Brevet FR2010747A1 — publié le 19700220

L'invention est relative à la technique des tubes, notamment des tuDes à rayons X ou détecteurs de rayonnement et concerne plus particulièrement un procédé permettant de réaliser un joint étanche à l'air le lon^ du bord d'une ouverture dans une paroi, entre une face 5 support de celle-ci et une fenêtre en "béryllium obturant l'ouverture et reliée à la paroi à l'aide d'une substance intermédiaire. Suivant des procédés connus pour fixer des fenêtres en béryllium dans une paroi, par exemple de tubes à rayons X, le joint entre la plaque de béryllium et le métal constituant la paroi est formé 10 par une substance intermédiaire, par exemple de la soudure ou de l'émail de verre» Lors du soudage, la matière portée â fusion s'étale quelque peu et une certaine quantité de soudure s'étend généralement sur la fenêtre qui de ce fait en est couverte souvent en grande partie, voire même entièrement, ce qui évidemment influence défavorablement la 15 transparence de la fenêtre aux rayons X, en particulier aux rayons X doux. En outre, le béryllium absorbe de la soudure au voisinage immédiat et à l'endroit du point, ce qui fait décroître l'élasticité déjà faible du béryllium. La fenêtre devient ainsi fragile, avec risque de rupture lors de l'opération destinée à pratiquer le vide dans le tube. 20 On a essayé de contrecarrer l'étalement de la soudure sur la surface de la fenêtre en enserrant le bord de celle-ci entre la face support et un anneau, en supposant que l'effet capillaire fait pénétrer la soudure fondue entre la fenêtre et ladite face support. Si la soudure enserre le bord de la fenêtre, ledit effet capillaire entraîne égale-25 ment la pénétration de la soudure entre l'anneau et le matériau constituant la fenêtre, de sorte que l'on n'a pas empêché le béryllium de devenir cassant à l'endroit et à proximité du joint. Toutes les soudures habituellement utilisées donnent lieu à cet inconvénient. En utilisant de l'émail de verre, on obtient un joint carac-30 térisé par une conductibilité thermique médiocre et présentant souvent des fissures capillaires. Etant donné que dans un tube â rayons X, la fenêtre est frappée par des électrons dispersés, la mauvaise conductibilité dû joint constitué par l'émail de verre entraînera un échauffe-ment de la fenêtre, de sorte que celle-ci risque d'être endommagée. 35 Le but de l'invention est d'obvier â ces inconvénients. Conforr-ément â l'invention, la fenêtre est fixée sur. la face support par diffusion d'une substance intermédiaire. En particulier, cette substance intermédiaire est un métal appartenant au groupe comportant le cuivre, l'argent et l'or, la substance étant de préférence de l'argent. 40 Ce métal est disposé sur la face support de la paroi, après, quoi la BAD ORIGINAL^ bV \H5H 2010747 fenêtre est placée sous pression sur cette face, le joint étant réalisé par chauffage jusqu'à la température ?.e diffusion de la substance intermédiaire. Par "température de diffusion", il y a lieu d'entendre ici et dans ce qui suit, la température minimale â laquelle il faut 5 porter la substance intermédiaire pour faire débuter la diffusion, mais â laquelle cette substance se trouve encore dans sa phase solide. La substance intermédiaire qui doit pouvoir être agencée facilement sur la face support et pouvoir diffuser dans le béryllium, de préférence constituée par de l'argent, est d'abord fixée à la paroi par exemple 10 par chauffage haute fréquence, puis usinée au tour jusqu'à former une couche ayant une épaisseur d'environ 1 mm. La plaque constituant la fenêtre est alors appliquée sous forte pression, contre ladite couche,de façon qu'un joint étanche à l'air soit déjà obtenu à la température ambiante, bien que la fenêtre soit encore amovible de la face 15 support. La diffusion a lieu pendant que l'on maintient ladite pression; dans le cas d'emploi d'argent, la diffusion débute à une température d'environ. 700°C; â cette température, une certaine quantité d'argent diffuse dans le béryllium et établit ainsi le joint. La diffusion est limitée à la couche superficielle du béryllium dont la perte 20 d'élasticité n'influence pratiquement pas la solidité de la fenêtre. Durant la - diffusion, la substance intermédiaire n'est certainement pas portée, à fusion à la température caractérisant cette diffusion, de sorte qu'il n'existe aucun risque d'étalement de la substance sur la fenêtre. 25 Lorsque la plaque plane de béryllium utilisée n'est ni trop petite ni trop épaisse, elle sera, après être fixée dans la paroi drun tube â rayons X dans lequel ce béryllium sert de fenêtre, légèrement enfoncée vers l'intérieur du tube lors de l'évacuation de ce dernier. Surtout au bord de la plaque, des forces de cisaillement sont alors JO engendrées dans le béryllium et peuvent donner lieu â des fissures capillaires qui annulent 1 ' étar.chéité au vide et sont même de nature â causer la rupture ce la fenêtre. Suivant un mode ce réalisation préféré de l'invention, la fenêtre est profilée avant d'être fixée par diffusion. £n particulier, le profil réalisé dans la plaque de fenêtre 35 correspondra à celui qu'une plaque de fenêtre plane de même matériau et de mêmes dimensions prendrait sous l'influence de la différence de pression. Toutefois, cette forme n'est pas indispensable; ena'fet, lesdites forces de cisaillement défavorables peuvent être évitées en grande partie à l'aide d'une fenêtre convexe au lieu d'une fenêtre 40 concave. oriq/nal 69 19327 5 2010747 A titre d'exemple d'une fenêtre fixée par diffusion, on peut signaler qu'en utilisant une plaque de fenêtre d'une épaisseur de-50yu, il est possible d'obturer une ouverture présentant un diamètre de 20 mm, tandis qu'en cas d'emploi d'une fenêtre profilée comme pré-5 conisée ci-dessus, une ouverture d'un tel diamètre peut être obturée par des plaques présentant une épaisseur de 20^-u. L'emploi de fenêtres très minces en béryllium.est important surtout pour des tubes à rayons X ou des détecteurs de rayonnement doux, mais n'est certainement pas limité à ces appareils.-10 La description suivante, en regard du dessin annexé, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particuliarités qui ressortent tant du texte que des figures du dessin faisant, bien entendu, partie de l'invention. :35 La fig. 1 est une coupe illustrant une position occupée par la fenêtre pendant la diffusion. La fig. 2 montre une fenêtre préformée sous forme de cuvette. La fig. 3 montre schématiquement un tube à rayons X comportant une fenêtre conforme à l'invention. 20 La fig. 4 montre schématiquement un détecteur comportant une fenêtre en forme de cuvette suivant un mode de réalisation préféré de l'invention. Dans la paroi limitant une ouverture (1), on a pratiqué une marche (2), la face (3) àe celle-ci formant la face.support de la 25 plaque (4) constituant la fenêtre. Ladite face est d'abord munie de la substance intermédiaire (5)» de préférence de l'argent. Le procédé d'application de cette substance sur ladite face est sans importance dans la présente invention. Cette opération aura généralement lieu par chauffage haute fréquence, de sorte que la substance ne se trouve pas 30 souillée. La couche intermédiaire étant usinée au tour, on obtient une face plane (6) limitant une couche d'argent ayant une épaisseur d'environ 1 mm. Sur cette face (6), on place la plaque (4) que l'on soumet à une pression jd à l'aide d'un anneau (7). Cette pression étant maintenue, l'endroit où doit être réalisé le joint est porté à une tempéra-35 ture d'au moins "J00°C si la substance intermédiaire est de l'argent. Le joint s'établit par diffusion de l'argent dans le béryllium. L'ouverture (1) peut avoir n'importe quelle autre forme et le matériau constituant la paroi n'est pas soumis à des exigences particulières pour la formation du joint. De préférence, en raison du domaine d'applica-40 tion, la paroi est en métal amagnétique, par exemple le- constantan, "1 BAÔ ORIGNAL 19327 4 2010747 mais il n'est cependant pas nécessaire d'exclure l'emploi de natériau:. non métallique- par exemple du verre ou de la céramique, étant donné que la préparation de composés ce métal â base ce ces matériaux appartient aux techniques connues. La pression p et la température de diffusion sont principalement déterminées par la nature de la substance -intermédiaire, cette température étant nettement inférieure au point de fusion de cette substance, alors que ladite»pression p doit être telle que le joint soit déjà étanche à l'air à la température ambiante. Le procédé selon l'invention permet d'obturer des ouvertures de dimensions très différentes à l'aide de fenêtres en béryllium d'épaisseurs très différentes. Etant donné que ces fenêtres doivent servir pratiquement toujours comme joint définitif étanche au vide, une différence de pression égale â une atmosphère devra être supportée par la fenêtre pendant le fonctionnement. Pour des fenêtres présentant une petite surface, il n'y a aucun inconvénient, mais des difficultés ne sont pas exclues lorsqu'il s'agit de fenêtres minces présentant une grande surface. Dans ce cas, il est souhaitable que la fenêtre soit profilée au préalable. On choisira de préférence un profil tel que la face convexe (8) de la fenêtre (4) soit dirigée vers l'enceinte à vide et que la face concave (9) de cette fenêtre constitue la face extérieure de la fenêtre, comme c'est représenté sur la fig. 2. Cette forme en cuvette n'est cependant pas indispensable. Le fait de profiler la fenêtre empêche que des forces trop nombreuses, susceptibles de donner lieu à la rupture de la plaque ou de-diminuer 1'étanchéité au vide, puissent se produire au voisinageodu joint dans le matériau constituant la fenêtre. Le joint a été développé en premier lieu pour permettre la fixation étanche au vide de fenêtres en béryllium dans des tubes à rayons X utilisés par exemple pour le diagnostic, la thérapeutique, l'examen de matériaux, etc., c'est-à-dire indépendamment de l'emploi de rayons X doux ou durs. Dans le tube â rayons X représenté sur la fig. 3, la fenêtre (4) est agencée directement dans l'ouverture de rayonnement (1) pratiquée dans la paroi (1C) qui, de préférence, est en constantan, la substance intermédiaire (5) étant de préférence de l'argent. Le tube peut être de type quelconque et est constitué principalement d'une cathode (11) émettant par voie thermique un faisceau électronique (12) qui frappe l'anoae ou anti-cathode (13) pour en libérer un faisceau de rayons X (14) qui traverse la fenêtre mise en place suivant le procédé selon l'invention. L'épâisseur et la surface de la plaque consti- 4 1 69 19327 5 2010747 tuant la fenêtre (4) peuvent être adaptées au genre de tube et â la dureté du rayonnement, ladite plaque pouvant en outre être profilée ou non. au préalable,la plaque peut éventuellement "être fixée dans un support suivant le procédé décrit, et montée a.vec ce support dans 5 la paroi iu tube. Lorsque pour des cas d'applications spéciales, il est souhaitable que la paroi du tube S. rayons X ne soit pas en métal mais en verre ou en céramique, la mise en oeuvre de techniques connues permet également de disposer l'argent ou une autre substance intermédiaire sur la face support devant porter la fenêtre, après quoi la 10 plaque est fixée comme décrit ci-dessus. Une autre application d'-une fenêtre agencée suivant le procédé selon cette invention, consiste dans son emploi comme fenêtre d'entrée pour des détecteurs de rayonnement électromagnétique ou de rayonnement corpusculaire, tels les rayonnements pouvant existerpar 15 exemple dans le rayonnement cosmique. Dans ce cas, les plus grandes difficultés surgissent lors de la détection d'un rayonnement à faible énergie, aussi le tube détecteur est-il équipé d'une fenêtre (4) ayant la forme d'une cuvette préformée de grande surface, réalisé de préférence comme le montre la fig. 4- L'ouverture (1) est une des faces 20 terminales de l'ampoule cylindrique (14)* mais peut également être aménagée ailleurs dans la paroi du tube. Une chambre d'ionisation (15) du tube contient une électrode collectrice (16) qu'un anneau isolant (17) sépare de la paroi. Derrière l'anneau (17) se trouvent une électrode de fuite (18), puis l'enceinte (19) contenant le montage élec-25 tronique non représenté destiné à l'amplification et à l'enregistrement des signaux. 69 19327 6 2010747 a^TKTLICÀTIOlTS : 1. Procédé permettant de réaliser un joint étanche â l'air le long du bord d'une ouverture dans une paroi, entre une fc.ce support de celle-ci et" une fenêtre en "béryllium obturant l'ouverture et reliée 5 * la paroi à l'aide d'une substance intermédiaire, caractérisé en ce que la fenêtre esî fixée sur la face support par diffusion d'une substance intermédiaire. 2. Procédé suivant 1, caractérisé en ce que la substance intermédiaire est un nétal appartenant au groupe comportant le cuivre» 10 l'argent et l'or. 3. Procédé suivant 1 ou 2, caractérisé en ce que la substance intermédiaire est dispersée sur la face support, la fenêtre étant ensuite placée sous pression sur cette face alors que le joint est réalisé par chauffage de la substance intermédiaire jusqji'à sa tempé- 15 rature de diffusion. 4. Frocédé suivant 1 ou 2, caractérisé en ce que la paroi est en constantan, la substance intermédiaire étant de l'argent. 5. Tube à rayons X, équipé d'une fenêtre de sortie du rayonnement réalisée en béryllium et obturant une ouverture de paroi confor— 20 mément au procédé suivant 1, 2, 3 ou 4. b. Tube détecteur destiné â capter un rayonnement électromagné tique ou un rayonnement corpusculaire, l'ouverture du tube étant obturée par une fenêtre d'entrée conformément au procédé suivant 1, 2 ou 3. 7, Tube â rayons X ou tube détecteur suivant 5 ou 6, caractérisé 25 en ce que la fenêtre fixée dans la paroi du tube a été préformée en forme de cuvette. - BAD omi/M.