Brevet FR2200616A1 — publié le 19740419

La présente invention se rapporte aux tubes à rayons X à émission de champ. les tubes à rayons X à émission de champ ou à cathodes froides possédant une pluralité de cathodes montées dans une enveloppe sous vide et espacées et isolées d'une anode sont connus et disponibles sur le marché. Les cathodes sont généralement formées soit de lames ou de réseaux d'aiguilles. les bords émetteurs d'électrons des lames ou les pointes des aiguilles présentent un rayon de cour bure compris environ entre 10'3 cm et 10 5 cm et sont espacés d'en- viron 0,25 cm de l'anode. les tubes possédant des cathodes à réseaux d'aiguilles sont généralement condidérés comme étant supérieurs à ceux possédant des cathodes à lames. Une cathode à réseau d'aiguilles comprend généralement environ vingt cinq aiguilles présentant un diamètre de hampe d'environ 0,0025 cm.Les aiguilles d'une cathode sont uniformément espacées et cet espacement est d'environ 0,013 à 0,025 cm. En fonctionnement, une impulsion de haute tension de l'ordre de 100 000 volts est appliquée au tube à rayons X de sorte que des électrons sont émis depuis les cathodes, viennent frapper l'anode et engendrent des rayons X. L'art antérieur ne dit pas si il y a avantage ou non, comme par exemple une modification de la durée de vie du tube ou du dosage de sortie, à employer un tube possédant un nombre spéci fique de cathodes. Le nombre de cathodes selon l'art antérieur pour un tube à rayons X à émission de champ est par conséquent déterminé par les caractéristiques physiques du tube, comme par exemple l'espace disponible pour loger les cathodes. Des essais particuliers effectués par la demanderesse avant le développement de la présente invention avaient indiqué que l'art antérieur était correct en supposant que les caractéristiques de fonctionnement d'un tube à rayons I à émission de champ ne pouvaient pas être modifiées sensiblement, si toutefois elles étaient modifiées, en changeant le nombre d'éléments cathodiques émetteurs d'électrons.Ces essais avaient montré que des tubes à rayons X à émission de champ possédant des cathodes cinquante pour cent plus longues présentant cinquante pour cent de plus d'aiguilles émettrices d'électrons que les cathodes décrites ci-dessus possédaient sensiblement les mimes paramètres de fonctionnement, y compris la durée de vie des tubes, que les tubes pourvus de cathodes plus courtes. Une référence de l'art antérieur mentionne que des tubes à rayons X à émission de champ possédant un nombre de cathodes compris entre deux et seize peuvent Btre fabriqués.Cependant, des tubes à rayons X à émission de champ possédant une seule cathode sont connus. 'ladite référence ne dit pas qu'un tube possédant un nombre particulier de cathodes compris dans la gamme donnée fonctionnerait mieux qu'un tube possédant un autre nombre particulier de cathodes également compris dans la gamme donnée. La limitation à seize cathodes n'est ni expliquée ni supportée par des résultats d'essais, mais elle aurait pu Btre donnée en raison de la croyance que le dosage de sortie serait réduit au-dessous d'un niveau utile si un nombre de cathodes supérieur à celui donné était utilisé.Lors d'essais initiaux effectués par la demanderesse durant le développement de la présente invention, une légère diminution du dosage de sortie par impulsion d'un tube à rayons X avait été observée lorsque le nombre de cathodes augmentait. Par exemple, des impulsions de sortie qui variaient d'environ 0,9 millirontgens par impulsion à environ 1,4 millirontgens par impulsion étaient obtenues à l'aide de tubes à rayons X différents possédant huit cathodes à réseaux d'aiguilles, tandis que des impulsions de sortie qui variaient d'environ 0,45 millirontgens par impulsion à environ 1,3 millirontgens par impulsion étaient obtenues à l'aide de tubes à rayons X possédant douze cathodes à réseaux d'aiguilles.Cependant, d'autres essais devaient indiquer que cette diminution du dosage de sortie par impulsion pouvait être évitée par une fabrication plus soignée du tube à rayons X, plus de soin étant en effet exigé pour placer douze cathodes dans l'espace limité d'un tube à rayons X à émission de champ que pour placer huit cathodes dans un tel tube. De plus, même si ce soin supplémentaire n'est pas pris, une légère diminution du dosage de sortie par impulsion peut être simplement surmontée en augmentant le nombre des impulsions utilisées pour produire une image durant le fonctionnement du tube. Puisque l'art antérieur ne dit pas si il y a avantage à utiliser un plus grand nombre de cathodes, les tubes à rayons X à émission de champ disponibles sur le marché possèdent généralement huit cathodes, huit étant sensiblement la moyenne de la gamme mentionnée ci-dessus allant de deux à seize cathodes et étant en outre un nombre commode de cathodes permettant de disposer celles-ci symétriquement dans le tube. La présente invention a pour objet un tube à rayons X à émission de champ possédant un nombre accru de cathodes qui présente une durée de vie en fonctionnement étonnamment plus longue que les tubes à rayons X à émission de champ de l'art antérieur. Par exemple, des tubes à rayons X à émission de champ possédant douze cathodes ont été comparés à des tubes possédant huit cathodes. Lorsque des impulsions de tension d'environ 100 000 volts étaient utilisées pour alimenter différents tubes à huit cathodes, il a été constaté que ces tubes avaient une durée de vie allant de 10 000 à 20 000 impulsions. Avec des tubes à douze cathodes alimentées par des impulsions de tension semblables, il a été constaté que ceux-ci avaient une durée de vie allant de 50 000 à 80 000 impulsions.En comparant les points moyens de ces deux gammes, il apparat qu'une augmentation de durée de vie de cinq cents pour cent (500 %) était obtenue en augmentant seulement de cinquante pour cent (50 %) le nombre de cathodes. Cet objet et d'autres encore de la présente invention ap parattront plus clairement de la description détaillée qui suit ainsi que des dessins y annexés, étant bien entendu que ceux-ci ne sont donnés qu'à titre d'exemple nullement limitatif. Sur les dessins La Fig. 1 est une vue schématique en coupe d'un tube à rayons x à émission de champ possédant une anode de forme allongée et douze cathodes à réseaux d'aiguilles; et La Fig. 2 est une vue d'extrémité en coupe du tube à rayons I de la Fig. 1 prise le long de la ligne 2-2 de cette figure destinée à mieux représenter les douze cathodes. les Fig. 1 et 2 montrent deux vues d'un tube à rayons x à émission de champ 10 qui est similaire aux tubes de l'art antérieur, excepté que le tube 10 possède un plus grand nombre de cathodes 11 que les tubes de l'art antérieur. Le tube 10 comprend une enveloppe en verre 14 et un chapeau d'extrémité 16 en un métal approprié, tel que du nickel, présentant une grande conductivité électrique et un fort coefficient d'absorption pour les rayons I. le chapeau d'extrémité 16 possède une fenêtre 18 formée d'une matière transparente pour les rayons I, telle que du béryllium, de manière que les rayons X puissent traverser cette extrémité du tube et former des images. l'enveloppe 14 et le chapeau d'extrémité 16 définissent une enceinte sous vide destinée à recevoir l'anode 20 et les douze cathodes 11. L'anode et les cathodes sont formées d'une matière, telle que du tungstène, capable de supporter les hautes tensions appliquées au tube 10 lors de son fonctionnement et la chaleur engendrée par ces tensions. Chaque cathode 11 comprend une base de dimensions convenables destinée à faciliter sa jonction avec le cha peau d'extrémité 16 et un réseau d'environ vingt cinq aiguilles 22 étroitement espacées. Comme c'est le cas pour les cathodes à réseaux d'aiguilles des tubes à rayons X de l'art antérieur, les aiguilles de chaque cathode présentent un diamètre de hampe d'environ 0,0025 cm et sont espacées les unes des autres d'environ 0,025 cmO Les cathodes sont soudées par points ou liées de toute autre manière appropriée au chapeau d'extrémité 16 en face de l'extrémité effilée 24 de l'anode 20.Les extrémités des aiguilles 22 sont espacées d'environ 0,21 à 0,29 cm de la surface de l'anode 20, les aiguilles disposées en face du bout de l'anode étant espacées légèrement plus de cette dernière, en raison de la conicité de l'extrémité de l'anode, que les aiguilles disposées plus en arrière. En fonctionnement, un générateur approprié d'impulsions de haute tension, tel qu'un générateur d'alimentation en spirale, est connecté au chapeau d'extrémité 16 et à l'anode 20 du tube 10. lorsque le générateur est déclenché, une haute tension de l'ordre de 100 000 volts est appliquée depuis le générateur à l'anode 20 afin de créer une différence de potentiel correspondante entre l'son de 20 elles cathodes il. Cette différence de potentiel provoque l'émission d'électrons par les cathodes qui viennent frapper l'anode 20 pour engendrer les rayons X. lorsque des électrons sont émis par les cathodes, une petite parcelle de celles-ci se trouve vola utilisée. Après un usage suffisamment long, les cathodes deviennent si érodées que des rayons X utiles ne peuvent plus être produits par le tube.Cependant, comme il est précédemment mentionné, la durée de vie en fonctionnement de ce tube à rayons I à émission de champ possédant un nombre accru de cathodes est remarquablement plus longue que celle de tubes à rayons X similaires possédant un plus petit nombre de cathodes. Bien qu'une forme de réalisation de la présente invention ait été décrite, il doit être entendu que diverses modifications évidentes à tout homme de l'art peuvent y être apportées. Par exemple, un tube possédant douze cathodes à réseaux d'aiguilles a été décrit parce que la plupart des essais ont été effectués sur une telle forme de réalisation. Cependant, d'autres formes de réalisation de cette invention possédant d'autres nombres de cathodes, comme par exemple 14, 15, 16 et 20 cathodes ou plus, peuvent être aussi fabriquées. En outre, des cathodes autres que celles du type à réseaux d'aiguilles peuvent être utilisées dans d'autres formes de réalisation de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Tube à rayons X à émission de champ possédant des moyens définissant une enveloppe sous vide, une anode montée à l'intérieur de l'enveloppe et un agencement cathodique également monté à l'intérieur de l'enveloppe et suffisamment espacé de l'anode pour être isolé électriquement de celle-ci, caractérisé en ce que l'agencement cathodique comprend plus de huit cathodes. 2. Tube à rayons X à émission de champ selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des cathodes comprend un réseau de vingt cinq aiguilles dont les pointes émettrices d'électrons sont espacées d'environ 0,21 à 0,29 cm de l'anode, les aiguilles de chacune des cathodes étant espacées les unes des autres d'environ 0,025 cm. 3. Tube à rayons X à émission de champ selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agencement cathodique comprend au moins douze cathodes.