Brevet FR2627900A1 — publié le 19890901

TUBE A RAYONS X A ANODE TOURNANTE La présente invention concerne un tube à rayons X à anode tournante, et elle a trait, plus particulièrement, à un perfectionnement apporté à un tube à rayons X à anode tournante dans lequel deux sortes de rayons X ayant des caractéristiques de longueurs d'onde différentes peuvent être prélevées simultanément à deux fenêtres espacées l'une de l'autre. D'une façon générale, un tube à rayons X à anode tournante destiné à être utilisé dans un diffractomètre ou autre instrument analogue comporte une anode ou cible tournante de forme cylindrique. L'anode est disposée de telle sorte que sa surface périphérique se trouve en regard d'une face d'extrémité d'une cathode. Quand les électrons thermiques émis par la cathode tombent sur la surface périphérique de l'anode tournante, les rayons X sont engendrés à cet endroit et sont émis par la surface de l'anode dans diverses directions. Dans le tube à rayons X, les rayons X ainsi émis sous un angle faible par rapport à l'axe de rotation de l'anode sont prélevés et utilisés, les rayons X ayant une intensité élevée pouvant être prélevés à partir d'un petit foyer utile. Toutefois, dans le tube classique à rayons X à anode tournante, les rayons X sortant par les fenêtres ne correspondent habituellement qu'à une seule sorte de caractéristique de longueur d'onde étant donné que la surface de l'anode est composée d'une seule sorte de matière. On connait un autre type de tube à rayons X à anode tournante, dans lequel une pluralité de matières sont fixées, en des endroits différents, sur la surface de l'anode. Dans le tube à rayons X à anode tournante de ce type, on peut engendrer et prélever les rayons X ayant différentes caractéristiques de longueurs d'onde en changeant l'endroit de l'anode o tombent les électrons thermiques. Toutefois, les rayons X ayant des caractéristiques de longueurs d'onde différentes ne peuvent pas être engendrés et prélevés simultanément. La présente invention a été conçue compte tenu des inconvénients ci-dessus et c'est pourquoi un objet de la présente invention est la réalisation d'un tube à rayons X à anode tournante dans lequel deux sortes de rayons X ayant des caractéristiques de longueurs d'onde différentes peuvent être simultanément engendrés et prélevés à l'endroit de deux fenêtres espacées l'une de l'autre. Pour atteindre l'objet ci-dessus ainsi que d'autres objets, le tube à rayons X à anode tournante selon la présente invention comprend: une enveloppe comportant au moins deux fenêtres pour la sortie des rayons X, ces deux fenêtres étant disposées à des endroits diamétralement opposés par rapport à l'enveloppe, cette enveloppe délimitant un espace intérieur; une anode disposée de façon à pouvoir tourner autour de son-axe de rotation dans l'espace intérieur et comportant deux parties tronconiques qui forment des génératrices et des surfaces périphériques, chacune des génératrices étant inclinée dans des directions opposées suivant un angle faible par rapport à l'axe de rotation et les surfaces périphériques étant formées de matières différentes l'une de l'autre; et une cathode disposée en regard de l'anode pour émettre deux faisceaux d'électrons dans des directions différentes, chacun de ces deux faisceaux d'électrons tombant sur chacune des surfaces périphériques, grâce à quoi deux sortes de rayons X sont engendrées à l'endroit des surfaces périphériques et sortent par chacune des fenêtres. Selon la présente invention, du fait que les faisceaux d'électrons émis par la cathode tombent sur deux parties tronconiques correspondantes dont les surfaces sont formées de matières différentes, deux 2 627900 sortes de rayons X ayant des longueurs d'onde différentes sont engendrées simultanément sur ces surfaces et sortent par les deux fenêtres respectives espacées l'une de l'autre. On va maintenant décrire 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 A rayons X à anode tournante selon un des modes de réalisation de la présente invention; la figure 2 est une vue en perspective par II-II de la figure 1; et la figure 3 est une vue explicative montrant un diffractomètre dans lequel est incorporé le tube à rayons X à anode tournante selon la présente invention. La figure 1 représente un tube à rayons X à anode tournante selon un des modes de réalisation de la présente invention. Ce tube à rayons X est pourvu d'une enveloppe métallique 1 étanche aux fluides et se présentant sous la forme d'une colonne polygonale. L'enveloppe métallique 1 étanche aux fluides est raccordée à une pompe à vide (non représentée sur la figure 1) et l'intérieur de l'enveloppe 1 est maintenu dans un état évacué à un degré de vide tel que ses caractéristiques électriques ne sont essentiellement pas affectées par la présence de gaz ou vapeur résiduel. La paroi latérale de l'enveloppe 1 est pourvue d'un palier 2 grâce auquel un arbre tournant 3 est supporté de façon rotative. Une des extrémités de l'arbre tournant 3 est associée à une poulie 4 supportant une courroie sans fin 5. La courroie sans fin 5 est montée sur une poulie d'entraînement (non représentée sur la figure 1) associée à une source d'entraînement, tel qu'un moteur. Une anode tournante 6 est disposée de façon fixe à l'autre extrémité de l'arbre tournant 3 et est entraînée en rotation en même temps que l'arbre 3 tourne. L'anode tournante 6 se présente sous la forme d'un double cône tronqué dans lequel les parties de grand diamètre sont accouplées l'une à l'autre de manière à présenter un profil analogue sensiblement à celui-ci d'un cylindre. Les surfaces périphériques 7a, 8a des deux parties tronconiques 7,8 sont formées de matières différentes, comme par exemple du cuivre et du molybdène. Chaque génératrice des parties tronconiques 7,8 et inclinée d'environ 6 degrés par rapport à l'axe de rotation p de l'anode tournante 6. Une cathode comportant deux canons 9,10 à électrons est disposée à l'intérieur de l'enveloppe métallique i étanche aux fluides pour émettre des faisceaux q, r d'électrons, tels que des électrons thermiques, ces faisceaux étant indiqués en traits interrompus. Chaque canon 9, A0 a électrons comprend des cylindres des wehnelt 11,12 et un filament hélicoïdal 13,14, respectivement. Les conducteurs 16A et 16B sont reliés aux deux extrémités des filaments hélicoïdaux 13 et 14 et ces filaments 13 et 14 se trouvent ainsi supportés de façon flottante. Les extrémités libres de ces conducteurs 16 sortent de l'enveloppe 1 et le canon 9 à électrons est disposé de manière à se trouver en regard de la surface périphérique 7a de la partie tronconique 7, à une distance prédéterminée de cette dernière. Par contre, le canon 10 à électrons est disposé de manière à se trouver en regard de la surface périphérique 8a de la partie tronconique 8, à une distance prédéterminée de cette dernière. En outre, comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, l'enveloppe 1 est pourvue de deux fenêtres 17, 18 destinées à permettre le passage des rayons X pour la sortie de ces rayons X à des endroits diamétralement opposés par rapport à l'enveloppe 1. Deux fenêtres 17, 18 sont formées en regard des zones As, At se trouvant sur les parties tronconiques 7, 8, les faisceaux d'électrons émis par les canons à électrons étant dirigés sur ces zones As, At pour engendrer des rayons.X à l'endroit de ces dernières. La ligne La passant par le centre des deux fenêtres 17, 18 est dirigée parallèlement à l'axe de rotation p de l'anode tournante 6. La ligne La, l'axe de rotation p et le centre des deux canons 9, 10 à électrons se trouvent dans le même plan. Le centre de la fenêtre 17 se trouvant de façon adjacente à la zone As de génération de rayons X est situé entre l'axe de rotation p et une ligne oblique Lb qui se prolonge depuis la surface 8a et qui se trouve au voisinage de la ligne Lb, comme on peut le voir sur la figure 1. Le centre de la fenêtre 18 se trouvant de façon adjacente à la zone At de génération de rayons X est situé entre l'axe de rotation p et une ligne oblique Lc qui se trouve dans le prolongement de la surface 7a et au voisinage de la ligne Lc. Si besoin est, on peut ménager une fente appropriée à l'extérieur de la fenêtre pour le prélèvement des seuls rayons X utilisés. Grace à cette disposition, les fenêtres 17 et 18 sont situées de manière telle que l'angle de départ des rayons X traversant chaque fenêtre est d'environ 6 degrés par rapport à chaque face de l'anode 6. Une plaque de béryllium est utilisée pour ces fenêtres étant donné que le béryllium a d'excellentes propriétés de transmission des rayons X. Un volet d'obturation (non représenté) est disposé de manière à recouvrir chacune des fenêtres afin d'interrompre la sortie des rayons X lorsque ces rayons X ne sont pas utilisés et de manière à être ouverte uniquement lorsque l'on a recours à ces rayons X. On va décrire ci-après en se référant à la figure 1 le fonctionnement du tube à rayons X à anode tournante. Le moteur est mis sous tension et l'arbre 3 est entraîné en rotation autour de son axe p à l'aide de la courroie sans fin 5. L'anode 6 est entraînée en rotation en même temps que l'arbre 3 tourne. Quand une tension élevée est appliquée aux canons 9,10 à électrons, les filaments hélicoidaux 13, 14 chauffent et des électrons thermiques sont émis par ces derniers. Les électrons thermiques sont accélérés à une vitesse élevée par suite de la différence de tension importante entre les canons 9, à électrons et l'anode tournante 6, et ces électrons tombent sur les zones As, At de génération de rayons X. Deux sortes de rayons X ayant des longueurs d'onde différentes sont engendrées par ces zones As, At de génération de rayons X et sortent par les deux fenêtres respectives 17, 18 simultanément étant donné que l'anode tournante 6 comprend deux parties tronconiques 7, 8 dont les surfaces 7a,8a sont formées de matières différentes, telles que du cuivre et du molybdène. L'angle de départ des rayons X traversant chaque fenêtre est d'environ 6 degrés par rapport à chaque face de l'anode 6. Dans le mode de réalisation ci-dessus, tel que décrit, l'anode tournante 6 se présente sous la forme d'un double cône tronqué dont les parties de grand diamètre sont accouplées l'une à l'autre, afin de présenter un profil analogue sensiblement à celui d'un cylindre, et les surfaces périphériques 7a,8a des deux parties tronconiques 7,8 sont formées de matières différentes l'une de l'autre, comme par exemple du cuivre et du molybdène. Par conséquent, les rayons X traversant la fenêtre 17 ou la fente formée à l'extérieur du tube à rayons X à anode tournante, sont limités aux rayons X engendrés par la zone As de génération de rayons X, et les rayons X traversant la fenêtre 18 sont également a627900 limités aux rayons X engendrés par la zone At de génération de rayons X. On va décrire maintenant, en se référant à la figure 3, un analyseur tel qu'un diffractomètre qui utilise le tube à rayons X à anode tournante selon la présente invention. Comme on peut le voir sur la figure 3, le diffractomètre comprend le tube T à rayons X à anode tournante, des dispositifs 20,21 de détection de rayons X comprenant un goniomètre, un compteur à scintillations, une unité de traitement de données ou autre instrument analogue. Les dispositifs 20,21 de détection de rayons X sont disposés de manière à se trouver en regard des fenêtres 17,18, respectivement. Les rayons X sortent des fenêtres 17,18 dans une direction perpendiculaire à l'axe longitudinal Lv du tube à rayons X à anode tournante. En d'autres termes, le dispositif 20 de détection de rayons X est disposé de telle sorte que les rayons X sortant de la fenêtre 17 tombent sur l'intérieur de ce dispositif 20, tandis que le dispositif 21 de détection de rayons X est disposé de manière que les rayons X sortant de la fenêtre 18 tombent sur l'intérieur de ce dispositif 21. Grâce à cette disposition, dans le dispositif 20 de détection de rayons X se trouvant de façon adjacente à la fenêtre 17, les rayons X dont la caractéristique est basée sur la matière de la surface 7a de la partie tronconique 7 tombent sur un échantillon 22 et les rayons X diffractés réfléchis par ce dernier sont détectés et traités par le goniomètre,le compteur à scintillations, l'unité de traitement de données, ou autre instrument analogue, pour que soit effectuée ainsi une analyse élémentaire. En outre, si on utilise à la place du diffractomètre une caméra Laua comme dispositif de détection 20, les rayons X diffractés traversant l'échantillon 22 sont enregistrés directement par cette caméra afin que soit analysée la structure cristalline. De la même manière, dans le dispositif 21 de détection de rayons X se trouvant de façon adjacente à la fenêtre 18, des rayons X d'une autre caractéristique basée sur la matière de la surface 8a de la partie tronconique 8 sont utilisés et l'analyse élémentaire, l'analyse de la structure cristalline et certaines autres analyses sont effectuées. On voit, d'après la description qui précède, que, selon la présente invention, deux sortes de rayons X ayant des caractéristiques de longueurs d'onde différentes l'une de l'autre peuvent sortir simultanément de deux fenêtres espacées l'une de l'autre. En outre, les rayons X sortent des fenêtres dans une direction perpendiculaire à l'axe longitudinal du tube à rayons X à anode tournante. Par conséquent, l'analyseur qui utilise ce tube à rayons X à anode tournante a une structure simple et compacte. Il est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Tube à rayons X à anode tournante pour engendrer des rayons X, caractérisé par le fait qu'il comprend: - une enveloppe (1) comportant au moins deux fenêtres (17,18) pour la sortie des rayons X, ces deux fenêtres étant disposées à des endroits diamétralement opposés par rapport à ladite enveloppe et cette enveloppe définissant un espace intérieur; - une anode (6) disposée de manière à pouvoir tourner autour de son axe de rotation dans ledit espace intérieur et comportant deux parties tronconiques (7,8) qui forment des génératrices et des surfaces périphériques, chacune des génératrices étant inclinée dans des directions opposées suivant un angle faible par rapport audit axe de rotation, et lesdites surfaces périphériques (7a,8a) étant formées de matières différentes l'une de l'autre; et - une cathode disposée en regard de ladite anode pour émettre deux faisceaux d'électrons (q,r) dans des directions différentes, chacun des deux faisceaux d'électrons tombant sur chacune desdites surfaces périphériques (7a,8a), grâce à quoi deux sortes de rayons X sont engendrés à l'endroit de ces ' surfaces périphériques et sortent à travers chacune desdites fenêtres. 2. Tube à rayons X à anode tournante selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'enveloppe est formée d'un métal étanche aux fluides. 3. Tube à rayons X à anode tournante selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'anode (6) se présente sous la forme d'un double cône tronqué dans lequel les parties de grand diamètre sont accouplées l'une à l'autre pour présenter un profil analogue sensiblement à celui d'un cylindre. 4. Tube à rayons X et à anode tournante selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les surfaces périphériques (7a,8a) des deux parties tronconiques sont formées de cuivre et de molybdène, respectivement. 5. Tube à rayons X à anode tournante selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la cathode comprend deux canons (9,10) à électrons dont chacun se trouve en regard des surfaces périphériques des deux parties tronconiques.