Brevet FR2214183A1 — publié le 19740809

La présente invention se rapporte aux éclateurs et, plus particulièrement, à un éclateur à trois électrodes à longue durée de vie. Des éclateurs à trois électrodes possédant deux électrodes espacées définissant un espace d'éclatement dans un chemin conducteur et une électrode de déclenchement située à proximité de cet espace sont bien connus. Pour ces éclateurs de l'art antérieur, les électrodes sont disposées dans un bottier fermé hermétiquement et renfer ruant une atmosphère inerte, telle qu'unie atmosphère à 8C d'hydrogène et 20% d'argon, à une pression soigneusement déterminée, telle que 0,35 Torr. Même s'il est coûteux et-incommode de placer les électrodes dans une telle atmosphère, la croyance est répandue qu'il s'agit là d'une mesure nécessaire pour donner à l'éclateur une longue durée de vie et des. caractéristiques uniformes de fonctionnement pendant toute la durée de vie de l'éclateur.La croyance est ainsi répandue, d'une part, qu'il est nécessaire de prévoir un bottier hermétiquement clos afin d'empocher les variations atmosphériques, comme les variations de pression de l'air et les variations d'humidité, de faire varier le potentiel qui doit être maintenu entre l'espace d'éclatement sans provoquer de décharges parasites entre les élec- trodes et de faire varier la tension qui est appliquée à 11 électrode de déclenchement pour amorcer le fonctionnement de l'éclateur et, d'autre part, qu'il est nécessaire d'introduire dans le boîtier hermétiquement clos une atmosphère inerte afin d'empêcher des réactions entre les électrodes et les gaz qui les entourent qui seraient susceptibles d'altérer les électrodes et de modifier les caractéristiques de fonctionnement de l'éclateur et, ainsi, de limiter sa durée de vie. I1 a été constaté lors d'essais qu'il existe de grandes variations de fonctionnement et de durée de vie d'éclateurs apparemment identiques de type étanche selon l'art antérieur. Des modifications des caractéristiques de fonctionnement ainsi que des pannes complètes se sont produites pour différents éclateurs après des temps d'utilisation largement différents. Des impulsions d'environ 10 000 volts ont été appliquées à des éclateurs dont l'espace d'éclatement était d'environ un demi eentimètre et il a été constaté que tandis qu'occasionnellement un éclateur était capable de supporter jusqu'à 90 000 impulsions avant de tomber en panne, beaucoup de pannes complètes survenaient après seulement 30 000 impulsions. Selon la présente invention, il est prévu un éclateur à trois électrodes qui présente une durée de vie plus longue que les,éila- teurs à trois électrodes de l'art antérieur et qui diffère de ces derniers en ce que les électrodes sont disposées dans l'air au lieu d'être disposées dans un boîtier hermétiquement clos renfermant une atmosphère inerte. Un certain nombre d'éclateurs identiques à ceux décrits ci-dessus excepté que leurs électrodes étaient disposées dans l'air au lieu de l'entre dans une atmosphère inerte ont été essayés dans des conditions identiques à celles mentionnées ci-dessus et il a été constaté qu'ils présentaient des caractéristiques de fonctionnement stables et une durée de vie utile bien au-delà de 100 000 impulsions. Un éclateur est représenté ioi dans un système générateur de rayons X possédant un tube à rayons X à émission de champ et un générateur en spirale pour alimenter le tube L'éclateur est connecté entre les feuilles conductrices du générateur en spirale et, lorsqu'il est déclenché, il court-circuite les feuilles conductrices et amorce la propagation d'une onde mobile qui permet au générateur de procurer au tube à rayons X une haute tension d'entrée. Un générateur en spirale est généralement chargé à environ 7 000 à 10 000 volts avant d'être déclenché, de sorte que, lors de son déclenchement, une impulsion de cette tension traverse l'éclateur. L'éclateur selon l'invention constitue un dispositif de déclenchement efficace dans un tel système et il a été constaté qu'il présentait des caractéristiques de fonctionnement uniformes pendant toute sa durée de vie.Des variations atmosphériques n'ont pas provoqué de décharges parasites en l'absence d'un signal de déclenchement à l'éclateur et la tension de déclenchement de l'éclateur est restée constante pendant toute la durée de vie de ce dernier. D'autres objets et caractéristiques de la présente invention apparattront 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 Figure 1 est une vue schématique de c8té d'un éclateur à trois électrodes dont les électrodes sont disposées dans l'air la Figure 2 est une vue en coupe de deux des électrodes de l'éclateur représenté à la Figure 1 ; et la Figure 3 est une représentation schématique d'un système.géné- rateur de rayons X possédant un éclateur selon la Figure 1 qui est connecté pour déclencher le fonctionnement dsun générateur en spi- raie destiné à alimenter un tube à rayons X à émission de champ. En se reportant maintenant à la Figure t, on y voit un éclateur 10 possédant deux plaques tirculaires de base 12 et 14 qui portent des électrodes 16, 18 et 20. Les plaques 12 et 14 sont reliées par des colonnes isolantes 22, au lieu de l'être par une enyeloppe cylindrique comme il était de règle dans les éclateurs similaires de l'art antérieur, et, par conséquent, les électrodes .16, 18 et 20 sont disposées dans l'air. Les colonnes 22 sont d'une longueur telle qu' il en résulte un espace d'éclatement 26 entre l'électrode 16 et les électrodes 18 et 20. Les électrodes 16 et 18 sont destinées à être connectées aux bornes d'une charge électrique. L'électrode 20 constitue une électrode de déclenchement destinée à amorcer une décharge entre les électrodes 16 et 18a Comme il apparat de la Figure 2, l'électrode de déclenchement 20 est séparée de l'électrode 18 par un fourreau isolant 28. Les électrodes 16, 18 et 20 sont en une substance choisie pour ses caractéristiques électriques et physiques en présence de forts courants, de hautes tensions et de températures élevées. Pour la forme de réalisation représentée, les électrodes 16 et 18 sont en tungstène mélangé à de l'aluminate de baryum en raison des hautes énergies mises en Jeu lors de la décharge et du fait que le tungstène présente un point de fusion très élevé.L'aluminate de baryum est mélangé au tungstène afin d'accroitre la capacité d'émission électronique. L'électrode de déclenchement 20 est en molybdène en raison de ses propriétés électriques et de dilatation thermique. D'autres. substances acceptables et communément utilisées pour des électrodes sont-le molybdène, le thorium, l'aluminium, le baryum, le tungstène, le tungstène thorié et des mélanges de ces substances. La différence de potentiel maximale qui peut être maintenue entre les électrodes 16 et 18 sans provoquer de décharges parasites entre ces électrodes et l'amplitude de la tension impulsionnelle qui doit être appliquée à l'électrode 20 pour amorcer le fonctionnement de l'éclateur sont déterminées, au moins en partie, par la taille de l'espace itéclatement. Pour la forme de réalisation représentée, cet espace présente une longueur d'environ un demi centimètre et l'élec- -trode 20 ne se prolonge que légèrement au-delà de l'électrode 18, comme par exemple de un dixième de centimètre ou moins. Pour de telles valeurs, une différence de potentiel de l'ordre de 10 000 volts peut entre maintenue entre les électrodes 16 et 18 sans provoquer de décharges parasites et l'éclateur peut être déclenché par une tension impulsionnelle d'environ volts qui est appliquée à l'électrode 2t. la Figure 3 représente l'utilisation de l'éclateur 10 dans un dispositif générateur d'impulsions de rayons X 30. Le dispositif 30 comprend un générateur en spirale 32 branché de manière à appliquer des impulsions d'énergie électrique à haute tension à un tube à rayons X à émission des champ 34. Le générateur en spirale 32 est formé de deux feuilles conductrices 36 et 38 qui sont isolées électriquement l'une de l'autre par des feuilles isolantes, par exemple en polyester, et qui sont bobinées pour constituer le générateur 32. Les feuilles isolantes, comme il est de-règle dans la représentation de générateurs en spirale, ne sont pas représentées afin d'éviter de compliquer inutilement le dessin. Le tube à rayons X 34 est connecte entre les extrémités opposées de l'une des feuilles conductrices du générateur 32 afin de recevoir les impulsions de haute tension produites par ce générateur. Une source d'alimentation 40 est connectée aux feuilles conductrices 36 et 38 du générateur 32 afin de fournir à ce dernier une tension de charge et, ainsi, d'établir une différence de potentiel entre les feuille-s conductrices. L'éclateur 10 est branché entre les feuilles conductrices 36 et 38 en vue de déclencher le fonctionnement du générateur 32. L'électrode de déclenchement 20 de l'éclateur 10 est branchée aussi à la source d'alimentation 40 pour recevoir de celle-ci des impulsions de déclenchement à travers une résistance 42. En fonctionnement, un potentiel de charge est fourni par la source 40 au générateur 32 afin d'établir une différence de potentiel de l'ordre de 7 000 à 10000 volts entre les feuilles conductrices 36 et 38. Afin de produire une impulsion de rayons X, une tension impulsionnelle est fournie par la source 40 à l'électrode de déclenchement 20 de l'éclateur 10. Cette impulsion engendre une zone ionisée entre l'électrode de déclenchement 20 et l'électrode 16. Cependant, la résistance 42 limite l'intensité du courant allant à l'électrode de déclenchement 20 de sorte que l'arc de la zone ionisée cherchant le chemin de moindre résistance saute sur l'électrode 18 et que les feuilles conductrices 36 et 38 du générateur 32 se trouvent court-circuitées par cet arc.Une décharge complète à travers l'éclateur 10 de la différence de potentiel de l'ordre de 7 000 à 10 000 volts qui a été établie entre les feuilles conductrices 36 et 38 se produit en environ une milliseconde. la décharge ou le déclenchement de l'éclateur 10 amorce la propagation d'une onde mobile entre les feuilles conductrices 36 et 38 qui permet au générateur 32 de délivrer au tube à rayons X 34 une tension qui augmente alors que l'onde se propage entre les spires du générateur 32. Cette tension peut atteindre une valeur de l'ordre de 100 000 volts ou davantage selon le nombre de spires formant le générateur- 32. En réponse à cette tension, le tube à rayons X produit une impulsion de rayons X. Le bref intervalle de temps pendant lequel l'éclateur produit la décharge permet à 11 onde mobile de présenter un front raide et bien défini qui, à son tour, permet de rendre maximale énergie des rayons X ainsi que leur faculté de pénétration. Bien que dans un but d'explication de l'invention une forme de réalisation particulière de celle-ci ait été représentée et décrite, il doit être entendu que divers changements ou modifications évidents à tout homne de l'art peuvent y être apportés sans s'écar- ter pour cela de l'esprit de l'invention ni sortir de son domaine. P3VEEDICATIONS 1. Eclateur à longue durée de vie destiné à transmettre de brèves impulsions d'énergie électrique à haute tension, caractérisé en ce qu'il comprend * deux électrodes principales disposées dans l'air et espacées l'une de l'autre par un espace d'éclatement de longueur suffisante pour empêcher une différence de potentiel prédéterminée entre ces électrodes de provoquer des décharges parasites entre celles-ci ; et une électrode de déclenchement destinée à ioniser cet espace de déclenchement pour engendrer l'amorçage de la transmission d'énergie électrique entre les deux électrodes principales, l'air entourant les électrodes permettant à cet éclateur de posséder une longue durée de vie. 2. Eclateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est adapté à transmettre des impulsions d'énergie électrique de l'ordre de 10 000 volts, et en ee que l'espace d'éclatement possède une longueur. d'environ un demi centimètre qui est suffisante pour empêcher une différence de potentiel de l'ordre de 10 000 volts entre les deux électrodes principales de provoquer la transmission d'énergie électrique entre ces électrodes avant le déclenchement de l'éclateur, cette longueur de l'espace d'éclatement permettant en outre la décharge de ladite .différence de potentiel à travers cet espace en un bref intervalle de temps de l'ordre de une milliseconde lors du déclenchement de ltéclateur. D éclateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est adapté à coopérer avec un système générateur de rayons X comprenant : un générateur en spirale de haute tension formé de deux feuilles conductrices enroulées en spirale, une source d'alimentation destinée à charger le générateur en spirale et un tube à rayons X connecté à ce générateur, les deux électrodes principales étant connectées entre les feuilles conductrices du générateur en spirale afin de court-circuiter celles-ci lorsque l'électrode de déclenchement provoque l'ionisation de l'espace d'éclatement, per -mettant ainsi au générateur en spirale d'adresser au tube à rayons X une tension d'excitation très élevée.