盘高速旋转，可降低靶盘温度，实现球管的长时间连续工作。

旋转阳极靶盘通常由石墨盘和金属盘(钨钼合金或钨铼合金)复合而成，通过其背面的铜柱连接到高速轴承。灯丝、靶盘和轴承都装在高真空的玻壳(玻璃外壳)中，在灯丝和靶盘间直接施加一个高电压，灯丝中的电子在高压电场的作用下脱离阴极，高速撞击阳极靶盘，产生X射线辐射。玻壳中的高真空度是确保X射线辐射产生的必要条件，如果玻壳中存在气体，那么在灯丝和靶盘之间会形成气体放电(电弧)，轻则无法成像，重则烧毁灯丝。组成阳极靶盘的石墨和金属复合材料中含有气体，为保证X射线球管的正常工作并提高其使用寿命，需要在X射线球管的制备过程中将玻壳和阳极靶盘中的气体去除掉。

目前普遍采用抽真空的方法将玻壳中的气体抽出去。CN201811639208.2公开了一种排气设备，包括箱体、用于加载X射线管电压电流的变压器、抽气组件、及用于驱动X射线管内部转子转动的线圈、红外测温仪、控制系统。该设备的箱体内设置有发热件，可对X射线管所在环境进行烘烤，用排气装置排出X射线管零部件材料表面及其内部的液体、气体分子。该发明的主要技术特点是采用外发热件对X射线管进行烘烤加热。由于靶盘是安装在高真空的X射线管的中心，这种依靠辐射的加热方式料率低，除气效果差。此外，玻壳中的气体很容易通过抽真空的方式抽掉，而阳极靶盘材料中的气体以溶质的状态固溶于阳极靶盘中，单次加热并进行抽真空的方法无法将这些溶质气体完全排出。在X射线球管的使用过程中，阳极靶盘被反复升温、降温，其中的溶质气体会随之析出，造成球管内的真空度下降，影响成像效果和使用寿命。因此，阳极靶盘中固溶气体的去除是提高球管成像效果和服役寿命的关键。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明旨在解决X射线球管旋转阳极靶盘复合材料中的固溶气体排出问题，使用本发明的技术工艺和装置，可一次性去除X射线球管旋转阳极靶盘复合材料中的固溶气体，提高球管内的真空度，提高球管的成像效果和使用寿命。

本发明提供一种X射线球管旋转阳极靶盘的电磁感应加热除气方法及其装置，本发明的技术方案是：

X射线球管旋转阳极靶盘的电磁感应加热除气方法，包括以下步骤：

S1、电磁感应加热器(1)套装在X射线球管(2)的外围，使X射线球管(2)与电磁感应加热器(1)同轴设置；

S2、感应加热器(1)的电路连接感应加热电源(4)，水路连接工业冷水机(5)，红外测温仪(3)连接感应加热电源(4)的测温接口后，调整红外测温仪(3)瞄准X射线球管(2)内的阳极靶盘(2-4)，使X射线球管(2)的抽气接口与真空泵(6)连接；

S3、开启感应加热电源(4)，感应加热电源(4)向感应加热器(1)输出中高频交流电，对阳极靶盘(2-4)进行加热；红外测温仪(3)实时监测阳极靶盘(2-4)的温度，通过感应加热电源(4)控制功率输出，实现阳极靶盘(2-4)的温度控制；真空泵(6)持续工作，抽出X射线球管(2)内的气体；

S4、持续对阳极靶盘(2-4)加热和冷却后，完成X射线球管(2)的除气。

所述的步骤S4具体为：当阳极靶盘(2-4)达到预设第一目标温度值后，感应加热电源(4)停止工作，真空泵(6)持续工作；当阳极靶盘温度降到第二预设温度值后，感应加热电源(4)重新开始工作，对阳极靶盘(2-4)再次进行加热；感应加热电源(4)循环对阳极靶盘(2-4)进行加热和冷却；其中，加热和冷却循环的次数不少于6次。

所述的第一预设温度值为1000±50℃；第二预设温度值为400±100℃。

一种实现X射线球管旋转阳极靶盘的电磁感应加热除气方法的装置，包括感应加热器(1)、红外测温仪(3)和感应加热器电源(4)，所述感应加热器(1)的电路与感应加热器电源(4)连接，水路与工业冷水机(5)连接；所述的红外测温仪(3)与感应加热电源(4)的测温接口连接；还包括一与待除气的X射线球管(2)连通的真空泵(6)。

所述的感应加热器(1)包括上屏蔽环(1-5)、下屏蔽环(1-1)、导磁体(1-2)、水冷线圈(1-3)、绝缘体(1-4)和接口(1-6)，所述的上屏蔽环(1-5)与下屏蔽环(1-1)相互平行设置，该上屏蔽环(1-5)与下屏蔽环(1-1)的内侧通过内连接圈连接在一起，外侧通过外连接圈连接在一起，所述的上屏蔽环(1-5)、下屏蔽环(1-1)、内连接圈和外连接圈形成容纳导磁体(1-2)的空间，在所述的内连接圈上设置有与X射线球管(2)相对应的加热孔；在所述导磁体(1-2)的内侧设置有水冷线圈(1-3)，所述的水冷线圈(1-3)远离加热孔；所述空间的外部设置有与水冷线圈(1-3)以及导磁体(1-2)连接的接口(1-6)。

所述的水冷线圈(1-3)为2匝无氧方铜管，该无氧方铜管的横截面为10×10mm，壁厚为2mm。

所述的下屏蔽环(1-1)和上屏蔽环(1-5)的结构相同，均为外径450mm、内径150mm、壁厚2mm的紫铜平板圆环，所述的下屏蔽环(1-1)构成感应加热器(1)的下屏蔽面；所述的上屏蔽环(1-5)构成感应加热器(1)的上屏蔽面。

本发明的优点是：该方法利用感应加热工艺，将热能直接作用于阳极靶盘内部，解决了外热源隔玻壳对阳极靶盘进行热辐射加热的效率低、靶盘升温速度慢、阳极温度低等缺点。导磁体对感应线圈的磁场进行了区域限制和集中，减少了对灯丝及其附件、连接铜柱、高速轴承等的加热。使用反复加热和冷却的方式提高了阳极靶盘中固溶气体的去除率，球管的使用寿命因此得到大大地延长。

附图说明

图1是本发明感应加热器与X射线球管的安装关系示意图。

图2的图1的剖视图。

图3是本发明的装置结构图。

其中，1-感应加热器，2-X射线球管，3-红外测温仪，4-感应加热电源，5-工业冷水机，6-真空泵。

此外，1-1下屏蔽环，1-2导磁体，1-3水冷线圈，1-4绝缘体，1-5上屏蔽环，1-6水电接口；2-1灯丝，2-2玻壳，2-3阴极端，2-4阳极靶盘(上部为金属盘，下部为石墨盘2-5)，2-6铜柱，2-7高速轴承，2-8阴极端。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

参见图1至图3，本发明涉及一种X射线球管旋转阳极靶盘的电磁感应加热除气方法，包括以下步骤：

S1、电磁感应加热器1套装在X射线球管2的外围，使X射线球管2与电磁感应加热器1同轴设置；

S2、感应加热器1的电路连接感应加热电源4，水路连接工业冷水机5，红外测温仪3连接感应加热电源4的测温接口后，调整红外测温仪3瞄准X射线球管2内的阳极靶盘2-4，使X射线球管2的抽气接口与真空泵6连接；

S3、开启感应加热电源4，感应加热电源4向感应加热器1输出中高频交流电，对阳极靶盘2-4进行加热；红外测温仪3实时监测阳极靶盘2-4的温度，通过感应加热电源4控制功率输出，实现阳极靶盘2-4的温度控制；真空泵6持续工作，抽出X射线球管2内的气体；

S4、持续对阳极靶盘2-4加热和冷却后，完成X射线球管2的除气。

所述阳极靶盘的电磁感应加热除气工艺是指在对阳极靶盘进行电磁感应加热和冷却的全过程中，用真空泵6一直对X射线球管2进行抽真空。

所述的步骤S4具体为：当阳极靶盘2-4达到预设第一目标温度值(1000±50℃)后，感应加热电源4停止工作，真空泵6持续工作；当阳极靶盘温度降到第二预设温度值(400±100℃)后，感应加热电源4重新开始工作，对阳极靶盘2-4再次进行加热；感应加热电源4循环对阳极靶盘2-4进行加热和冷却；其中，加热和冷却循环的次数不少于6次。

本发明还涉及一种实现X射线球管旋转阳极靶盘的感应加热除气方法的装置，包括感应加热器1、红外测温仪3和感应加热器电源4，所述感应加热器1的电路与感应加热器电源4连接，水路与工业冷水机5连接；所述的红外测温仪3与感应加热电源4的测温接口连接；还包括与待除气的X射线球管2连通的真空泵6。

所述的感应加热器1包括上屏蔽环1-5、下屏蔽环1-1、导磁体1-2、水冷线圈1-3、绝缘体1-4和接口1-6，所述的上屏蔽环1-5与下屏蔽环1-1相互平行设置，该上屏蔽环1-5与下屏蔽环1-1的内侧通过内连接圈连接在一起，外侧通过外连接圈连接在一起，所述的上屏蔽环1-5、下屏蔽环1-1、内连接圈和外连接圈形成容纳导磁体1-2的空间，在所述的内连接圈上设置有与X射线球管2相对应的加热孔；在所述导磁体1-2的内侧设置有水冷线圈1-3，所述的水冷线圈1-3远离加热孔；所述空间的外部设置有与水冷线圈1-3以及导磁体1-2连接的接口1-6。

所述的水冷线圈1-3为2匝无氧方铜管，该无氧方铜管的横截面为10mm×10mm，壁厚为2mm。

所述的下屏蔽环1-1和上屏蔽环1-5的结构相同，均为外径450mm、内径150mm、壁厚2mm的紫铜平板圆环，所述的下屏蔽环1-1构成感应加热器1的下屏蔽面；所述的上屏蔽环1-5构成感应加热器1的上屏蔽面。

本发明的设置，将热能直接作用于阳极靶盘内部，解决了外热源隔玻壳对阳极靶盘进行热辐射加热的效率低、靶盘升温速度慢、阳极温度低等缺点。导磁体对感应线圈的磁场进行了区域限制和集中，减少了对灯丝及其附件、连接铜柱、高速轴承等的加热。使用反复加热和冷却的方式提高了阳极靶盘中固溶气体的去除率，球管的使用寿命因此得到大大地延长。

Claims (6)

1.X射线球管旋转阳极靶盘的电磁感应加热除气方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、电磁感应加热器（1）套装在X射线球管（2）的外围，使X射线球管（2）与电磁感应加热器（1）同轴设置；

S2、感应加热器（1）的电路连接感应加热电源（4），水路连接工业冷水机（5），红外测温仪（3）连接感应加热电源（4）的测温接口后，调整红外测温仪（3）瞄准X射线球管（2）内的阳极靶盘（2-4），使X射线球管（2）的抽气接口与真空泵（6）连接；

S3、开启感应加热电源（4），感应加热电源（4）向感应加热器（1）输出中高频交流电，对阳极靶盘（2-4）进行加热；红外测温仪（3）实时监测阳极靶盘（2-4）的温度，通过感应加热电源（4）控制功率输出，实现阳极靶盘（2-4）的温度控制；真空泵（6）持续工作，抽出X射线球管（2）内的气体；

S4、持续对阳极靶盘（2-4）加热和冷却后，完成X射线球管（2）的除气；

所述的感应加热器（1）包括上屏蔽环（1-5）、下屏蔽环（1-1）、导磁体（1-2）、水冷线圈（1-3）、绝缘体（1-4）和接口（1-6），所述的上屏蔽环（1-5）与下屏蔽环（1-1）相互平行设置，该上屏蔽环（1-5）与下屏蔽环（1-1）的内侧通过内连接圈连接在一起，外侧通过外连接圈连接在一起，所述的上屏蔽环（1-5）、下屏蔽环（1-1）、内连接圈和外连接圈形成容纳导磁体（1-2）的空间，在所述的内连接圈上设置有与X射线球管（2）相对应的加热孔；在所述导磁体（1-2）的内侧设置有水冷线圈（1-3），所述的水冷线圈（1-3）远离加热孔；所述空间的外部设置有与水冷线圈（1-3）以及导磁体（1-2）连接的接口（1-6）。

2.根据权利要求1所述的X射线球管旋转阳极靶盘的电磁感应加热除气方法，其特征在于，所述的步骤S4具体为：当阳极靶盘（2-4）达到第一预设温度值后，感应加热电源（4）停止工作，真空泵（6）持续工作；当阳极靶盘温度降到第二预设温度值后，感应加热电源（4）重新开始工作，对阳极靶盘（2-4）再次进行加热；感应加热电源（4）循环对阳极靶盘（2-4）进行加热和冷却；其中，加热和冷却循环的次数不少于6次。

3.根据权利要求2所述的X射线球管旋转阳极靶盘的电磁感应加热除气方法，其特征在于，所述的第一预设温度值为1000±50℃；第二预设温度值为400±100℃。

4.一种实现权利要求1至3任意一项X射线球管旋转阳极靶盘的电磁感应加热除气方法的装置，其特征在于，包括感应加热器（1）、红外测温仪（3）和感应加热器电源（4），所述感应加热器（1）的电路与感应加热器电源（4）连接，水路与工业冷水机（5）连接；所述的红外测温仪（3）与感应加热电源（4）的测温接口连接；还包括一与待除气的X射线球管（2）连通的真空泵（6）。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的水冷线圈（1-3）为2匝无氧方铜管，该无氧方铜管的横截面为10×10mm，壁厚为2mm。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的下屏蔽环（1-1）和上屏蔽环（1-5）的结构相同，均为外径450mm、内径150mm、壁厚2mm的紫铜平板圆环，所述的下屏蔽环（1-1）构成感应加热器（1）的下屏蔽面；所述的上屏蔽环（1-5）构成感应加热器（1）的上屏蔽面。