Brevet FR2687504A1 — publié le 19930820

PERFECTIONNEMENTS AUX TUBES A RAYONS X L'invention concerne les tubes à rayons X et plus particulièrement des perfectionnements à une cathode pour de tels tubes qui permet d'obtenir deux foyers d'émission de rayons X ayant des caractéristiques différentes. Un tube à rayons X comporte dans une enceinte sous vide, une cathode comprenant un filament chauffé et un dispositif de concentration Le filament émet un faisceau d'électrons et le dispositif de concentration focalise ce faisceau sur une anode (tournante ou non) portée à un potentiel électrique positif très élevé par rapport à la cathode La surface d'impact du faisceau d'électrons sur l'anode est inclinée par rapport à l'axe du faisceau et elle constitue le foyer d'émission des rayons X produits. Pour certaines applications des tubes à rayons X, notamment les scanners, il est nécessaire de disposer de plusieurs foyers d'émission présentant chacun des caractéristiques différentes, par exemple des dimensions géométriques différentes. Des cathodes, permettant de former au choix de l'opérateur l'un ou l'autre de ces foyers différents, ont été décrites dans la demande de brevet français NO 91.04731 déposée par la demanderesse. Selon cette demande de brevet, un filament rectiligne, alimenté par deux broches est disposé au fond d'une rainure rectiligne, aménagée entre deux plateaux métalliques (ou métallisés) constituant le dispositif de concentration Afin de pouvoir former sur l'anode deux foyers d'émission de longueurs différentes, chacun de ces plateaux est divisé en trois sections isolées l'une de l'autre: une section centrale et deux sections latérales susceptibles d'être respectivement portées à des potentiels électriques légèrement différents, déterminés par la forme et les dimensions que l'on veut faire prendre au foyer d'émission. Une telle disposition donne des résultats satisfaisants suivant la longueur du filament mais pas sur la largeur. L'objet de l'invention est de réaliser une cathode pour 1 o tubes à rayons X, à au moins deux foyers d'émission possibles, qui soit simple à fabriquer et donc, d'un prix de revient réduit. Selon l'invention, une cathode pour tube à rayons X, du genre comprenant, d'une part, une pièce métallique de concentration présentant deux plateaux symétriques, séparés par une rainure rectiligne et, d'autre part, disposé dans la rainure, un filament rectiligne aux extrémités respectivement reliées à deux broches, électriquement isolées de la pièce de concentration, est caractérisée en ce que: le filament comprend une section centrale aux extrémités reliées à deux broches supplémentaires; les plateaux présentent dans leur partie centrale, le long de la section centrale du filament, une hauteur de marche supérieure à celle de leurs parties latérales. Les deux broches supplémentaires de la section centrale peuvent être isolées ou l'une d'entre elles peut être reliée à la pièce de concentration. Selon une caractéristique complémentaire de la précédente, une résistance électrique de shunt est disposée entre les deux broches reliées aux extrémités de la section centrale du filament. Grâce à la disposition principale selon l'invention, lorsque seule la section centrale du filament est alimentée, une concentration particulièrement efficace du faisceau d'électrons émis par la cathode est obtenue et un foyer étroit et court, pratiquement ponctuel, est formé sur l'anode avec une intensité de rayonnement sensiblement homogène, ce qui est recherché dans certains cas d'utilisation des scanners à rayons X. Grâce à cette même disposition principale, lorsque les trois sections du filament sont alimentées dans leur totalité, la concentration du faisceau d'électrons est plus intense dans sa partie centrale et le foyer d'émission créé sur l'anode, comprend en son centre la zone étroite et courte, obtenue dans le cas précédent, et, à chacune de ses extrémités, une zone progressivement élargie. Avec une telle forme de foyer d'émission, on obtiendrait une source de rayons X non homogène si aucune compensation préalable n'était apportée au phénomène de pincement ou de surconcentration imposé au faisceau d'électrons par la partie centrale de la pièce de concentration Cette compensation est apportée par la résistance de shunt disposée entre les broches connectées aux extrémités de la section centrale du filament Grâce à cette résistance, le courant électrique qui circule dans la section centrale du filament est plus faible que celui qui passe dans ses sections latérales La valeur de cette résistance est ajustée par voie expérimentale. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront d'une manière plus précise à la suite de la description d'une forme de réalisation particulière de l'invention, faite ci-après à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin annexé dans lequel: la figure 1 représente une vue de dessus de la pièce de concentration de la cathode selon l'invention; la figure 2 représente une coupe selon l'axe de symétrie transversale de cette pièce et la figure 3 représente le schéma du filament et de ses broches. Selon les figures 1 et 2, une pièce de concentration de cathode selon l'invention comprend un corps de révolution 10 dans lequel est pratiquée une rainure diamétrale 12 présentant sur toute sa longueur deux parois raides 14, deux épaulements 16 et un fond 18. Dans la partie centrale 19 de ce fond 18, une découpe relativement longue 20 est pratiquée qui débouche dans une cavité 22 parallèle à la rainure 12 Le fond 24 de cette cavité 22 est plus étroit que sa base Cette cavité 22 est destinée à recevoir un support 23 (voir fig 3) en matériau isolant (céramique par exemple) dans lequel sont montées les broches d'alimentation du filament 26, représenté en pointillés sur les figures 1 et 2 Les parois raides 14 de la rainure 12 forment avec le corps 10 de la pièce de concentration, deux marches symétriques comportant chacune deux plateaux latéraux 28 et 29 31 de même hauteur et un plateau central 32 33 légèrement plus haut que les plateaux latéraux. Pour fixer les idées, la profondeur moyenne de la rainure 12 est en pratique de quelques millimètres et le dépassement du plateau central 32 33, par rapport aux plateaux latéraux 28 29 30 31, de quelques dixièmes de millimètre. Selon la figure 3, le filament 26 comprend trois sections, une section centrale 34 et deux sections latérales 36 38, la longueur de la section centrale 34 étant sensiblement égale à celle des plateaux centraux 32 33 des deux marches qui bordent la rainure 12 Les extrémités des trois sections du filament 26 sont reliées à quatre broches 40, 42, 44, 46 montées dans le support isolant 23 Entre les deux broches 42 44 qui alimentent la section centrale 34 du filament 26 est montée une résistance de shunt 48 Deux autres résistances 50 52 peuvent, le cas échéant, être respectivement montées entre les broches 40 42 et 44 - 46 La broche 46 est reliée au corps 10 de la pièce de concentration Les deux broches 40 46 sont destinées à être connectées aux bornes du secondaire d'un premier transformateur et les broches 42 44 à celles d'un second (tous deux non représentés). Le fonctionnement d'une telle cathode est relativement simple Lorsque seule la section centrale 34 du filament 26 est chauffée par le courant électrique qui lui est appliqué à travers les broches 42 44, un faisceau d'électrons particulièrement concentré est émis par la cathode En effet, en quittant le filament chauffé 26, les électrons négatifs émis sont repoussés par le fond et les parois de la rainure 12 vers le plan de symétrie longitudinale de cette rainure, du fait que ce fond et ces parois sont à un potentiel négatif par rapport à l'anode, soumise à un potentiel positif très élevé, qui les attire Pendant leur passage entre les parois des plateaux centraux 32 33, les électrons émis par la seule section centrale 34 du filament 26 sont concentrés d'une manière efficace tant par les parois relativement hautes de ces deux plateaux centraux que par celles moins hautes des plateaux latéraux 28 29 30 31 qui jouent le rôle de parois de garde latérale pour les bords transversaux du faisceau Dans ces conditions, un foyer d'émission de rayons X, relativement étroit et court, ayant la forme d'un petit rectangle à coins quelque peu arrondis, est créé par la surface d'impact sur l'anode. Lorsque le filament 26 est chauffé dans sa totalité par le courant électrique qui lui est appliqué à travers les broches 40 46, si les résistances 50 et 52 sont supprimées et seule la résistance 48 laissée en place, le faisceau d'électrons produit possède une surface d'impact sur l'anode qui comprend au centre, la petite zone étroite et courte, obtenue dans le cas précédent et à chacune des extrémités, une zone plus large, approximativement circulaire, raccordée à la zone centrale Ces deux zones d'extrémité de la surface d'impact du faisceau d'électrons sur l'anode, sont plus larges que la zone centrale parce que les parois des plateaux latéraux 28 29 30 31 sont moins hautes que celles des plateaux centraux 32 33 De plus, elles sont nettement plus arrondies que la zone étroite et courte du cas précédent, parce que les parois de garde latérale du faisceau d'électrons émis pour tout le filament 26, sont moins étendues que celles intéressant la seule section centrale 34 de ce même filament. La présence de la résistance de shunt 48 aux bornes de la section centrale 34 du filament a pour effet de diminuer l'intensité de l'émission d'électrons par cette section En observant la noirceur plus ou moins uniforme de plusieurs clichés obtenus sous l'action des rayons X produits par un tube équipé d'une cathode de référence selon l'invention, il est relativement aisé de déterminer la valeur optimale de la résistance 48 qui permet de créer un foyer d'émission homogène sur l'anode du tube. De même, à partir des transformateurs et des filaments disponibles, il est relativement aisé en utilisant des résistances additionnelles 50 52 pour shunter également des sections latérales 36 38 du filament 26, d'ajuster à une valeur désirée, la densité, par unité de surface d'impact, des électrons sur l'anode. L'invention n'est pas limitée à l'exemple particulier décrit ci-dessus. On pourra, par exemple, diviser le filament 26 en cinq sections et les deux marches bordant la rainure diamétrale 12 en cinq plateaux de hauteur décroissante du centre vers les bords Les longueurs des sections de filament seront sensiblement égales à celles des plateaux leur faisant face De préférence les sections de filament et les plateaux de concentration latéraux seront symétriques mais deux sections et deux plateaux contigus pourront avoir des dimensions différentes Il en est de même des valeurs des résistances de shunt latéral De la sorte, on pourra au choix avec la même cathode selon l'invention, créer sur l'anode, trois foyers d'émission de rayons X ayant des dimensions géométriques différentes On peut, bien entendu, généraliser. REVENDICATIONS 1 Cathode pour tube à rayons X, du genre comprenant, d'une part, une pièce métallique de concentration ( 10) présentant deux plateaux symétriques, séparés par une rainure rectiligne ( 12) et, d'autre part, disposé dans la rainure ( 12), un filament rectiligne ( 26) aux extrémités respectivement reliées à deux broches ( 40 - 46), l'une ( 40) électriquement isolée de la pièce de concentration ( 10) et l'autre ( 46), connectée à elle, caractérisée en ce que: le filament ( 26) comprend un nombre impair de sections ( 34 36 38), aux extrémités desquelles sont reliées des broches supplémentaires isolées ( 42 44); les plateaux présentent un même nombre impair de marches ( 28 29, 30 31, 32 33), les hauteurs de ces marches diminuant progressivement depuis la marche centrale ( 32 33) jusqu'aux marches latérales extrêmes ( 28 29, 30 31), leurs longueurs correspondant sensiblement et respectivement aux longueurs des sections de filament qu'elles bordent. 2 Cathode pour tube à rayons X selon la revendication 1, caractérisée en ce que, au moins la (ou les) section(s) centrale(s) ( 34) du filament ( 26) est (ou sont) shuntée(s) par une (ou des) résistances ( 48). 3 Cathode pour tube à rayons X selon la revendication 1, caractérisée en ce que les sections latérales ( 36 - 38) du filament ( 26) et les marches latérales ( 28 29, 31) des plateaux de la pièce de concentration, sont symétriques par rapport à un axe perpendiculaire à la rainure ( 12). 4 Cathode pour tube à rayons X selon la revendication 3, caractérisée en ce que les valeurs des résistances ( 50 52) de shunt des sections latérales symétriques ( 36 38) du filament ( 26), sont sensiblement égales. Cathode pour tube à rayons X, selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le filament ( 26) comporte trois sections ( 34 36 38) et les plateaux de concentration, trois marches ( 28 29, 31 et 32 33), la hauteur de la marche centrale ( 32 33) de chacun étant légèrement plus grande que celle des marches latérales. 6 Tube à rayons X équipé d'une cathode selon l'une des revendications précédentes.