CN207743191U - 一种带钛窗的金属陶瓷结构ct球管 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带钛窗的金属陶瓷结构CT球管，包括金属壳、阳极组件和阴极组件，钛作为X射线屏蔽材料，相比于铍，其无毒环保，钛窗位于金属外壳的X射线出口部位，在钛窗周边局部增加一种具有高散热性的金属边框与金属壳过渡连接，钛窗与金属边框、金属边框与金属壳均通过焊接固定连接，该钛窗结构提高了窗口部位的散热性，解决了因钛散热性能差和窗口部位工作温度高，导致钛窗容易出现的漏气问题，提高了钛窗X射线管的可靠性，提高了在医疗诊断使用中的寿命，将具有显著临床应用价值。

Description

一种带钛窗的金属陶瓷结构CT球管

技术领域

本实用新型涉及领域，特别涉及带钛窗的金属陶瓷结构CT球管。

背景技术

X射线管，其由金属壳、阴极组件和阳极组件组成，阴极组件的灯丝通电可产生热电子，在阴、阳极两端高压电场的驱动下，电子在高真空的中间壳体中高速运动撞击阳极靶面，通过韧致辐射产生X射线，X射线经由窗口射出，高速电子所带的能量仅有不到1％转化为X射线能，其余全部转化为热能，如何使X射线管能长期在高真空高温环境运转是研究和应用X射线管领域的长期课题。

X射线管的窗口部位因临近电子撞击点，承受着靶面的高温热辐射，同时电子撞击靶面后产生的溅射二次电子大量落在金属壳窗口部位，进一步增加了窗口的热负荷，其工作温度较高。

在X射线管中，金属壳在X射线管中固定连接阴极组件和阳极组件，其选材除需具备高真空性能外，还需具备足够的高温强度、高温稳定性和散热性能。单从散热性能考虑，用铜做金属壳的材料较好，但常用铜的高温力学性能和稳定性差，很难满足X射线管的使用。目前不锈钢和铜镍合金为金属壳的常用材料，从力学性能和使用经济性方面对比，不锈钢较好，在散热性方面，铜镍合金较好。

因窗口部位与金属壳的使用要求不同，很难用一种材质同时满足窗口屏蔽和金属壳支撑固定的作用。窗口结构通过焊接方式固定连接在金属壳的X射线出口方向。窗口部位作为X射线出口，其所选材料应容易被X射线穿透，根据X射线的透射特性，低原子系数的材料更容易被X射线穿透，目前，常用铍作为窗口材料，主要基于：1)其对X射线的可透性好，比铝大16倍，2)导热性也较好，热传导系数为200W/(mk)左右，与铝相当，3)具有高真空性能。但是铍有毒，制造和使用过程中容易对人体和环境造成伤害，基于铍的危害性，可选用钛作为替代，但钛的热传导性能差，其热传导系数为16W/(mk)左右，约为铝的1/14，钛窗的散热性差，而窗口部位大的热负荷容易使钛窗焊接部位出现漏气问题，影响X射线管的正常使用。

为解决钛窗散热性差导致的漏气问题，专利CN201610649069.6公开了一种高能X射线管，如下图所示，其通过在出口钛窗内部增设屏蔽窗，屏蔽窗用于遮挡所有的散射二次电子和来自靶盘的热辐射，减少出口钛窗的工作温度和热冲击。该专利的缺点是：1)屏蔽窗所用铍有毒，缺乏环保性，2)该X射线管产生的X射线需经两个窗口射出，即屏蔽窗10和出口钛窗2，对X射线的衰减屏蔽需从两个窗口的材料和位置进行设定，无单一窗口结构控制方便，3)相比于单窗口结构，该专利所述金属壳1的窗口结构的加工工艺性差，金属壳为内空的圆柱形结构，屏蔽窗10放置的孔在圆柱内壁，且比外部出口窗2的孔大，无法一次性从外部将窗口的孔位结构加工完成。

为解决钛窗散热性差导致的漏气问题，在不改变单窗口材料屏蔽X射线的结构基础上，本专利通过在钛窗周围局部增加一个高热传导系数的金属材料作为与金属壳连接的过渡结构，提高窗口部位的散热性，提高钛窗结构X射线管的使用可靠性。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种带钛窗的金属陶瓷结构CT球管，提高窗口部位的散热性，提高钛窗结构X射线管的使用可靠性，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷。

为实现上述目的，本实用新型提供以下的技术方案：一种带钛窗的金属陶瓷结构CT球管，其包括金属壳和内置在金属壳内的阳极组件和阴极组件，金属外壳的X射线出口处设有窗口，该窗口处设有钛窗，钛窗通过金属边框与金属外壳相连接，该金属边框由高热传导性的金属制成。

优选的，所述金属边框与钛窗和金属壳之间采用钎焊实现固结。

优选的，所述金属边框与钛窗之间采用高温钎焊，金属边框与金属壳之间采用低温钎焊。

优选的，所述金属壳外壁采用波纹结构。

优选的，所述金属壳外表面增加环状散热片。

优选的，所述高热传导性的金属选用具有高真空性能的铜、铜合金或铜基复合材料。

优选的，所述金属壳内壁喷涂一薄层黑化物质。

优选的，所述阴极组件使用陶瓷结构.

一种带钛窗的金属陶瓷结构CT球管，包括X射线管、管套、阳极驱动装置、散热装置、高压接口及安全装置；

X射线管为产生X射线的装置；

管套为固定X射线管并为其提供循环冷却的密闭空间；

阳极驱动装置为驱动X射线管阳极轴承运转；

散热装置包含强制冷却动力装置如油泵、绝缘油膨胀缓冲装置如膨胀器及相关油路连接循环管路；

高压接口为X射线管提供正、负极高压、阴极灯丝通电电压和阴极栅控高压；

安全装置包括温度传感器，监控温度，防止X射线管组件超负荷运转。

采用以上技术方案的有益效果是：本实用新型结构的X射线管以及CT球管，钛作为X射线屏蔽材料，相比于铍，其无毒环保，无论是对加工制造环节，还是后续的医疗诊断应用环节都具有良好的使用安全性，根据其厚度控制X射线的屏蔽滤过，钛窗位于金属外壳的X射线出口部位，在钛窗周边局部增加一种具有高散热性的金属边框与金属壳过渡连接，钛窗与金属边框、金属边框与金属壳均通过焊接固定连接，该钛窗结构提高了窗口部位的散热性，解决了因钛散热性能差和窗口部位工作温度高，导致钛窗容易出现的漏气问题，提高了钛窗X射线管的可靠性，提高了X射线管在医疗诊断使用中的寿命，将具有显著临床应用价值。

附图说明

图1是本实用新型X射线管的结构示意图；

图2是钛窗处的结构示意图；

图3是本实用新型CT球管的结构示意图。

其中，1--金属壳、2--阴极组件、3--阳极组件、4--钛窗、5--金属边框；

11--X射线管、12--管套、13--阳极驱动装置、14--正极高压接口、15--负极高压接口、16--油泵、17--膨胀器、18--循环管路、19--温度传感器、20--散热装置。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施方式。

图1出示本实用新型的具体实施方式：X射线管由金属壳1、阴极组件2和阳极组件3组成。阴极组件1的灯丝通电后产生电子，电子在阴、阳极高压电场作用下高速运动，撞击阳极靶盘，通过韧致辐射产生X射线。X射线通过窗口射出，窗口通过焊接方式固定连接在金属壳上，因窗口部位临近电子撞击点，承受靶盘巨大的热辐射，同时撞击靶面溅射的二次电子大量落在窗口部位，窗口部分的热负荷较大。如窗口部位散热差，热负荷累积会导致该部位的工作温度过高，容易使外部气体分子通过焊接部位渗透进入管内，造成漏气问题，影响X射线管的正常使用。本专利公开的钛窗结构的X射线管，金属壳由不锈钢或铜镍合金制成，使用钛作为窗口材料替代传统的铍窗，其厚度根据对X射线的屏蔽要求设定，具有环保和一定的使用经济性，但钛的热传导性能差，容易导致窗口部位工作温度过高，造成钎焊部位高温和热冲击影响造成漏气问题，降低了X射线管的使用寿命。

本专利通过在钛窗4周边局部增加具有高热传导性的金属边框5与金属壳过渡连接，提高钛窗4部位的导热性能来解决上述问题，高热传导性的金属可选用具有高真空性能的铜、铜合金或铜基复合材料。

钛窗4通过钎焊方式固定连接在过渡金属边框5上，过渡金属边框5尺寸在不影响加工难度的基础上尽量设计为最大尺寸，最大化的提高窗口部位的散热性能，过渡金属边框也通过钎焊方式固定连接在金属壳上，为减小后钎焊对前钎焊的热影响，可对钛窗、过渡金属和金属壳采用同时钎焊的方式进行固定连接。也可通过高低温阶梯钎焊的方式，钛窗与过渡金属采购高温钎焊，过渡金属与金属壳采用稍低温的钎焊，以充分保证窗口部位的高温密封性。

为减小二次电子散射及靶盘的热辐射影响，本专利的钛窗尺寸在保证X射线管辐射射出角度的基础上，尺寸设定为最小，小尺寸的窗口其钎焊面积也减小，可相应的减小温度对钎焊部位造成漏气的影响。

为减小二次电子散射落入钛窗的数量，在保证高压绝缘的基础上，将过渡金属边框设为伸入靠近靶盘位置，伸入靠近靶盘的面一方面可阻挡更多的散射电子，另一方面可吸收靶盘更多的热辐射，进一步的减少靶盘对钛窗的热辐射。

在保证X射线管金属壳结构足够强度的基础上，增大过渡金属边框的尺寸，尤其是靠近阴极侧轴线方向的尺寸，一方面可以提高窗口部位的散热性能，另一方面，将钎焊部位设定在远离窗口部位的位置，减小钎焊部位的工作温度，降低钎焊部位出现漏气的风险，提高X射线管的使用寿命。

本专利公开的X射线管的金属壳外壁采用波纹结构，该波纹结构通过减壁厚机加工完成，也可通过焊接方式在金属壳外表面增加环状散热片，增加金属壳外表面的散热面积，提高金属壳的散热性能，可进一步降低窗口部位的工作温度，减小窗口部位因温度高造成的漏气问题。

本专利公开的X射线管的阴极组件使用陶瓷结构，相比于玻璃结构，陶瓷结构具有更好的强度、高温绝缘性和散热性，提高了X射线管的可靠性，进一步的减小了钛窗的工作温度，提高钛窗结构的X射线管的使用寿命。

本专利公开的X射线管的金属壳在内部进行喷黑处理，喷黑处理采用等离子喷涂方式，将金属壳内壁喷涂一薄层黑化物质，根据热辐射传热原理，黑化的物质比浅色光泽的金属表面具有更强的热辐射吸收能力，可整体提高X射线管的散热效率，可进一步的减小窗口部位的工作温度。

本专利公开了一种带屏蔽钛窗的金属陶瓷结构CT球管，包括X射线管11、管套12、阳极驱动装置13、散热装置20、高压接口及安全装置。X射线管11为产生X射线的装置，管套12为固定X射线管11并为其提供循环冷却的密闭空间，阳极驱动装置13为驱动X射线管11阳极轴承运转，散热装置包含强制冷却动力装置如油泵16、绝缘油膨胀缓冲装置如膨胀器17及相关油路连接循环管路18，高压接口包括正极高压接口14和负极高压接口15，为X射线管提供正、负极高压、阴极灯丝通电电压和阴极栅控高压，安全装置包括温度传感器19，监控温度，防止温度过高，防止X射线管组件超负荷运转。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种带钛窗的金属陶瓷结构CT球管，其特征在于，包括X射线管、管套、阳极驱动装置、散热装置、高压接口及安全装置；

X射线管为产生X射线的装置；

管套为固定X射线管并为其提供循环冷却的密闭空间；

阳极驱动装置为驱动X射线管阳极轴承运转；

散热装置包含强制冷却动力装置如油泵、绝缘油膨胀缓冲装置如膨胀器及相关油路连接循环管路；

高压接口为X射线管提供正、负极高压、阴极灯丝通电电压和阴极栅控高压；

安全装置为热安全装置，防止X射线管组件超负荷运转。

2.根据权利要求1所述的带钛窗的金属陶瓷结构CT球管，其特征在于，所述X射线管包括金属壳和内置在金属壳内的阳极组件和阴极组件，金属外壳的X射线出口处设有窗口，该窗口处设有钛窗，钛窗通过金属边框与金属外壳相连接，该金属边框由高热传导性的金属制成。

3.根据权利要求2所述的带钛窗的金属陶瓷结构CT球管，其特征在于，所述金属边框与钛窗和金属壳之间采用钎焊实现固结。

4.根据权利要求3所述的带钛窗的金属陶瓷结构CT球管，其特征在于，所述金属边框与钛窗之间采用高温钎焊，金属边框与金属壳之间采用低温钎焊。

5.根据权利要求2所述的带钛窗的金属陶瓷结构CT球管，其特征在于，所述金属壳外壁采用波纹结构。

6.根据权利要求4所述的带钛窗的金属陶瓷结构CT球管，其特征在于，所述金属壳外表面增加环状散热片。

7.根据权利要求2所述的带钛窗的金属陶瓷结构CT球管，其特征在于，所述高热传导性的金属选用具有高真空性能的铜、铜合金或铜基复合材料。

8.根据权利要求2所述的带钛窗的金属陶瓷结构CT球管，其特征在于，所述金属壳内壁喷涂一薄层黑化物质。

9.根据权利要求2所述的带钛窗的金属陶瓷结构CT球管，其特征在于，所述阴极组件使用陶瓷结构。