Brevet FR2133786A1 — publié le 19721201

L'invention concerne un tube à rayons X à anode tournante, dont l'anode est un corps composite, constitué par des parties en métal lourd et par des parties en graphite la partie balayée par le faisceau électronique, c'est-à-dire la 5 trajectoire du foyer, étant située sur le métal lourd. Des tubes à rayons X, qui comportent des anodes de ce type, sont utilisés, en raison de la chaleur spécifique élevée et du bon pouvoir de rayonnement du graphite,en vue d'obtenir une capacité de charge plus élevée. 10 Des anodes tournantes connues, du type men tionné ci—dessus, sont constituées par exemple par une partie en graphite, qui est recouverte, au moins dans la zone de la piste balayée par le faisceau électronique,par une couche constituée par un métal lourd. De telles couches sont par exemple 15 déposées par vaporisation,par pulvérisation ou sont obtenues par décomposition pyrolithiquc de composés. Afin de pouvoir travailler avec un bon rendement et de rester dans des limites technologiquement admissibles du point de vue fabrication les couches doivent être minces. Cependant elles présentent alors l'inconvé-20 nient qui consiste en ce qu'elles sont détruites, notamment lors de l'utilisation du tungstène, avec formation d'un carbure. Des couches de carbures sont de plus fragiles et possèdent une conductibilité thermique médiocre. Des anodes du type connu n'ont par conséquent pas été à même de satisfaire aux exigences poséespar 25 des contraintes thermiques alternées de tubes à rayons X modernes de grande puissance. D'autre part de petites parties en graphite peuvent être arrachées dans un champ électrique élevé, ce qui peut conduire, par suite de la formation de décharges du type à arc électrique, à des perturbations de l'émission catho-30 dique et/ou à la destruction du tube. De plus la contrainte mécanique à laquelle est soumis le graphite est très élevée en raison des vitesses de rotation utilisées qui vont jusqu'à 10 OOO/mn, et en raison de l'accélération comprise entre 200 et 300 tours 2 par s . Lors du choix du graphite on doit par conséquent avant 35 tout veiller à une bonne solidité. Mais cela signifie que l'on doit également s'accomoder de caractéristiques thermiques et d'une élasticité moins bonnes dans le cas où la solidité est suffisante. Les inconvénients susmentionnés sont évités, 40 conformément à l'invention, grâce au fait que, dans le cas d'un 72 13300 2 2Î33786 corps composite, qui est constitué par une pièce en métal lourd en forme de plaque et dans lequel les parties en graphite sont soudées à l'extérieur de la zone de la piste balayée par le faisceau électronique, la partie prédominante au moins de la pièce en métal 5 lourd est constituée par du molybdène et une couche constituée par du tantale et/ou du tungstène est disposée entre la pièce métallique et la partie en graphite. On obtient ainsi une anode dont la structure support est constituée par le disque en métal lourd contre lequel sont situées des parties en graphite qui 10 emmagasinent et rayonnent l'énergie évacuée par la plaque à partir de la piste balayée par le faisceau électronique. L'anode peut être soumise de ce fait à une charge élevée pendant un court intervalle de temps étant donné que, dans la partie métallique élevée, une évacuation thermique plus rapide a lieu, par 15 suite de sa conductibilité thermique, à partir de la piste balayée par le faisceau électronique. D'autre part une bonne capacité de charge permanente est également obtenue, étant donné que dans les parties en graphite, par suite de la capacité calorifique et de la capacité de rayonnement élevées, la chaleur peut être élimi- 20 née en permanence. La couche intermédiaire constituée par du tantale et/ou du tungstène empêche qu'au cours de la surcharge thermique les points de soudure fondent et se détachent par suite de la formation d'un eutectique à bas point de fusion avec le molybdène de la partie en métal lourd. 25 Les tubes fabriqués conformément à l'inven tion présentent encore essentiellement, par rapport aux tubes connus, les avantages suivants : 1. La capacité de charge de brève durée correspond au moins à celle des disques usuels constitués par du 30 métal lourd. 2. La capacité de charge de longue durée est améliorée en raison de la capacité calorifique et du rayonnement supplémentaire du graphite. Le rayonnement thermique peut également atteindre celui de disques constitués entièrement par du 35 graphite en raison des différentes possibilités de réalisation des parties en graphite et de la conductibilité thermique du métal. 3. Le support du disque est constitué par du métal lourd de sorte que, lors du choix des caractéristiques du 40 graphite, l'on peut ne pas prendre en considération les questions 72 13300 3 2133786 de solidité et l'on peut utiliser les fixations usuelles de disques dans les tubes connus. k. Les parties en graphite peuvent être disposées sur la face du disque anodique tournée du côté opposé à 5 la cathode, de sorte que ces parties se trouvent à l'extérieur du champ haute-tension direct qui est appliqué entre l'anode et la cathode. Dans une forme de réalisation de l'invention préférée, en raison de son efficacité élevée, l'anode est cons-10 tituée par un disque en métal lourd^conformé de façon connuej en molybdène, auquel sont ajoutés par alliage 5 °/° de tungstène, et qui possède, dans la zone de la piste balayée par le faisceau électronique, une couche de recouvrement constituée par du tungstène et par 10 °jo de rhénium. Sur la face inférieure de ce dis-15 que est disposée une couche, constituée par du tantale, qui possède une épaisseur comprise entre 0,1 et 1mm afin d'empêcher la formation d'un eutectique, à bas point de fusion,constitué par du molybdène et par la soudure. Une couche constituée par du tungstène joue le même rôle dans le cas où son épaisseur est 20 comprise entre 0,1 et 1mm. Les limites indiquées ne sont pas critiquées en elles-mêmes étant donné qu'il importe seulement de recouvrir de façon étanche la surface de molybdène afin d'empêcher, de façon sûre, une action de la soudure. La couche est déposée de façon appropriée par frittage. On n'a pas recours à 25 une phasè opératoire supplémentaire lorsque la couche intermédiaire, ainsi que les couches composites connues des pistes balayées par le faisceau électronique7est obtenue simultanément lors de la fabrication. Cependant elle peut également être pulvérisée au plasma de façon très régulière et par conséquent sui-30 vant des couches minces, par exemple de 0,2mim d'épaisseur. Différents métaux à point de fusion élevé ou des mélanges de ceux-ci, notamment le zirconium et l'hafnium et/ou leurs alliages conviennent pour la soudure. La partie en graphite, qui doit être soudée,peut être constituée par une pla-35 que d'épaisseur comprise approximativement entre 1 à 25mm, celle-ci recouvrant l'ensemble de la surface du disque. Dans le cas de tubes dans lesquels il n'apparaît, sur la surface tournée vers l'anode, que des quantités insignifiantes d'électrons de dispersion etc..., et qui ne doi-40 vent pas être utilisés, dans le cas de tensions très élevées, 72 13300 k 2133786 les parties supérieures de l'anode peuvent de plus, en vue d'augmenter encore le rayonnement thermique, être pourvues de parties en graphite. De ce fait le rayonnement extrafocal perturbateur peut également être diminué. 5 A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré au dessin annexé une forme de réalisation du dispositif suivant l'invention. i La figure 1 représente une vue en perspecti ve d'un tube à rayons X réalisévconformément à l'invention. 10 La figure 2 est une vue en élévation avec arrachement partiel de l'anode tournante d'un tube à rayons X, dans lequel la piste balayée par le faisceau électronique est située à la périphérie de l'anode. En figure 1 l'ampoule en verre du tube à 15 rayons X à anode tournante 2 est désignée par 1. Aux deux extrémités de l'ampoule 1 sont respectivement disposées la cathode 3 et l'anode 4. La cathode est constituée par l'enveloppe 5 qui comporte dans une partie saillante 6, la cathode chaude proprement dite non représentée sur la figure, réalisée sous une forme 20 connue en soi. L'anode k comporte de façon également connue le rotor 7 qui porte sur son axe 8 l'anode composite 9 proprement dite. Celle-ci est appliquée et bloquée à l'aide d'une vis 10, contre la butée support 11'. L'anode composite 9 est formée par une partie métallique 11 constituée par du molybdène et par un 25 alliage qui contient 5 ci° de tungstène. Les deux pistes balayées par le faisceau électroniques 12 et 13 qui présentent, par rapport aux perpendiculaires à l'axe 8, différentes inclinaisons vers le bas, sont situées sur un revêtement 14 constitué par un alliage contenant du tungstène et 10 °/o de rhénium. 30 Sur la face inférieure de la partie métal lique de 10mm d'épaisseur est soudée la plaque 15 en graphite de 5mm d'épaisseur. On utilise pour sa fixation du zirconium comme matériau de soudure. La soudure proprement dite est représentée sur la figure par une ligne de séparation 16, dessinée à l'aide 35 d'un trait épais, entre la plaque 15 et la couche intermédiaire 17» La couche intermédiaire 17 possède une épaisseur de 1mm, est constituée par du tantale et est disposée, au cours de la fabrication du corps 11jd'après le procédé de frittage suivant la technique de la métallurgie des poudres. 40 Les rayons X sont créés de façon connue 72 13300 5 2133786 grâce au fait qu'une haute tension et qu'une tension de chauffage pour les cathodes chaudes situées dans la partie saillante 6, sont respectivement appliquées entre l'un des conducteurs 18, 19» 20 et le pied tubulaire 21 de l'anode d'une part et entre l'un 5 des conducteurs 18 et 19 et le conducteur 20 d'autre part. En provenance de la cathode chaude des électrons bombardent alors l'une ou les deux pistes 12 et 13 balayées par le faisceau électronique et libèrent des rayons X. De façon connue il apparaît alors en tant que produit secondaire beaucoup de chaleur. Celle-10 ci est alors évacuée dans la partie métallique 11 et est emmagasinée et rayonnée dans la partie en graphite 15- L'anode tournante, représentée avec arrachement- partiel en figure 2, est constituée par une pièce métallique 22 constituée par une plaque en molybdène de 10mm d'épaisseur 15 et de 150mm de diamètre, les grandes surfaces de cette plaque étant respectivement revêtues par les couches 23 et 24 en tungstène de 1mm d'épaisseur. Sur ces couches 23 et 24 sont respectivement soudées, avec utilisation de l'hafnium, la plaque en graphite 25 de 5mm d'épaisseur et la plaque en graphite 26 de 20 15mm d'épaisseur. Non seulement les couches 23 et 24 mais également les plaques 25, 26 possèdent un diamètre de 110mm de sorte que la plaque 22 possède une bordure de 5mm de largeur qui reste découverte. Par suite les soudures situées entre les couches 23 et 25 d'une part ainsi qu'entre les couches 24 et 26 d'autre 25 part sont disposées à une certaine distance de la piste balayée par le faisceau électronique qui se trouve à la périphérie de la plaque 22 et ne sont soumises qu'à une faible charge thermique. Lors de la production de rayons X le dispositif, qui correspond à la cathode 3» est monté latéralement de 30 sorte que la piste balayée par le faisceau électronique^située sur la couche 27, de 1mm d'épaisseur, constituée par un alliage de tungstène contenant 10 ^ de rhénium,est frappée par les électrons suivant la direction indiquée par la flèche 28. L'entraînement en rotation est effectué à l'aide d'une pièce|qui corres— 35 pond au rotor 7 et qui est située à la partie inférieure, non représentée, de l'axe 29. En raison de l'épaisseur de la plaque 25 qui est inférieure à celle de la plaque 26, une quantité de chaleur moins importante est transmise au rotor, sans que l'on ait besoin d'allonger l'axe 29 en prolongeant le bras de levier 40 qui s'accroche sur les supports, afin d'augmenter la distance. amsiles supports sont soumis à des contraintes moins sévéres non seulement thermiquement mais aussi mécaniquement. 72 13300 6 2133786 REVENDICATIONS 1. Tube à rayons X à anode tournante comportant une anode qui est un corps composite constitué par des parties en métal lourd et par des parties en graphite, la piste 5 balayée par le faisceau électronique, c'est-à-dire la trajectoire du foyer, étant située sur le métal lourd, caractérisé par le fait que dans le cas d'une pièce en métal lourd (11), dont la partie principale au moins est constituée par du molybdène, qui est en forme de plaque et contre laquelle sont soudées des par- 10 ties en graphite (15) à l'extérieur de la piste balayée par le faisceau électronique, une couche (17)» constituée par l'un des métaux du groupe tantale et/ou tungstène, est située entre la partie métallique (11) et la pièce en graphite (15). 2. Tube suivant la revendication 1, caracté- 15 risé par le fait que, dans le cas d'une anode tournante (9) conformée de façon usuelle, les parties en graphite (15) sont situées uniquement sur la face inférieure de la partie métallique (11). 3. Tube suivant la revendication 2, caracté- 20 risé par le fait que l'ensemble de la face inférieure de la partie métallique (11) est plane et recouverte par une plaque (15) constituée par du graphite. 4. Tube suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que des parties en graphite sont de plus égale- 25 ment disposées sur la face supérieure de l'anode. 5. Tube suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que, dans le cas d'une anode tournante dans laquelle la piste balayée par le faisceau électronique est située à la périphérie de l'anode, les deux grandes surfaces de la par- 30 tie métallique (22) sont recouvertes respectivement par des couches intermédiaires (23, 24), contre lesquelles sont soudées les plaques en graphite (25, 26). 6. Tube suivant la revendication 5» caractérisé par le fait que la plaque (25) tournée du côté du rotor est 35 plus mince que l'autre plaque (26). 7. Tube suivant l'une des revendication 1, 2, 3» 4, 5 ou 6, caractérisé par le fait que les parties en graphite sont soudées à l'aide d'une couche de soudure (16) à haut point de fusion, constituée par exemple par de l'hafnium, du 40 zirconium etc...