Brevet FR2411487A1 — publié le 19790706

L'invention concerne une cathode pour tube radiogène à foyer fin et grande pervéance. L'évolution des techniques radiologiques, et principalement l'agrandissement direct, exige d'avoir des foyers alliant la finesse à la puissance. En ce qui concerne la -finesse des foyers, il est possible d'obtenir des conditions optimales par focalisation électrostatique avec des cathodes de géométries complexes et également par focalisation en polarisation negative. Cependant il se pose toujours le problème d'extraire de la surface émissive de la cathode de plus grands courants électrons niques qui contribuent a' la formation du foyer thermique sur l'anode. I1 est à rappeler que, en régime de charge d'espace, ces courants électroniques sont de finis par la formule de INGMUIR I = P.V 3/20ù P désigne la pervéance de la cathode. Cette pervéance est elle-même définie par la formule P = c te , S désignant la surface commune aux deux électrodes et d la distance d'espacement des électrodes. Les nouvelles techniques, par exemple celle basée sur un dégazage intensif et un vide tres poussé, ont permis d'obtenir un gain appréciable de pervéance par rapprochement des électrodes mais il semble qu'on ait atteint une limite dans ce domaine, compte tenu des phénomènes d'ionisation se manifestant toujours dans l'espace inter-électrodes. La mauvaise pervéance des cathodes de type connu est mise en évidence surtout aux basses tensions d'alimentation du tube ; ainsi il est courant sur les foyers fins de limiter les charges respectivement au quart, à la moitié et aux deux tiers de la puissance maximale que peut supporter l'anode pour des tensions de 40, 50 et 60 kV. En considération de l'évolution des techniques de dépôt sur anodes de revêtements tels que des carbures, qui permettent d'envisager une augmentation importante des performances des tubes radiogènes, on a cherché à accroitre le pouvoir émissif des cathodes et par conséquent leur perveance L'invention permet de résoudre ce problème d'augmentation sensible de la pervéance et elle concerne une cathode pour tube radiogene, caractérisée en ce que l'émetteur a une forme curviligne et en ce que le bloc de focalisation est conçu de manière à créer un champ favorisant la concentration du faisceau d'électrons en un point d'impact sur l'anode. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels les Figs la et lb représentent schématiquement un type classique de cathode a' filament linéaire, en mettant en évidence la formation des foyers thermique et optique la Fig. 2a est une vue de la face d'une cathode selon l'invention qui est placée en regard de l'anode la Fig. 2b est une coupe faite suivant la ligne II-II de la Fig. 2a la Fig. 2c est une vue en perspective schématisée du faisceau d'électrons produit par la cathode de la Fig. 2b la Fig. 3a représente une variante de la cathode selon l'invention, la face représentée étant celle qui est placée en regard de l'anode la Fig. 3b est une coupe faite suivant la ligne IV-TV de la Fig. 3a la Fig. 3c est une coupe faite suivant la ligne V-V de la Fig. 3a la Fig. 3d est une vue en perspective schématisée du faisceau d'électrons produit par la cathode de la Fig. 3a la Fig. 3e représente le foyer optique dans l'axe de rayonnement les Figs. 3f, 3g et 3h mettent en évidence l'adjonction d'un système d'établissement de grand foyer à la cathode, la Fig. 3f correspondant a la forme de bloc des figs 2a et 2b tandis que la fig. 3h correspond à la forme de bloc des figs 3a, 3b, 3c , la fig. 3g est une coupe suivant la ligne VI-VI de la fig. 3f et la ligne VII-VII de la fig. 3h , la Fig. 4 représente différentes formes de sections des émetteurs d'électrons la Fig. 5 représente un exemple de réalisation de l'émetteur d'électrons. En référence aux Figs la et lb, on va rappeler brièvement la formation d'un foyer d'un tube radiogène. Sur la Fig. la, l'élément chauffant 1 de profil linéaire émet un faisceau d'électrons 2 convenablement focalisé par l'électrode 3 d façon à atteindre la cible 4 sur une zone de dimension prédéterminée, appelée largeur t . Comme indiqué sur la Fig. lb, qui est une coupe faite suivant la ligne I-I de la Fig. la, le faisceau d'électrons issu du filament 1 de longueur L doit atteindre a cible 4 de pentes suivant une dimension L1 telle que sa projection h suivant l'axe de rayonnement utile soit sensiblement égale àe. Cela n'est pas rigoureusement exact en pratique compte tenu de la répartition différente des intensités suivant les deux axes du foyer. La longueur L du filament est sensiblement égale à la longueur L1 du foyer thermique. On peut l'augmenter jusqu'à 2 L1 lorsque le faisceau est focalisé par des électrodes telles que 5a et 5b disposées aux extrémités du filament. Ce dispositif présente toutefois l'inconvénient de ne pas permettre d'obtenir une émission proportionnelle à la longueur active adoptée. On voit par conséquent que la longueur L du filament avec une cathode classique est limitée entre L1 et 2 L1, le paramètre L1 étant lui-même défini par la relation L1 = h . où0ç sinon désigne la pente d'anode. Pour une pente d'anode de valeur moyenner Cy = 100, et pour un foyer de 0,3 mm, la longueur active du filament est voisine de 2,5 mm de sorte qu'elle peut atteindre une valeur maximale de 5 mm avec un dispositif focalisé tel que celui décrit ci-dessus. Les Figs 2a et 2b représentent une cathode agencée selon l'invention. Cette cathode comporte un bloc ou support 7, constituant l'électrode de focalisation du faisceau d'électrons et pourvue, dans sa face tournée vers l'anode, d'une partie en creux à axe de symétrie x-x dont la surface S présente une rainure 8 située dans un plan perpendiculaire audit axe et destinée à recevoir le filamént 6 assurant l'émission du faisceau d'électrons. Ce filament émetteur a une forme curviligne fermée à centre de symétrie. Dans le mode de réalisation représenté sur les Figs. 2a et 2b, le broc 7 a une forme circulaire et la surface S de la partie en creux a la forme d'un cône de révolution d'angle au sommet # ; dans cette surface conique est usinée la rainure de focalisation 8. Le profil conique de l'électrode 7 permet d'exploiter avantageusement la forme des équipotentielles schématisées par les lignes en trait interrompu 9 pour dévier les flux d'électrons indiqués en 10 de façon à faire coïncider leur point d'impact de dimension t0 sur la cible ll Le faisceau d'électrons produit par l'émetteur 6, qui a la forme d'un cercle de diamètre 1' est schématisé sur la vue en perspective de la Fig. 2c. En calculant de façon appropriée les paramètres 1' et d, on peut faire en sorte que la direction du faisceau d'électrcns à proximité du point de convergence sur la cible ll soit pratiquement parallèle a' l'axe x-x de la cathode, ce qui permet d'admettre pour la distance inter-électrodes d une tolérance de + 0,5 mm tout à fait compatible avec es techniques d'assemblage des tubes radiogènes. Le déplacement du foyer résultant d'une telle tolérance se situe dans une fourchette maximale de + 25 microns. Suivant une autre caractéristique de l'invention, pour obtenir une convergence plus précise du faisceau, on munit la cathode d'un système de déviation magnétique 12 ou d'un système à anneau de focalisation par polarisation. L'agencement de cathode correspondant au mode de réalisation représenté sur les Figs 2a et 2b permet d'utiliser un émetteur d'une longueur active de 30 à'40 mm pour une distance inter-électrodes de 15 à 20 mm. Du fait que la pervéance de la cathode est directement liée a' sa surface émissive, on voit par conséquent que le gain obtenu par rapport à une cathode classique est très important. Le foyer obtenu avec l'émetteur circulaire a lui-même une forme circulaire (comme indiqué en sur la Fig. 2c > . Les avantages d'un tel foyer du point de vue radiologique sont très nets car la dimension optique du foyer sur tout le champ couvert a une influence déterminante sur la qualité des clichés, principalement dans les techniques d'agrandissement direct. Cette forme circulaire permet également d'utiliser une anode de pente X beaucoup plus importante de façon à éliminer la baisse de rayonnement se produisant du côté du talon d'anode et d'employer de ce fait un rayonnement de répartition sensiblement isodose. L'utilisation d'un tel foyer entraîne naturellement une réduction de la charge applicable au tube. Pour augmenter la surface thermique du foyer et par conséquent la charge du tube, la cathode selon l'invention est agencée-comme indiqué sur la Fig. 3a. L'émetteur 13 a alors une forme oblongue pourvue à ses extrémités de deux parties circulaires de rayon R2 qui sontreliées par une partie droite de longueur L2. L'électrode de focalisation 14, de même forme, est réalisée de façon monobloc ou en trois parties A, B, C assemblées d'une manière connue. Les Figs 3b et 3c, correspondant a' des coupes faites suivant les lignes IV-IV et -V de la Fig. 3jazz permettent de mieux comprendre l'agencement de la cathode Sur ces figures, on a désigné par e l'angle au sommet de la surface conique produisant la convergence du faisceau comme décrit ci-dessus. Cette cathode produit un faisceau d'électrons à l'aide de l'émetteur 13, ce faisceau étant représenté en vue en perspective sur la Fig. 3d. Le foyer thermique correspondant à des dimensions qui ont été désignées par t3 et L3 sur la figure. La Fig. 3e donne les dimensions de la projection du foyer sur l'axe de rayonnement, à savoir? 3, h3. Sur les Figs. 3f, 3g et 3h, on a mis en évidencel'adjonc- tiôfl d'un système d'établissement de grand foyer à la cathode. En référence aux figs 3f et 3g, la pièce 18 permettant la formation du grand foyer est placée à l'extérieur du bloc 7 défini précédemment. Cette pièce 18 comporte une partie en creux ayant la forme d'un V et elle est pourvue en son centre d'un évidemment destiné à recevoir le bloc 7 Dans les faces du V sont ménagées deux rainures destinées à recevoir des filaments linéaires 19 r 2Q qui ont pour fonction de former le grand foyer, comme dans un agencement classique de cathode. Pour des raisons de symétrie des lignes de c'ramD, le dispositif grand foyer comporte deux émetteurs identique s 19, 20 qui fonctionnent en môme temps, ce qui permet de doubler la pervéance du système. Les émetteurs 19, 20 étant plus éloignés de l'axe x, x' l'angle ss existant entre les faces inclinées de la pièce 18 et permettant la convergence des faisceaux 24 et 24a sur la cible 11 en vue de faire coïncider les deux taches focales desdits émetteurs en un seul foyer de dimension déterminée, est plus fermé que l'angle &commat; e du du bloc 7. On a indiqué sur la fig. 3h une vue correspondant à la fig. 3f et montrant l'agencement de la cathode dans le cas d'un bloc 14 de forme oblongue. On a représenté sur la Fig. 4 différentes sections d'émetteurs pouvant être utilisés dans la cathode selon l'invention Ces émetteurs peuvent être constitués d'un filament bobiné comme indiqué en a ou bien ils peuvent avoir des formes triangulaire, carrée, rectangulaire ou circulaire et une section creuse, comme indiqué respectivement en b, c, d et e sur la Fig. 4. Les sections creuses ont pour but d'éviter un courant de chauffage trop élevé. On réalise de tels émetteurs par dépot de tungstène sur un support, comme indiqué schématiquement sur la Fig. 5. Un support 15, formé de molybdène, de graphite ou de tout autre matériau approprie, et ayant la forme désirée pour l'émetteur, est maintenu mécaniquement sur deux ou plusieurs tubulures 16. Deux de ces tubulures sont destinées à l'alimentation en courant de chauffage du filament. On dépose le tungstène sur une épaisseur el, soit en opérant en phase vapeur, soit en utilisant des sels fondus, soit par plasma, puis on dissout le support 15 en utilisant l'orifice existant dans les tubulures 16. REVENDICATIONS 1. Cathode pour tube radiogène à foyer fin et grande pervéance, comportant un bloc formant l'électrode de focalisation et supportant un émetteur de faisceau d'électrons, caractérisée en ce que l'émetteur a une forme curviligne et en ce que le bloc de focalisation est conçu de manière à créér un champ favorisant la concentration du faisceau d'électrons en un point d'impact sur l'anode. 2. Cathode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le bloc de focalisation est pourvu, sur le côté dirigé vers l'anode, d'une partie en creux à axe de symétrie dans la surface de laquelle est ménagée une rainure située dans un plan perpendiculaire audit axe et destinée à recevoir un filament de profil curviligne fermé qui émet un faisceau d'électrons dont la concentration sur l'anode est-assurée--par ladite surface. 3. Cathode selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite partie en creux est définie par une surface ayant une forme de cône de révolution et dans laquelle est ménagée une rainure destinée à recevoir un filament de forme circulaire. 4. Cathode selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite partie en creux est définie par une surface de forme oblongue constituée par deux demi-cônes de révoLution reliés par deux plans et dans laquelle est ménagée une rainure destinée à recevoir un filament de forme oblongue correspondante. 5. Cathode selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit bloc de focalisation est associé à un second bloc de focalisation destiné a' recevoir au moins un filament de forme linéaire permettant d'obtenir un foyer de plus grandes dimensions 6. Cathode selon l'une des revendications 2 ou5, caractérisée en ce que le second bloc de focalisation comporte deux filaments linéaires disposés symétriquement. 7. Cathode selon l'une quelconque des revendications 2, 5 ou 6, caractérisée en ce que le second bloc de focalisation est constitué par une pièce rectangulaire comportant une partie en creux en forme de V dans les deux faces de laquelle sont ménagées des rainures destinées à recevqir des filaments linéaires servant à produire le grand foyer, l'angle formé par les faces du V étant plus petit que l'angle de la surface intérieure du premier bloc de focalisation. 8. Cathode selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que, pour obtenir une convergence plus précise du faisceau, on l'a muni d'un système de déviation magnétique 9. Cathode selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que, pour obtenir une convergence plus précise du faisceau, il est muni d'un système à anneau de focalisation par polarisation. 10. Tube radiogène caractérisé en ce qu'il comporte une cathode selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.