Brevet FR2329068A1 — publié le 19770520

La présente invention concerne un tube radiogène à anode tournante avec foyer apparent de forme allongée, c 'est-à-dire que la projection du foyer sur un plan perpendiculaire à l'axe du faisceau de rayonnement X d'intensité maxlmale ou la surface focale apparente, se prévent sous une forme allongée2 linéaire ou quasilinéaire, ainsi qu'une source de rayons X comportant un tube de ce genre. Des tubes radiogènes utilisés dans le diagnostic radiologique classique (radiographie ou radioscopie) sont généralement agencés de façon à présenter, dans la direction de l'axe du faisceau de rayons X utilisé, un foyer visuel ou une surface focale apparente de forme pratiquement carrée pour fournir un faisceau divergent de forme pyramidale pouvant irradier la totalité de la surface du champ d'exposition. Dans la tomographie axiale transverse-à balayage, on mesure successivement l'absorption de rayons X de différents éléments dtune matrice constituant le plan de coupe et l'on a besoin d'un faisceau parallèle non-divergent ayant une sectionconstante de la sortie de la source jusqu'à l'entrée du détecteur. Ceci est obtenu à l'aide d'un collimateur réalisé en un matériau opaque aux rayons I, tel que le plomb, et pour obtenir un faisceau parallèle, sa section doit correspondre à la surface focale apparente. Par conséquent, si lton désire augmenter llinten- site du rayonnement incident au niveau du détecteur comportant un cristal scintillateur, sans endommager l'anode (anticathode) du tube radiogène, il est indispensable d'augmenter la surface focale apparente pour pouvoir augmenter la section du faisceau parallèle. Toutefois, lorsque l'on augmente la surface focale apparente, ainsi que la section du faisceau, uniformément en longueur et en largeur, on sacrifie la définition ou la résolution de la mesure à l'intérieur d'une coupe ainsi que d'une coupe à l'autre. On a déjà réalisé des tubes à anode fixe dont le foyer apparent est linéaire ou rectangulaire, mais avec de tels tubes on est limité en puissance. La présente invention permet de conserver les avantages d'un tube à anode tournante et la résolution de la mesure en tomographie axiale transverse à 11 intérieur d'une coupe en sacrifiant légèrement la résolution d'une coupe à l'autre. Le tube radiogène à anode tournante et à foyer apparent de forme quasilinéaire ou linéaire, permet d'engendrer un faisceau de rayons X parallèle à section rectangulaire et, par conséquent, de combiner les avantages du tube à foyer allongé et ceux de l'anode tournante (puissance élevée). Suivant l'invention, un tube radiogène à anode tournante comportant une anode en forme de disque ayant une surface tronconique, une cathode composée d'un filament hélicoïdal et d'une pièce de concentration disposés en regard de ladite surface tronconique en vue d'émettre un faisceau d'électrons vers celle-ci, est notamment caractérisé par le fait que l'axe dudit filament est orienté parallèlement à une tangente de la piste focale circulaire sur l'anode, en vue d'obtenir un foyer optique ou une surface focale apparente de forme allongée. L'invention sera mieux comprise et d'autres de ses caractéristiques et avantages apparattront à l'aide de la description ci-après et des dessins annexés s'y rapportant, donnés à titre d'exemple, sur lesquels - la figure 1 représente schématiquement en perspective un tube à anode tournante suivant l'invention avec un dispositif collimateur permettant d'engendrer un faisceau parallèle de section rectangulaire ; - la figure 2 est une vue latérale en élévation d'un ensemble anode-cathode d'un tube à foyer allongé ; et - la figure 3 représente une vue frontale dune cathode en arc de cercle permettant d'obtenir un foyer linéaire quelque soit l'angle entre la génératrice de la surface conique et un plan normal à son axe de symétrie. Sur la figure 1, on a représenté symboliquement un tube radiogène à anode tournante comportant une enveloppe en verre 1, une anode 2 en forme de disque comportant une surface tronconique dont la génératrice fait un angle de 10 à 30 degrés avec un plan perpendiculaire à l'axe de rotation (et de symétrie) de l'anode 2. L'anode 2 est solidaire d'un rotor 3 qui est entraîné en rotation à l'aide d'un stator (bobinage) extérieur au tube et non représenté. Pace à la surface tronconique, à l'intérieur de l'enveloppe I, une cathode comportant un filament hélicoïdal 4 et une pièce métallique de concentration d'électrons 5 permettent de concentrer le flux des électrons émis par le filament 4 en un faisceau. de section rectangulaire allongée, dirigé vers l'anode et dont l'axe est parallèle à l'axe de rotation a de celle-ci. Dans un tube à anode tournante classique, le filament 4 est disposé de façon à orienter la surface d'anode bombardée par des électrons radialement par rapport au disque, ce qui permet d'obtenir une surface focale apparente ou un foyer optique presque carré. Dans le tube à anode tournante conforme à l'invention, l'axe du filament 4 est orienté parallèlement à focale circulaire perpendiculaire au rayon de l'anode passant par le centre du foyer de façon que la surface d'anode bombardée par des électrons 20 soit tangentielle et non plus radiale. Dans ce cars~, la ~projection 9 (voir figure 2) de cette surface 20 sur un plan perpendiculaire à l'axe du faisceau de rayons X dans la direction d'utilisation qui est perpendiculaire à l'axe a du tronc de cône, est de forme allongée, plus exactement une section conique, c'est-à-dire une hyperbole qui, pour des angles o( de la génératrice avec un plan normal à l'axe a allant de 10 à 30 degrés, peut Btre assimilée à une droite.On dispose ainsi sur l'anode d'un foyer thermique dont-la longueur est de Tordre de grandeur de celle du filament 4 et dont la -largeur est environ celle du filament multipliée par le sinus de l'angle de pente c - - de pente Sn choisissant cet angle, on peut obtenir bes largeurs Ge foyer visuel différentes allant du quasi-linéaire au rectangulaire, ces largeurs peuvent aller par exemple avec un filament hélicoïdal de 3 mm de diamètre, de 0,1 à 2,5 mm. Par exemple, pour une pente Oc de 10 degrés, on obtient avec un foyer thermique de 10 mm x 1,2 mm, un foyer optique (ou surface focale apparente) de 0,2 mm x 10 mn. Pour des angles de pente supérieurs à 30 degrés et des longueurs de filament plus importantes, le foyer optique est trop hyperbolique et incurvé pour donner un faisceau de rayons X de section rectangulaire correspondant aux dimensions du filament 4. Sur la figure 9, on a représenté un filament 40 en arc de cercle avec pièce de concentration 50 adaptée permettant d'obtenir un foyer linéaire quelque soit l'angle de pente o( . Le rayon r de l'arc de cercle est égal ici, à la distance entre l'axe du filament 50 et l'axe de rotation a de l'anode 2. Sur la figure 1, on a également représenté un dispositif collimateur permettant de fournir un faisceau parallèle non-divergent. Celui-ci consiste à disposer dans le faisceau des rayons X, outre les diaphragmes de champ 6 et 7, faits d'une épaisseur de métal de numéro atomique élevé (opaque aux rayons X, tel que le plomb) qui comporte une ouverture laissant passer les rayons X 60, 70, un ensemble de lames métalliques parallèles 8, séparées entre elles par un matériau transparent aux rayons X (ou de l'air), de forme rectangulaire, leurs plans étant perpendiculaires au grand axe de la secl;ion droite du faisceau de rayons X, c'est-à-dire à celui des ouvertures 60, 70. Un tel ensemble est connu sous le nom de "fentes de Soller". Par ce moyen, on peut réduire ou annuler la divergence du faisceau en le fractiennant en faisceaux parallèles continus plus petits, chacun étant émis par la fraction en regard du foyer radiogène. On dispose de préférence ces fentes de Soller 8 entre deux diaphragmes de champ 6 et 7, dont les ouvertures rectangulaires 60 et 70 sont alignés avec le foyer du tube radiogène pour fournir un faisceau rectangulaire. Un tel ensemble, tube et dispositif collimateur, pourra également être utilisé partout où l'on aura besoin d'un faisceau rectangulaire ou plat de rayons X de puissance importante pendant un temps court, en particulier dans le cas d'applications cristallographiques selon des échantillons en mouvement ou ayant une structure rapidement variable dans le temps (étude de changement d'état, par exemple). Il est également possible d'utiliser un tube à anode tournante et à foyer allongé unique pour effectuer des tomographies axiales transverses simultanées dans deux ou plusieurs plans de coupe paral vièles, en découpant les faisceaux de section rectangulaire en deux ou plusieurs faisceaux parallèles irradiant chacun un détecteur de rayonnement distinct. Par ailleurs, il est en outre possible d'obtenir à partir d'un foyer allongé unique.plusieurs faisceaux, situés dans un mime plan et divergents l'un par rapport à l'autre. Ceci limite le déplacement de l'ensemble source détecteurs, là où le balayage est effectué par le pivotement de cet ensemble. On remarquera également que l'on peut obtenir un faisceau d'électrons ayant une section en arc de cercle par des moyens autres qu'un filament 40 en forme d'arc de cercle, tels que des éléments d'optique électronique associés à un filament longiligne quelconque. REV3NDICÂTI0NS i. Titube radiogène à anode tournante comportant une anode (2) en forme de disque ayant une surface tronconique, une cathode (4, 5) composé d'un filament (4) hélicoïdal et d'une pièce de concentration (5) disposée en regard de ladite surface tronconique en vue d'émettre un faisceau d'électrons vers celle-ci, caractérisé par le fait que l'axe dudit filament (4) est orienté parallèlement à la tangente à la piste focale circulaire sur l'anode (2), perpendiculaire au rayon de l'anode passant par le centre du foyer en vue d'obtenir un foyer optique (9) ou une surface focale apparente de forme allongée. 2. Tube radiogène suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la cathode émet un faisceau d'électrons en forme d'un arc de cercle au rayon approximativement égal à la distance entre le foyer et 11 axe de rotation de l'anode. 3. Tube radiogène suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le filament est un arc de cercle de rayon approximativement égal à la distance entre le foyer et l'axe de rotation de l'anode. 4. Source radiogène comportant un tube suivant l'une quelconque des revendications précédentes, ainsi qu'un dispositif collimateur de rayonnement, comportant des diaphragmes de champ (6, 7) parallèles, munis de deux ouvertures rectangulaires (60, 70) de dimensions inférieures ou égales à celles du foyer optique et alignées avec ce dernier, caractérisé par lefait que ledit dispositif collimateur comporte en outre des lames parallèles équidistantes disposées entre les deux ouvertures (60, 70) dans la trajectoire du faisceau avec des plans perpendiculaires au grand axe de ces ouvertures.