Brevet FR2221808A1 — publié le 19741011

la présente invention concerne un tube à émission X à cathode froide et un appareil à rayons X produits par de tels tubes. Les tubes à cathode froide connus émettent fréquemment non seulement des rayonnements X mais également des rayonnements d'électrons rétrodiffusés. Dans certains cas cette émission d'électrons rétrodiffusés, en favorisant l'excitation des grandes longueurs d'ondes X, est considérée comme un avantage mais entache toutefois d'une élévation importante de température de l'échantillon irradié et d'une dégradation en surface de celui-ci. D'ailleurs ces tubes connus ne pouvaient être utilisés ni en diffraction ni en microradiographie. En outre ces tubes ont souvent une cible ou une anode fixe, difficilement démontable qui les rend propres à émettre un seul spectre, déterminé par la nature de la matière constituant cette anode. I1 en résulte qu'à chaque changement de spectre, on est obligé de changer de tube. Par conséquent il est malaisé de concevoir un appareil à rayons X utilisant plusieurs spectres à moins qu'on ne se résigne à une perte de temps non négligeable dans le changement de tubes. On constate également que les tubes à émission X connus ont fréquemment une ouverture d'émission de rayonnements orientée latéralement par rapport à leur axe.Dans certains cas d'utilisation de ces tubes, une telle orientation de llouverture d'émission de rayonnements constitue plu-l;at un inconvénient qu'un avantage. la présente invention a pour but d'éviter les inconvénients rappelés ci-dessus des tubes à émission X et de permettre de réaliser non seulement un tube perfectionné, émettant en bout, avec une plage assez large de rayonnements X pratiquement monochromatiques, mais également un excellent appareil à rayons X tel qu'un appareil d'analyse par fluorescence X, un appareil d'analyse diffractométrique, un appareil de microradiographie. Un tube à émission X conforme à l'invention, pourvu d'une cathode froide concentrique, reliée à la borne négative d'une source électrique à haute tension et d'une anode montée, face à cette cathode, et branchée à la borne positive de cette source électrique à haute tension, est caractérisé en ce qu'il comprend une ouverture en bout permettant une émission axiale de rayonnements X et au moins une anode lamelliforme en métal, maintenue dans cette ouverture coaxialement avec cette cathode froide et perpendiculairement à l'axe de ladite cathode. Un appareil à rayons X conforme à l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un tube à émission X, perfectionné ci-dessus. Pour mieux faire comprendre l'invention on en décrit ci-après, à titre indicatif un certain nombre d'exemples de réalisation, illustrés par des dessins ci-annexés dont la Figure 1 représente une vue schématique en coupe d'un tube à émission X à cathode froide conforme à l'invention ;- la Figure 2 représente une vue schématique d'un appareil d'analyse par fluorescence X pourvu d'un tube à émission X de la Figure 1. Un tube à émission X à cathode froide 1, conforme à l'invention comprend un corps tubulaire en métal 2 pourvu, à l'une de ses extrémités, d'un dispositif fixe porte-cathode 3 et d'une cathode concentrique 5, et à l'autre extrémité, d'une ouverture en bout permettant une émission axiale de rayonnements X, fermée par un dispositif mobile porte-anode 4 et d'une anode lamelliforme 6, coaxiale avec ladite cathode 5. La cathode 5 est constituée par une électrode en métal, de préférence en aluminium La cathode 5 est maintenue concentriquement dans le corps 2 du tube 1 et électriquement isolé de ce corps, par le dispositif fixe porte-cathode 3. Construit en matières relativement bonnes conductrices de la chaleur, le dispositif portecathode contribue à évacuer la chaleur dégagée par le tube 1. Dans le tube 1 la cathode 5 est entourée d'un écran tubulaire concentrique 7, en matière électriquement isolante, en silice de préférence. L'écran tubulaire 7 se prolonge au-delà de l'extrémité libre de la cathode 5 et occupe la presque totalité de la longueur du corps 2 du tube 1. L'anode 6 est constituée par une feuille en métal, d'une épaisseur de l'ordre de une ou plusieurs dizaines de microns. Blanode 6 est maintenue par un dispositif porte-anode 4, coaxialement avec la cathode 5 et le tube 1, et notamment perpendiculairement à l1axe commun de ces derniers. Le dispositif porte-anode 4 est se~on~l'in- vention, un cadre amovible, pourvu de une ou plusieurs anodes interchangeables de natures différentes, permettant d'opérer un changement facile d'anode dans le tube1,par conséquent, de donner à ce tube, à chaque changement d'anode, une émission de spectre X différent. Le dispositif porte-anode 4 est muni, de préférence dans le voisinage de l'anode 6, d'un moyen efficace de refroidissement tel que des canalisations 8 destinées à la circulation d'un fluide de refroidissement. Dans le tube 1, un vide primaire de l'ordre de 5.10 2 Torr est réalisé à travers une ouverture 9 au moyen d'un dispositif connu tel qu'une pompe à palettes, et maintenu constant par un dispositif connu à fuite automatique à travers une ouverture 10. L'étanchéité du tube 1 est assurée au niveau du dispositif porte-cathode 3 par des joints 11, 12, 13 et au niveau du dispositif porte-anode 4 par des joints 14, 15 par exemple. La cathode 5 est branchée à la borne négative d'une source électrique à haute tension RT réglable tandis que le corps 2 du tube, le dispositif porte-anode 4 et l'anode 6 sont reliés à la borne positive de cette source électrique à haute tension RU, par l'intermédiaire de la masse 16, par exemple (Figure 1). Quand le tube est mis sous tension, la cathode 5 émet des électrons. te flux as électrons schématiquement représenté dans la Figure 1 par des lignes 17 et 18, émis par la cathode 5 vient frapper la surface intérieure de l'anode 6. Il en résulte une production d'émission X vers l'intérieur du tube-i et par transmission, vers l'extérieur de ce tube. la radiation émise à travers l'anode 6 se compose surtout des raies caractéristiques du métal constituant cette anode, étant donné qu'un métal est peu absorbant pour sa longueur d'onde émise tandis que le rayonnement de fond continu ayant une autre longueur d'onde est très absorbé par ce métal suivant les lois bien connues de l'absorption d'un rayonnement I. Le spectre X transmis par l'anode 6 est de ce fait, pratiquement monochromatique. En changeant la nature du métal de l'anode 6, on change la longueur d'onde d'émission X du tube 1. En munissant le tube 1 d'un certain nombre d'anodes interchangeables de natures différentes, on donne à ce tube 1, à chaque changement d'anode, la possibilité d'émettre un spectre X différent. A titre d'exemples non limitatifs, l'anode 6 est constituée en argent, en cuivre ou en aluminium. Pour faciliter le changement des anodes interchangeables 6 d'un tube 1, le dispositif porte-anode 4 de l'exemple illustré dans la figure 1 est constitué par un disque métallique pouvant tourner autour d'un axe 19 et pourvu d'une part de plusieurs trous 20 régulièrement espacés angulairement servant de logements aux anodes 6 en métal de natures différentes et d' autre part de canalisations de refroidissement 8. le dispositif porte-anode 4 est guidé et appliqué contre les joints d'étanchéité 14 et 15 par des roulements à rouleaux 21 supportés par des bras 22. les anodes 6 sont soudées ou fixées par tout autre moyen dans les trous 20. Le dispositif porte-anode 4 peut être déplacé manuellement ou entratné dans sa rotation autour de son axe 19 par un moteur électrique non représenté ou tout autre système d'entrainement connu. Pour remplacer une anode 6 donnée par une anode déterminée du dispositif porte-anode 4 on fait tourner le dispositif porte-anode 4 et présenter à la place de l'ancienne anode, l'anode choisie. les joints 14 et 15 continuent à assurer l'étanchéité du tube 1 durant le changement c 'anodes sans que le vide réalisé dans le tube 1 soit cassé. Dans un autre exemple non représenté le dispositif porte-anode 4 du tube 1 est constitué par une plaquette rectangulaire coulissante, pourvue, le long de son grand axe, de plusieurs anodes interchangeables, de natures différentes, régulièrement espacées, et dans son épaisseur, de canalisations de refroidissement, analogues aux canalisations 8 de la Figure 1. Le tube 1 conforme à l'invention peut comprendre dans le voisinage de l'anode 6 une bague conductrice 23 représentée en traits discontinus dans la figure t. Cette bague 23 convenablement isolée du tube 1 et portée à un potentiel négatif peut assurer une focali- sation de l'impact des électrons émis par la cathode 5 sur une petite surface de l'anode 6 et réaliser ainsi un foyer ponctuel d'émission X. le tube 1 conforme à l'invention, notamment par la capacité d'émission sélective de rayonnements à longueur d'onde choisie, par son fonctionnement sous un vide primaire de l'ordre de 5.1 Torr, par sa structure permettant une émission en bout et par sa possibilité de réalisation d'un foyer ponctuel d'émission X, permet de réaliser facilement et d'une manière économique un excellent appareil à rayons I. L'appareil à rayons X de l'invention, dont le tube de radiation permet d'obtenir un foyer plus ou moins ponctuel d'émission, sert efficacement d'appareil d'analyse diffractométrique Entant donné que le tube est susceptible d'émettre des longueurs d'ondes élevées, ltétude par exemple des corps cristallisés de grandes distances interréticulaires tels que les corps organiques, est grandement facilitée. L'appareil à rayons X de l'invention utilisé dans l'analyse par fluorescence X, schématiquement représenté dans la figure 2, est avantageusement un spectromètre multicanal perfectionné 24. Ce spectromètre multicanal 24 comprend notamment un tube 1 dtémis- sion X conforme à l'invention décrit dans les paragraphes précédents, des échantillons 25 portés par support annulaire 26, mobile autour de son axe 27, un compteur 28 du type à flux gazeux par exemple et une enveloppe 29 dans lequel un vide primaire de l'ordre de 5.10-2 Torr est réalisé. La caractéristique d'émission en bout de rayonnements X donne au tube 1 une grande souplesse dans la réa lisation du spectromètre multicanal 24. Dans le spectromètre 24 le mouvement du dispositif porte-anode 4 du tube 1 et celui du support annulaire 26 des écchantillons peuvent être commandés automatique ment au moyen d'un circuit de commande connu non représenté. tant donné que le vide réalisé dans l'enveloppe 29 du spectromètre est égal à la pression de fonctionnement du tube 1, l'étan- chéité du tube 1 au niveau des dispositifs porte-cathode 3 et porte-anode 4 n'est plus nécessaire et la pompe à vide peut être avantageusement supprimée. Grâce à une émission X pratiquement monochromatique du tube 1, le spectromètre multicanal 24 est très favorable au dosage de faibles teneurs des éléments que contiennent les échantillons. En microradiographie l'appareil à rayons X de l'invention se distingue par son émission de grandes longueurs d'ondes favorables à une amélioration du contraste pour les coupes de très faible épaisseur. Dans l'appareil à rayons X de l'invention utilisé en microradiographie, non représenté, le tube 1 n'a nullement besoin d'être étanche car la chambre de microradiographie fonctionne habituellement à la pression du tube. La pompe à vide et dans certains cas le dispositif de fuite automatique du tube 1 peuvent être supprimés. Cette possibilité de simplification de la structure du tube 1 sans diminution de l'efficacité de celui-ci rend économique la réalisation de l'appareil à rayons X de l'invention. - REVENDICÂTIONS 1 - Tube à émission X pourvu d'une cathode froide concentrique reliée à la borne négative d'une source électrique à- haute tension et d'une anode montée, face à cette cathode, et branchée à la borne positive de cette source électrique à haute tension, caractérisé en ce qui comprend une ouverture en bout permettant une émission axiale de rayonnements X, et au moins une anode lamelliforme (6) en métal, maintenue dans cette ouverture coaxialement avec cette cathode froide (5) et perpendiculairement à l'axe de ladite cathode, 2 - Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce qutil comprend un dispositif mobile porte-anode (4) qui est muni de plusieurs anodes en métal de natures différentes et de moyens de refroidissement de ces anodes, et qui ferme dtune manière étanche 11 ouverture en bout dudit tube. 3 - Tube selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif porte-anode (4) est constitué par une plaquette coulissante rectangulaire comprenant d'une part plusieurs trous (20) régulièrement espacés le long de son grand axe, servant de logements aux anodes (6) en métal de différentes natures, et d'autre part des canalisations pour fluide de refroidissement (8) dans acon épaisseur. 4 - Tube selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif porte-anode (4) est constitué par un disque mobile autour de son axe, comprenant plusieurs trous (20) régulièrement espacés angulairement servant de logements aux anodes (6) en métal de différentes natures et des canalisations pour fluide de refroidissement (8) dans son épaisseur. 5 - Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, pour son fonctionnement-, un vide primaire de ltordre de 5 10-2 Torr dans son enceinte. 6 - Tube selon la revendication 1, oaractérisé-en ce qu'il comprend, dans le voisinage de l'anode (6) autour du flux d'électrons émis par la cathode (5), une bague conductrice (23), isolée électriquement des autres organes de ce tube et portée à un potentiel négatif. 7 - Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cathode (59 est constituée par une électrode en aluminium et au moins une anode lamelliforme (6) ayant une épaisseur de une à plusieurs dizaines de microns, réalisée avec un métal choisi parmi 1' argent, le cuivre, 1' aluminium. 8 - Tube selon la revendication 7, caractérisé en ce que la cathode (5) est entourée par'un tube concentrique (7) en silice. 9 - Appareil à rayons X caractérisé en ce qu'il comprend un tube à émission X de l'une quelconque des revendications précédentes. 10 - Appareil selon la revendication 9, fonctionnant sous un vide primaire de l'ordre de 5.1012 Torr, caractérisé en ce que le tube à émission X ne comprend ni moyen assurant son étanchéité, ni dispositif réalisant un vide dans son enceinte.