Brevet FR2395595A1 — publié le 19790119

L'invention concerne une cathode chaude pour tube à rayons X, qui comporte un corps à incandescence chauffé électriquement et qui possède une tole munie de raccords pour le courant de chauffage et constituée par un matériau difficilement fusible ayant pouvoir d'émettre des électrons. De telles cathodes chaudes sont connues par exemple d'après la demande de brevet allemand publié sous le No.24 08 618. Dans le cas de sources connues de rayons X, les émetteurs à incandescence sont chauffés en général par un passage direct du courant électrique. Comme sources d'alimentation on utilise des sources aux fréquences usuelles du réseau. Les émetteurs à incandescence possèdent à cet effet essentiellement la forme de filaments à incandescence enroulés avec une forme spiralée ou hélicoïdale. Mais par suite des rayons de courbure nécessaires lors de la réalisation des filaments, ils sont toujours astreints à certains arrondis. Ceci fournit des structures qui sont inévitablement tout à fait caractéristiques dans la répartition de llin- tensité de spots électroniques ou foyers de rayons X ainsi produits sur des anodes de tubes à rayons X.De telles structures sont nuisibles pour la contrainte thermique de la surface chargée de l'anode ainsi que pour la qualité des images que l'on peut obtenir à l'aide des rayons X qui s'y trouvent émis. Aux emplacements où se présentent des surintensités, le matériau de l'anode peut être vaporisé de façon accrue et peut fondre. Des structures marquées ou accusées de la source de rayons X, c'est-à-dire au foyer, peuvent en outre conduire dans l'image radiographique à des effets nuisibles d'image, telles que par exemple des pseudonettetés. C'est pourquoi on a déjà essayé de multiples façons de réaliser des cathodes chaudes qui possèdent des foyers avec des répartitions d'énergie réglables 'une façon quelconque. Conformément à la demande de brevet allemand publiée sous le No. 24 08 618, mentionnée plus haut, la surface d'émetteur peut avoir une forme quelconque lorsque l'on utilise un chauffage à haute fréquence, de par exemple 1 à 100 MHz. Alors il doit se produire l'effet de peau grâce auquel il est possible d'amener également à llincandescence,de façon uniforme des parties de forme irrégulière au moins au niveau d la surface. Les surfaces d'émetteur peuvent être alors adaptées à une focalisation de telle manière que l'on obtienne sur l'anode, conformément à l'adaptation, un foyer ou un spot électronique possédant une forme prédéterminée et pour lequel la densité des électrons possède une répartition ou une distribution prédéterminée.Mais il est également nécessaire que l'on ait une haute fréquence du type indiqué. Ceci est un inconvénient étant donné que pour sa production il est nécessaire d'utiliser des unités d'alimentation onéreuses. En outre on est contraint de réaliser la cathode sous la forme de barrettes ou de petits tubes. Mais cela signifie que l'on ne peut pas obtenir alors une complète liberté pour la forme. Les cathodes constituées par une bande métallique et des cathodes constituées par des pièces profilées sont déjà connues d'après la demande de brevet allemand publiée sous le numéro 21 35 326 (page 5, paragraphe 2 et figure 3b) et d'après une demande de brevet américain déposée sous le numéro provisoire de B 513.706. Grâce aux solutions de constitution apportées par ces dispositifs, on peut assurément obtenir en différentes parties de la cathode, une émission différente d'électrons ; mais ceci est lié à une forme extérieure déterminée, c'est-à-dire à une distribution ou répartition déterminée de la longueur, de la largeur et de Irépaisseur. La présente invention a pour but d'obtenir de façon simple, outre une forme quelconque de la surface d'émetteur, également des répartitions déterminées souhaitables de température dans la surface, dans une cathode à incandescence pour tube à rayons X du type indiqué plus haut. Ce problème est résolu con formément à l'invention grâce au fait que la tôle du corps à incandescence comporte des incisions à partir de cotés réciproquement opposes. Par suite de l'utilisation d'une tôle comportant des incisions multiples et alternées sur les côtés opposés, en tant qu'émetteur d'électrons, la forme de cette tôle peut être réalisée ou réglée de façon simple par incision ou découpage d'une tôle. Des formes particulières de la répartition de température peuvent être obtenues au moyen de la forme, de la profondeur et de la disposition des incisions latérales.Comme cela est connu, l'échauffement d'un corps chauffé par un courant le traversant, dépend de la répartition ou de la distribution de la résistance électrique à travers la voie de courant, en sorte que, dans le cas présent, par exemple aux emplacements auxquels la section transversale active du point de vue électrique de la tôle de la cathode est plus importante, une moins grande quantité de chaleur est produite qu'aux emplacements où la section transversale est plus petite, c1 est-à-dire où la résistance électrique est plus grande.Grâce à un pressage, un forgeage, une attaque chimique, etc., adéquats, on peut encore régler en supplément localement l'épaisseur de la tôle de manière à obtenir également, au moyen d'un accord précis, une répartition de la température, pouvant être prédéterminée de façon quelconque, dans la surface -et de ce fait une répartition donnée de l'intensité, déterminée par la température, de l'émission d'électrons. De cette façon on peut modifier la répartition d'intensité dans le faisceau cathodique.L'utilisation conforme à l'invention d'une tôle en tant qu'émetteur d'électrons présente encore l'avantage supplémentaire consistant en ce que les oscillations mécaniques de résonance du filament à incandescence élastique, apparaissant éventuellement avec une action nuisible ou parasite dans les tubes à rayons X à anode tournante, sont empêchées par suite de la rigidité élevée de la tôle moulée. Comme matériaux pour des tôles utilisables en tant qu'émetteurs, on peut utiliser les matériaux usuels pour émetteurs, tels que par exemple des métaux fondant seulement à très haute température, tels que le tantale, le tungstène et le rhénium, etc. I1 faut choisir l'épaisseur de la tôle et la répartition des coupes ou incisions et les accorder réciproquement de telle manière que des courants de chauffage disponibles habituellement dans des générateurs radiologiquessoient suffisants pour assurer le chauffage de l'émetteur. Des épaisseurs typiques de tôle peuvent être comprises entre 0,05 et 0,1 mm dans le cas de courants de chauffage compris entre 5 et 15 A, et l'on peut avoir notamment une tôle de tungstène d'une épaisseur de 0,05 mm pour des courants de chauffage allant jusqu'à 10 A. Les incisions sont réalisées par exemple au moyen d'un procédé de séparation par électro-érosion, au moyen d'un découpage au laser ou bien d'un autre procédé ou outil approprié, de préférence avec une longueur et une profondeur telles dans le matériau qu'il subsiste, jusqu'au bord opposé, autant de matériau qu'entre les différentes incisions, en sorte que le filament plat obtenu possède partout une largeur constante. On peut également s'écarter de cette forme de réalisation afin d'obtenir des répartitions particulières de la résistance électrique, par exemple lorsque l'on projette de réaliser des variations locales de la résistance électrique et de l'émission, dans le sens de l'obtention de l'influence indiquée sur la répartitionde température.Il peut alors être approprié de modifier éventuellement également, en supplément, l'épaisseur de la tôle dans différentes sections. On peut ainsi obtenir, le long de la voie de courant, des sections possédant une résistance électrique variable, qui, lors du passage du courant, provoque un échauffement différent de régions différentes de l'émetteur, et par conséquent une émission différente. En outre, on peut également s'écarter de la forme rectangulaire lorsqu'il s'agit d'obtenir des conditions particulières de focalisation et des formes particulières pour les électrons sortants. En ce qui concerne les incisions il faut encore remarquer que ces dernières doivent réaliser un isolement électrique des parties de tôle juxtaposées, mais qu'il est toutefois la plupart du temps approprié de perturber aussi peu que possible l'homogénéité thermique de la tôle. On peut ainsi éviter des variations de densité dans le courant d'electrons sortant par exemple au niveau des bords des incisions et obtenir une charge uniforme d'un foyer ou spot électronique. Afin d'obtenir des conditions favorables déterminées de focalisation pour les trajectoires des électrons émis, il peut être également utile de s'écarter de la forme d'une tôle plane d'émetteur, munie d'incisions. On peut prendre des formes de t- le cintrées ou coudées. Alors on peut accroitre en supplément la rigidité mécanique de l'émetteur. On peut également réunir plusieurs tôles planes individuelles, avec une orientation déterminée, par exemple dans des plans possédant des inclinaisons réciproques différentes ou bien sur des surfaces cintrées, pour former une unité globale d'émetteur. Alors on peut également obtenir un effet de projecteur (irradiation simultanée d'un spot ou foyer à partir de différentes directions). A titre d'exemple on a décrit ci-dessous puis illustré schématiquement aux dessins annexés plusieurs formes de réalisation de l'objet de l'invention. La figure 1 représente une vue en coupe partielle d'un tube à rayons X, dont la cathode est constituée conformément à l'invention. Les figures 2 à 8 représentent des émetteurs à incandescence selon des formes de réalisation conformes à l'invention. Selon la figure 1 la référence 1 désigne l'ampoule ou enceinte du tube de rayons X. Un ensemble cathodique 3 est disposé à une extrémité et un ensemble anodique 4 est disposé à l'extrémité opposée, à l'intérieur de l'ampoule 1. Le dispositif 3 comporte un boîtier 5 muni d'une partie saillante 6. Cette partie saillante contient un émetteur à incandescence 7, qui est situé à l'intérieur d'un dispositif de focalisation 8. En face de la cathode est disposée l'anode proprement dite 9 qui est constituée sous la forme d'une anode tournante. Pour faire fonctionner la cathode, on applique une tension de chauffage aux extrémités 10 et 11 de l'émetteur à incandescence 7, par l'intermédiaire de conducteurs.En outre la tension proprement dite de service ou de fonctionnement, c'est-à-dire la tension accélératrice pour les électrons sortant de la cathode à incandescence suivant la ligne formée de tirets 13, est appliquée par l'intermédiaire du conducteur 16 et d'une tubulure de raccordement 12 située sur l'extrémité du tube 2, situé du côté de l'anode. Pour la focalisation, le dispositif de focalisation 8 est placé au potentiel de l'émetteur par l'intermédiaire d'un conducteur de shuntage 17. Sur la figure 2 on a représenté l'émetteur à incandescence 7. I1 est constitué par exemple par une tôle de tungstène pos sédant une épaisseur de 0,05 mm et ses côtés possèdent une longueur de 3 mm x 10 mm. La tôle comporte des coupes ou incisions disposées comme représenté par des traits 14 à partir d'un côté et, avec un décalage, comme représente par des traits t5 à partir de l'autre côté, de telle manière que les incisions respectives se terminent à une distance telle du bord limite opposé de la tôle que les incisions 14 et 15 sont à des distances réciproques identiques latéralement. De ce fait la largeur de la bande formée de méandres, réalisés par les incisions, est uniforme. Lors de l'application de la tension de chauffage aux conducteurs 16 et 18, l'ensemble de la tôle de l'émetteur à incandescence 7 est chauffé par conséquent de façon uniforme jusqu'à l'incandescence et délivre alors, en direction de l'anode 9 et suivant la ligne formée de tirets 13,un faisceau électrohique dont l'intensité est uniforme sur l'ensemble de la section transversale, à de petites variations près, au niveau des incisions 14 et 15. Dans le cas de la réalisation d'un émetteur à incandescence 7 conformément à la figure 3, la densité des incisions est accrue en direction des extrémités 10 et 11 de la tôle, c'est-à dire que les écartements entre les incisions 14 et 15 sont réduits en direction de ces extrémités. Par suite de la largeur ainsi réduite du matériau subsistant, la résistance électrique est augmentée en direction des extrémités latérales de la tôle. Le courant de chauffage compense ainsi les pertes en température, qui peuvent se produire par suite d'une évacuation thermique par l'intermédiaire des extrémités 10 et 11, c'est-à-dire des raccords. De ce fait on peut obtenir une surface de rayonnement à température uniforme et par conséquent à émission uniforme. Dans le cas de la forme de réalisation représentée sur la figure 4, les deux côtés longitudinaux opposés de la tôle, dont est formé l'émetteur à incandescence 7, possèdent des incisions ayant des profondeurs différentes. De ce fait on peut obtenir éventuellement un gradient de température, également en supplément de l'influence obtenue par suite du choix des incisions de la figure 3, transversalement par rapport à la direction longitudinale de la tôle. On peut obtenir ainsi un profil correspondant de l'intensité du faisceau électronique émis. Dans le cas d'un émetteur à incandescence 7 du type de celui représenté sur la figure 5, on utilise une tôle dans laquelle la partie centrale 19 est renforcée ou épaissie. La réductian, qui s'y trouve liée, de la résistance électrique par la partie centrale de la tôle provoque une réduction de température uniquement dans cette zone de la tôle. La conséquence, qui en découle, est analogue à celle du cas de la réalisation de la figure 3. On obtient une egalisation de la répartition de température sur toute la longueur de l'émetteur, y compris ses extrémités. Conformément à la figure 6 on utilise pour l'émetteur à incandescence 7 une tôle cintrée en forme de gouttière, tandis que, conformément à la figure 7, on utilise une tôle coudée en forme de V. Avec ces deux formes de réalisation on peut obtenir une sorte d'action de projecteur étant donné que les éléments de surface peuvent être tous focalisés sur un point situé en avant de l'émetteur. Ces deux formes de réalisation servent à améliorer la focalisation d'un faisceau électronique sortant de l'ensemble cathodique. En outre on obtient, dans le cas de cette forme de réalisation en forme de gouttière, l'action d'un renforcement à la façon de nervures et par conséquent une stabilité de forme accrue. Enfin,un émetteur tel que celui représenté sur la figure 8 a une action analogue à celle des formes de réalisation des figures 6 et 7. I1 est constitué par deux tôles individuelles, c'est-à-dire par des émetteurs à incandescence 7 et 7', qui sont réunis selon une structure en forme de V. Par conséquent il possède également des raccords cintrés 10, il et 10', 11'. Leurs plans d'irradiation sont dirigés sur la surface devant être irra diée, c'est-à-dire que des faisceaux de rayonnement électronique, partant de ces plans, s'intersectent au niveau de la surface d'impact sur l'anode. Dans le cas d'une utilisation dans le dispositif de la figure 1, cette surface se situerait à l'endroit où la ligne formée de tirets 13 atteint l'anode 9. Un émetteur, dans lequel le principe de la figure 8 est mis en oeuvre, peut être constitué également d'éléments portant plus de deux surfaces émissives et les surfaces d'impact des différents faisceaux peuvent non pas être dirigées ensemble sur une surface, mais être également disposées seulement par parties les unes au-dessus des autres ou même être en totalité juxtaposées, pour obtenir le recouvrement d'une autre surface d'irradiation désirée, éventuel- lement d'une taille plus importante. REVENDICATIONS 1. Cathode à incandescence pour tube à rayons X, qui possède en tant qu'émetteur d'électrons un corps à incandescence chauffé électriquement, comportant une tôle munie de raccords pour le courant de chauffage et constituée en un matériau qui est difficilement fusible et est apte à émettre des électrons, caractérisée par le fait que la tôle comporte des incisions réalisées à partir de côtés respectivement opposés. 2. Cathode suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que les incisions sont disposées côte à côte à des distances différentes et/ou possèdent des profondeurs différentes et/ou possèdent des longueurs différentes. 3. Cathode suivant la revendication 2, caractérisée par le fait que la tôle possède en plus des incisions, des zones de résistance électrique variable et possédant une largeur et/ou une épaisseur différentes. 4. Cathode suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que la tôle est cintrée, et est notamment repliée ou coudée pour former une gouttière le long de la ligne de liaison entre ces raccords. 5. Cathode suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le corps à incandescence est constitué par la réunion de plusieurs tôles.