Brevet FR2625365A1 — publié le 19890630

TUBE A RAYONS X A ANODE TOURNANTE L'invention concerne un tube à rayons X à anode tournante, et concerne particulièrement des moyens permettant d'améliorer la fixation de l'anode tournante et, par suite d'améliorer la résistance mécanique de cette anode. Avec les tubes à rayons X et notamment les tubes à usage d'imagerie médicale, la production des rayons X est obtenue sous l'effet d'un bombardement électronique d'une cible portée par l'anode. Une faible surface de la cible appelée foyer, est soumise au bombardement d'un faisceau d'électrons incidents et > constitue la source du rayonnement X. Une faible proportion de lténergie dépensée à produire le faisceau d'électrons est transformée en rayonnement X et le reste de cette énergie est transformée en chaleur, de sorte que- le matériau dont est formé la cible est généralement constitué par un matériau réfractaire, à haut numéro atomique et bon conducteur thermique, comme par exemple le tungstène, le molybdène etc..., ou un de leurs alliages. Cependant, les puissances instantanées importantes mises en Jeu (de l'ordre de 100 KW) et les petites dimensions du foyer (de l'ordre du millimètre) ont conduit depuis longtemps à réaliser des anodes tournantes, c'est-b-dire à mettre l'anode en rotation pour répartir le flux thermique sur une couronne appelée couronne focale d'aire beaucoup plus grande que le foyer. Sur le plan thermique, le gain est d'autant plus grand que la vitesse de rotation est élevée. Les anodes tournantes généralement utilisées, ont, grossièrement, la forme d'un cylindre aplati ou disque, l'épaisseur étant de l'ordre du centimètre et le rayon de plusieurs centimètres. I1 existe de nombreuses variantes autour de cette forme, par exemple celle d'un tronc de cone très aplati est la plus courante. Le plus souvent, L'anode tournante est constituée d'une partie appelée corps de base, sur laquelle est rapportée une cible qui peut être de structure massive ou qui peut être aussi constituée par une ou plusieurs couches de matériau cibles déposées sur le corps de base. Le corps de base est généralement en un matériau moins lourd que celui qui constitue la cible, . et souvent le corps de base est réalisé en graphite, monolithique par exemple, le graphite possédant des propriétés particulièrement intéressantes sur le plan thermique. La limite vers les grandes vitesses de rotation des anodes tournantes n'est liée qutå des impératifs techniques, parmi lesquels la résistance à l'éclatement des matériaux qui constituent l'anode pose le problème le plus fréquent ; ceci particulièrement dans le cas où l'anode est formée par un corps de base en graphite, c'est-à-dire en un matériau différent de celui du matériau cible Les auteurs de I'inventlon ont pensé que l'une des raisons principales à l'éclatement des disques d'anode, à partir de certaines vitesses de rotation, tenait principalement à un affaiblissement de la résistance mécanique des anodes imputable à la manière dont ces anodes sont fixées sur leur support.En effet, d'ùne manière générale, le support d'une anode tournante est un arbre dont une extrémité est solidaire d'un rotor, et dont l'autre extrémité traverse le disque d'anode, le disque d'anode ayant à cet effet un trou central ayant pour axe l'axe de symétrie, et dont la présence engendre l'affaiblissement de la résistance mécanique du disque d'anode. Le disque d'anode est fixé à l'arbre à l'aide par exemple d'un écrou vissé sur une extrémité filetée de l'arbre de sorte à serrer l'anode entre cet écrou et un palier porté par l'arbre. L'invention concerne un tube à rayons X à anode tournante dans lequel la fixation de l'anode tournante sur son support est réalisée d'une manière nouvelle, qui permet d'accroître la résistance à l'éclatement des matériaux constituant l'anode et par conséquent, pour un même type d'anode tournante que dans l'arbre antérieur, permet d'accroître la vitesse de rotation et/ou son diamètre.Ceci est obtenu par un agencement nouveau qui conduit notamment à supprimer le trou central précédemment mentionné Selon l'invention, un tube à rayons X, comportant une anode tournante, un rotor, un support d'anode dont une première extrémité est fixée au rotor et, dont la seconde extrémité est fixée à l'anode tournante à l'aide de moyens de fixation, l'anode tournante ayant un axe de symétrie autour duquel elle est mise en rotation, est caractérisé en ce que les moyens de fixation sont disposés de manière symétrique autour de l'axe de symétrie et en dehors de ce dernier. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif, et aux quatre figures annexées parmi lesquelles - la figure 1 montre de manière schématique un tube à rayons X conforme à l'invention, et illustre une version préférée de l'invention; - la figure 2 représente une anode tournante déjà représentée à la figure 1, l'anode tournante étant vue par une de ses faces - la figure 3 illustre une seconde version- de l'invention par une vue schématique en coupe de l'anode tournante et d'un support d'anode - la figure 4 illustre une troisième version de l'invention par une vue schématique, en coupe, de l'anode et du support d'anode. La figure 1 montre schématiquement à titre d'exemple non limitatif, un tube radiogène 1 conforme à l'invention dans une première version de l'invention. Le tube radiogène comporte une enveloppe 2 étanche au vide, dans laquelle sont contenues une anode tournante 3 et une cathode 4. L'anode 3- a la forme générale d'un disque ayant un axe de symétrie 5. Dans l'exemple non limitatif de la description, l'anode tournante 3 est du type ayant un corps de base 6 ou substrat en graphite par exemple, sur lequel est déposée au moins une couche d'un matériau cible 7 en tungstène par exemple, constituant une cible 8. La cible 8 est formée sur une face 9 de l'anode 3, orientée vers la cathode 4, la cible 8 étant plus précisément formée sur une partie pentue 10 qui, sur la face 9, entoure une partle centrale 11 plane. La cathode 4 est portée, de manière classique, en vis à vis de la cible 8, et produit un faisceau d'électrons 12 qui en bombardant la cible 8 engendre un rayonnement X (non représenté). L'anode tournante 3 est portée par un support d'anode 13 dont une extrémité 14 est solidaire d'un rotor 15. Le rotor 15 est porté par un axe support 46 fixe, lui-même porté par l'enveloppe 2, et sur lequel le rotor est monté de manière traditionnelle de sorte à être libre en rotation autour de l'axe de symétrie 5. La rotation du rotor est obtenue de manière conventionnelle, sous l'action d'un stator (non représenté) situé autour du rotor 15 à l'extérieur de l'enveloppe 2 ; la rotation du rotor 15 entraînant la rotation de l'anode tournante 3 autour de l'axe de symétrie 5 comme symbolisé par une flèche 17. Dans l'exemple non limitatif décrit, le support d'anode 13 a la forme d'un arbre dont la première extrémité 14 est fixée au rotor 15, et dont la seconde extrémité 16 qui est fixée à l'anode 3, comporte un plateau 59 de forme circulaire par exemple, dont le plan est dans un plan perpendiculaire à celui de la figure. Le plateau 59 constitue une butée sur laquelle l'anode tournante 3 est maintenue en appui à l'aide d'éléments de fixation qui, selon une caractéristique de l'invention sont disposés en dehors de l'axe de symétrie 5. - Dans l'exemple non limitatif de cette première version de l'invention, les éléments de fixation sont constitués d'une part par plusieurs trous 18,19, 20 formés dans l'anode 3 parallélement à l'axe de symétrie 5 et, d'autre part par des tiges ou tourillons 21, 22, 23, chaque tourillon étant engagé dans un trou 18, 19, 20. Cette version de l'invention résulte de la constatation d'un fait surprenant, qui réside en ce que plusieurs trous de fixation tels que les trous 18, 19, 20 disposés en dehors de l'axe de symétrie 5 mais parallèles à ce dernier, c'est-à-dire à une certaine distance de l'axe de symétrie 5, réduisent beaucoup moins la résistance mécanique de l'anode tournante 3 qu'un unique trou central (non représenté) tel que dans l'art antérleur ; tout en permettant une parfaite fixation de l'anode tournante 3. La figure 2 montre l'anode tournante 3 vue selon une flèche 26 représentée à la figure 1, ctest-s-dire vue selon sa première face 9. La figure 2 montre les positions relatives des trous de fixation 18,19,20 et de l'axe de symétrie 5 qui, étant dans un plan perpendiculaire à celui de la figure 2, est représenté par un point. Dans l'exemple non limitatif décrit, les trous de fixation 18 à 20 sont au nombre de 3, mais il doit être entendu que dans l'esprit de l'invention, ce nombre -peut être plus élevé ; un nombre inférieur à trois étant déconseille pour éviter d'introduire des déséquilibres trop importants durant la rotation de l'anode tournante 3. Les trous de fixation 18 à 20 sont disposés symétriquement par rapport à l'axe de symétrie 5, de sorte que par rapport à ce dernier, leur distance angulaire o( est de sensiblement 1200. Dans l'exemple non limitatif décrit, les trous de fixation 18 à 20 sont formés dans la partie centrale 11.De bons résultats ont été observés quant à la fixation de l'anode tournante 3, et quant à sa résistance mécanique durant des rotations à vitesse élevée, pour des distances D entre l'axe de symétrie 5 et les trous de fixation 18 à 20, supérieurs à 15 mm. On peut citer à titre d'exemple non limitatif que. de bons résultats ont été obtenus avec une anode tournante ayant un corps de base en graphite d'un diamètre dl de l'ordre de 20 mm, avec trois trous de - fixation ayant chacun un second diamètre d2 de l'ordre de 4 mm, et pour une vitesse de rotation de l'anode de 9000 tours/minute. En référence à nouveau à la figure 1, on comprend de l'explication donnée avec la figure 2 que les trous de fixation 18, 19, 20 montrés à la figure 1 sont dans des plans dlfférents, le premier trou 18 étant par exemple dans un même plan que la figure 1, le second trou 19 étant dans un plan en avant de la figure 1, et le troisième trou 20 étant dans un plan plus profond que celui de la figure. Dans l'exemple non limitatif décrit, - l'anode tournante 3 est maintenue en appui sur la butée ou plateau 59, à l'aide d'écrous 29 qui sont vissés et serrés sur les extrémités filetées 30 des tiges 21 à 23. Bien entendu d'autres méthodes peuvent être utilisées qui ne nécessitent pas de pièces de serrage 29 comme les écrous, par brasage des tiges 21 à 23 dans les trous 18 à 20, ou encore par brasage du plateau ou butée 59 sur la seconde face de l'anode tournante 3 ; dans ce dernier cas, les trous de fixation 18 à 20 et les tiges 21 à 23 remplissent à la fois un rôle de centrage et d'entraînement du disque en rotation. La figure 3 montre l'anode tournante 3 et partiellement le support d'anode 13, ce dernier étant comme dans l'exemple précédent formé par un arbre disposé selon l'axe de symétrie 5, et dont la seconde extrémité 16 comporte le plateau ou butée 59. Dans cette seconde version de l'invention, la fixation et le centrage de l'anode tournante 3 et du support d'anode 13 sont réalisés à l'aide d'une gorge 31 formant un anneau centré sur l'axe de symétrie, et à l'aide d'une collerette 32, en saillie également et centrée sur l'axe de symétrie 5 et ayant une forme complémentaire de celle de la gorge 31, la collerette 32 constituant une partie male engagée et fixée dans la gorge 31.Dans l'exemple non limitatif de la description, la gorge 31 est creusée dans une seconde face 40 de l'anode 3 opposée à la première face 9, et la collerette 32 est réallsée par usinage par exemple sur une face 33 du plateau 59 orientée vers l'anode tournante 3 ; le plateau 59 et l'anode tournante 3 étant solidarisés par exemple par brasure, au niveau de la gorge 32 et éventuellement au niveau des faces 33 et 40 du plateau 59 et de l'anode tournante 3. Pour que la gorge 31 n'entame pas une épaisseur El de l'anode tournante 3, cette dernière peut comporter un bossage (non représenté sur la figure 3) qui, dans une zone centrale de l'anode 3, ajoute son épaisseur à l'épaisseur El de cette dernière. Bien entendu la gorge 31 et la collerette 32 peuvent être disposées à l'inverse, c'est-à-dire appartenir respectlvement au plateau 59 et à l'anode tournante 3. La figure - 4 illustre une troisième version de l'invention dans laquelle l'anode tournante 3 comporte > sur sa seconde face 40, un bossage 41 tel que précédemment mentionné, qui ajoute une seconde épaisseur E2 à la première épaisseur El de l'anode tournante 3. Pour réaliser le centrage, le plateau 59 comporte un pion de centrage 50, monté en saillie par rapport à la face 33 du plateau 59 et disposé selon l'axe de symétrie 5. La face 33 du plateau 59 est en appui sur le bossage 41, et le pion de centrage 50 est enfoncé dans un trou de centrage 53 formé dans le bossage 41 ; le plateau 59 et l'anode tournante 3 étant solidarisés par une brasure (non représentée) entre la face 33 du plateau 59 et le bossage 41. Dans l'exemple non limitatif décrit, une profondeur P du trou de centrage 53 est inférieure à la seconde épaisseur E2 du bossage 41, afin de ne pas diminuer la résistance mécanique de l'anode tournante 3, REVENDICATIONS 1 - Tube à rayons X, comportant une anode tournante (3), un rotor (15), un support d'anode (13) dont une première extrémité(14) est fixée au rotor (15) et dont la seconde extrémité (16) est fixée à l'anode tournante (3) à l'aide de moyens de fixation (18,21,31,32,33,41), l'anode tournante (3) ayant un axe de symétrie (5) autour duquel elle est mise en rotation, caractérisé en ce que les moyens de fixation (18,21,31,32,33,41) sont disposés de manière symétrique autour de l'axe de symétrie( 5) et en dehors de ce dernier. 2 - Tube à rayons X, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de fixation comportent plusieurs trous (18, 19, 20) réalisés dans l'anode tournante (3) parallèlement à l'axe de symétrie (5), et en ce que une tige (21,22, 23) est engagée dans chacun des trous de fixation (18, 19, 20), les tiges (21, 22, 23) appartenant au support d'anode (13). 3 - Tube à rayons X selon la revendication 2, caractérisé en ce que la seconde extrémité (16) du support d'anodes (13) comporte un plateau (59) centré ^ l'axe de symétrie (5) et situé dans un plan perpendiculaire à ce dernier, le plateau (59) portant les tiges (21, 22, 23): 4 - Tube à rayons X selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le plateau (59) constitue une butée contre laquelle l'anode tournante (3) est serrée par des pièces de serrage (29) montées sur des extrémités (30) des tiges (21, 22, 23). 5 - Tube à rayons X selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les tiges (21, 22, 23) sont brasées dans les trous de fixation (18, 19, 20). 6 - Tube à rayons X selon l'une des revendications 2 ou 3 ou 4 ou 5, caractérisé en ce qu'une distance (D) entre l'axe de symétrie (5) et les trous de fixation ( 9, 20) est supérieure à 15 mm 7 - Tube à rayons X selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de fixation comporte une gorge (31) formant une couronne centrée sur l'axe de symétrie (5) et disposée dans un plan perpendiculaire à ce dernier, la gorge (31) constituant une partie femelle dans laquelle est engagée un anneau màle (32), l'anneau màle (32) et la couronne femelle (31) étant respectivement portés par le- support d'anode (13) et par l'anode tournante (3) ou inversement. 8 - Tube à rayons X selon la revendication 7 caractérisé en ce que la couronne femelle (31) et l'anneau mâle (32) sont solidarisés par brasure. 9 - Tube à rayons X selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'anode tournante (3) comporte un bossage (41) disposé sur une face (40) de anode (3) orientée vers le support d'anode (13), le bossage (41) étant centré sur l'axe de symétrie (5), et en ce que le support d'a- r (13) est fixé au bossage (41). 10 - Tube à rayons X selon la revendication 9, caractérisé en ce que le bossage (41) comporte un trou de centrage (53) ayant pour axe l'axe de symétrie (5) et ayant une profondeur (P) inférieure ou égale à - une épaisseur (E2) du bossage (41), et en ce que la seconde extrémité(16) du support d'anode (13) comporte un pion de centrage (50) engagé dans le trou de centrage (53).