CT球管阳极热容量是如何得出的？

1、球管阳极热容量真实存在

众所周知，当CT扫描时，球管阴极发射的电子高速运动时会产生巨大的能量，当轰击到阳极靶，能量中1％会转化为X射线，剩余的99％会转化为热量。

*在CT使用中，球管阳极温度上升会受生热和冷却两个关联过程影响，如生热速率＜散热速率，则阳极温度不会升高；但如生热速率＞散热速率，在热容量为零的冷管开始经过多次曝光后，阳极温度会越来越高，热量会在球管阳极中累积到接近限值，以至于无法承受下一次曝光所带来的热量**，则阳极整体所积储的全部热能便为球管允许的最大热容量。

*假设只考虑CT球管阳极，不考虑如球管其他部件以及高压部件的使用限制条件。

**实际运行中会受到焦点、焦点轨迹、轴承、转子等最高温度的限制

2、实验测量获得理论值

理论上，球管阳极热容量，由球管构造参数决定，如阳极靶盘材料、尺寸、阳极转速、散热结构、冷却方式等多个因素共同决定。

作为系统级指标，热容量与比热容（材料固有属性）存在定量关联，并受散热设计、冷却方式等工程因素显著影响，最终形成了一个理论计算公式：

其中，m：靶材质量（g），c：比热容（J/(g·°C)），ΔT：允许温升（℃）。从该公式可以对球管阳极热容量做简单模型粗略估算分析：

1）一般来说，球管阳极靶盘的尺寸越大，质量就越大，球管的热容量也就越大。比如，3.5MHU普遍采用140mm尺寸靶盘，而5.3MHU则普遍采用更大尺寸的靶盘。

2）阳极靶盘的比热容越大，热导率越大，热容量越大。比如，钨的比热容为0.13 J/(g·°C)，熔点为3422℃（实际允许ΔT≈1200°C），热导率为173 W/(m·K)，是典型的高熔点、高比热容（表征样机靶的储热能力，比热容高能更快吸收热量，减少球管内部温升，允许更高输入功率而不触发过热保护）、高热导率金属（表征样机靶的导热能力，热导率越高，散热能力越强），这也是以钨基础制作阳极靶盘的核心原因，比如石墨钼基铼钨合金靶。

基于此热容量计算公式，衍生出了在球管研发阶段热容量实验室测量法：切割阳极靶盘制成标准试块，通过加热实验获取阳极靶的温升曲线，先计算出合金阳极靶盘的比热容，然后再推算出完整阳极靶盘的热容量。

需要说明的是：

1. 这是球管阳极热容量的理论最大值，实际热容量需要结合球管内其他部件如阴极、轴承、转子等部件的限制条件进行修正。
2. 这样计算的球管阳极热容量适用于传统的滚珠轴承球管，也就是常见于招投标文件中的“物理热容量”（MHU）。

3、“阳极物理热容量”、“阳极有效热容量”的解惑

在招投标领域，一直存在“阳极物理热容量”（简写热容量）、“阳极有效热容量”（简写有效热容量）两个名词。

几十年来，为改善CT工作流程，行业一直追求提高球管“热容量”。“热容量”及其非官方单位MHU成为球管热性能的代名词，球管根据热容量划分等级，如3.5MHU、 5.3MHU、8MHU。然而需要指出的，“热容量”（MHU）是滚珠轴承球管时代的名词,其数据简单参考上述的计算方式，基于球管在CT端的诸多其他限制，目前8MHU也是滚珠轴承球管的阳极热容量“天花板”。

早在1980年代初期，具有电子收集极及金属管芯的X射线管的出现就使这一含义变得有争议起来：为什么储存根本不会作用于阳极的热量?

1989年，液态金属轴承技术的出现，更彻底颠覆了“热容量’这一过时的技术概念。液态金属轴承技术球管的轴承轴内的冷却通道可将冷却液直接引导至阳极，具备更高的热传导和极致的冷却能力，从而使热量源源不断地从阳极靶盘导出。 主要衡量阳极储热能力的“热容量”不再适用于衡量革新型的液态金属轴承球管的性能。

2010年，IEC更是推出了新的IEC60613标准，停用了“热容量”这一指标，转而用新的参数重新定义了CT用X射线管的性能，同时定义了一个扩展的替代方案，即CT扫描功率指数(CTSPI): 描述拟用于CT的X射线组件在单次负载的特定负载时间范围内、给定周期时间下的特性。CTSPI是一个更复杂的单指标,旨在将X射线管性能映射到较宽的曝光时间谱中。

虽然IEC 60613-2010标准已删除“热容量“指标，但现实中医疗设备招标仍将其作为▲级参数。再者，在液态金属轴承球管已标配市场上绝大多数128排以上CT并有很大的装机量的情况下，必须有一个更便捷、更容易理解的衡量液态金属轴承球管热性能的概念。因此，“有效热容量”应运而生，这也是更合理的表达方式。现实中，“有效热容量”也已成为招标共识：https://mp.weixin.qq.com/s/7DER6svVDIB695BeO5ZdZA

这两个概念，也可以再次通过经典的水池注水放水问题来问答：

多久注满水池，并不仅取决于水池的大小，而是由注水量（生热率）、水池容量（阳极系统）和放水量（散热率）的联合作用。

以往在滚珠轴承球管时代，由于放水量（散热率）有限，“水池”一定会满，这意味着热容量有上限；液态金属轴承时代，在注水量（生热率）保持不变的情况下，放水量（散热率）得到大幅提升，在绝大多数情况下，哪怕连续不断的扫描，“水池”也始终都不满，这意味着热容量无上限。