Brevet FR2657195A1 — publié le 19910719

ANODE A ALVEOLES POUR TUBES A RAYONS X L'invention concerne les tubes à rayons X et plus particulièrement des perfectionnements aux anodes de tels tubes pour augmenter leur émissivité thermique. Un tube à rayons X comporte, dans une enceinte sous vide, une cathode constituée d'un filament chauffé qui émet des électrons et d'un dispositif de concentration adossé au filament qui focalise les électrons émis vers une anode portée à un potentiel positif par rapport à la cathode. Le point d'impact du faisceau d'électrons sur l'anode constitue la source de rayonnement X. L'anode est en géneral constituée d'un bloc métallique sur lequel est déposee une couche d'un matériau cible du type à numéro atomique élevé, réfractaire et bon conducteur de la chaleur comme, par exemple, le tungstène, le molybdène ou un alliage contenant au moins un de ces éléments. La couche cible est bombardée par le faisceau d'électrons sur une faible surface appelée foyer. Par suite du rendement énergétique faible, seul un pour cent de l'énergie est transformée en rayonnement X, la plus grande partie est transformé en chaleur. Le bloc métallique de l'anode doit donc être prévu pour dissiper la chaleur emmagasinée. La chaleur qui est emmagasinée dans l'anode est transférée de deux manières vers le milieu extérieur d'une part, par conduction par le matériau d'anode vers l'axe du rotor et le milieu extérieur au tube et, d'autre part, par le rayonnement de l'anode dans toutes les directions. Dans ce dernier cas, le rayonnement est proportionnel à la puissance quatrième (T4) de la température T de la surface de l'anode, à la superficie de l'anode et à l'émissivité du matériau d'anode. On comprend donc que l'on ait cherché à augmenter ces trois éléments pour accroître le rayonnement mais certaines limitations existent. Ainsi, la température de fonctionnement de l'anode ne peut dépasser certaines valeurs qui dépendent, notamment, du matériau utilisé et de sa tenue mécanique aux hautes températures. L'augmentation de la superficie de l'anode va de pair avec ses dimensions mais cela limite sa vitesse de rotation. Aussi, le but de la présente invention est de réaliser une anode pour tube à rayons X qui presente une émissivité accrue. L'invention concerne une anode pour tube à rayons X, caractérisée en ce que tout ou partie de la surface de l'anode est percée d'alvéoles. Les alvéoles sont de préférence en forme de cônes dont la base est à la surface de ladite anode. La base du cône peut être de forme circulaire, elliptique, polygonale ou autre. Pour une meilleure émissivité, la base est de forme triangulaire et la profondeur doit être supérieure au rayon du cercle contenant la base du cône. D'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un exemple particulier de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints dans lesquels - la figure 1 est une vue en perspective cavalière d'une anode à alveoles pour tube à rayons X selon la présente invention, - la figure 2 représente une forme d'alveoles à base polygonale, - les figures 3, 4 et 5, représentent des diagrammes d'émissivité équivalente en fonction de l'émissivité du matériau pour différents paramètres. La figure 1 représente une anode 9 de tube à rayons X qui a la forme générale d'une disque 10 comportant deux faces 11 et 12 parallèles entre elles et une face inclinée 14 sur tout ou partie de laquelle est déposée une couche 15 d'un matériau émissif de rayons X. Le raccordement entre la face inclinée 14 et la face 11 s'effectue par une face 16 constituée par la périphérie du disque 10. Le disque 10 est prévu pour tourner autour d'un axe de rotation 13 qui est perpendiculaire aux faces parallèles 11 et 12 en leur centre. Le disque 10 est en matériau métallique tel que du molybdène, du tungstène ou un alliage contenant au moins un de ces éléments, ou en graphite ou encore en matériau composite du type carbone-carbone. Le matériau de la couche 15 est du type à numéro atomique eleve tel que le tungstène. Lorsqu'un faisceau d'électrons bombarde la couche 15, la presque totalité (99% environ) de l'énergie du faisceau est transformée en chaleur absorbée par le disque 10. Cette chaleur absorbée est évacuée vers l'extérieur du tube, comme on l'a indiqué dans le préambule, par conduction via l'axe du rotor et par rayonnement vers l'enveloppe du tube. L'invention propose d'augmenter la dissipation de chaleur par rayonnement en augmentant ltemissivite du disque, la température et la superficie du disque restant égales par ailleurs. Pour augmenter cette émissivité, l'invention propose de modifier la surface du disque en créant des alvéoles 17, par exemple de forme conique à base polygonale. L'augmentation de l'émissivité du disque dépend du matériau du disque, des caractéristiques des alvéoles et de leur densité sur la surface du disque. Les caractéristiques des alvéoles et leur influence sur l'émissivité ont été déterminées à l'aide du schéma de la figure 2 qui représente un cône 18 de sommet 0 ayant une base hexagonale 19. Ce cône à six faces 20 a une hauteur H entre le sommet 0 et la base 19 et un rayon R qui définit la circonférence passant par les sommets de l'hexagone régulier de la base 19. Par suite de l'existence des faces 20 du cône, l'émissivité de la base 19 du cône est supérieure à celle qu'elle aurait en l'absence du cône. Les calculs permettent de déterminer que l'émissivité Ep de l'alvéole "ramenée" en surface à la base 19 est donnée par la formule #i #p = (1) 1 - (1 - #i) (1 - &alpha;) formule dans laquelle - Ei est l'émissivité du matériau de l'anode, - a = Sp avec Sp la superficie du polygone en surface NSi - Si la superficie d'une face du cône et N le nombre de faces du cône. Si l'on remplace Sp et Si par leur valeur exprimée en fonction de N, du rayon R du polygone de base et de la hauteur H du C cône, on obtient et l'on peut alors tracer les courbes représentatives de la fonction Ep = f (Ei) pour N = 12 et H/R variable (figure 3) pour N = 3 et H/R variable (figure 5) pour H/R= 2 et N variable (figure 4) Ces différentes familles de courbes montrent que le gain en émissivité est d'autant plus grand que - l'émissivité du matériau Éi est faible, - le nombre N de faces du cône est petit, - le rapport H/R est grand avec une saturation pour un rapport H/R > 25. De préférence, la profondeur H des alvéoles est comprise entre deux et vingt-cinq fois le rayon R. L'émissivité Ep est l'émissivité équivalente d'une alvéole; pour toute la surface du disque, l'émissivité totale eT est donnée par ET = (l-d) Ei + d.Ep (3) avec d le rapport de la superficie totale des polygones de base et de la superficie du disque. A titre indicatif, pour un disque en molybdène avec Ei = 0,2, une densité d = 0,5 et H/R = 2, on obtient ET = 0,35, soit un gain voisin de 2. Pour réaliser des alvéoles dans la surface du disque, plusieurs procédés peuvent être mis en oeuvre tels que l'attaque chimique par l'intermédiaire d'un masque ou la percussion mécanique à l'aide d'aiguilles dont les pointes ont la forme des cônes que l'on souhaite obtenir à la surface du disque. Par ailleurs, si l'on souhaite obtenir une émissivité variable selon la position sur le disque, il est possible de modifier les caractéristiques des alvéoles pour qu'il en soit ainsi. L'invention a été décrite dans le cas d'alvéoles en forme de cônes à base polygonale régulière mais il est clair qu'elle s'applique également à d'autres formes d'alvéoles, notamment de forme conique à base circulaire ou autre. REVENDICATIONS 1. Anode pour tube à rayons X, caractérisée en ce que tout ou partie de la surface de l'anode (9) est percée d'alvéoles (17). 2. Anode selon la revendication 1, caractérisée en ce que les alvéoles (17) sont en forme de cônes (18) dont la base (19) est à la surface de ladite anode. 3. Anode selon la revendication 2, caractérisée en ce que les cônes (19) sont à base polygonale. 4. Anode selon la revendication 3, caractérisée en ce que la base des cônes (18) est triangulaire. 5. Anode selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la profondeur (H) des alvéoles est supérieure au rayon (R) du cercle contenant l'ouverture des alvéoles (17) au niveau de la surface de ladite anode. 6. Anode selon la revendication 5, caractérisée en ce que la profondeur (H) des alvéoles est comprise entre deux et vingt-cinq fois le rayon (R).