Brevet FR2685545A1 — publié le 19930625

Tête d'émission pour appareil de radiographie-éclair L'invention se rapporte à une tête d'émission pour appareil de radiographie-éclair, servant d'interface entre une source d'impulsions électriques de très haute tension et un tube générateur de rayons X, comprenant une enveloppe métallique tubulaire fermée à ses extrémités, de l'une desquelles émerge ledit tube générateur contenu dans la tête, tandis que l'autre extrémité est équipée d'une prise de raccordement pour un câble coaxial de liaison à la source d'impulsions, le volume intérieur de ladite enveloppe étant comblé par une pièce isolante qui offre d'un côté une première cavité axiale destinée à recevoir le tube générateur et, de l'autre côté, une deuxième cavité destinée à recevoir l'extrémité du câble coaxial démunie de sa tresse conductrice tubulaire, ces deux cavités étant reliées par un canal axial via lequel l'âme conductrice du câble est connectée au tube générateur. Les appareils de radiographie-éclair permettent de réaliser des clichés radiographiques d'objets se déplaçant à très grande vitesse, tels que des projectiles à la sortie d'une arme à feu. Pour ce faire, il importe de disposer de faisceaux de rayons X aussi puissants que possible, d'une part afin d'obtenir des images radiographiques de bonne qualité d'objets relativement opaques aux rayons X, et d'autre part afin de pouvoir préserver la tête d'émission et la plaque photographique des effets néfastes d'un événement aussi rude qu'un tir de projectile en éloignant ces éléments de la trajectoire de celui-ci. I1 est donc souhaitable d'accroître la dose de rayons X que peut délivrer le tube générateur (sous l'application d'impulsions THT entre l'anode et la cathode qu'il contient). Dans ce but, on peut songer à lui appliquer des impulsions THT de plus en plus grande énergie. Toutefois, on est limité dans cette voie par l'apparition d'arcs électriques indésirables à l'intérieur de la tête. Afin de repousser la limite d'apparition de tels phénomènes et, ainsi d'augmenter la puissance du faisceau de rayons X émis par un tube générateur, il est prévu, selon l'invention, de doter la surface interne de chacune des cavités que comporte la pièce isolante précitée d'une configuration propre à augmenter la longueur du chemin que devrait suivre un arc électrique longeant cette surface pour se propager d'une extrémité à l'autre de la cavité.lette disposition a pour effet de casser tout arc électrique qui pourrait se produire dans lesdites cavités entre l'âme du câble, portée à la très haute tension, et la masse à laquelle sont reliées la tresse du câble et une partie métallique du tube générateur servant à la connexion de sa cathode. I1 convient, en complément, que chacune des cavités de la pièce isolante soit conformée de façon à n'offrir aucune arête vive, mais uniquement des angles adoucis par des arrondis de raccordement, de façon à entraver la formation d'arcs électriques qui a lieu de préférence au voisinage d'arêtes vives. La configuration précitée de la surface interne des cavités du tube générateur peut résulter de la présence d'un jeu de rainures creusées dans cette surface, par exemple constitué par une série de gorges annulaires entourant l'axe de la cavité, de préférence circulaires, leurs plans moyens étant perpendiculaires à l'axe de la cavité. En variante, ces rainures pourraient être constituées par les spircs d'un unique sillon hélicoïdal. Lorsque l'appareil est utilisé pour la radiographie-éclair d'un objet dont le passage s'accompagne d'un brutal effet de souffle, tel qu'un obus à l'impact sur une cible, le tube générateur de la tête risque d'être endommagé. Afin de le protéger, il convient de coiffer l'extrémité de la tête où est situé le tube d'un dôme qui isole de l'atmosphère extérieure l'extrémité émergeante dudit tube. On a constaté que les dispositions définies ci-dessus permettaient d'augmenter considémblement la valeur des doses de rayons X qui peuvent être obtenues du tube générateur, lesquelles, cn pratique, sont doublées ou triplées par rapport aux doses fournies par les appareils de radiographie-éclair actuellement disponibles dans le commerce. D'autre caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, en regard des dessins annexés, d'un exemple de réalisation non limitatif. La figure 1 représente schématiquement, en perspective, un appareil de radiographie-éclair mis en oeuvre pour radiographier un projectile. La figure 2 représente, en coupe axiale, la tête d'émission de l'appareil de la figure 1. On voit sur la figure 1 les éléments essentiels d'un appareil de radiographie-éclair. Une source électrique de très haute tension 1, conçue pour délivrer des impulsions extrêmement brèves de grande énergie (par exemple un générateur de Marx) alimente, via un câble de liaison 2 terminé par une tête déportée 3, un tube générateur de rayons X contenu dans ladite tête. Le faisceau de rayons X, puissant et bref, émis par le tube générateur à chaque impulsion de très haute tension qu'il reçoit de la source 1, permet de former sur une plaque photographique, placée dans un boîtier 4 étanche à la lumière, une image radiographique d'un objet 5 passant très rapidement entre la tête et la plaque photographique, tel qu'un projectile sortant d'une arme. Suivant la figure 2, la tête 3 dont la structure présente d'une manière générale une symétrie de révolution autour d'un axe X, se compose d'une enveloppe métallique tubulaire 6, formant un cylindre de révolution creux fermé à ses extrémités, du côté du câble 2, par une rondelle 7 et, du côté du tube générateur de rayons X 9, par une rondelle 8, ces rondelles étant fixées à l'enveloppe tubulaire 6. La rondelle 7 est munie d'une prise 10 de raccordement du câble 2, lequel présente une structure coaxiale et comporte une âme centrale métallique Il entourée d'une tresse tubulaire métallique 12, une épaisse couche d'isolant 13 étant interposée entre l'âme 1 1 et la tresse 13, cette dernière étant en outre enveloppée d'une couche isolante externe 14.La tresse 13, qui prend fin au droit de la prise 10, est reliée électriquement, par l'intermédiaire de cette dernière et de la rondelle 7, à l'enveloppe tubulaire 6 de la tête 3, tandis que seule l'âme 11, entourée de la couche isolante 13, pénètre dans la tête via l'ouverture centrale de la rondelle 7. Dans l'espace intérieur de la tête 3, limité par l'enveloppe 6 et les rondelles 7 et 8, est logée coaxialement une pièce isolante 15 réalisée en polyéthylène haute densité (il s'agit plus précisément de la matière plastique désignée sous la dénomination commerciale "Ertalon"). Cctte pièce, de forme extérieure cylindrique adaptée à la conformation de l'enveloppe 6, offre des cavités cylindriques axiales 17, 18 débouchant à ses extrémités et reliées intérieurement par un canal axial 19. L'extrémité du câble 2, dépourvue de tresse 12 et de couche isolante externe 14, prend place, à faible jeu, dans la cavité 17 située du côté de la rondelle 7. Quant à l'autre cavité 18, elle reçoit, également à faible jeu, le tube générateur 9, lequel comporte, dans une enveloppe étanche 20 en verre, une électrode axiale 21 terminée par une pointe formant une anode 22, et une couronne de lamelles métalliques radiales formant une cathode 23 autour de l'anode 22. Ces lamelles sont soudées à un manchon métallique 24 interposé dans l'enveloppe de verre 20 et en contact électrique avec la rondelle 8, de sorte que la cathode 23 se trouve reliée électriquement la tresse 12 du câble 2, elle-même reliée à la masse de l'appareil, par l'intermédiaire de la rondelle 8, de l'enveloppe 6, de la rondelle 7 et de la prise 10.Le tube générateur 9 se termine, au delà du manchon métallique 24, par une fenêtre 25 en verre située face à l'espace anode 22cathode 23 du tube générateur, à travers laquelle est émis le faisceau de rayons X engendré dans cet espace lorsqu'une brève impulsion THT est appliquée à l'anode 22 en provenance de la source 1 par l'intermédiaire de l'âme Il du câble 2, de pièces métalliques 26, 26a de liaison électrique logées dans le canal axial 19 que comporte la pièce isolante 15, et de l'électrode 21. Le faisceau de rayons X est émis suivant l'axe X à travers une coiffe 29 de forme ogivale, en nylon ou en polyéthylène, destinée à limiter l'effet dc souffle sur le tube 9. Afin d'éviter que des arcs électriques indésirables ne s'établissent entre d'une part l'âme 1 1 du câble et les pièces de liaison 26, 26a et d'autre part les rondelles 7, 8 , dans les intervalles remplis d'air interposés respectivement entre la surface interne de la cavité 17 et la surface externe de la couche isolante 13 du câble 2 en regard, et entre la surface interne de la cavité 18 et la surface externe du tube générateur 9, des gorges annulaires se succédant dans des plans perpendiculaires à l'axe X commun de la pièce isolante 15 et de la tête 3 sont réalisées dans la surface interne de la cavité 17 (gorges 27) comme dans celle de la cavité 18 (gorges 28).Ces gorges ont pour effet d'allonger le chemin que devraient suivre les arcs précités le long de la paroi interne desdites cavités, ce qui empêche leur apparition, sans qu'il soit besoin de prévoir, à cet effet, à l'intérieur de la tête un quelconque gaz autre que l'air. Dans le présent exemple, les gorges 27, au nombre de treize, ont une largeur, une profondeur et un écartement mutuel même valeur. Le dimensionnement des gorges 28 est semblable, avec ces différences qu'elles sont légèrement plus écartées les unes des autres, sont au nombre de huit et couvrent seulement la partie de la surface interne de la cavité 18 qui est située en regard de l'électrode 21 et de la pointe d'anode 22 de celle-ci. En plus de cette conformation spéciale donnée à la surface interne des cavités 17, 18, la pièce isolante 15 est usinée de telle manière qu'elle ne présente aucune arête vive dans ses parties internes qui pourrait favoriser la formation d'un arc, mais seulement des zones de raccordement adoucies par des arrondis A. Les aménagements de la tête 3 décrits ci-dessus ont permis de coupler un tube générateur "Europulse" à une source d'alimentation "Hewlett Packard" délivrant des impulsions THT de plus grande énergie que la source d'alimentation associée normalement à ce tube, et ce sans formation intempestive d'arcs électriques à l'intérieur de la tête. De ce fait, les doses de rayons X fournies par ce tube sont passées de 10 mrd à 1 mètre dans l'axe, avec une THT de 400 kV, à plus de 20 mrd dans les mêmes conditions, soit environ le double, le niveau de THT étant de 300 kV seulement. Revendications 1. Tête d'émission pour appareil de radiographie-éclair, servant d'interface entre une source d'impulsions électriques de très haute tension (TOI) et un tube générateur de rayons X, comprenant une enveloppe métallique tubulaire fermée à ses extrémités, de l'une desquelles émerge ledit tube générateur contenu dans la tête, tandis que l'autre extrémité est équipée d'une prise de raccordement pour un câble coaxial de liaison à la source d'impulsions, le volume intérieur de ladite enveloppe étant comblé par une pièce isolante qui offre d'un côté une première cavité axiale destinée à recevoir le tube générateur et, de l'autre côté, une deuxième cavité destinée à recevoir l'extrémité du câble coaxial démunie de sa tresse conductrice tubulaire, ces deux cavités étant reliées par un canal axial via lequel l'âme conductrice du câble est connectée au tube générateur, caractérisée par le fait que la surface interne de chacune des cavités (17, 18) de la pièce isolante (15) offre une configuration propre à augmenter la longueur du chemin que devrait suivre un arc électrique longeant cette surface pour se propager d'une extrémité à l'autre de la cavité. 2. Tête d'émission selon la revendication 1, caractérisée par le fait que chacune des cavités (17, 18) de la pièce isolante (15) est conformée de façon à n'offrir aucune arête vive, mais uniquement des angles adoucis. 3. Tête d'émission selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que ladite configuration de la surface interne des cavités (17, 18) résulte de la présence d'un jeu de rainures (27, 28) creusées dans cette surface. 4. Tête d'émission selon la revendication 3, caractérisée par le fait que le jeu de rainures est constitué par une série de gorges annulaires (27, 28) entourant l'axe de la cavité. 5. Tête d'émission selon la revendication 4, caractérisée par le fait que les gorges annulaires (27, 28) sont circulaires, leurs plans moyens étant perpendiculaires à l'axe de la cavité. 6. Tête d'émission selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que son extrémité où est situé le tube générateur (9) est coiffée d'un dôme (29) qui isole de l'atmosphère extérieure l'extrémité émergeante dudit tube.