Brevet FR2536583A1 — publié le 19840525

La présente invention concerne un tube à rayons X comportant un foyer réglable du point de vue de la position et de la taille. Les tubes rayons X classiques comprennent une source d'un faisceau d'électrons qui, sous l'influence d'une tension élevée, sont amenes à frapper une structure d'anode. L'anode émet des rayons X en réponse aux électrons incidents. Il est connu de prévoir des foyers multiples dans les tubes à rayons X afin de produire des faisceaux de rayons X le long d'une pluralité de trajets. Un type de tubes à rayons X à foyers multiples utilise une pluralité de cathodes de chauE.fage pouvant être commandées de façon indépendante. Un exemple d'un tel système est indiqué dans le brevet allemand NO 406 067, dans lequel les filaments de chauffage de la cathode peuvent être alimentées par des sources séparées de courant de chauffage1 ou bien peuvent etre raccordées en série et alimentées de façon sélective avec un courant de chauffa ge à partir d'une source commune par l'intermédiaire d'un commutateur. Un autre exemple est celui du brevet U.S. NO 3 452 232 qui montre l'utilisation d'une multiplicité de cathodes comportant chacune un élément de filament en vue d'obtenir des foyers multiples. Un autre type commun de systeme à foyers multiples utilise une pluralité d'éléments de filaments comportant soit une seu)estructure de cathode,soit une pluralité de structures de cathodes. Des exemples de tels sys- tèmes sont indiqués dans les brevets US NO 4 315 154, o 109 151 et 3 649 861. Une autre technique destinée à fournir un foyer mobile est indiquée dans le brevet U.S. No 4 128 qil, qui montre un tube à rayons X dans lequel le déplacement du foyer dans l'espace est réalisé sans qu'il soit nécessaire re de déplacer le tube à rayons X lui-meme, par deplace- ment de la cathode le long d'une trajectoire courbe par rapport à l'anode. Un système similaire est représenté dans le brevet US N 4 072 875 qui prévoit la moifica- tion du point d'impact du faisceau d'électrons sur l'anode au moyen d'un déplacement de l'anode par rapport à d'autres partie. du tube. En outre, un seul faisceau d'électrons pourrait etre dévié vers des surfaces focales sélectionnées afin de réaliser un système à foyers multiples. Un exemple en est indiqué dans le brevet US N0 4 048 496, qui montre un tube à rayons X possédant un faisceau d'électrons qui peut etre dirigé vers des cibles pouvant etre sélectionnées parmi un ensemble de cibles afin de produi des cyons X possédant des spectres sélectionnés de longueurs d'onde dans ce brevet, le faisceau est diri gé moyennant l'utilisation de plaques de déviation 26. Un autre exemple est celui du brevet US N 4 229 657, dans lequel un faisceau d'électrons est dévié de manière à fournir ure zone d'impact mobile sur anode formant cible. Le dispositif de déviation utilise un sys tème magnétique qui met en jeu un champ magnétique rotatif pour provoquer rémission de photons dans plusieurs direction, soit successivement, soit simultanément.En- fin, le brevet US N 3 250 916 montre un système dans lequel une seule structure de cathode produit un fais ceau d'électrons à partir d'un seul filament et dans le quel fieux plaques de déviation sont disposées sur des co- tés opposés de la cathode et sont raccordées par des supports conducteurs à des fils extérieurs servant à appliquer des potentiels électriques variables aux plaques de dé déviation. Les potentiels appliqués à ces plaques de déviation sont modifiés de telle sorte qu'un faisceau continu ou intermittent a'électrons délivré par le filament peut être commuté en alternance entre deux foyers distants sur la cible de l'anode. Les systèmes décrits ci-dessus ont comme inconvénient le fait qu'ils requièrent une pluralité de cathodes, une pluralité de filaments ou bien l'utilisation de plaques de déviation pour réaliser la déviation du faisceau d'électrons, ce qui requiert un nombre relativement important de composants de construction. En outre, dans les systèmes qui utilisent des plaques de déviation, par exemple dans les brevets US NO 4 048 496 et 3 250 916, étant donne que les pla ques de déviation sont situées à une distance relative- ment importante de la cathode, le faisceau d'électrons aura atteint une énergie appréciable avant que les électrons pénètrent dans la région de déviation, et par conséquent une tension considérable sera nécessaire pour obtenir la déviation du faisceau. De meme, la nécessité de disposer les plaques de déviation entre la cathode et l'anode requiert un écartement relativement important entre la cathode et l'anode, qui entraîne des difficultés du point de vue des dimensions dans certains applications.De plus, l'écartement important entre la catho- de et l'anode a pour conséquence une taille du foyer supérieure à la normale, et à son tour ceci nécessite un système optique complexe et coûteux pour le faisceau électronique en vue de réaliser une compensation pour ce foyer surdimensionné. Dans certaines applications à grande puissance utilisant des cibles d'anodes rota- tives, une commande de grille devient nécessaire afin d'éviter un chauffage excessif de l'anode.Les sste- mes décrits ci-dessus, qui utilisent des électrodes de déviation séparées, présentent comme inconvénient supplémentaire le fait que la commande de grille nécessiterait un total de cinq fils -- deux pour le filament, un pour le pot de la cathode et deux pour les électrodes de déviation -- tandis que -les tubes à rayons X classiques et les composants à haute tension utilisent seule ment quatre fils; par conséquent, un système à cinq fils imposerait une complexité et une dépense supplémentaires en rapport avec le cable et le collecteur à haute tension qui délivrent l'énergie depuis l'alimentation en énergie à haute tension jusqu'au tube à rayons X.De meme, dans le brevet US NO 3 250 916 par exemple, l'invention concerne la radiographie stéréoscopique pour laquelle la séparation entre des foyers correspond à la distance entre les yeux, c'est-à-dire la distance interpupillaire; bien que la distance importante entre la cathode et l'anode soit appropriée pour une telle application, cette distance importante ne convient pas pour d'autres applications dans lesquelles la distance entre les foyers doit etre très faible, par exemple de l'ordre de 1-2 mm. C'est pourquoi un but de la présente invention est de supprimer les inconvénients décrits ci-dessus, liés au:rsystème å rayons X classiques à foyers mul tiples Par conséquent, un but de la présente invention est de fournir un appareil à rayons X à foyers multiples comportant des composants en nombre réduit, et une structure simplifiée. Un autre but de la présente invention est de fournir un appareil à rayons X à foyers multiples possédant une seule cathode, un seul filament et des moyens de déviation réalisés d'un seul tenant avec la structure de la cathode Un autre but de la présente invention est de fournir un appareil à rayons X à foyers multiples, dans lequel la déviation du faisceau d'électrons peut etre obtenue dans un système dans lequel l'espacement entre la cathode et l'anode est relativement étroit. Un autre but de la présente invention est de fournir un appareil à rayons X à foyers multiples dans lequel la déviation du faisceau d'électrons peut etre ob tenue grâce à l'application d'un potentiel de polarisation relativement faible. Un autre but de la présente invention est de fournir un appareil à rayons X à foyers multiples, dans lequel le faisceau d'électrons est dévié vers des foyers multiples et dans lequel la commande de grillé peut etre réalisée grace à l'utilisation de simplement quatre fils conducteurs. Un autre but de la présente invention est de fournir un appareil à rayons X à foyers multiples, dans lequel la taille du foyer peut etre modifiée par l'application d'un faible potentiel de polarisation. Au cours de l'étude ultérieure de la descripion, d'autres obJets s caractéristiques et avantages apparaltront plus complè tement au spécialiste de la technique, auquel l'lnven- tion s'adresse En bref, les buts indiqués ci-dessus et d'autres objectifs, caractéristiques et avantages de la présente invention sont atteints, dans un aspect de cette dernière, au moyen d'un tube à rayons X comportant une chambre, dans laquelle le vide est réalisé et dans laquelle se trouve disposée une anode servant à produire des rayons X en réponse à des électrons qui la frappent et dans laquelle se trouve également disposée une caotho-- de qui comporte un dispositif d'émission d'électrons servant à émettre des électrons pour qu'ils frappent la cathode. Le dispositif d'émission d'électrons est de pre- férence réalisé avec un seul filament. Le pat de la cathode comporte des première et seconde parties isolées électriquement l'une par rapport à l'autres et le dispositif d'émission d'électrons ou le filament est isolé électriquement par rapport à au moins l'une des parties du pot de la cathode.L'isolation électrique entre les première et seconde parties du pot de la cathode peut être réalisée au moyen d'un intervalle entre ces pièces. Sinon, le dispositif d'émission d'électrons ou le filament peut être isolé électriquement par rapport aux deux parties du pot de la cathode. I1 est prévu des moyens de polarisation pour appliquer une tension entre le filament et le pot de la cathode de manière à modifier la taille et la position de la région où le faisceau électronique tombe sur l'anode. Les moyens de polarisation peuvent comporter des premiers moyens de polarisation servant à appliquer une tension entre le filament et la première partie du pot de la cathode, et des seconds moyens de po larisation destinés à appliquer une tension entre le filament et la seconde partie du pot de la cathode.En outre, les moyens de polarisation peuvent fonctionner en alter- nance de ire à débrancher le courant entre le filament et l'anode. L'anode peut etre soit fixe, soit tournante par rapport à la cathode. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description donnée c-après, prise en rélCérence aux dessins annexes1 sur lesquels: la figure 1 est un exemple d'un tube à rayons X à foyers multiples de l'art antérieur, dans lequel des plaques de déviation sont disposées entre la cathode et I 'anode; la figure 2 est une vue en coupe transversale de l'apare-.l conforme à la présente invention; et la figure 3 représente un circuit servant à commander l'appareil représenté sur la figure 2. En se référant à la figure 1, on y voit représenté un tube à rayons X à foyers multiples 19 de l'art antérieur, dans lequel une seule structure de cathode 1 produit un seul faisceau d'électrons à partir d'un seul filament 3. Deux plaques de déviation 11 et 13 sont disposées sur des cotés opposés de la cathode 3 et sont raccordées respectivement par des supports conducteurs 15 et 17 à des fils extérieurs servant à appliquer des potentiels électriques variables aux plaques de déviation l1 et 13.Les potentiels appliqués aux blocs li et 13 sont modifiés de telle sorte qu'un faisceau continu ou intermittent d'électrons provenant du filament 3 peut être commute en alternance entre des foyers 7 et 9 distants sur l'anode 5. I1 faut noter que si la commande de grille est nécessaire dans le systeiae représenté sur la figure 1, la connexion électrique telle que représentée entre un cté du filament 3 et le pot 1 de la cathode doit être supprimée et un cinquième fil doit être raccordé au pot de la cathode. La figure 2 représente la structure d'un tube à rayons X conforme à l'invention, dans lequel la position du foyer peut être déplacée sur l'anode par suite de l'application d'une faible tension au pot de polarisation de la cathode. La figure 2 représente la forme de réalisation préférée, dans laquelle le pot 33 de polarisation de la cathode comporte une première partie 27 et une seconde partie 29 qui sont isolées électriquement l'une par rapport à l'autre et par rapport au filament 31. Lorsque le filament 31 est chauffé, il émet des électrons suivant, un faisceau 25, qui rencontre l'anode 21 dans une région définissant le foyer 23. L'anode 21 est en général constituéepar du tungstène ou un alliage de tungstène et peut être soit fixe, soit tournante. Le filament 31 peut être isolé electrique- ment par rapport à au moins l'une des, deux parties 27 et 29 du pot 33 de la cathode. Sinon, le filament 31 peut etre isolé électriquement par rapport aux deux parties constituant le pot de la cathode. La figure 3 représente un circuit électrique 35 servant à commander le trajet du faisceau d'élec trons 35 servant à commander le trajet du faisceau d'électrons 25, lorsqu'il est accéléré en direction de l'anode 21. Le circuit électrique comporte des alimentations de polarisation 37 et 39 servant à régler la polarisation des parties 27 et 29 du pot de la cathode par rapport au filament 31. Une alimentation à haute tension 43 polarise l'anode 21 positivement par rapport au filament 31. La commande de grille 41 est impulsionnelle de sorte qu'elle peut envoyer ou arrenter le faisceau d'électrons 25 en polarisant le filament 31 positivement par rapport aux parties 27 et 29 du pot de la cathode.Une polarisation positive d'environ 4 kilovolts coupe le courant électronique lorsque la tension de l'anode est réglée à 150 kilovolts.les électrodes fôrmant les serties 27 et 29 du pot de polarisation de la cathode sont polarisées de la même façon ou négativement par rapport au filament 31.Par exemple, si la partie 27 du pot de polarisation de la cathode est placée au potentiel du filament et que la partie 29 du pot de polarisation de la cathode est négative, la position du foyer sur l'anode sera décalée vers la droite sur la figure 2 et vers le haut sur la figure 3 Si les potentiels des parties 27 et 29 du pot de polarisation de la cathode sont inversés, la direction de déviation du foyer sera également inversée En raison de la proximité immédiate des parties du pot de la cathode par rapport au filament, une polarisation de seulement environ 100 volts provoquera une déviation du faisceau d'environ 1 mm. Ceci est à comparer à la tension requise pour dévier un faisceau dans un système tel que icelui représente sur la figure 1, dans lequel la tension nécessaire est de l'ordre de plusieurs kilovolts, Conformément à la présente invention, la taille ainsi que la position du foyer peuvent être commandées par exemple en plaçant la partie 27 du pot de polarisation de la cathode, représentée sur la figure 2, à une faible tension negative (par exemple environ 30-50 volts) plutot qu'en plaçant ce pot au potentiel du filament, comme décrit ci-dessus, et simultanément en plaçant la partie opposée 29 du pot de polarisation 29 de la cathode à une tension négative de quelques volts.Les parties du pot de polarisation de la cathode étant placées à ces potentiels, on peut commander le décalage de la position du foyer, comme décrit ci-dessus, et en outre, sa taille sera réduite suivant la direction parallèle à la direction de son décalage par suite dè l'effet de focalisation des deux parties 27 et 29 du pot de polarisation de la cathode, polarisées négativement. Les alimentations de polarisation 37 et 39 peuvent etre commandées par ordinateur de manière à permettre une commande automatique de la largeur et du positionnement du foyer 23 en une multiplicité d'endroits. La forme de réalisation préférée prévoit d'incorporer la structure de cathode conforme à l'invention dans le contexte d'un tube à rayons X classique à anode tournante, auquel cas la position azimutale et la largeur du foyer peuvent être modifiées d'une manière commandée. Un tel tube à rayons X aurait des applications utiles dans des scanographiesg dans lesquels la résolution spatiale des images tomographiques devrait etre améliorée moyennant l' tilisa- tion d'un tube à rayons X comportant deux foyers ou des foyers multiples I1 faut noter que si une action sur la grille est souhaitable dans une application particulière du tube à rayons X de la présente invention, une telle disposition nécessiterait l'utilisation-. de seulement quatre fils dans le tube. Ceci est à opposer au système de l'art antérieur, représenté sur la figure I , et dans lequel un ensemble de cinq fils est nécessaire pour obtenir la commande de grille, étant donné que la connexion électrique entre un côté du filament 3 et le pot 1 de la cathode doit être interrompue et qu'un cinquième fil doit être raccordé au pot de cathode; par conséquent un fil est nécessaire pour chacune des électrodes de déviation et en outre trois fils sont nécessaires pour le filament -et le pot de la cathode. A partir de la description précédente, un specialiste de la technique peut aisément s'assurer des caractéristiques essentielles de la présente invention et, sans sortir de l'esprit et du cadre de cette dernière, put apporter différents changements et modif- ca;-isn à l'invention de maniere a l'adapter à différen tes utilisation et conditions. REVENDICATIONS 1. Tube à rayons X comportant une chambre, dans laquelle le vide est fait, une anode (21) disposée dans ladite chambre pour la production de rayons X sous l'effet des électrons (25) frappant cette anode1 et une cathode disposée dans ladite chambre, dans laquelle le vide est fait, et comportant un dispositif ( d'émission servant à émettre des électrons qui frappent ladite anode (21), caractérisé en ce que la cathode comporte un pot possédant une première et une seconde parties (27 29) isolées électriquement l'une par rapport à l'autre, et que le dispositif (31) d'émission d'électrons est isolé électriquement par rapport à au moins l'une desdites parties (27,29) dudit pot de la-cathodeO 2.Appareil selon la revendication 1 caraco térisé en ce que ledit dispositif (31) d'émission d'électrons est un filament unique. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'isolation électrique entre lesdites première et seconde parties (27,29) dudit pot de la cathode est réalisée au moyen d'un interstice entre ces parties. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le filament (31) est isolé électriquement par rapport auxdites deux parties (27,29) dudit pot de la cathode. 50 Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de polarisation (37,39) servant à appliquer une tension entre ledit filament (31) et ledit pot de la cathode (27,29) modifient la- posi- tion d'impact dudit faisceau d'électrons (25) sur ladite anode (21) 6. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est prévues moyens de polarisation (37,39) servant à appliquer une tension entre ledit filament (31) et ledit pot de la cathode (27,29) en vue de modifier la taille de la surface d'impact dudit faisceau d'électrons (25) sur ladite anode (21). 7. Appareil selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il est prévu des premiers moyens de polarisation (37) servant à appliquer une tension entre ledit filament (31) et ladite première partie (27) dudit pot de la cathode, et des seconds moyens de polarisation (29) servant à appliquer une tension entre ledit filament (31) et ladite seconde partie (29) dudit pot de la cathode. 8. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens de polarisation (41) servant à couper le courant entre ledit filament (31) et ladite anode (21). 9 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite anode (21) est montée tournante par rapport à ladite cathode (27.,29) PO. Tube à rayons X comportant une chambre dans laquelle le vide est réalisé, une anode (21) disposée dans cette chambre en vue de produire des rayons X sous X fet des électrons -(25) frappant ladite anode, et une cathode (27,29,31) disposée dans ladite chambre, dans laquelle le vide est réalisé, et comportant un filament (31) servant à émettre des électrons qui frappent ladite anode (21), caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens' (27,29) réalisésd'un seul tenant avec la dite cathode et servant à dévier le flux (25) d'électrons en direction de surfaces (23) de foyers, pouvant etre choisies sur ladite anode (23).