[发明专利]一种X射线管及其制备方法

说明书

 

技术领域

   本发明涉及一种X射线管领域，尤其涉及一种X射线管及其制备方法。

 

背景技术

在医学成像领域的应用中，对于动态物体成像，为了在较短曝光时间内获得清晰的X射线图像，X射线球管需要在极短的时间内产生强度极大的X射线脉冲，如图1为X射线管产生一束单脉冲的X射线强度-时间图所示，从0至t₀时刻产生一束单脉冲强度为I₀的X射线，t₀一般为毫秒级，因此X射线球管自身需要具有极高的瞬间球管功率，当前高功率的X射线球管功率已经达到数百千瓦以上，从而短时间内在阳极靶上产生大量的热量，同时，受制于X射线产生的基本物理机制的限制，轰击阳极靶的高能电子束最终只有不到1%的能量转化为X射线，剩余99%以上的能量则转化为热量耗散在X射线球管的阳极靶上，使阳极温度迅速升高到3000℃左右，造成阳极局部过热，甚至可能使阳极融化甚至被烧出孔洞，进而可能影响X射线球管的正常运行，最终导致球管的报废。

现有多种X射线阳极靶散热方案，包括：1）通过旋转阳极的设计提高散热能力，在基于旋转阳极的X射线球管的设计中，由于X射线球管在运行过程中，阳极靶不断的高速旋转，使得球管运行中阳极靶产生的热量可以分布在一个环形的面积上，大大的增加了散热面积，相比固定阳极靶的设计而言显著的降低了阳极靶的温度。但是，其转速已经达到超过10000转/分钟，已接近技术瓶颈和理论极限，进一步提高转速并且保持旋转的高度稳定性对于阳极靶的材料选取和设计而言已经非常困难。2）优化靶材料的选取，在X射线球管阳极靶的设计中为了更好的解决阳极靶散热这一难题，常采用热容量大、辐射系数高、导热系数高的材料与阳极相连接以提高阳极靶的散热效率, 如CT机中靶面材料被镶嵌在钼基的盘座上；又如大功率的球管，为了减轻旋转靶及整个球管的重量，提高球管的热容量，在靶盘的背面用钎焊的方法加上一定厚度和质量的石墨基。3）阳极靶主动冷却技术。主动阳极冷却方法是目前普遍采用的阳极散热方法，即通过在阳极靶内加入可循环流动的制冷液，甚至将整个X射线球管浸泡在绝缘耐压油缸里达到有效散热的目的。以上三种现有技术在一定程度上解决了X射线球管阳极靶散热的问题，但是随着对于X射线球管功率要求的不断提高，相关的技术手段实现难度大、成本高，针对现有技术面临的这些困难，对发展基于不同原理的新的阳极靶散热技术提出了进一步的需要。

 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种X射线管及其制备方法，能够有效控制X射线管阳极靶在产生高强度X射线脉冲导致的急剧温度升高时，快速地吸收阳极靶上的热量，延长X射线管的使用寿命。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种X射线管，包括真空管，所述真空管内设有阳极和阴极，所述阳极包括阳极靶、铜体和阳极轴承柱，其中所述铜体的空腔内填充相变材料。

进一步地，所述相变材料为无机相变材料或复合相变材料。

进一步地，所述相变材料为熔融盐/碳纳米管复合相变材料。

进一步地，所述熔融盐/碳纳米管复合相变材料的相变温度为200～1000℃，比热容为1.5～3J/g·K，相变潜热为450～1000J/g。

进一步地，所述铜体的内表面覆有一层石墨层，所述石墨层的厚度为0.5～2毫米。

进一步地，所述阳极轴承柱和所述阳极一侧的真空管内表面之间填充有导热材料。

进一步地，所述导热材料为石墨、碳纳米管或碳化硅。

本发明为解决上述技术问题而采用的另一项技术方案是提供一种所述X射线管的制备方法，通过如下步骤制备： 

a)  将预处理的碳纳米管与无机盐搅拌混料后得到混合物，于干燥箱中将所述混合物进行低温干燥；

b)  将所述混合物放入模具中，经预压排气、模压成型，得到所述无机盐/碳纳米管复合相变材料；

c)   将所述无机盐/碳纳米管复合相变材料填充于所述铜体的空腔内。

进一步地，所述步骤a）中，所述碳纳米管占所述混合物的质量比为小于1%，所述碳纳米管为管径从几个纳米到几百个纳米的多壁碳纳米管。

进一步地，所述步骤b）中，所述低温干燥的温度为50～80℃，干燥时间为4～8h。

进一步地，所述步骤c）中，所述预压排气的压强为5～15MPa，所述模压成型的压强为25～35MPa，模压温度为60～100℃。