Brevet FR2522879A1 — publié le 19830909

la présente invention concerne un dispositif de géné- ration de rayons X. Dans un dispositif de génération de rayons X classi- que, la génération de rayons X s'effectue essentiellement par l'application délectrons accélérés sur une cible métallique. Cepeindant, un tel dispositif exige une longue durée d'irradia- tion par les rayons X pour obtenir une quantité suffisante de rayonnement X, à cause du niveau insuffisant de la quantité par unité de temps Un but de l'invention est donc de procurer une source de rayons X pour un système qui exige des rayons X d'intensité élevée. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation et en se ré- férant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une représentation d'un mode de réa- lisation d'un dispositif de génération de rayons X conforme à l'invention. La figure 2 est une coupe du mode de réalisation de la figure 1. La figure 3 représente un autre mode de réalisation de l'invention. La figure 1 représente l'un des modes de réalisation de l'invention Une bobine hélicoïdale 2, 2 ', 3, 4 et 4 ' est bobinée autour d'une enceinte à vide cylindrique 1, telle qu'un tube de quartz La référence 5 désigne une entrée pour le gaz introduit La référence 6 désigne une sortie pour le gaz évacué et cette sortie est réliée à une pompe à vide et elle détermine le degré de vide dans l'enceinte 1 La référence 7 désigne une fenêtre d'émission de rayons X qui est établie au milieu de l'enceinte à vide 1 Les deux extrémités 2, 2 ' de la bobine sont connectées par exemple à une condensateur de grande capa- cité par l'intermédiaire d'un interrupteur Le diamètre de la partie médiane 3 dela bobine est supérieur à celui des deux extrémités 4 et 4 '. La figure 2 est une coupe de la partie médiane de la figure 1 La référence 10 désigne une bobine circulaire qui correspond à la bobine 3 sur la figure 1 La référence 9 dési- gne une enceinte à vide et la référence 8 désigne une plaque métallique qui est placée dans la partie la plus intérieure de l'enceinte La plaque métallique 8 améliore le rendement de la génération de rayons X mais n'est pas absolument obligatoire. On expliquera ultérieurement l'effet de la plaque métallique 8. la figure 3 représente un autre mode de réalisation de l'invention Des bobines hélicoïdales 14, 15 et 16 ont le même diamètre Les bobines 14 et 16 sont bobinées aux deux ex- trémités de l'enceinte et sont connectées l'une à l'autre Les extrémités de bobine 12 et 12 ' sont connectées à une source d'énergie La bobine 15 est bobinée sur la partie médiane de l'enceinte et est électriquement isolée des bobines 14 et 16. Les deux extrémités 13 et 13 ' de la bobine 15 sont connectées à une autre source d'énergie, différente de celle qui est con- nectée aux extrémités de bobine 12 et 12 ' Dans la structure de la figure 3, les deux conditions suivantes sont exigées. Premièrement, la puissance de la source qui est connectée aux extrémités de bobine 12 et 12 ' doit être supérieure à la puis- sance de la source qui est connectée aux extrémités de bobine 13 et 13 ' En d'autres termes, il doit circuler un courant plus élevé dans lesbobines 14 et 16 que dans la bobine 15 Seconde- ment, un courant doit circuler dans les bobines 14 et 16 chaque fois qu'un courant circule dans la bobine 15 En coupe trans- versale, la structure de la figure 3 est identique à la figure 2, qui est une coupe transversale de la structure de la figure 1 La plaque métallique 8 qui se trouve dans la partie la plus intérieure est destinée à l'obtention d'un rendement élevé de génération de rayons X. On décrira ci-après le processus de génération de rayons X conformément à l'invention, représentée sur la figure 1. L'intérieur de l'enceinte 1 est maintenu à un niveau de vide approprié du fait qu'un gaz est introduit par l'entrée et est évacué par la sortie 6 Les extrémités de bobine 2 et 2 ' sont connectées par exemple à un condensateur de grande capacité (non représenté) par l'intermédiaire d'un interrup- teur rapide (non représenté) Le condensateur doit avoir une capacité suffisante pour appliquer aux extrémités de bobine 2 et 2 ' un courant de plusieurs centaines de kiloampères Par conséquent, la bobine 3, 4 et 4 ' doit accepter le courant ap- pliqué et doit avoir une faible résistance Au moment o un courant élevé circule instantanément dans la bobine, le gaz contenu dans l'enceinte à vide 1 est ionisé et passe à l'état de plasma, sous l'effet de la force de l'énergie électromagné- tique générée A la surface du plasma, la direction du courant est opposée à la direction du courant élevé dans la bobine la force électromagnétique produite par les deux courants concen- tre le plasma dans la partie médiane de l'enceinte à vide 1, ce qui a pour effet de produire un plasma fortement concentré. Le champ magnétique établi à l'intérieur de l'enceinte 1 est élevé dans les parties d'extrémité et faible dans la partie médiane, du fait que le diamètre de la partie de bobine 4, 4 ' est inférieur à celui de la partie de bobine 3 Le plasma gé- néré est confiné dans la partie médiane de l'enceinte 1 du fait qu'une force électromagnétique dirige des particules char- gées vers une région de champ magnétique faible. Lorsque des particules chargées d'énergie élevée sont concentrées dans la région étroite de la manière décrite ci- dessus, diverses sortes de radiations énergétiques sont géné- rées dans cette région Ces radiations sont par exemple des radiations générées par collision entre les particules du plas- ma, par recombinaison d'ions et d'électrons, et par transfert d'un niveau excité vers un niveau de base dans des ions excités. Lorsque la température du plasma est suffisamment élevée, ces mécanismes de radiation émettent une grande quantité de rayons X Dans ce cas, il y a génération de diverses sortes d'ondes électromagnétiques parmi lesquelles des rayons X, de la lumière visible, etc De ce fait, seuls les rayons X doivent 9 tre émis hors de l'enceinte Il est donc souhaitable qu'une fenêtre 7 soit constituée par des matières telles que le béryllium. Sur la figure 2, lorsque la colonne de plasma qui est générée au milieu de l'enceinte 9 ou 1 se dilate ou se déplace vers une position excentrée à l'intérieur de l'encein- te, des courants de Foucault sont générés dans la plaque mé- tallique 8 ce qui a pour effet de ramener le plasma vers sa position d'origine Il en résulte que le plasma peut ttre sta- bilisé pendant une plus longue durée et, également, que des rayons X plus intenses peuvent etre générés pendant une longue durée. Le mécanisme de génération de rayons X correspondant à la structure de la figure 3 est similaire à celui de la fi- gure 1 La stabilité du plasma dans cette structure résulte du phénomène selon lequel le champ magnétique que produisent les bobines 14 et 16 est plus intense que celui que produit la bo- bine 15 En coupe transversale, la structure de la figure 3 est similaire à la figure 2, montrant une coupe transversale de la figure 1 La plaque métallique 8 a l'effet mentionné ci- dessus. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent 4 tre apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif de génération de rayons X, caractérisé en ce qu'une bobine hélicoïdale est bobinée autour d'une en- ceinte cylindrique dans une direction correspondant à un angle fixe, on peut régler le niveau de vide dans l'enceinte, et on applique instantanément à la bobine un courant d'intensité élevée. 2 Dispositif de génération de rayons X selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que le diamètre de la bobine dans ses deux parties d'extrémité est inférieur à son diamètre dans la partie médiane. 3 Dispositif de génération de rayons X selon la re- vendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des bobines correspondant à trois sections, à savoir une bobine de section médiane et deux bobines de sections d'extrémités, ayant toutes le même diamètre; les deux bobines de sections d'extrémités sont connectées ensemble au niveau d'une borne et sont connec- tées à une source d'énergie au niveau d'une autre borne; la bobine de section médiane est connectée à une autre source d'énergie, et les deux bobines de sections d'extrémités reçoi- vent un courant de forte intensité, en comparaison d'un autre courant appliqué à la bobine de section médiane. 4 Dispositif de génération de rayons X selon la re- vendication 1, caractérisé en ce qu 'une plaque métallique est placée à l'intérieur de la bobine. Dispositif de génération de rayons X selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte cylindrique est fermée hermétiquement de façon à être maintenue à un niveau de vide approprié.