Brevet FR2675629A1 — publié le 19921023

CATHODE POUR TUBE A RAYONS X ET TUBE AINSI OBTENU L'invention concerne les tubes à rayons X et, plus particulièrement, une cathode pour tube à rayons X qui permet d'obtenir deux sources de rayons X de caractéristiques énergétiques et géométriques différentes à partir d'un même filament de cathode. Comme le montre schématiquement la figure 1, un tube à rayons X comporte, dans une enceinte Il sous vide, une cathode 10 constituée d'un filament 12 chauffé qui émet des électrons sous la forme d'un faisceau F d'axe 15 et d'un dispositif de concentration 13 adossé au filament 12 qui focalise les électrons semis sur une anode 14 portée à un potentiel positif par rapport à la cathode 10. La surface d'impact S du faisceau d'électrons sur l'anode constitue la source ou foyer de rayonnement X. Pour certaines applications des tubes à rayons X, il est nécessaire d'obtenir plusieurs sources ou foyers de rayons X qui présentent chacun des caractéristiques différentes, par exemple des dimensions différentes. A cet effet, il est connu d'utiliser une cathode 10' qui comporte deux filaments 20 et 21 (figure 2) présentant des caractéristiques différentes et séparés géométriquement l'un de l'autre par une distance X. Les potentiels appliqués à la pièce de concentration 13' sont prévus de manière que les centres des faisceaux d'électrons émis par chaque filament aboutissent au même point A sur l'anode 14 qui, située à la distance Y, constitue la source de rayons X. Lors du fonctionnement du tube à rayons X, l'échauffement provoque une diminution de la distance Y et, dans une moindre mesure, une augmentation de la distance X de sorte que les foyers ne sont plus confondus. Avec une cathode à deux filaments, il semble qu'il soit difficile que le recoupement SR des foyers soit meilleur que quatre à cinq centièmes de millimètre, ce qui n'est pas acceptable dans certaines applications du type scanner. Pour obtenir un meilleur résultat, il est nécessaire que les deux ou multiples foyers soient issus d'un même émetteur. On utilise alors, par exemple, un filament unique qui émet un faisceau d'électrons que l'on focalise dans les deux dimensions par des champs électriques pour obtenir les dimensions souhaitées pour les différents foyers. Cette solution ne permet de réduire suffisamment la longueur du foyer lorsque les faisceaux électroniques sont de grandes dimensions, ce qui est souvent le cas des tubes pour scanner dont la pente d'anode est faible. On utilise également un même filament linéaire 22 (figure 3) ou plusieurs filaments 23, 24, et 25 montés bout à bout que l'on alimente par différentes bornes 26 à 29 disposées le long du filament ou des filaments. Une telle solution est délicate à mettre en oeuvre et la répartition électronique du grand foyer correspondant au long filament est généralement inhomogène par suite de l'effet des "bouts froids" des bornes d'alimentation 26 à 29. Le but de la présente invention est donc de réaliser une cathode pour tube à rayons X du type à filament unique qui ne présente pas les inconvénients précités. L'invention concerne une cathode pour tube à rayons X pour l'obtention sur une anode d'au moins deux foyers de longueurs différentes constituée d'un filament unique qui est disposé dans une pièce de concentration, caractérisée en ce que ladite pièce de concentration comprend, dans le sens de la longueur du filament, au moins trois parties métalliques isolées électriquement entre elles et par rapport audit filament, chaque partie comportant des moyens de connexion à des sources de potentiels. Dans un premier mode de réalisation, la pièce de concentration est en métal conducteur et les parties métalliques constitutives sont séparées entre elles par des cloisons isolantes. Dans un deuxième mode de réalisation, la pièce de concentration est en matériau isolant revêtu d'au moins trois électrodes constituant les trois parties métalliques isolées électriquement. Dans un troisième mode de réalisation, à chaque partie métallique est associée une grille qui lui est connectée électriquement et qui est disposée à proximité dudit filament du côté de l'anode du tube à rayons X. Dans ce troisième mode, chaque grille est constituée d'au moins un conducteur dont chaque extrémité est connectée à la partie métallique associée. Avec les différentes variantes décrites ci-dessus, on peut obtenir un foyer de grande longueur en portant les pièces métalliques à un même potentiel voisin de celui du filament et un foyer de longueur réduite en portant les pièces métalliques latérales à un potentiel négatif par rapport au filament, la pièce centrale étant alors portée à un potentiel voisin de celui du filament. D'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'exemples particuliers de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique d'une cathode et d'une anode d'un tube à rayons X; - la figure 2 est une vue schématique montrant une cathode à deux filaments séparés selon l'art antérieur; - la figure 3 est une vue d'un filament de cathode et de ses bornes d'alimentation; - la figure 4 est une vue de dessus d'une cathode pour tube à rayons X selon la présente invention; - la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne V-V de la figure 4; - la figure 6 est une vue en coupe selon la ligne VI-VI de là figure 4; - la figure 7 est une vue de dessus d'une cathode pour tube à rayons X selon une autre variante de la présente invention;; - la figure 8 est une vue en coupe selon la figure VIII-VIII de la figure 7; - la figure 9 est une vue en coupe selon la ligne IX-IX de la figure 7, et - les figures 10 et 11 sont des vues en coupe d'une autre variante de la présente invention. Selon un premier mode de réalisation de l'invention représenté par les figures 4, 5 et 6, une cathode 30 comprend un filament unique 31 qui est disposé dans une rainure centrale 32 d'une pièce de concentration 33. Cette pièce de concentration est composée de trois parties métalliques 34, 35 et 36 qui sont séparées électriquement par des cloisons isolantes 37 et 38. Ces cloisons isolantes 37 et 38 sont disposées perpendiculairement au filament 31 et symétriquement par rapport à la ligne de coupe VI-VI de manière à diviser le filament en trois parties : une partie centrale 39 et deux parties latérales 40 et 41. Le filament 31 est supporté à ses extrémités par des conducteurs d'alimentation 42 et 43 qui traversent les parties métalliques latérales 34 et 36 mais sont isolés d'elles par des isolateurs 44 et 45. Les parties métalliques 34, 35 et 36 présentent respectivement des bornes électriques de raccordement 46, 47 et 48 à des sources de potentiels. Dans le mode de réalisation des figures 4, 5 et 6, un foyer de grandes dimensions est obtenu en alimentant le filament 31 et en portant les parties métalliques 34, 35 et 36 au potentiel dudit filament de sorte que ce dernier émet des électrons sur toute sa longueur. Un foyer de petites dimensions est obtenu en alimentant le filament 31 et en portant les parties métalliques latérales 34 et 36 à un potentiel fortement négatif alors que la partie centrale est au potentiel du filament de sorte que ce dernier n'émet des électrons que sur sa partie centrale. Dans ce deuxième cas, pour diminuer la largeur du foyer à la dimension voulue, la partie centrale 35 peut être portée à un potentiel légèrement négatif par rapport au filament. Par construction, il est possible de modifier la longueur du petit foyer en modifiant la longueur de la partie métallique centrale 35 située entre les cloisons isolantes 37 et 38. Afin de ne pas provoquer de distorsions au niveau des foyers qui seraient dues aux discontinuités entre les parties métalliques séparées par les cloisons isolantes, l'épaisseur de ces cloisons est réduite au maximum pour être de l'ordre de quelques dixièmes de millimètre. Dans le cas où la pièce de concentration serait réalisée par un bloc isolant, en céramique par exemple, portant des électrodes de concentration, seules ces électrodes seraient divisées en trois parties dont les bords latéraux adjacents seraient séparés par des rainures profondes d'un millimètre environ afin d'augmenter la ligne de fuite entre les électrodes adjacentes. Ce mode de réalisation des figures 4, 5 et 6 permet d'obtenir deux foyers mais il est possible d'obtenir un nombre de foyers supérieur à deux en divisant la pièce de concentration en un nombre de pièces métalliques isolées les unes des autres supérieur à trois. Ainsi, en utilisant une pièce de concentration qui comporterait cinq parties métalliques isolées dont une partie centrale, il serait possible d'obtenir trois longueurs différentes des filaments émissifs et donc trois foyers de longueurs différentes mais de même centre. Bien entendu, il est possible aussi, par un choix convenable des potentiels appliqués aux différentes parties métalliques ou électrodes, de sélectionner le ou les parties émissives du filament que l'on souhaite comme émetteur d'électrons, par exemple, sur l'une des parties latérales ou plusieurs parties latérales. Un autre mode de réalisation de l'invention sera maintenant décrit en relation avec les figures 7, 8 et 9 dans lesquelles les éléments identiques à ceux des figures 4, 5 et 6 portent les mêmes références. Les seuls éléments nouveaux de cet autre mode de réalisation sont trois grilles 49, 50 et 51 qui sont associées respectivement aux pièces métalliques 34, 35 et 36 et leur sont connectées électriquement de manière à être à leur potentiel. Ces grilles sont disposées à proximité du filament 31 du côté de l'anode. Chaque grille est constituée de conducteurs 52 qui sont disposés perpendiculairement au filament 31 et qui sont connectés à leurs extrémités à la pièce métallique associée. Ainsi, les conducteurs de chaque grille sont au même potentiel que la pièce métallique correspondante. Le fonctionnement d'une telle cathode avec grilles est identique à celui d'une cathode sans grille mais présente les avantages suivants - la tension qui doit être appliquée aux pièces métalliques latérales pour bloquer l'émission des électrons vers l'anode est plus faible que dans le premier mode, - une meilleure délimitation de la longueur du petit foyer du fait de la présence physique de conducteurs électriques aux extrémités de la partie émettrice centrale du filament. Bien entendu, ce deuxième mode se prête également à des réalisations de cathodes à foyers multiples ainsi qu'à des réalisations de cathodes en céramique portant des électrodes de concentration. Les figures 10 et 11 montrent une variante des modes de réalisation décrits en relation avec les figures 4 à 9 variante dans laquelle, les parties métalliques 34, 35 et 36 sont maintenues sur un support 53 en matériau isolant, de la céramique par exemple, et sont isolées électriquement l'une par rapport à l'autre par un espace vide 54 et 55. Les conducteurs d'alimentation 42, 43 du filament 31 et les conducteurs 46, 47 et 48 d'application des potentiels aux parties métalliques 34, 35 et 36 traversent le support isolant 53. les parties métalliques 34, 35 et 36 sont maintenues sur le support 53 par brasure ou par un système de vis. REVENDICATIONS 1. Cathode pour tube à rayons X pour l'obtention d'au moins deux foyers de longueurs différentes sur une anode ladite cathode étant constituée d'un filament unique (31) qui est disposé dans une pièce de concentration (33), et étant caractérisée en ce que la pièce de concentration (33) comprend, dans le sens de la longueur du filament (31), au moins trois parties métalliques (34, 35, 36) isolées électriquement entre elles et par rapport au filament (31) de manière à pouvoir être portées à des potentiels différents de celui du filament. 2. Cathode selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pièce de concentration (33) est en métal conducteur et en ce que les parties métalliques constitutives (34, 35, 36) sont séparées entre elles par une cloison isolante (37, 38). 3. Cathode selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pièce de concentration (33) est en matériau isolant revêtu d'au moins trois électrodes constituant les trois parties métalliques isolées électriquement. 4. Cathode selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisée en ce qu'à chaque partie métallique (34, 35, 36) constituant la pièce de concentration (33) est associée une grille (49, 50, 51) qui lui est connectée électriquement et qui est disposée à proximité du filament (31) du côté de l'anode du tube à rayons X. 5. Cathode selon la revendication 4, caractérisée en ce que chaque grille (49, 50, 51) est constituée d'au moins un conducteur (52) dont chaque extrémité est connectée à la partie métallique associée. 6. Cathode selon la revendication 5, caractérisée en ce que chaque grille (49, 50, 51) est constituée d'au moins deux conducteurs (52) disposés à chaque extrémité de chaque grille. 7. Cathode selon l'une des revendications précédentes 1 à 6, caractérisée en ce que les parties métalliques (34, 35, 36) sont portées au même potentiel, ce qui permet d'obtenir un foyer de grande longueur. 8. Cathode selon l'une des revendications précédentes 1 à 6, caractérisée en ce que la partie métallique centrale (35) est portée à un potentiel au plus égal à celui du filament tandis que les parties métalliques latérales sont portées à un potentiel négatif par rapport audit filament, ce qui permet d'obtenir un foyer de longueur réduite. 9. Cathode selon l'une des revendications précédentes 1 à 6, caractérisée en ce qu'au moins une des parties métalliques (34, 35, 36) est portée à un potentiel négatif par rapport audit filament de manière à supprimer l'émission des électrons de la partie de filament associée à cette ou ces parties métalliques. 10. Tube à rayons X comprenant une cathode selon l'une des revendications précédentes.