Glijlagers maken rontgenbuis geschikt voor continugebruik

Opereren doen chirurgen steeds vaker met afgewend gelaat. Niet omdat ze die bloederige taferelen maar moeilijk kunnen verdragen, maar meer omdat hun verrichtingen zich in het inwendige van de gesloten mens afspelen. Het oprekken of schoonkrabben van bloedvaten, 'kijkoperaties' - ('endoscopie') allemaal handelingen die slechts via glasvezel en lenzen of, nog moderner, op het beeldscherm van een rontgenapparaat zijn te volgen.

Als er rontgentechnieken aan te pas komen, moet de rontgenbuis lange tijd ingeschakeld staan en gecombineerd met de hoge energieniveaus die nodig zijn voor de detaillering die tegenwoordig vereist is, leidt dit tot grote koelproblemen. De buis moet periodiek worden uitgeschakeld om af te koelen. In de nieuwste rontgenbuizen van Philips is met dit probleem radicaal afgerekend: ze kunnen voortdurend aan blijven staan.

In een rontgenbuis wordt de straling opgewekt door een intensieve en gebundelde elektronenstroom die - in vacuum - loopt van de kathode (een gloeidraad) naar de anode (een plaat). Tussen de kathode en de anode kan een spanningsverschil van enkele tientallen tot honderden kilovolts worden aangelegd. Het elektronenbombardement op de anode resulteert voor een groot deel in warmte, voor een klein deel (minder dan 1%) in de kortgolfige elektromagnetische straling waar het in de rontgenbuis om te doen is. Door de anode als een schuin vlakje uit te voeren treedt de straling aan de zijkant van de buis in een venster naar buiten.

Voor het afvoeren van de warmte wordt meestal vloeistofkoeling gebruikt. Bovendien wordt al sinds de jaren dertig gebruik gemaakt van een roterende anode. Die is dan uitgevoerd als een schijf met een afgeschuinde zijkant. Het elektronenbombardement vindt plaats op die schuine zijkant, en doordat de schijf draait, wordt oververhitting voorkomen. Bij langere belichtingen en bij semi-continu gebruik is de roterende anode vereist.

Een moeilijk punt is de lagering van de as van de anodeschijf. De meestal gebruikte kogeillagers hebben belangrijke nadelen: ze kunnen niet met conventionele smeermiddelen worden gesmeerd - die zouden onmiddellijk verdampen en het vacuum in de buis vervuilen. De ongesmeerde lagers maken nogal wat lawaai en slijten snel. Ten tweede zijn de kogels in het lager verre van optimaal voor de functies die ze ook nog moeten vervullen: de geleiding van de elektrische stroom en de afvoer van de warmte.

In de nieuwe door Philips ontwikkelde MCR 200 rontgenbuis is een andere weg gevolgd. De roterende anodeschijf heeft een diameter van 20 cm en maakt 3000 omwentelingen per minuut. De buis is voorzien van een glijlager, zonder kogels dus. Doordat zowel de as als de bus waarin hij draait van spiraalgroeven zijn voorzien die een smeermiddel bevatten, loopt het lager niet vast.

Voor het smeermiddel gingen de gedachten uit naar een metaalsoort die bij kamertemperatuur reeds vloeibaar wordt en niet verdampt bij hogere temperaturen. Kwik was daarom onbruikbaar; de keuze viel uiteindelijk op een mengsel met het metaal gallium (smeltpunt 30C) als belangrijkste bestanddeel. Tussen as en bus ontstaat een dunne film van het vloeibare metaal en pas bij lage snelheden en stilstand komt contact tussen bus en as tot stand.

In tegenstelling tot lagering met kogels is het voor het glijlager beter om continu te draaien; dan komen die metaal-op-metaal contacten minder voor. Mede door de betere warmtegeleidende eigenschappen van het glijlager is nu continu-bedrijf mogelijk.

Philips claimt dat de levensduur van het lager in ieder geval 10 000 draaiuren bedraagt, maar dat die waarschijnlijk dichter in de buurt van de 40 000 uur zal liggen.

(Philips Research Topics, No 1, 1989)