Brevet FR2702086A1 — publié le 19940902

-1 ANODE TOURNANTE POUR TUBE A RAYONNEMENT X COMPOSITE La présente invention concerne une anode tournante pour tube à rayons X, émettant simultanément les spectres de rayonnement de deux matériaux distincts. Une anode de tube à rayons X est constituée d'un bloc à symétrie de révolution, disque ou tronc de cône par exemple, en substrat recouvert sur une face d'une couche de matériau à numéro atomique élevé, c'est-à-dire un métal tel que du Molybdène, du Tungstène ou du Rodhium par exemple Dans une ampoule de verre o règne un vide poussé, est placée une cathode, réalisée à partir d'un émetteur thermoélectronique, comme un filament de Tungstène, et destinée à émettre un faisceau d'électrons focalisé sur l'anode, elle-même enfermée dans l'ampoule. Lorsque le filament de la cathode est rendu incandescent et que l'anode est portée à un potentiel positif de quelques kilovolts par rapport à la cathode, les électrons émis par la cathode sont accélérés vers l'anode par le champ électrique créé entre les deux électrodes et bombardent une surface de l'anode, appelée foyer du rayonnement X Cette zone d'impact des électrons devient la source principale d'émission des rayons X dans tout l'espace faisant face à l'anode, sauf aux incidences rasantes Dans un autre type de réalisation, c'est la tranche de l'anode qui est recouverte d'une couche de matériau à numéro atomique élevé,, la cathode étant alors disposée de telle sorte qu'elle émet un faisceau électronique sur le foyer de l'anode situé sur la tranche. Le rendement de radiation d'un tube à rayons X dépend de facteurs tels que le courant d'électrons, la différence de potentiel entre la cathode et l'anode, et du numéro atomique du matériau constituant la cible du faisceau électronique. Dans l'application au diagnostic médical d'un tube à rayons X, il est important que les propriétés de ce tube permettent une très bonne qualité des clichés obtenus, tenant compte des tissus à radiographier La qualité des clichés est définie par la netteté et le contraste qui sont liés aux facteurs suivants: la répartition en densité des électrons, émis par la cathode, à la surface du foyer de l'anode; le lieu de chute des électrons secondaires, émis par la cathode, ou de toute autre émission parasite, en dehors du foyer de l'anode; le spectre du rayonnement X utilisé par rapport à l'objet à radiographier. La présente invention a pour but d'améliorer la qualité de l'image obtenue en radiologie, en agissant sur le spectre du rayonnement X émis par le tube à rayons X. Dans certaines applications particulières, il est nécessaire que le rayonnement soit composite notamment lorsque l'objet à radiographier est constitué de parties de consistances différentes, "molles" et "dures" en même temps compatibles chacune avec une longueur d'onde de rayonnement. Pour cela, l'objet de l'invention est une anode tournante pour tube à rayonnement X composite, placée sous vide en face d'une cathode dans une enceinte de verre, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'un bloc à symétrie de révolution composé de deux matériaux différents à numéro atomique élevé, disposés l'un par rapport à l'autre de telle sorte qu'ils sont chimiquement indépendants et alternativement soumis au bombardement d'un faisceau d'électrons émis par la cathode. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description suivante d'exemples de réalisation d'une anode, illustrée par les dessins ci-annexés dans lesquels: la figure 1 est une représentation du spectre de rayonnement émis par l'anode selon l'invention; la figure 2 est une représentation d'un premier mode de réalisation d'une anode selon l'invention; la figure 3 est une représentation d'un second mode de réalisation d'une anode selon l'invention; la figure 4 est une représentation d'une demi-anode servant à la réalisation d'une anode selon l'invention; la figure 5 est une représentation d'un troisième mode de réalisation d'une anode selon l'invention. Les éléments portant les mêmes références dans les différentes figures remplissent les mêmes fonctions en vue des mêmes résultats. A propos de la contribution du spectre de rayonnement de la source, que constitue un tube à rayons X, à la netteté et au contraste de l'image obtenue par radiographie, on a constaté que le rayonnement X émis n'est pas monochromatique mais contient un large spectre de différentes longueurs d'onde A partir de la longueur d'onde la plus courte, ou de la fréquence la plus grande, toutes les fréquences de plus petites valeurs sont représentées La plus grande fréquence F est donnée par la formule: e.V e.V = h F soit F = h o V est la tension, en kilovolts, appliquée entre les deux électrodes du tube à rayons X, e est la charge de l'électron et h est la constante universelle de Planck. La fréquence F est donc exprimée en kiloélectronvolts. Le spectre de rayonnement comprend d'une part un fond continu de rayonnement de toutes les fréquences, dû au freinage plus ou moins complet, à la surface de l'anode, des électrons émis par la cathode et émettant des rayons X d'énergie correspondante et dont les fréquences F sont telles que: e.V F 4 h Le spectre comprend d'autre part les raies caractéristiques du matériau émissif à numéro atomique élevé de l'anode, qui sont dues au choc de l'électron incident de la cathode avec un des électrons en orbite autour du noyau de l'atome du matériau émissif Cette émission de raies caractéristiques de l'atome du matériau de l'anode est produite par le passage d'un électron d'une orbite extérieure à une orbite intérieure. Afin de radiographier plus spécifiquement des tissus mous et absorbants comme ceux que présentent des enfants prématurés par exemple, il serait -particulièrement intéressant de superposer ces deux spectres pour obtenir une partie du spectre résultant d'un des deux matériaux émissifs et l'autre partie du spectre résultant de l'autre matériau émissif Antérieurement, ce problème rarement traité ne l'a été qu'à partir d'une anode constituée d'un matériau composite sous forme d'alliage. Cependant les alliages présentent différents inconvénients, majeurs dans l'application d'une telle anode dans le diagnostic médical, dont leur point de fusion beaucoup plus bas que celui des métaux purs et leur conductivité thermique toujours inférieure à celle de chaque métal composant ces alliages. L'invention résout ces problèmes en proposant une anode constituée de deux matériaux différents émissifs à numéro atomique élevé Pour obtenir un contraste maximum entre l'air et les tissus mous à radiographier, il faut calculer les fréquences en kiloélectrovolts permettant d'optimiser le choix des matériaux émissifs de l'anode. Ainsi, comme le montre la figure 1, le spectre de rayonnement X obtenu avec une telle anode composée de Molybdène et de Rhodium, et dont la haute tension est de kilovolts, comprend en plus du fond continu allant de O à 30 ke V, les raies spectrales du Molybdène à 17,4 et 20 ke V et du Rhodium à 20,2 et 23,2 ke V. Pour obtenir un tel spectre, l'invention propose une anode réalisée à partir de deux matériaux émissifs différents se trouvant dans une configuration telle qu'ils restent chimiquement indépendants et sont soumis alternativement au bombardement électronique venant de la cathode. La figure 2 représente un premier mode de réalisation d'une anode 1 selon l'invention, ayant par exemple la forme d'un disque plat et dont le foyer 2 de rayonnement X se situe soit sur la face du disque en regard de la cathode, soit sur la tranche 3 Elle est constituée d'une succession de secteurs 4 des deux matériaux émissifs alternativement disposés Elle peut être également constituée d'un substrat dont ladite face et la tranche comportent des dépôts en secteurs alternés des deux matériaux émissifs. La figure 3 montre un second mode de réalisation d'une anode 5 selon l'invention, réalisée à partir de deux demi-anodes 6 et 7, dont une est représentée sur la figure 4 Chacune a la forme d'un disque de centre de symétrie et de rotation 63 et 73 respectivement, dont une face 61 et 71 respectivement est plate et l'autre 62 et 72 est découpée radialement du centre 63 et 73 vers leur circonférence crénelée Ces deux demi-anodes 6 et 7 s'emboîtent l'une dans l'autre par leurs faces dentelées 62 et 72, car les crans ou entailles 10 faites dans les faces 62 et 72 des demi-anodes 6 et 7 et joignant les circonférences aux centres 63 et 73 sont destinées à accrocher les deux demi-anodes l'une à l'autre Un système de fixation mécanique, par vis par exemple, rend les deux demi-anodes solidaires Dans cet exemple de réalisation, les entailles 10 faites dans les faces 62 et 72 ont la forme de dents de scie, à section triangulaire Cette réalisation d'une grande simplicité ne nécessite qu'une opération mécanique La position choisie pour le foyer 8 du rayonnement X par rapport à la ligne médiane 9 de la jonction entre les demi-anodes, au niveau des deux circonférences dentelées, permet le dosage du mélange des spectres des deux matériaux émissifs de l'anode Si le foyer se trouve sur cette ligne médiane, le spectre de rayonnement résultant sera un mélange à 50 % du spectre de chacun des matériaux Un pourcentage différent entre les deux spectres peut être obtenu en modifiant la position du foyer 8 par rapport à la ligne médiane 9. La figure 5 est une représentation d'un troisième mode de réalisation d'une anode 5 selon l'invention, constituée de deux demi-anodes 6 et 7 dont les faces entaillées radialement 62 et 72 ont une circonférence, et 70 respectivement, découpée en créneaux rectangulaires 11. REVENDICATIONS 1 Anode tournante pour tube à rayonnement X composite, placée sous vide en face d'une cathode dans une enceinte en verre, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'un bloc à symétrie de révolution composé de deux matériaux différents à numéro atomique élevé, disposés l'un par rapport à l'autre de telle sorte qu'ils sont chimiquement indépendants et alternativement soumis au bombardement d'un faisceau électronique émis par la cathode. 2 Anode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le bloc à symétrie de révolution constituant l'anode est un disque plat, constitué d'une alternance de secteurs ( 4) des deux matériaux différents à numéro atomique élevé, dont le foyer ( 2) du rayonnement X se situe sur la face en regard de la cathode ou sur la tranche 3. 3 Anode selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'un bloc de substrat comportant des dépôts en secteurs alternés des deux matériaux différents à numéro atomique élevé, disposés sur la face en regard de la cathode et sur la tranche. 4 Anode selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est constituée de deux demi-anodes ( 6 et 7), chacune en forme de disque dont une face ( 61,71) est plate et l'autre face ( 62, 72) est découpée selon des entailles radiales ( 10) joignant leur circonférence crénelée ( 60, 70) au centre ( 63,73) desdites demi-anodes qui s'emboîtent l'une dans l'autre par leurs faces dentelées ( 62, 72) et sont rendues solidaires par un système de fixation mécanique. 5 Anode selon la revendication 4, caractérisée en ce que les entailles ( 10) ont la forme de dents de scie, à section triangulaire. 6 Anode selon la revendication 4, caractérisée en ce que les entailles ( 10) ont la forme de créneaux rectangulaires ( 11).