Brevet FR2536584A1 — publié le 19840525

DISQUE EN GRAPHITE POUR ANODE TOURNANTE DE TUBES A RAYONS X L'invention concerne un disque en graphite pour anode tournante de tubes à rayons X, de tels tubes à rayons X etant couramment utilises dans le domaine du radiodiagnostic Dans ce domaine, des tubes à rayons X à anode tournante sont couramment amenés à supporter des puissances électriques importantes, durant des temps de fonctionnement variables, constituant des applications de charge La puissance appliquée durant cette charge est destinée à engendrer un flux d'électrons, focalisé sur une petite surface de l'anode appelée foyer, cette surface devenant la source de rayons X La rotation de l'anode détermine une couronne focale formée par la surface du foyer en rotation Une faible part de l'énergie des electrons qui frappent le foyer est transformée en rayons X, le reste de cette énergie est absorbé sous forme de chaleur par l'anode Aussi la couronne focale est généralement constitue'e par un métal ou un composé métalliques tel que du tungstène ou tantale par exemple, réfractaire pour éviter sa fonte au point d'impact des électrons et de numéro atomique élevé pour obtenir une intensité suffisante de l'émission du rayonnement X; ce métal ou composé métallique étant appelé "matériau cible" dans la suite du texte La chaleur absorbée par l'anode tournante ne peut être évacuée dans sa presque totalité, que par rayonnement thermique C'est pourquoi il est du plus grand intérêt de ménager sur cette anode, généralement constituée d'un disque, des surfaces capables d'assurer ce rayonnement il est connu d'utiliser à cette fin du graphite, lequel est capable d'un meilleur rayonnement thermique que le matériau cible Pour ces raisons, afin de satisfaire aux exigences posées par des tubes a' rayons X de grande puissance, il est souvent procédé à un accroissement des surfaces de rayonnement thermique. Mais jusqu'à présent, un accroissement suffisant de ces surfaces s'accompagne d'une augmentation considérable du volume et de la masse de l'anode tournante Compte tenu des vitesses de rotation élevées du disque d'anode et de l'accélération qu'il subit, ceci amène de nouvelles Contraintes mécaniques, telles que par exemple :: - augmentation de la puissance du moteur assurant la rotation du disque d'anode; - augmentation du volume de ce moteur - augmentation du volume du tube à rayons X LI est à remarquer également, que le moteur assurant : la rotation du disque d'anode étant généralement place en vis å vis d'une face inférieure du disque comportant une surface de rayon- nement thermique, ce moteur reçoit une part considérable de ce rayonnement ; ceci étant préjudiciable à son fonctionnement et à sa longévité. La présente invention concerne un disque en graphite pour anode tournante, dont la forme permet d'une part d'obtenir une suriace de rayonnement accrue par rapport à l'art antérieur, pour un faible accroissement de la masse du disque d'anode. Un disque an graphita conforme à l'invention, permet également de diminuer la part du rayonnement thermique reçu par un moteur assurant sa rotation. Selon l'invention, un disque en graphita pour anode tournante de tubes a rayons X, muni d'une couronne focale en matériau cible, est caractérisé en ce que au moins une face supérieure ou une face inférieure de ce disque comporte, sur une surface en graphita constituant une surface de rayonnement thermique, un anneau centré autour d'un axe de rotation du disque et faisant saillie par rapport à cette surface, de manière à augmenter la surface de rayonnement thermique avec un faible accroissement de la masse du disque. L'invention sera mieux comprise gracie à la description qui suit et aux deux figures annexées, parmies lesquelles : - La figure 1 montre partiellement, selon une coupe transversale, un tube à rayons X comportant un disque d'anode en graphite conforme à l'invention; - La figure 2 représente une seconde version d'un disque d'anode selon l'invention. La figure 1 montre un tuba à rayons X1, muni d'un disque 2 d'anode en graphite conforme à l'invention; une partie supérieure du tube à rayons X1, non nécessaire à la compréhension de l'invention, n'étant pas représentée sur la figure 1. Le tube à rayons X1 comporte une enveloppe 4, contenant d'une maniera classique un rotor 5 9 ce dernier constitue avec un stator (non représenté) extérieur à l'enveloppa 4, un moteur assurant une rotation du disque 2. Le disque 2 est solidarisé au rotor 5 grâce à des moyens de fixation 9 conventionnels (représenté partiellement) par l'intermédiaire d'un axe 6 9 la rotation du disque 1 s'effectue autour d'un axe de rotation 7, sedlon-une flèche 8 par exemple. Dans l'exemple non limitatif de la description, une face supérieure 10 du disque 2 comporte une première surface de graphite 11, au centre de laquelle débouchent les moyens de fixation 9 du disque 2, cette première surface 11 assurant un rayonnement thermique. La face 10 supérieure comporte également, presque à sa périphérie, une piste 12 circulaire, centrée sur l'axe de rotation 7, ayant un rayon extérieur r et constituant une couronne focale 2 cette couronna focale ou piste 12 étant constituée par un matériau cible tel que précédemment mentionné. Cette disposition est montrée à titra d'exemples la couronne focale 12 pouvant et limant, d'une manière classique, être située sur une face périphé- rique 3 du disque 2s ainsi qu'elle est montrée en traits pointillés sur la figure 1 et référencée 12 A. Le disque 2 comporte également sur une face inférieure 13, une seconde surface 14 de graphite, ainsi qu'un anneau 15 en saillie par rapport à cette seconde surface 14. L'anneau 15 est centré sur l'axe de rotation 7 et, dans l'exemple non limitatif décrit, il est situé sensiblement à la péri phérie de la face intérieure 13 afin de comporter un rayon rl aussi grand que possible ; ceci permettant ainsi à une face extérieure 16 et une face intérieure 17 que comporte cet anneau 15, de développer une surface aussi importante que possible. L'anneau 15 est constitué d'un même graphita que le disque 1, cet anneau étant venu de matière lors de la fabrication de ce disque; ainsi las faces extérieures -et intérieures 16, 17 constituent respectivement une surface extérieure et une surface intérieure de rayonnement thermique. Ceci constitue une caractéristique du disque 2 selon l'invention qui lui permet de comporter une surface de rayonnement thermique supplémentaire 16,17, constituée par les faces extérieures, inté- rieures 16, 17 de l'anneau 15, sans exiger un accroissement impor. tant de sa masse et du volume nécessaire à son logement. Cette surface de rayonnement supplémentaire 16,17, apportée par l'anneau 15 peut avoir une géométrie différente de celle montrée par la figure 1 ; l'essentiel étant que le le rapport de la surface supplémentaire 16,17 apportée par l'anneau 15, sur le volume de ce dernier soit suffisant pour que l'accroissement de la masse du disque 2 reste faible. Un autre avantage important réside en ce que une partie de la surface de rayonnement supplémentaire 16,17, constituée par la face extérieure 16, étant dans l'exemple non limitatif décrit dans un plan sensiblement parallèle à l'axe de rotation 7, le rayonnernent thermique (non représenté) de cette face extérieure 16, s'effectue principalement directement vers une paroi latérale 30 de l'enveloppe 4 ; ceci est d'autant plus favorable que, d'une manière courante, il existe une gaine (non représentée) extérieure au tube à rayons X1, laquelle est capable d'écouler rapidement la chaleur produite par le rayonnement thermique. Ceci permet d'une part une évacuation beaucoup plus rapide de la chaleur emmagasinée par le disque 1, d'où un abaissement de sa température, et permet d'autre part, au rotor 15 d'être moins exposé au rayonnement thermique du disque 2 selon l'invention, qu'avec un disque d'anode réalisé selon l'art antérieur. Selon l'invention, l'anneau 15 centré autour de l'axe de rotation 7, peut également être situé en saillie sur la face supérieure 10 ; il peut alors être disposé extérieurement par rapport à la piste 12 ou intérieurement à celle-ci, ainsi que dans l'exemple non limitatif décrit ou un second anneau 1 Sa est représenté en traints pointillés. La position de ce second anneau 15a sur la face supérieure 10 et une hauteur H qu'il comporte, sont alors fonction de caractéristiques géométriques du tube à rayons X1 et notamment d'une position d'une cathode 31 que ce tuba comporte ; la position occupée par la cathode 31 dans la figure 1, est donnée en fonction de l'exemple non limitatif décrit dans lequel, la couronne focale 12 est située sur la face supérieure 10 du disque 2. Le cas précédemment mentionné, où cette couronne focale est disposée sur la face périphérique 3, correspond à une position différente (non repré- sentée), mais également classique de la cathode 31 ; le montage de cette cathode 31 étant conventionnel des moyens nécessaires à l'assurer ne sont pas représentés De mêP?ne que le premier anneau 15, la second anneau 15a, en saillie par rapport à une surface de graphite, est constitué lui-même an graphite étant obtenu également de matière lors de la fabrication du disque 2. 11 est ainsi en mesure d'évacuer la chaleur emmagasinée par le disque 1, grâce au rayonnement thermique de secondes faces extérieures et intérieures 1 6a, 1 7a, qu'il comporte. Un disque 2 an graphita conforme à l'invention peut ainsi comporter : soit un premier anneau 15 sur sa face inférieure 13; - soit un second anneau lSa sur sa face supérieure 10; - soit simultanément sur sa face inférieure 13 ce premier anneau 15 ek sur sa face supérieure 10 ce second anneau 15a. Le premier ou le second anneau 15, 15a ou les deux, peuvent être rapportés sur la disque 2 après la fabrication de ce dernier. La figure 2 il lustre cette seconde version de l'invention, dans laquelle, à titre d'exemple non limitatif, le premier anneau 15 est rapporté sur la face inférieur 13 et solidarisé au disque 2 par brasure. REVENDICATIONS 1. Disque en graphita pour anode tourante de tube à rayons X, muni d'une couronne focale (12) en matériau cible, caractérisé en ce que au moins une face supérieure (10) ou une face inférieure (13) de ce disque (12) comporte, sur une surface en graphite (11, 14) constituant une surface de rayonnement thermique, un anneau (15) centré autour d'un axe de rotation (7) du disque (2) et faisant saillie par rapport à cette surface (11, 1, 14), de manière à augmenter la surface de rayonnement thermique avec un faible accroissement de la masse du disque (2). 2. Disque selon la revendication 1, caractérisé an ce que l'anneau (15) est venu de matière à la fabrication du disque (2). 3. Disque selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'anneau (15) est rapporté sur le disque (2) par un procédé de brasure. 4. Disque selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'anneau (15) est constitué en graphite pyrolitique. 5. Disque selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'anneau (15) comporte une surface de rayonnement thermique supplémentaire (16,17), dont une partie (16) est capable d'un rayonnement thermique principalement dirigé dans des directions latérales (A, B, C) par rapport à l'axe de rotation (7). Pour cela la face inférieur 13 comporte une fente circulaire 34, centrée autour de l'axe de rotation 7, et dont une largeur L est telle, qu'elle permet de loger une épaisseur E du premier anneau 15. Le premier anneau 15 étant engagé dans cette fente, il est solidarisé du disque 2 par brasure par exemple, selon une méthode conventionnelle. Une couche de brasure 32 permet non seulement lVac- crochage mécanique, mais aussi le transfert de chaleur du disque 2 vers cet anneau 15. Dans le cas où un anneau 15, 15a est rapporté sur la disque 2, il est particulièrment avantageux que cet annéau soit constitué ainsi quQ-- dans l'exemple non limitatif décrit, d'un graphite pyrolitique; la tonduction thermique de ce graphite pyrolitique étant très grande selon une direction M parallèle à l'axe de l'anneau 15a, cet axe de l'anneau corespondant dans l'application à l'axe de rotation 7. Cette description d'un disque 2 conforme à l'invention, montre que ce dernier est applicable à tous tubes à rayons X à anodes tournantes, un tel disque assurant par sa forme un abaissement considérable de sa température.