Brevet FR2242775A1 — publié le 19750328

La présente invention concerne des anodes tournantes pour tubes radiogènes et des tubes radiogènes 8 anode tournante comportant une telle anode. Elle a trait, plus particulièrement, à des anodes tournantes ayant un support en graphite recouvert, au moins sur la piste focale, par une couche de métal réfractaire radiogène et permettant une bonne évacuation par rayonnement de la chaleur engendrée par le bombardement de la piste focale par le faisceau d'électrons rapides provenant de la cathode, ainsi que des vitesses de rotation élevées du fait du poids spécifique moindre du graphite par rapport à dlau- tres matériaux réfractaires tels que le tungstène ou le molybdène entre autres. Il est bien connu d'utiliser le graphiteocomme support réfractaire d'anode de tubes radiogènes à anode fixe et meme à anode tournante, car celui-ci présente des propriétés thermiques très intéressantes par rapport aux autres matériaux réfractaires proposés comme support d'anode, notamment une très grande chaleur spécifique (0t12 cal.g 1.oO 1 à 200C et 0,45 cal.g-1. C-1 à 1200 C) et un coeffiaient de rayonnement se rapprochant de celui du corps noir. Sur ce support anode en graphite on dépose (soit par pyrolyse, ctest-à- dire en phase gazeuse ou vapeur, soit par électrolyse ou la méthode des sels fondus, par exemple) une couche en matériau réfractaire à nombre atomique élevé servant de cible.Il a également été proposé de déposer sur le corps en graphite une couche intermédiaire relativement mince d'un matériau réfractaire non carburant tel que le rhénium (Re) ou ltiridium (Ir) ou carburant, tel que le carbure d1haf- nium (rif) ou de tantale (Ta) par exemple, cette couche étant ensuite recouverte d'une couche émettrice de rayons X en un métal réfractaire tel que le tungstène (W). Dans son addition N 93.507 du 28 Mars 1967 au-brevet français N 1.148.708 du 30 Mars 1956, la Demnnderesse a proposé l'application d'un graphite à structure très fine obtenu par compression et cuisson h densité relativement élevée et à porosité ouverte réduite, c'est-è dire d'une matière pseudo-vitrifiée, présentant en outre un coefficient de dilatation très voisin de celui des métaux réfractaires (W,Re) devant constituer la couche émettrice de rayons X. Toutefois, m8me les meilleurs graphites utilisés actuellement présentent une très faible conductivité thermique, de l'ordre de 0,051 W. cm-1. O 1. . De ce fait l'évacuation de la chaleur du point dtimpact du faisceau d'électrons et de la couronne focale vers la masse de l'anode en graphite est relativement faible et, à des puissances élevées (courant anodique), il se produit des gradients de température-importants pouvant endommager l'anode. La présento invention permet de remédier b ce défaut et d'utiliser plus pleinement le coefficient de rayonnement élevé du graphite pour augmenter la puissance du tube radiogène. Suivant l'invention, une anode tournante pour tube radiogène comportant un support en forme de disque recouvert, au moins sur une couronne dite focale située en regard de la cathode, par une couche en matériau émetteur de rayons X est principalement caractérisée par le fait que ledit support est réalisé, au moins dans sa partie en regard de la cathode, en un matériau appelé pseudo-monocristal de graphite obtenu, de manière connue en soi, par compression et cuisson de pièces en graphite pyrolytique, ce matériau comportant des plans dé conductivité thermique et électrique accrue, perpendiculaires à la direction de la croissance du graphite pyrolytique, et par le fait que les plans de conductivité accrue sont orientés perpendiculairement à l'axe de 11 anode. la présente invention a également pour objet un tube radiogène comportant une anode tournante décrite ci-dessus et caractérisé par le fait que la cathode est disposée en regard de la paroi latérale cylindrique de l'anode, la trajectoire des électrons émis étant de ce fait essentiellement parallèle aux plans de conductivité accrue, c' est-à-dire perpendiculaire à l'ase de 1' anode. L'invention sera mieux comprise et d'autres de ses caractéristiques et avantages apparaitront à l'aide de la description ci-après, donnée à titre d'exemple, et des dessins annexés s'y rapportant, sur lesquels la Figure 1 représente schématiquement en coupe une anode tournante de forme classique, conforme à l'invention la Figure 2 représente en coupe un mode de réalisation préféré d'une anode tournante selon l'invention, dont la forme est adaptée aux propriétés particulières du graphite utilisé la Figure 3 représente en coupe un autre mode de réalisation d'une telle anode ; et la Figure 4 représente un tube radiogène comportant une anode selon les Figures 2 ou 3. Sur la Figure 1 on a représenté en coupe une anode tournante de forme classique, où le support d'anode t sous forme de disque en graphite comprend une paroi latérale tronconique 2 portant une couche 6 de matériau émetteur de rayons I, éventuellement par l'intermédiaire d'une autre couche 5 en matériau réfractaire, qui sera dite couche intermédiaire. Le support 1 comporte en outre un trou cylindrique 4 central permettant son montage sur l'arbre (21 ,Figure 4) du rotor (22, Figure 4). Suivant l'invention, le support d'anode I est réalisé en un mat6- riau appelé pseudo-monocristal de graphite qui est fabriqué à partir dùne ou plusieurs plaques ou disques de graphite pyrolytique (pyro- carbone) par compression unidirectionnelle et cuisson (2000 à 3000 kgZcm2 au dessus do 300O0K). Cette compression effectuée dans le sens de l'axe c des cristallites de graphite (indiqué par une flèche sur la Figure 1), c'est-à-dire parallèlement à la direction de croissance du graphite pyrolytique,a pour effet de réaliser un alignement quasiparfait des cristallites dans des plans perpendiculaires à cet axe c, c1est-à-dire parallèles à leurs axes a. Un tel pseudo-monocristal de graphite présente des propriétés proches à celles du graphite cristallin parfait,xa densité étant d'en- viron 2,25,ainsi qu'une anisotropie notable des propretés mécaniques, thermiques et électriques.La conductivité thermique d'un tel peoudo- monocristal de graphite est 20W.cm-1. C-1 dans le sons des plans "a" et 0,07 W.cm 1. C 1 dans le sens de l'axe c, sa résistivité électrique étant dans le plan a d'environ 4.10-7#.m et dans le sens c de 0,24 à 0,50.10-2#.m. Afin de bénéficier au maximum de cette aniao- tropie de la conductivité thermique et électrique,les disques en monocristaux de graphite formant le support d'anode 1 doivent entre orientés de manière à rendre les plans a (indiqués par des hâchures horizontales sur les Figures t, 2 et 3) perpendiculaires à l'axe de l'anode 3. Ceci a pour effet une évacuation rapide de la chaleur produite sur la couronne focale et une chute de tension d'électrode dans la masse de l'anode réduite par rapport au graphite utiliaé dans l'art antérieur (voir addition précitée). Il est à remarquer que des résultats comparables peuvent 8tre obtenus en utilisant des fibres de graphite agglomérées par frittage à 30000C environ, pouvant faire rappel à un liant constitué par de la poudre de graphite ou de métaux réfractaireB, tels que le rhénium ou le tungstène. Il est également possible de ne placer les fibres de graphite agglomérées que sous la couronne focale sur un support en un matériau réfractaire par frittage, tel que le graphite de l'addition précitée, ou par dépôt en phase vapeur. Le coefficient de dilatation d'un tel graphite est environ 28,55.10 6 dans le sens de l'axe c, et environ 0,4.10-6 dans les plans a. Qr, la plupart des métaux réfractaires, par exemple le tungstène, présentent un coefficient de dilatation de 4,5ê10 , ce qui exclut le dépit de couches épaisses de matériau émetteur de rayons X directement sur le disque en pseudo-monocristal de graphite. Pour obtenir une bonne tenue mécanique aux contraintes thermiques, la couche radiogène 6 (de tungstène, par exemple) doit être mince, c' est-à-dire d'une épaisseur de l' ordre d'une dizaine de microns. On a recours alors soit au dépôt de couches relativement minces de tungstène directement sur le disque en graphite, soit à l'utilisation de couchea intermédiaires 5 pouvant avoir une bonne liaison chimique avec le graphite et permettant d'éviter la carburation du matériau réfractaire émetteur de rayons X. Ba couche intermédiaire peut strie choisie, de manière connue, dans des matériaux non carburables comme le rhénium (Re) ou l'iridium (Ir), ou dans des carbures saturés ou non, des oxydes, nitrures, borurea ou siliciures de niobium (Nb), d'hafnium (Hf) do zirconium (Zr), de titane (Ti) ou de tantale (Ta), par exemple. Le faisceaud'électrons émis par la cathode (non représentée sur la Figure 1) et accéléré par le champ électrique entre la cathode et l'anode, se déplace dans le sens de la flèche F, et frappe 11 anode sous un angle prédéterminé par rapport à la surface de la couche radiogène 6 et perpendiculairement aux plans a présentant une conductivité thermique et électrique accrue, donc dans un sens peu favorable, la conduction des calories s'effectuent cependant parallèlement au plan a. Dans un mode de réalisation préféré, particulièrement adapté à ce pseudo-monocristal de graphite, illustré par la Figure 2, le support d'anode i se présente sous la forme d'un disque cylindrique dont la paroi latérale portant la couronne focale est perpendiculaire aux plans a. Dans ce cas, la trajectoire des électrons, indiquée par la flèche X, est perpendiculaire à la paroi latérale et, de ce fait, parallèle aux plans a de conductivités thermique et électrique maximals. Sur la Figure 3, on a représenté une variante du mode do réalisation de la Figure 2 dans lequel le support d'anode comprend uno partie périphérique annulaire 11 en pseudo-monocristal de graphite et une partie centrale cylindrique 12 en un matériau réfractaire entourée par cette partie annulaire il, dont le pourtour extérieur est recouvert de couches intermédiaire 5 et émettrice 6. Ia Figure 4 représente une vue latérale d'un tube radiogène comportant une anode illustrée par les Figures 2 ou 3. ae tube comprend une enveloppe en verre 20, un rotor 22 porte par un arbre 2f qui sur son extrémité libre porte l'anode. La cathode composée d'un filament 23 et d'un écran en forme de capuchon 24 est portée par une traversée scellée dans le fond d'un queusot 26 excentrique par rapport i 11enveloppe. La cathode 23 est disposée en regard de la paroi latérale cylindrique de l'anode. Xfinvention est utilisable surtout dans la réalisation des tubes radiogènes de grande puissance. - REVENDICADIONS I - Anode tournante pour tube radiogène comportant un support (1) en forme de disque recouvert, au moins sur une couronne dite piste focale située en regard de la cathode, par une couche en mat4- riau émetteur de rayons X (6), caractérisée par le fait que ledit support est réalisé, au moins dans sa partie en regard de la cathode, en un matériau appelé pseudo-monocristal de graphite obtenu, de ma libre connue, par compression et cuisson de pièces en graphite pyrolytique, ce matériau comportant des plans de conductivité thermique et électrique accrue (a) perpendiculaires d la direction (c) de la croissance du graphite pyrolytique, et par le fait que les plans de conductivité accrue sont orientés perpendiculairement à l'axe do l'anode (3). 2 - Anode tournante suivant la revendication 1, caractérisée par lo fait qu'elle est réalisée en forme de cylindre, dont la paroi latérale -comporte la couronne focale. 3 - Anode tournante suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comporte, entre la couche émettrice (6) et la paroi latérale qui la porte, une couche intermédiaire (5) en un matériau réfractaire. 4 - Anode tournante suivant la revendication 3, caractérisée par le fait que le matériau constituant la couche intermédiaire (5) a été choisi dans la classe des carbures, oxydes, nitrures, borures et siliciures faisant une bonne liaison chimique avec le graphite. 5 - Anode tournante suivant la revendication 4, caractérisée par le fait que lesdits carbures, oxydes, nitrures, borures et s ciures sont ceux de niobium, d'ha9nium, de zirconium, de titane ou du tantale. 6 - Tube radiogène comportant une anode tournante suivant la revendication 2 ou suivant l'une des revendications 3 à 5 telles que rattachées à la revendication 2, caractérisé par le fait que la ca- thode (23, 24) est disposée en regard de la paroi latérale cylindrique de l'anode (1), la trajectoire des électrons émis étant de ce fait essentiellement parallèle aux plans (a) de conductivité accrue, c'est-à-dire perpendiculaire à l'axe de l'anode.