Brevet FR2591386A1 — publié le 19870612

TUBE RADIOGENE POUR IMAGERIE PAR BALAYAGE La présente invention concerne un tube radiogène, particulièrement bien adapté pour être utilisé dans des dispositifs d'examen radiologique où une image d'un objet est obtenue par un balayage de l'objet par un faisceau X plat en éventail. Un avantage important dans l'utilisation d'un faisceau plat en éventail, collimaté par une fente dans une direction au niveau du récepteur, réside dans une diminution importante du rayonnement X diffusé par robjet lui-même, et donc dans une amélioration de la qualité de l'image; seule une tranche relativement mince de l'objet à examiner étant à chaque instant traversée par le faisceau X. Ceci constitue une amélioration, mais l'image ainsi obtenue comporte, en commun d'ailleurs avec les images obtenues en radiologie conventionnelle, des défauts dont la cause est directement imputable au trop grandes dimensions du foyer optique : la qualité de l'image diminue quand la dimension du foyer optique augmente. Dans un tube radiogène, une haute tension est appliquée entre une cathode et une anode. La cathode génère des électrons formant un courant dit anodique qui, sous l'effet de la haute tension traverse l'espace entre la cathode et l'anode, sous la forme d'un faisceau d'électron. Le faisceau d'électron bombarde l'anode sur une petite surface, appelée foyer, d'une cible anodique formée sur l'anode. Les interactions électrons incidents-atomes, du matériau constituant la cible anodique, provoquent une émission de photons X selon les deux processus bien connus de collision et de freinage. Cette émission de photons s'accompagne d'une forte émission de chaleur. En effet, le rendement énergétique des rayons X produits, c'est-à-dire le rapport d'énergie des photons X à l'énergie des électrons incidents, est de l'ordre de 1%, le reste est transformé en chaleur. La quantité de rayonnement X produit dépend de la valeur du courant anodique et de la valeur de la haute tension, et pour accroître la quantité de rayonnement X produit, il suffit par exemple d'augmenter la valeur du courant anodique, tout en veillant à ne pas détruire, par fusion, la surface bombardée par le faisceau d'électrons. Une première solution à ce problème réside dans l'utilisation d'une anode tournante, ayant la forme d'un disque mis en rotation sur lui-même autour de son axe de symétrie ; ceci permet de faire défiler la cible anodique sous le faisceau d'électrons, la surface bombardée, c'est-à-dire le foyer, et la rotation de l'anode engendrant une couronne focale. Le foyer engendré à l'impact du faisceau d'électrons incidents est plus précisément appelé foyer thermique, et sa projection sur un récepteur du rayonnement X, un film radiographique par exemple, constitue le foyer optique. Ainsi la dimension du foyer optique doit être aussi réduite que possible pour la qualité de l'image, alors que la dimension du foyer thermique doit être grande pour éviter la détérioration de la cible anodique. Dans l'art antérieur, ces deux exigences contradictoires sont partiellement conciliées, en donnant une inclinaison au plan de la cible par rapport à la direction du faisceau de rayonnement X utile produit, de manière à obtenir un foyer thermique de dimension aussi grande que possible, sans modifier la dimension du foyer optique: la cible anodique forme une pente o( par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe de symétrie du disque d'anode ; si le foyer thermique a une longueur I sur la pente, on dispose l'objet et le film radiographique de façon telle, que dans le plan de symétrie, la projection X du foyer thermique, c'est-à-dire le foyer optique, soit telle que: X = 1 sinus Un inconvénient important de cette configuration est qu'elle engendre un défaut appelé "effet talon" apporté par l'inclinaison du plan de la cible; ce défaut consistant dans une diminution très rapide de la quantité de rayonnement X émis par l'anode, selon de faibles angles par rapport au plan de la cible anodique. Pour obtenir un faisceau plat en éventail, à partir d'un rayonnement X produit selon la configuration qui vient d'être décrite, on utilise des moyens de collimation qui délimitent les bords opposés du plan de l'éventail selon des angles 0 Un inconvénient de cette disposition réside en ce que la dimension du foyer optique, considérée parallèlement au plan de l'éventail, augmente plus l'on s'approche des extrémités de l'éventail, de manière d'autant plus importante que les angles d'ou vertureO(l sont grands. La présente invention concerne un tube radiogène à anode tournante permettant de palier les inconvénients précédemment cités, grâce notamment à une forme de l'anode tournante particulièrement appropriée à produire un rayonnement X pour faisceau plat en éventail et permettant d'obtenir un foyer optique dont la longueur dans les extrémités de l'éventail, parallèlement au plan de l'éventail, résulte de la projection du foyer thermique selon une dimension inférieure à sa longueur réelle. Selon l'invention, un tube radiogène pour faisceau plat en éventail, comportant une anode. tournante et une cathode, ladite anode tournante comportant un axe de symétrie, ladite cathode générant un faisceau délectrons bombardant ladite anode tournante sur une surface constituant un foyer thermique et la source d'un rayonnement X, est caractérisé en ce que, selon un plan de symétrie de ladite anode contenant ledit axe de symétrie, ladite surface comporte un profil concave. La présente invention sera mieux comprise grâce à la description qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif, et en référence aux deux figures annexées parmi lesquelles: - la figure 1 montre, par une vue en perspective, un tube radiogène selon l'invention; - la figure 2 montre par une vue en coupe, une anode tournante dudit tube radiogène. La figure 1 représente un tube radiogène 1 conforme à l'invention. Le tube radiogène 1 comporte une anode tournante 2 ayant un axe de symétrie 3 selon lequel elle est solidarisée à un rotor 4 ; le rotor 4 coopère de manière classique avec un stator (non représenté), pour mettre l'anode tournante 2 en rotation sur elle-même, autour de son axe de symétrie 3, comme montré par la flèche 5 par exemple. Le tube radiogène comporte en outre une cathode 6 supportée par un support cathode 8 en lui-même connu. Les connexions électriques à l'anode tournante 2 et à la cathode 6 stef- fectuant de manière conventionnelle, ces connexions ne sont pas représentées pour plus de clarté de la figure. La cathode 6 génère, en fonctionnement, un faisceau d'électrons 7 qui bombarde l'anode 2. Dans l'exemple non limitatif décrit, la cathode 6 comporte des moyens, en eux-mêmes connus (non représentés), pour infléchir la trajectoire du faisceau d'électron 7 de manière que la cathode 6 puisse être disposée en dehors d'un rayonnement X 9 produit par l'anode 2 sous Peffet du bombardement du faisceau d'électron 7 ; la source du rayonnement X 9 étant constituée par un foyer f formé sur la surface bombardée par le faisceau électrons 7. Selon une caractéristique de l'invention, la surface bombardée par le faisceau, représentée par le foyer f, a un profil 10 dont la forme est concave. Selon une autre caractéristique de l'invention, le profil 10 constitue le fond d'une concavité 11-12 ; le foyer f, constituant un foyer thermique, étant ainsi logé dans le fond de cette concavité. La concavité 11-12 est formée par une gorge 13, s'étendant selon un cercle dont le centre (non représenté) est sur l'axe de symétrie 3, et contenant une couronne focale 15 engendrée par le foyer thermique f et la rotation de l'anode tournante 2. Dans l'exemple non limitatif décrit, la gorge 13 est réalisée dans la tranche 14 de l'anode tournante 2, mais pourrait tout aussi bien être disposée différemment, comme par exemple sur une face 18 de l'anode tournante 2, opposée au rotor 4. Selon un avantage qui résulte de la forme concave conférée à l'anode tournante 2, le rayonnement X produit à partir du foyer thermique f est émis principalement selon la forme d'un faisceau plat 9 qui peut être délimité de manière plus précise par un collimateur 20, pour constituer un faisceau plat en éventail 21. Le plan de l'éventail étant délimité par des rayons marginaux 22,23 qui présentent, par rapport à un rayon central 24 - normal à l'axe de symétrie 3, des angles oe 1, correspondant à l'angle douverture désiré de l'éventail ; le faisceau plat en éventail 21 étant orienté de manière telle qu'un plan contenant le profil 10 soit disposé dans le sens de l'épaisseur E du faisceau. Dans cette configuration, on obtient un rapport relativement important entre la longueur développée du foyer thermique f et la profondeur de la concavité 11-12, ainsi qu'il est davantage expliqué dans une suite de la description relative à la figure 2. L'avantage qui découle de cette configuration est que, dans la projection du foyer thermique f sur un récepteur de rayons X 28, d'où résulte un foyer optique 27, c'est la projection de la profondeur de la concavité 11-12 qui constitue une dimension d du foyer optique 27, considérée parallèlemerit au plan de l'éventail, c'est-à-dire parallèlement à un axe 50 normal à l'axe de symétrie 3, et non la longueur développée du foyer thermique f, et que d'autre part le rapport de cette longueur développée à cette profondeur est conservé entre le rayon central 24 et les extrémités 25, 26 de l'éventail. La figure 2 représente l'anode tournante 2, par une vue en coupe selon un plan de symétrie de l'anode tournante 2 contenant l'axe de symétrie 3. Le profil 10 constitue le fond d'une concavité 11-12 formée entre des parois opposés 11,12 de la gorge 13 ; le foyer thermique f engendré par le bombardement du faisceau d'électrons 7 (non représenté sur la figure 2) ayant la forme du profil 10. Le profil 10 peut être parabolique ou cônique ou encore suivre une toute autre courbe s'étendant de manière sensiblement symétrique de part et d'autre d'un point 30 représentant le point le plus profond de la gorge 13. Dans l'exemple non limitatif décrit, le profil 10 est formé selon sensiblement un demi-cercle, une première et une seconde extrémités 31, 32 rejoignant, de chaque côté du point 30, les parois 11,12. Une profondeur P du profil concave 10, c'est-à-dire du foyer thermique f, est constituée entre le point le plus profond 30 et l'intersection entre une droite 34 normale au point 30 et une ligne 35 reliant les extrémités 31,32. C'est la projection de cette profondeur P sur le récepteur de rayonnement 28 (montrée à la figure 1) qui constitue la dimension d du foyer optique 27 aux extrémités de l'éventail, et non la longueur dévelopée du profil concave 10 correspondant sensiblement à la longueur réelle du foyer thermique f. Ceci constitue un avantage important par raport à l'art antérieur où aux extrémités de l'éven- tail, la dimension du foyer optique résulte de la longueur réelle du foyer thermique. Dans le cas de la présente invention, la dimension de la profondeur P est très inférieure à la longueur réelle L du foyer thermique f.En effet, si le profil 10 concave constitue un demicercle dont la profondeur P représente le rayon r, la longueur L du profil concave 10 qui constitue la longueur réelle du foyer thermique f est égale àTl r ; la distance comprise entre les extrémités 31,32 constituant un diamètre D du demi-cercle ou profil 10, selon lequel le foyer thermique f est projeté dans le sens de l'épaisseur E (montrée sur la figure 1) du faisceau en éventail 21. Dans l'exemple non limitatif de la description, l'anode tournante 2 est du type anti-cathode à réflexion, c'est-à-dire que les rayons X (non représentés) émis vers l'intérieur de l'anode 2 sont absorbés, et que seuls sont utiles les rayons X émis vers ltextérieur. I1 est connu que les rayons X sont émis dans toutes les directions et dans l'art - antérieur sont seuls utilisés les rayons X qui sont émis dans une direction moyenne du faisceau utile, les rayons X émis dans des directions différentes ne contribuant pas à la formation du faisceau utile. Dans la présente invention, au contraire grâce au profil 10 de forme concave sur lequel est établi le foyer thermique f, des rayons X (non représentés) émis par exemple du côté de la première extrémité 31 en direction de la seconde extrémité 32, ne sont pas perdus pour le faisceau utile car ils vont engendrés à leur tour un rayonnement X dont une fraction sortira de la concavité 11-12 et contribura à former le faisceau plat en éventail 21. D'autre part, les parois 11,12 sont ellesmêmes absorbantes du rayonnement X, et constituent un premier collimateur grâce auquel l'essentiel du rayonnement X produit à partir du foyer thermique f est contenu dans l'épaisseur E du faisceau en éventail 21. Il est à remarquer que des rayons X émis par le foyers en direction de l'une ou l'autre des parois 11,12 peuvent également constituer la source d'un rayonnement X qui enrichit le faisceau utile, c'est-à-dire le faisceau en éventail 21 ; les parois 11,12 étant sensiblement parallèles ou faiblement divergentes. Le matériau sur lequel est formé le foyer thermique f, est constitué de manière classique par un métal ou un composé métallique tel que du tungstène ou du tantale par exemple, réfractaire pour éviter sa fonte sous l'impact des électrons, et de nuinéros atomiques élevés 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. Le "matériau cible" dont sont formés le foyer thermique f et les parois 11,12 peuvent être d'une même nature, ou être de nature différente, de manière à obtenir par exemple que le spectre du rayonnement X comporte les raies caractéristiques propres à chaque matériau cible ; les parois 11,12 pouvant être formées par exemple par une couche 42 d'un matériau cible, rapportée sur Panode tournante 2. Avec la présente invention, la direction moyenne du rayonnement X utilisé correspond par exemple au rayon central 24, lequel se confond avec la droite 34 normale au point le plus profond 30, ce dernier constituant le centre du foyer thermique f. Le rayon central 24 forme, avec le foyer thermique f, un angle (non représenté) de 90 avec le centre 30 du foyer thermique f, et qui ensuite diminue vers les extrémités 31,32 du foyer thermique f ou profil 10. Ceci constitue une amélioration considérable par rapport à Part antérieur, vis à vis du défaut de la distribution spatiale du rayon- nement X, cité précédemment sous le nom "d'effet talon" cet effet talon étant particulièrement prononcé dans l'art antérieur, par le fait que l'obtention d'un foyer optique de faible dimension conduit à avoir un angle ot faible (de l'ordre de 10 ) entre une direction moyenne du rayonnement X utile et la pente sur laquelle est formé le foyer thermique. REVENDICATIONS 1. Tube radiogène pour faisceau X plat en éventail, comportant une anode tournante (2) et une cathode (6), ladite anode (2) comportant un axe de symétrie (3), ladite cathode (6) générant un faisceau d'électrons (7) bombardant ladite anode (2) sur une surface (f) constituant un foyer thermique et la source d'un rayonnement X, caractérisé en ce que, selon un plan de symétrie de ladite anode (2) contenant ledit axe de symétrie (3), ladite surface (f) comporte un profil (10) de forme concave. 2. Tube radiogène selon la revendication 1, caractérisé en ce que le profil (10) concave comporte une profondeur (P) inférieure à la longueur développée dudit profil (10) concave. 3. Tube radiogène selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit profil (10) concave est contenu dans un plan disposé dans le sens de l'épaisseur (E) dudit faisceau plat en éventail (21). 4. Tube radiogène selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit profil (10) concave constitue le fond d'une concavité (11-12) formée entre des parois (11,12). 5. Tube radiogène selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdites parois (11,12) constituent un moyen de collimation agissant dans le sens de l'épaisseur (E) dudit faisceau plat en éventail (21). 6. Tube radiogène selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite surface (f) et lesdites parois (11,12) sont constituées par des matériaux cibles de même nature. 7. Tube radiogène selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite surface (f) et lesdites parois (11,12) sont constituées par des matériaux cibles de nature différente. 8. Tube radiogène selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite anode (2) est du type anticathode à réflexion. 9. Tube radiogène selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit profil (10) concave est constitué selon un arc de cercle. 10. Tube radiogène selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite concavité (11-12) est formée dans une gorge (13) formant un cercle centré autour dudit axe de symétrie (3). 11. Tube radiogène selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite gorge (13) est réalisée sur une tranche (14) de ladite anode tournante (2).