Brevet FR2675627A1 — publié le 19921023

ENSEMBLE ANODIQUE A GRILLE POUR TUBE A RAYONS X ET TUBE AINSI OBTENU La présente invention concerne un tube à rayons X. Elle se rapporte plus particulièrement à un ensemble anodique à grille pour tube à rayons X. Les tubes à rayons X, pour diagnostic médical par exemple, sont généralement constitués (figures 1A et 1B) 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 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 cathode 11 est portée par un bras 9. Toutefois, la rotation de l'anode n'est pas suffisante pour permettre une évacuation suffisante de la chaleur. En effet, la chaleur emmagasinée dans l'anode est transférée vers le milieu extérieur d'une part, par conduction du matériau constituant ltanode vers l'axe du rotor et le milieu extérieur et, d'autre part, par rayonnement de l'anode. Ce rayonnement est prqportionnel à la puissance quatrième de la température de surface de l'anode, à la surface de l'anode et à l'émissivité du matériau d'anode. Ainsi, entre le lieu de l'échauffement de l'anode correspondant à la réception du faisceau d'électrons et la zone extérieure de l'anode s'établit un gradient thermique pouvant provoquer une dilatation différente générant des fissures puis des ruptures dans le matériau réfractaire constituant l'anode. Ce phénomène se produit surtout quand le matériau de l'anode est fragile comme par exemple du graphite. Pour éviter ou diminuer ce gradient de température, l'invention propose une anode pour tube à rayons X comprenant un corps revêtu d'un matériau ou d'un mélange de matériaux à numéro atomique élevé caractérisée en ce qu'elle comprend un moyen de répartition sur la totalité du corps d'anode revêtu de la chaleur rayonnée par au moins une partie du corps d'anode revêtu. Ainsi, la chaleur émise par une partie chaude de l'anode est réfléchie vers une autre partie de l'anode plus froide, diminuant ainsi le gradient de température entre ces deux parties. Selon une caractéristique de l'invention, ce moyen de répartition est constitué par une paroi disposée autour de la surface de ladite anode, la paroi et la surface de l'anode n'étant pas adjacentes. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la paroi a une faible épaisseur pour éviter qu'elle joue un rôle d'accumulateur de chaleur. Avantageusement, cette épaisseur est comprise entre 0,5 mm et 5 mm environ. Selon une caractéristique de l'invention, la paroi comprend plusieurs trous qui peuvent être de formes polygonale ou circulaire. Cette paroi a ainsi une forme de grille. Ces trous permettent d'évacuer une.partie de la chaleur émise. En outre, ces trous permettent d'obtenir un rapport optimum entre la surface réflective de la grille et la surface de l'anode. Ce rapport optimum est compris entre un quart et un demi de la surface du corps d'anode correspondante. Par surface du corps d'anode, on entend la surface de révolution de l'anode tournante qui fait face à la grille. La paroi conforme à l'invention est avantageusement formée en un matériau réfractaire, de préférence avec un coefficient de rayonnement de la chaleur élevé. Comme matériau convenable pour l'invention, on peut citer à titre d'exemple, le graphite ou le molybdène noirci. Selon une autre caractéristique de l'invention, la paroi vient de la même matière que le corps d'anode, ou est fixée sur celui-ci, de manière solidaire en rotation. Selon une autre variante de l'invention, la paroi de répartition de la chaleur est montée de manière fixe sur une partie immobile du tube. D'autres buts, avantages et détails de l'invention apparaîtront plus clairement au vu de la description détaillée de plusieurs modes de réalisation de l'invention faite en référence aux figures annexées, dans lesquelles - les figures 1A et 1B représentent schématiquement un tube à rayons X comprenant une anode munie d'une paroi--de répartition de la chaleur, - la figure 2 est une représentation en coupe et à échelle agrandie de la partie II de la figure 1A, - la figure 3 est une représentation en coupe et à échelle agrandie de la partie III de la figure 1B, - la figure 4 est une représentation schématique et en coupe avec arrachement partiel d'une anode tournante comprenant un moyen de répartition de la chaleur conforme à l'invention, et - la figure 5 est une vue de détail illustrant un mode de réalisation de la paroi de répartition de la chaleur conforme à l'invention. Comme décrit ci-dessus, les tubes à rayons X comprennent une anode 12 tournante montée sur un axe 20 entraîné en rotation par un moteur électrique 17. Selon un premier mode de réalisation de l'invention et en se référant à la figure 1A, l'anode comprend un moyen 21 de répartition de la chaleur. Ce moyen 21 est constitué par une paroi enveloppant la couronne 12a de l'anode 12, tout en ménageant un intervalle entre ladite paroi et la couronne de l'anode. Cette paroi 21 est, dans le mode de réalisation illustré à la figure 1A et à la figure 2, fixée sur la partie inférieure de l'anode par tout moyen convenable comme par exemple brasage, soudage, vissage, etc. Elle peut aussi être fixée à son extrémité supérieure pour plus de rigidité. Comme illustré, la paroi 21 comprend une multitude de trous 22 formant ainsi une grille. Dans le mode de réalisation illustré aux figures lB et 3, le moyen de répartition de la chaleur est constitué par une paroi 23 de forme conjuguée à la forme du disque formant l'anode 12 et présentant une partie cylindrique 24 permettant une fixation de la paroi 23 sur l'enveloppe 14 du tube, au niveau des paliers 25 de rotation montés sur l'axe 20 du moteur électrique 17. La figure 4 illustre également un autre mode de réalisation du moyen de répartition de la chaleur. Dans ce mode de réalisation, la paroi est constituée par une cuvette 26 dont le bord vertical vient en regard de la couronne de l'anode 12, le fond comprenant un orifice central permettant sa fixation sur l'axe 20. La paroi 26 comprend également des orifices 27 permettant une évacuation de la chaleur. Enfin, le moyen de répartition de la chaleur est constitué, dans un autre mode de réalisation illustré à la figure 5 par une paroi 28 venant de matière avec le corps de l'anode 12. Cette paroi 28 peut être formée, par exemple, par usinage. Ainsi, la paroi de répartition de chaleur peut être entraînée en rotation avec l'anode ou non solidaire en rotation, par exemple quand elle est fixée sur l'enveloppe 14 du tube. REVENDICATIONS 1. Anode pour tube à rayons X comprenant un corps revêtu d'un matériau ou mélange de matériaux à numéro atomique élevé, caractérisée en ce qu'elle comprend un moyen de répartition (21, 23, 26, 28) de la chaleur émise par au moins une partie du corps revêtu sur la totalité dudit corps. 2. Anode selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit moyen de répartition de la chaleur est constitué par une paroi (21, 23, 26, 28) disposée autour dudit corps revêtu de manière espacée par rapport à celui-ci. 3. Anode selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite paroi a une épaisseur comprise entre 0,5mm et 5mm. 4. Anode selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que la paroi comprend des orifices (22, 27) pour former une grille. 5. Anode selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que la paroi (21, 23, 26, 28) et le corps (12) revêtus sont axisymétriques. 6. Anode selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que la surface pleine de la paroi est comprise entre un quart et un demi de la surface du corps revêtu. 7. Anode selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisée en ce que ladite paroi (28) vient de matière avec le corps de l'anode. 8. Anode selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisée en ce que ladite paroi (21, 26, 28) est fixée sur le corps de l'anode ou sur l'axe de rotation (20) supportant ledit corps (12). 9. Anode selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisée en ce que ladite paroi est solidaire en rotation avec l'anode. 10. Anode selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisée en ce que ladite paroi (23) est montée de manière fixe sur la paroi du tube. 11. Anode selon l'une des revendiations 1 à 10, caractérisée en ce que ledit moyen de répartition est formé en un matériau réfractaire. 12. Anode selon la revendication 11, caractérisée en ce que le matériau réfractaire a un coefficient de rayonnement de la chaleur élevé. 13. Anode selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que le matériau réfractaire est du graphite ou du molybdène noirci. 14. Tube à rayons X comprenant une anode selon l'une des revendications 1 à 13.