Brevet FR2619656A1 — publié le 19890224

GENERATEUR DE RAYONS X PRODUISANT SELECTIVEMENT DES RAYONS X A FOCALISATION LINEAIRE ET A FOCALISATION PONCTUELLE La présente invention concerne, d'une façon générale, un générateur de rayons X et, plus particulièrement, un perfectionnement apporté à un générateur de rayons X fournissant des rayons X à focalisation ponctuelle et à focalisation linéaire. On a utilisé un générateur de rayons X à diverses fins dont l'une est son utilisation, en coopération avec un diffractographe à rayons X ou un diffractomètre à rayons X, pour l'analyse, par exemple, de la structure cristalline d'une substance. On analyse la structure cristalline en projetant un rayon X sur la substance et en mesurant l'angle de diffraction du rayon X réfléchi par la substance ou traversant cette substance. Dans cette analyse, on utilise sélectivement un rayon X à focalisation ponctuelle ou un rayon X à focalisation linéaire. De façon typique, quatre fenêtres, décalées de 90' l'une par rapport à l'autre, sont formées dans la périphérie du tube à rayons X, deux de ces fenêtres diamétralement opposées étant destinées à fournir des rayons X & focalisation ponctuelle et les deux fenêtre restantes, qui se trouvent également dans des positions diamétralement opposées, sont destinées à fournir des rayons X à focalisation linéaire. Les rayons X à focalisation ponctuelle et les rayons X à focalisation linéaire sortent par des fenêtres différentes décalées de 90*, de sorte que, lorsque l'on change le mode d'analyse en passant d'un mode utilisant des rayons X à focalisation ponctuelle à un mode utilisant des rayons X à focalisation linéaire, ou vice versa, il faut changer la position d'un dispositif accessoire, tel qu'un diffractographe à rayons X, par rapport au tube à rayons X. Dans une variante, il faut faire tourner le tube à rayons X de 90' tout en laissant inchangée la position du dispositif accessoire. Un tel générateur à rayons X a pour inconvénient qu'il faut réserver pour le dispositif accessoire un large espace autour de l'endroit o est installé le générateur de rayons X. Par ailleurs,il faut prévoir un mécanisme d'entraInement en rotation pour faire tourner le tube à rayons X. Dans ce dernier cas, le fonctionnement du mécanisme d'entraînement en rotation est compliqué et un réglage fin pour le positionnement du dispositif accessoire est difficile à obtenir. On a conçu la présente invention compte tenu des inconvénients mentionnés ci-dessus et elle a pour objet, par conséquent, de fournir un générateur de rayons X dans lequel on peut obtenir de façon extrêmement facile et rapide un changement de modes entre un mode à focalisation ponctuelle et un mode à focalisation linéaire. Pour atteindre l'objet ci-dessus ainsi que d'autres objets, le générateur à rayons X selon la présente invention comprend un tube à rayons X pour irradier des rayons X, ce tube à rayons X comprenant une cathode et une anode, cette cathode comprenant un moyen de génération thermo-électronique pour engendrer des électrons thermiques quand elle est chauffée et comportant une surface pourvue de deux rainures se 20. coupant à angle droit, le moyen de génération d'électrons thermiques étant monté dans les rainures et la surface de la cathode étant disposée de manière à se trouver en face de l'anode et de manière que les électrons thermiques engendrés par le moyen de génération d'électrons thermiques heurtent la cathode, l'anode engendrant alors des rayons X, le tube à rayons X comprenant en outre un moyen de commutation pour le chauffage sélectif du moyen de génération d'électrons thermiques de l'une des deux rainures. On va maintenant décrire de façon plus complète la présente invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe montrant une partie essentielle d'un tube à rayons X selon un des modes de réalisation de l'invention; la figure 2 est une vue en coupe agrandie par II- II de la figure l; les figures 3 et 4 sont des vues en coupe par III- III et IV-IV de la figure 2; la figure 5 est un schéma de principe montrant la connexion d'une source d'alimentation à des filaments hélicoïdaux; et les figures 6A et 6 B sont des schémas de la description du fonctionnement du générateur de rayons X selon la présente invention, la figure 6B étant une vue en coupe par VI-VI de la figure 6A. Le tube à rayons X selon un mode de réalisation préféré de la présente invention est réalisé comme représenté sur la figure 1 o une cathode 2 de forme cylindrique est disposée à l'intérieur d'une enveloppe métallique l, étanche aux fluides et se présentant sous la forme d'une colonne à section polygonale, dans une disposition mutuelle coaxiale. Comme on peut le voir sur la figure 2, la cathode 2 comporte une face d'extrémité pourvue de rainures 3 et 4 s'étendant linéairement dans des directions radiales s'intersectant l'une l'autre à angle droit. Dans les rainures 3 et 4, sont montés respectivement des filaments hélicoïdaux 5 et 6. Le filament hélicoïdal 5 s'étend linéairement, c'est-à-dire de façon rectiligne, le long de la rainure 3. L'autre filament hélicoïdal 6 s'étend, de façon sensiblement rectiligne, le long de la rainure 4 mais comporte, dans sa partie centrale, 'un segment 9 qui fait saillie vers le bas et qui, tout en préservant la continuité du filament hélicoïdal 6, empêche ce dernier d'être en contact avec l'autre filament hélicoïdal 5 dans la partie o ces deux filaments s'intersectent. Des conducteurs 7A et 7B sont reliés aux deux extrémités de chacun des filaments hélicoïdaux 5 et 6 et, de ce fait, les filaments hélicoïdaux 5 et 6 sont supportés de façon flottante. Les extrémités libres de ces conducteurs 7 sortent de l'enveloppe 1. Une anode ou cible 10 est disposée de manière à se trouver en regard de la face d'extrémité de la cathode 2 en en étant séparée d'un espacement prédéterminé. L'anode est, par exemple, en cuivre et comporte une face plane circulaire dans la partie o elle se trouve en regard de la cathode 2. Un passage 11 est formé à l'intérieur de l'anode 10 pour permettre à de l'eau froide de s'y écouler afin de la refroidir. Quatre fenêtres circulaires 12 et 13 sont disposées à des endroits légèrement en-dessous de la face plane de l'anode 10 et dans la paroi de l'enveloppe 1. Plus spécifiquement, l'enveloppe 1 délimite une chambre interne 1A dans laquelle la cathode cylindrique 2 est disposée. L'enveloppe 1 comporte quatre passages lB communiquant avec la chambre interne 1A. Ces passages lB s'étendent dans la direction radiale de la cathode 2 et traversent complètement la paroi de l'enveloppe 1. En outre, des évidements lC sont formés en alignement avec des passages lB. Chacun des évidements 1C communique avec chacune des parties d'extrémités radialement extérieures des passages lB, et les fenêtres 12 et 13 sont disposées dans les évidements correspondants. Les positions des fenêtres sont décalées de 90 degrés, l'une de l'autre. Deux fenêtres se trouvant dans des positions diamétralement opposées sont désignées par un même chiffre de référence 12 ou 13. Les, positions verticales des fenêtres 12 et 13 sont telles que les centres des fenêtres se trouvent en un point légèrement plus bas qu'une ligne horizontale prolongeant la face de l'anode. Plus spécifiquement, les fenêtres 12 et 13 sont disposées de manière que l'angle suivant lequel le rayon X traverse la fenêtre soit d'environ 6 degrés par rapport à la face de l'anode 10. Une plaque de béryllium est utilisée pour ces fenêtres, car le béryllium a des propriétés excellentes de transmission de rayons X. Un obturateur (non représenté) est prévu pour recouvrir chacune des fenêtres afin d'interrompre la fuite des rayons X quand ceux-ci ne sont pas utilisés et on n'ouvre cet obturateur que lorsque l'on utilise les rayons X. L'appareil comporte des commutateurs 14 et 15, accouplés l'un à l'autre mécaniquement, à l'aide desquels les filaments hélicoïdaux 5 et 6 sont alimentés sélectivement par une batterie 16. Pendant le fonctionnement, quand le filament hélicoïdal 5 est connecté à la batterie 16 par l'intermédiaire des commutateurs 14 et 15, il chauffe et des électrons thermiques sont émis par ce filament. Les rainures 3 et 4 servent d'électrodes convergentes pour faire converger les électrons thermiques dans la direction de la largeur de la rainure, c'est-à-dire dans la direction perpendiculaire à la direction longitudinale de la rainure. Les électrons thermiques sont accélérés jusqu'à une vitesse élevée par suite de la différence de potentiel élevée entre la cathode 2 et l'anode 10 et portent l'anode 10. Dans une anode du type à la masse, une tension négative élevée est appliquée A la cathode, l'anode étant reliée à la masse. La figure 6A est un schéma montrant l'anode 10 vue du côté cathode. Les électrons thermiques heurtent la partie hachurée 17 de l'anode 10 (partie qui est appelée: "foyer réel"), à partir de laquelle est engendré le faisceau de rayons X. La longueur des filaments hélicoïdaux, les dimensions des rainures, et la distance entre la cathode 2 et l'anode 10 sont déterminées de manière que l'aire du foyer réel sur l'anode 10 soit, par exemple, de 1 x 10 mm2. Un faisceau de rayons X à focalisation linéaire peut sortir par la fenêtre 13 qui est disposée parallèlement à la direction longitudinale du filament hélicoïdal 5. Le faisceau de rayons X à focalisation linéaire qui sort ainsi a une section droite d'une superficie d'environ 0,1 x 10 mm2 (appelée:"foyer utile"), car la dimension, dans le sens de la largeur, du foyer réel se trouve réduite à environ un dixième quand on la regarde suivant un angle de visée ou d'observation de 6 degrés. Quand on connecte le filament hélicoïdal 6 à la batterie 16 en commutant les commutateurs 14 et 15 couplés l'un à l'autre mécaniquement, les électrons thermiques heurtent la partie hachurée 19 de l'anode 10. Dans ce cas, un faisceau de rayons X à focalisation ponctuelle ayant une section droite d'une superficie de 1 x i mm' peut sortir par la même fenêtre 13 qui est disposée perpendiculairement à la direction longitudinale du filament hélicoïdal 6, car les angles d'observation a et y sont faibles. On peut voir à travers la fenêtre 13 la partie 19 de génération de rayons X de l'anode 10 depuis le point d'incidence P. comme indiqué par les traits interrompus 20 sur la figure 6B. Comme on l'a décrit, du fait que le générateur de rayons X selon l'invention permet de changer le mode de focalisation ponctuelle en mode de focalisation linéaire, ou vice versa, il n'est pas nécessaire de réserver un espace important autour du tube de rayons X pour l'installation d'un dispositif accessoire. En outre, il n'est pas nécessaire de faire tourner le tube de rayons X chaque fois que l'on effectue un changement de mode. Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, bien que les filaments hélicoïdaux soient disposés de manière à s'intersecter mutuellement, il va de soi que l'on peut obtenir le même effet en plaçant les filaments hélicoidaux suivant une disposition en L ou en T. o REVENDICATIONS 1. Générateur de rayons X caractérisé en ce qu'il comprend: un tube à rayons X pour irradier un faisceau de rayons X, ledit tube comprenant une cathode (2) et une anode (10), la cathode (2) comprenant un moyen (5,6,16) générateur d'électrons thermo-électriques pour engendrer des électrons thermiques quand il est chauffé et une surface pourvue de deux rainures (3,4) s'intersectant mutuellement à angle droit, ledit moyen générateur d'électons thermiques étant monté dans les rainures, la surface de la cathode (2) étant disposée en regard de l'anode (10) et les électrons thermiques engendrés par le moyen générateur d'électrons thermiques heurtant l'anode qui engendre alors un faisceau de rayons X; et un moyen de commutation (14,15) est présent pour le chauffage sélectif du moyen de génération d'électrons thermiques de l'une des deux rainures (3,4). 2. Générateur de rayons X selon la revendication 1, en ce que le moyen générateur d'électrons thermiques comprend deux filaments hélicoïdaux (5, 6) isolés électriquement l'un de l'autre et une batterie électrique (16), chacun des deux filaments étant chauffé et émettant les électrons thermiques lorsqu'il est connecté à la batterie. 3. Générateur de rayons X selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de commutation connecte sélectivement la batterie (16) à l'un des deux filaments (5,6). 4. Générateur de rayons X selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deux filaments hélicoïdaux (5, 6) sont disposés de manière à s'intersecter dans une partie centrale de chacun des deux filaments hélicoïdaux. 5. Générateur de rayons X selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deux filaments hélicoïdaux (5, 6) sont placés sur une disposition en T. 6. Générateur de rayons X selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deux filaments hélicoidaux (5, 6) sont placés suivant une disposition en L.