Brevet FR2221809A1 — publié le 19741011

La présente invention concerne les tubes à rayons X prévus pour l'utilisation dans les microscopes à rayons X, ainsi que pour le fonctionnement dans les montages des appareils- à rayons X pour l'analyse spectrale sans cristal des éléments légers. On connaît des tubes à rayons X dont le rayonnement X mou, passant par la fenêtre de sortie en béryllium, est produit par des électrons, guidés par la cupule de focalisation, issus de la cathode à émission thermique et dirigés vers la pointe de l'anode en aiguille. Les inconvénients essentiels de ces tubes résident dans la distance considérable entre l'anode et la fenêtre de sortie (plus de i mm) et la disposition de la cathode à émission thermique près de la fenêtre, ce qui affecte le pouvoir séparateur au cours des études microscopiques aux rayons X et réduit la transparence de la fenêtre de sortie par suite du dépôt par vaporisation du matériau de la cathode sur la fenêtre. Le but de la presente invention est de remédier aux in convénients mentionnés ci-dessus. Dans cette invention, on se propose de mettre au point un tube à rayons X, avec distance exceptionnellement réduite entre le foyer du tube et la fenêtre de sortie, en supprimant toute possibilité de dépôt par vaporisation de la substance de cathode sur la surface intérieure de la fenêtre de sortie, qui dispose d'un pouvoir séparateur élevé au cours des études par microscope aux rayons X suivant la methode des projections et d'une intensité élevée des rayons X mous provenant du tube, et qui permette de simplifier la technologie de montage des élé- ments du tube au cours de sa fabrication. Le problème posé est résolu par le fait que, dans le tube à rayons X, où les électrons, émis par la cathode à émission thermique concentrique par rapport à 11 anode, sont focalisés sur cette dernière par l'intermédiaire d'une cupule de focalisation engendrant les rayons X passant par la fenêtre de sortie en béryllium, conformément à l'invention, il est prévu un écran conducteur de courant électrique, soumis à un certain potentiel négatif par rapport à la cathode, et disposé de telle façon qu'il sépare électriquement l'anode avec cathode de la fenêtre de sortie en béryllium, en évitant de cette façon les dépôts par vaporisation du matériau de la cathode sur cette fenôtre, ainsi qu'en assurant une focalisation supplémentaire des électrons sur l'anode. Il est avantageux que l'écran conducteur soit raccordé électriquement à la cupule de focalisation. Il serait en outre préférable que 1écran conducteur soit en plus raccordé électriquement à la fenêtre de sortie en béryllium. Une telle exécution du tube à rayons X faisant l'objet de la présente invention assure lwobtention d'un champ électrique, formant un faisceau focalisé d'électrons de forme plate qui permette de réduire l'intervalle entre le foyer et la fenêtre de sortie du tube, ainsi que de protéger la fenêtre contre la contamination par les produits de l'évaporation cathodique. Ltapplication des tubes à rayons X proposés à des microscopes à rayons X du type à projection permet d'élever diun ordre de grandeur le pouvoir séparateur du microscope (le pouvoir de diffraction augmente avec la réduction de la distance entre le foyer et l'objet à étudier), et de réduire simultanément la durée d'exposition au cours de la photographie des radiogrammes, aussi bien par réduction de la distance totale entre la source et la plaque (film) photosensible -(en gardant un grand grossissement)-, que grace à la transparence élevée de la fenêtre pendant une période de fonctionnement prolongée du tube. Une réalisation concrète de l'invention est expliquée par la description d'exemples d'exécution pratiqués et par les dessins annexés, sur lesquels la figure 1 représente le tube à rayons X selon l'invention avec écran conducteur raccordé électriquement à la cupule de focalisation (coupe longitudinale) la figure 2, une autre version d'exécution de ce même tube à rayons X (coupe longitudinale) ; la figure 3, le tube à rayons X selon l'invention avec un écran conducteur raccordé électriquement à la cupule de focalisation et à la fenêtre de sortie en béryllium (coupe longitudinale) la figure 4, une autre version d'exécution de ce tube à rayons X (coupe longitudinale). Le tube à rayons X conforme à l'invention comporte dans un corps 1, une cathode émission thermique 2 (fig. 1) concentriquement disposée par rapport à une anode 3 et émettant vers l'anode 3 des électrons focalisés par une cupule de focalisation 4, disposée autour de cette dernière et produisant des rayons X mous. Ces derniers passent par la fenêtre de sortie en béryllium 5. La surface d'émission de la cathode 2 est disposée autour de la bordure de service de la cupule de focalisation, au même niveau que cette dernière.Dans le corps 1 se trouve également un écran conducteur 6 soumis à un certain potentiel négatif, par rapport à la cathode 2, et dispose de façon à séparer électriquement l'anode 3, avec la cathode 2, de la fenêtre de sortie en béryllium 5, en protégeant ainsi cette dernière contre les dépôts par évaporation du matériau de la cathode 2 et en assurant une focalisation supplémentaire des électrons sur l'anode 3. écran cpnducteur 6 est raccordé électriquement à la cupule de focalisation 4 et constitue une mince enveloppe en matériau absorbant faiblement les rayons X mous, mais conduisant suffisamment bien le courant électrique. L'enveloppe est exécutée sous forme d'une cuvette cylindrique dont le fond, orienté vers la fenêtre 5, dispose d'un orifice 7 pour le passage des rayons X. Le-diamètre de l'orifice 7 est choisi d'après les conditions de protection de la partie de service de la fenêtre de sortie 5 du tube contre la projection des flux directs de vapeur du matériau de la cathode sur la fenêtre de sortie 5. L'enveloppe ou écran 6 peut être également exécutée sans orifice dans le fond. Anode 3 est réalisée sous forme d'une aiguille effilée en matériau conducteur. L'angle d'affûtage et le rayon d'arrondissement de la pointe de l'aiguille sont choisis d'après les conditions de focalisation des électrons. -ta cathode 2 est constituée par un tore en matériau a' haut pouvoir d'émission thermique des électrons. Le diamètre du tore est également choisi d'après les conditions de focalisation des électrons La cupule de focalisation 4 est exécutée sous forme d'un cylindre métallique creux coaxialement disposé par rapport à l'anode 3 et à la cathode. 2. La face de la cupule 4 se trouve alors au niveau du sommet de l'aiguille, le diamètre de sa surface intérieure est supérieur à celui de l'anode 3, tandis que le diamètre de sa surface extérieure est inférieur à celui de la cathode 2. La fenêtre de sortie 5 est exécutée sous forme d'un disque mince en béryllium raccordé, d'une façon étanche au vide, au corps 1 du tube à l'endroit où est ménagé l'orifice 8. Le corps du tube 1 est exécuté à partir d'une ampoule de verre à parois minces, étanche au vide, assurant la fixation de tous les éléments de la source de radiation, l'isolement électrique mutuel des éléments et la sécurité de radiation du tube dans l'espace, au-delà des limites du faisceau de rayons qui en sort. La version d'exécution décrite du tube à rayons X est prévue pour les études microscopiques aux rayons X. La version d'exécution du tube à rayons X suivant la figure 2, prévu pour 1'analyste spectrale sans cristal aux rayons X des éléments légers, est constructivement exécutée d'une façon analogue à la version d'exécution du tube à rayons X conforme à la figure 1. La différence réside en ce que l'anode 9 (fig. 2) est exécutée sous forme d'une tige cylindrique à face plane orientée vers la fenêtre de sortie 5. Dans la version d'exécution du tube à rayons X représenté sur la figure 3, qui est également prévu, de même que celui de la figure 1 pour les études microscopiques aux rayons X, l'écran conducteur 10 est raccordé en supplément à la fenêtre de sortie en béryllium 11. A cet effet, la face 12 du corps 13 est exécutée en matériau conducteur de courant. Dans -ce cas, l'écran 10 est en forme de cylindre enveloppant l'anode 3 et la cathode 2. Dans la face 12 est percé un trou 14 de forme cylindrique dans lequel est soudée la fenêtre de sortie en béryllium 11. La version d'exécution du tube à rayons X suivant la figure 4 est également prévue, de même que celui de la figure 2 pour l'analyse spectrale sans cristal aux rayons X des éléments légers et sa conception est analogue à celle du tube à rayons X de la figure 3. La différence réside dans le fait que l'anode 9 (fig. 4) est exécutée sous forme d'une tige cylindrique avec face plane orientée vers la fenêtre de sortie 11. Le principe de fonctionnement du tube à rayons X conforme à l'invention est le suivant. Les électrons émis par la cathode à émission thermique 2 (fig. I à 4) sont dirigés, sous l'action du champ d'accéléra tion engendré, lors de l'application d'un potentiel positif issu d'un générateur à haute tension (non représenté sur le dessin) à l'anode 3 ou 9, vers le sommet (face) de l'aiguille de l'anode 3 ou 9, en excitant les rayons X (conventionnellement représentés sur les figures en pointillés et désignés par la référence 15). La présence de charges négatives à la surface de l'écran conducteur 6 ou 19 et de la cupule de focalisation 4 (en y appliquant une polarisation négative ou grâce à la charge statique conditionnée par les électrons dissipés) engendre, entre les surfaces considérées, un champ électrique dont la configuration assure la focalisation des électrons au sommet (face) de l'aiguille d'anode 3 ou 9. En présence d'une telle configuration du champ électrique, le flux d'électrons prend la forme d'un entonnoir évasé avec un angle important. La dimension du foyer, l'efficacité d'utilisation des électrons d'émission thermique et la composition spectrale des rayons X émis 15 dépendent des paramètres électriques et géométriques de fonctionnement du tube. Les rayons X 15 sortent du tube par la fenêtre de sortie en béryllium 5 ou 11 en formant un faisceau conique divergent. Ltécran conducteur 6 ou 10 assure la formation du champ électrique nécessaire à la focalisation des électrons et il protège également la surface intérieure de la fenêtre de sortie 5 ou 11 contre les dépôts dus à l'évaporation du matériau de la cathode 2. Comme il a été décrit auparavant, l'écran conducteur 6 ou 10 peut être raccordé électriquement soit a' la cupule de focalisation 4, soit en supplément à la fenêtre de sortie 11, ce qui assure la focalisation supplémentaire nécessaire des électrons sur l'anode 3 ou 9. Cependant, si le tube à rayons X conforme aux figures 3 et 4 n'est pas sans danger du point de vue électrique, dans la zone de la fenêtre de sortie 11, il est notablement plus simple à exécuter. Le tube à rayons X faisant l'objet de la présente invention assure un pouvoir séparateur élevé aux études microscopiques aux rayons X suivant la méthode de projection, tout en maintenant une intensité et une composition spectrale invariables des rayons X mous produits, et il dispose également d'une efficacité d'utilisation élevée de la cathode à émission thermique des électrons, ce qui est particulièrement apprécié dans le domaine des études microscopiques aux rayons X et de l'analyse spectrale sans cristal aux rayons X des éléments légers. Le tube est d'une exécution très simple et ses dimensions ne sont pas supérieures à celles d'un tube radio miniaturisé. Le tube devient particulièrement commode dans l'application aux différents domaines de la technique et de la science, du fait qu'il ne nécessite aucun appareil complexe pour son alimentation. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Tube à rayons X dans lequel les électrons produits par la cathode à émission- thermique,. concentriquement disposés par rapport à l'anode, sont focalisés sur cette dernière par une cupule de focalisation, en engendrant des rayons X passant par une fenêtre de sortie en béryllium, caractérisé par le fait qu'il est doté d'un écran conducteur de courant, soumis à un certain potentiel négatif par rapport à la cathode, et disposé de façon à séparer électriquement l'anode avec cathode de lafenêtre de sortie en béryllium, en assurant de cette façon la protection de cette dernière contre le dépôt, par évaporation du matériau de la cathode, ainsi que la focalisation supplémentaire des électrons sur l'anode. 2.-Tube à rayons X suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'écran conducteurest raccordé électriquement à la cupule de focalisation. 3. Tube à rayons X suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que l'écran conducteur est raccordé électriquement en supplément à la fenêtre de sortie en béryllium.