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X课堂|揭秘 X 光球管制造过程,看完就想造球管

发布时间: 2022-08-18  点击次数: 114次

医疗行业几十年来风云万变,万年不变的是高攀不起的球管。都知道它是放射设备的核心部件,知道真空密封,知道球管怎么工作,但是很少人知道它是怎么制造出来的。

 

今天,我们一起来揭开 X 射线管制造过程的神秘面纱。下面是球管制造流程的示意图 

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材料

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材料是成本的重中之重。难熔金属包括高导热无氧铜、高等级的镍、钨、银、铼和可伐(Kovar)合金,价格不但高,而且还飘忽不定。这些金属一般从中国、俄罗斯、澳大利亚、秘鲁和加拿大这些国家开采和采购。

 

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制造玻璃

 


零配件的来源渠道非常有限。比如阳极靶,它是由难熔金属(通常是钨)制成的大型金属件,在受到电子撞击时产生 X 射线。只有少数几家大公司能够制造阳极靶,因为单独生产的话投资会非常大。

 

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玻璃车间

零部件的制备

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                                                                     阳极靶真空炉

 

生产零部件当然也需要大量的资本投入,比如耗资数百万美元的大型熔炉。熔炉的大小从 10平方英尺(约0.9平方米)到 50平方英尺(约4.6平方米)不等。在熔炉中,将金属部件所有的气体和其他材料去除,确保达到理想的真空环境,类似于从海绵中把水挤掉。

 


接下来是等离子涂层,涂层表面将会吸收或反射管内积聚的难以置信的热量——靶面温度可高达2,700 摄氏度。球管内部产生的热量占 99%,X 射线占 1%。管子的大部分技术和设计都是为了热管理。清洁虽然听起来很简单,但却是重要的一步,需要投资购买超声波水溶液清洁设备和溶剂型清洁设备,设备高度可达 15英尺(约4.6米)。

清洁有助于防止在管内短路时发生打火。气体残留或者电路故障都会引起打火,导致不出射线。使用前预热球管可以防止打火。

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管芯除气

 


除气和清洁后,零部件必须放在充满氮气的柜子里,否则会从大气中再次吸收气体。利用氧气沸点高于氮气的特性,氮气可从液态空气中先蒸发出来。瓦里安与它的供应商合建了一个现场制氮工厂;当立则购买大量液氮,然后让它蒸发,再收集氮气。在许多生产步骤中都会用到这些超纯氮气。

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                                                           零部件的制备

       

 

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组装

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X 射线管的两个主要组成部分是:带负电的阴极,其中包含灯丝,通常由钨制成,用于产生电子束;带正电的阳极,其中包含电子束轰击的靶面。这两个部分将在经过HEPA 过滤的洁净空间中组装。洁净室类似于无菌手术室,工人需要穿长袍、戴手套和头罩。

 

 


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最终密封

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参观 X 射线管工厂就像参观玻璃吹制工厂一样有趣。 根据产品型号,组装好的阴极和阳极放置在金属或玻璃芯棒(也称为外壳)中。形成玻璃外壳非常有趣,需要高水平的玻璃技术,因为有些玻璃无法与金属部件密封,需要使用“过渡”玻璃。

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管芯最终密封

 


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抽气

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在这个阶段,对阳极和阴极反复加热和冷却,去除不需要的气体。抽气过程的长短取决于球管的大小和应用,时间从八小时到三天不等,使用的抽气设备大约有一个大壁橱那么大。抽气过程中,管子运动频繁,并会产生 X 射线,因此为了保障操作人员的安全,容纳管子的设备会用铅进行密闭处理。真空对于创造稳定的高压环境至关重要。根据当立的说法,他们在处理过程中达到的真空水平优于国际空间站周围的真空水平。到这里,管子与大气彻底隔绝了。

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真空处理

 


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管套加负载

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密封完成后,气体已经除尽。管芯放入铅制管套,X射线将通过管套上的窗口出来。紧接着添加绝缘油(兼冷却剂。绝缘油过特殊处理并不会被X射线破坏球管全部组装好后,放入测试罐中,加上工作电压,放在类似现场用的机架上,模拟医疗场所的应用。测试电压一般会比额定工作电压高。

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加绝缘油

 


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管套测试

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这个过程是客户关心的问题——所购球管的焦点大小。焦点大小需要测量,必须符合行业规定的公差范围。最终装配结束后,需要检查是否有散射的X射线辐射,确保只能从管套的窗口出射线。最终球管会装在客户的扫描设备上校准调试,保证在现场发挥*佳性能。最后则是一些涂漆、贴标签之类的工作。

当立从除气和清洁到能够发货的整个过程通常需要四到五天到数周的时间,取决于具体的球管类型。对瓦里安来说,零配件的制备可能需要一个月的时间,而其余的过程则需要大约两周的时间。

 

    以上内容来自于一篇对当立和瓦里安的旧报道,仅供学习和参考。

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