Brevet FR2675628A1 — publié le 19921023

ENSEMBLE ANODIQUE A FORTE DISSIPATION THERMIQUE POUR TUBE A RAYONS X ET TUBE AINSI OBTENU La présente invention concerne un tube à rayons X et, plus particulièrement, un ensemble anodique à forte dissipation thermique pour tube à rayons X. Les tubes à rayons X, pour diagnostic médical par exemple, sont généralement constitués (figure 1) comme une diode, c'est-à-dire avec une cathode 11 et une anode 12 ou anti-cathode, ces deux électrodes étant enfermées dans une enveloppe 14 étanche au vide et qui permet de réaliser l'isolement électrique entre ces deux électrodes. La cathode 11 produit un faisceau d'électrons 13 et l'anode 12 reçoit ces électrons sur une petite surface qui constitue un foyer d'où sont émis les rayons X. Quand la haute tension d'alimentation est appliquée par un générateur 15 aux bornes de la cathode 11 et de l'anode 12 de façon que la cathode soit au potentiel négatif -HT, un courant dit courant anodique s'établit dans le circuit au travers du générateur 15 produisant la haute tension d'alimentation; le courant anodique traverse l'espace entre la cathode et l'anode sous la forme du faisceau d'électrons 13 qui bombardent le foyer. Une faible proportion de l'énergie dépensée à produire le faisceau d'électrons 13 est transformée en rayons X, le reste de cette énergie étant transformé en chaleur. Aussi compte tenu également des puissances instantanées importantes mises en jeu (de l'ordre de 100 KW) et des petites dimensions du foyer (de l'ordre du millimètre) les constructeurs ont depuis longtemps réalisé des tubes à rayons X à anodes tournantes où l'anode est mise en rotation pour répartir le flux thermique sur une couronne appelée couronne focale, d'aire beaucoup plus grande que le foyer, l'intérêt étant d'autant plus grand que la vitesse de rotation est élevée (en général entre 3.000 et 12.000 tours par minute). L'anode tournante de type classique a la forme générale d'un disque ayant un axe de symétrie 16 autour duquel elle est mise en rotation à l'aide d'un moteur électrique 17; le moteur électrique a un stator 18 situé à l'extérieur de l'enveloppe 14 et un rotor 19 monté dans l'enveloppe 14 du tube à rayons X et disposé selon l'axe de symétrie 16, le rotor étant mécaniquement solidarisé à l'anode par l'intermédiaire d'un arbre support 20. La rotation de l'anode permet de diminuer la température en surface de l'anode mais pas de modifier la quantité de chaleur emmagasinée. Un des buts de la présente invention est donc de remédier à cet inconvénient en proposant une anode pour tube à rayons X présentant une évacuation de la chaleur suffisante. A cet effet, l'invention propose une anode pour tube à rayons X comprenant un corps en matériau réfractaire revêtu sur au moins une partie de sa surface par au moins un matériau de masse moléculaire élevée formant un foyer de réception du faisceau d'électrons émis par la cathode et d'émission des rayons X. Cette anode se caractérise en ce qu'elle comprend un moyen d'évacuation de la chaleur émise par ledit corps d'anode.. Selon une caractéristique de l'invention, le moyen d'évacuation de la chaleur est constituée par une enveloppe entourant au moins partiellement le corps de l'anode, dans laquelle circule un fluide caloporteur. Comme fluide caloporteur convenable pour l'invention, on peut citer tout fluide, de préférence liquide à la température de l'anode, permettant d'évacuer la chaleur émise par rayonnement et/ou conducteur du corps de l'anode vers l'extérieur de l'anode. Le fluide caloporteur, après passage dans l'enveloppe, est évacué vers un moyen permettant de le refroidir, par exemple par échange avec un réfrigérant à air ou à eau ou tout autre système analogue. Comme exemple de fluide caloporteur on peut citer l'eau, l'huile, le sodium liquide ou le lithium. Si l'enveloppe est au potentiel de la haute tension, le fluide caloporteur pourra être le fluide vendu par la société 3M sous la marque Fluorinert. Selon une autre caractéristique de l'invention l'enveloppe est fixée sur une partie fixe de l'anode comme par exemple le stator. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'enveloppe est formée par une structure à double paroi définissant ainsi une conduite pour la circulation du fluide caloporteur. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'enveloppe comprend un serpentin, fixé avantageusement sur ladite enveloppe par tout moyen approprié, dans lequel circule le fluide caloporteur. Selon une caractéristique de l'invention, l'enveloppe comprend des trous permettant ainsi une meilleure évacuation de la chaleur rayonnée par le corps d'anode. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le moyen d'évacuation de la chaleur est constituée par une conduite en forme de spirale disposée autour de l'anode. L'anode a avantageusement une forme disque, le flux thermique étant réparti par la rotation sur la couronne du disque. Le moyen d'évacuation est au moins disposé autour et en regard de cette couronne. Enfin, l'invention a également pour objet un tube à rayons X comprenant une anode refroidie telle que décrite ci-dessus. D'autres buts, détails et avantages apparaîtront plus clairement au vu de la description détaillée de modes de réalisation de l'invention faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique d'un tube à rayons X, - la figure 2 est une vue partielle en coupe de l'anode tournante comprenant un moyen de refroidissement selon l'un des modes de réalisation de l'invention, - la figure 3 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation d'un moyen de refroidissement pour l'anode de tube à rayons X conforme à l'invention, - la figure 4 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation d'un moyen de refroidissement conforme à l'invention, et - la figure 5 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation d'un moyen de refroidissement conforme à l'invention. En se référant à la figure 1, un tube 1 à rayons X conforme à l'invention comprend une cathode 11 et une anode 12 en forme de disque Ces deux électrodes sont disposées dans une enveloppe 14 étanche au vide. Comme décrit ci-dessus, l'anode 12 est une anode tournante montée sur un axe de symétrie 16 autour duquel elle est mise en rotation à l'aide d'un moteur 17 comprenant un rotor 19 et un stator 18. Selon l'invention, un moyen de refroidissement 30 est disposé autour de l'anode 12 et plus particulièrement en regard de la base et de la couronne de l'anode. Ce moyen de refroidissement 30 est fixé par tout moyen approprié, par exemple par des pattes de fixation 31 sur ltenveloppe 14 de l'anode. En se référant à la figure 2, un premier mode de réalisation du moyen de refroidissement 30 comprend une paroi 36 formant une enveloppe autour de la base et de la couronne de l'anode. Cette paroi 36 est fixée sur l'enveloppe 14 au moyen d'un bloc de fixation 32. Conformément à l'invention cette enveloppe comprend une circulation d'un fluide caloporteur permettant d'évacuer les calories rayonnées ou transmises par l'anode vers l'extérieur. Cette circulation de fluide est assurée par une conduite 33 formée dans l'épaisseur de la paroi 36, cette conduite débouchant en 34 et 35. L'une de ces sorties est reliée à une alimentation en fluide, l'autre étant connectée à une évacuation du fluide. Bien entendu, le fluide caloporteur est ensuite alimenté dans un système ou dispositif de refroidissement non représenté de manière à évacuer les calories. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, illustré à la figure 3, le moyen de refroidissement 30 est fourni pour un conduit 40 en spirale et hélice disposé autour de l'anode 12. Selon une autre variante illustrée à la figure 4, le conduit 40 peut être fixé sur une plaque 41 comprenant également des trous 42 permettant une meilleure évacuation des calories rayonnées par l'anode 12. Selon une autre variante illustrée à la figure 5, le moyen d'évacuation de la chaleur est constitué d'une coque 43, munie de tubulures traversantes 44, dans laquelle circule le fluide de refroidissement par l'intermédiaire d'une entrée 46 et d'une sortie 45. Ces modes de réalisation du moyen de refroidissement ne sont donnés qu'à titre d'exemple. Ainsi, tout moyen permettant de faire circuler un fluide caloporteur au regard de la surface de l'anode est convenable pour l'invention. Bien entendu, les matériaux utilisés pour former le moyen de refroidissement doivent résister aux températures élevées et, de plus, le fluide caloporteur doit être avantageusement liquide à la température de l'anode. Ainsi comme fluide caloporteur convenable on peut citer l'eau jusqu'à une température de 5000C, l'huile, notamment l'huile de silicone mais aussi le sodium liquide et le lithium. On peut aussi utiliser le fluide commercialisé par la société 3M sous la marque Fluorinert, notamment lorsque le moyen de refroidissement est connecté à la haute tension. L'invention permet donc d'évacuer de manière très efficace les calories dégagées par l'anode et donc éviter un échauffement excessif de celle-ci et ainsi améliorer sa résistance. REVENDICATIONS 1. Anode pour tube à rayons X comprenant un corps (12) en matériau réfractaire revêtu sur au moins une partie de sa surface par un matériau de masse moléculaire élevée, caractérisée en ce qu'elle comprend un moyen d'évacuation (30) de la chaleur émise par ledit corps d'anode (12). 2. Anode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moyen d'évacuation (30) de la chaleur précitée est constituée par une enveloppe (36) entourant au moins partiellement le corps d'anode (12) dans laquelle circule un fluide caloporteur. 3. Anode selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'enveloppe (36) est fixée sur une partie fixe du tube. 4. Anode selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que l'enveloppe (36) comprend une structure à double paroi dans laquelle circule le fluide caloporteur. 5. Anode selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que l'enveloppe (36) supporte un serpentin dans lequel circule le fluide caloporteur. 6. Anode selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que l'enveloppe (36) comprend des trous (42). 7. Anode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moyen d'évacuation de la chaleur est constitué par une conduite (40) en forme de spirale disposée autour de l'anode. 8. Anode selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'évacuation de la chaleur est constitué par une coque (43) comportant des tubulures traversantes (44). 9. Anode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le corps de l'anode a une forme de disque. 10. Tube à rayons X comprenant une anode selon l'une des revendications précédentes.