Brevet FR2833751A1 — publié le 20030620

Générateur de rayons X à rayonnement focalisé L'invention se rapporte à un générateur de rayons X. Les rayons X sont notamment utilisés dans le milieu médical pour l'imagerie ou la radiothérapie et dans le milieu industriel pour le contrôle de pièces mécaniques ou pour le traitement local par irradiation. Des générateurs de rayons X à tubes connus génèrent un rayonnement divergent de rayons X à partir du bombardement électronique ponctuel d'une anode. A ce jour, il est très difficile de focaliser un rayonnement X notamment lorsqu'il dépasse une énergie de l'ordre de 30 keV. Pour la radiothérapie et le traitement local de matériau, l'utilisation d'un rayonnement X convergent permettrait d'obtenir une plus grande concentration de rayonnement X dans une zone à traiter, cette zone pouvant être située en profondeur. L'irradiation par rayonnement X serait ainsi plus faible sur les tissus ou les matériaux traversés avant la zone à traiter. L'invention apporte une solution à ce problème en proposant un générateur de rayons X à tube délivrant un faisceau de rayons X convergent. Pour atteindre ce but, l'invention a pour objet un générateur de rayons X comportant un tube à l'intérieur duquel règne le vide, une cathode et une anode situées à l'intérieur du tube, la cathode générant un faisceau d'électrons en direction de l'anode qui le transforme en un rayonnement X, caractérisé en ce que l'anode comporte une pluralité de surfaces élémentaires dont les normales sont séquentes et en ce que chaque surface élémentaire reçoit le faisceau d'électrons. Dans les tubes générateurs de rayons X connus, l'anode est bombardée ponctuellement par un faisceau électronique. La transformation du faisceau électronique en rayonnement X produit de la chaleur qu'il est nécessaire de dissiper. La production de fortes doses d'irradiation X est de ce fait limitée par la capacité de l'anode à dissiper la chaleur produite. Dans un générateur de rayons X conforme à l'invention, l'anode est bombardée sur plusieurs surfaces. Chaque surface ne produisant qu'une partie du rayonnement X, la chaleur générée lors de la transformation des électrons en rayonnement X est ainsi répartie sur les différentes surfaces bombardées par les électrons, ce qui facilite la dissipation de la chaleur. De plus, dans des tubes générateurs de rayons X connus, on a cherché à limiter la chaleur à dissiper localement au point de bombardement électronique en faisant tourner l'anode autour d'un axe. Ceci permet d'obtenir une répartition temporelle de la chaleur à dissiper sur une plus grande surface. Cette solution complique mécaniquement le tube générateur de rayons X par la mise en oeuvre de pièces tournantes. L'invention pallie cet inconvénient en bombardant avantageusement en permanence chaque surface élémentaire par le faisceau électronique spatiale de la chaleur à dissiper. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée de plusieurs modes de réalisation de l'invention, description illustrée par le dessin joint dans lequel. . la figure 1 représente un premier mode de réalisation d'un générateur de rayons X pour lequel le rayonnement X est focalisé à l'extérieur du tube ; . la figure 2 représente une variante du premier mode de réalisation permettant de déplacer le point de focalisation du rayonnement X ; Par souci de simplification de la suite de la description, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures. Le générateur 1 de rayons X représenté sur la figure 1 comporte un tube 2 formant une enceinte fermée dans laquelle règne un vide suffisant pour qu'un faisceau d'électrons puisse s'y déplacer. Une cathode 3 génère un faisceau d'électrons 4 en direction d'une anode 5 qui transforme l'énergie reçue par le faisceau d'électrons 4 en un rayonnement X 6. L'anode 5 reçoit le faisceau d'électron 4 sur des surfaces élémentaires qui réunies forment une surface tronconique 7 intérieure d'axe 8. L'angle de la surface tronconique 7 est tel que des axes 9 normaux à chaque surface élémentaire, sont séquents. Un point 10 situé à l'intersection des axes 9 est situé à l'extérieur du tube 2 sur l'axe 8. Le point 10 forme le point de focalisation du rayonnement X. En pratique, le rayonnement X est émis par l'anode 5 préférentiellement dans les directions formées par les axes 9. L'intensité du rayonnement X est maximale dans les directions des axes 9 et cette intensité décroît lorsqu'on s'éloigne angulairement de l'axe 9. Le point 10 est donc le centre d'une zone où le rayonnement X 6 se focalise préférentiellement. On a constaté que l'intensité du rayonnement X est quasiment maximale dans une direction formant un angle de 20 avec une des directions 9. Au-delà de cet angle de 200, l'intensité du rayonnement X diminue notablement. Avantageusement, afin d'améliorer la focalisation du rayonnement X, autrement dit afin de réduire les dimensions de la zone où le rayonnement X se focalise, le dispositif 1 comporte une fenêtre de sortie 11 ne laissant sortir du tube 2 qu'une partie du rayonnement. La fenêtre de sortie peut faire partie de la paroi du tube 2. Plus précisément, la fenêtre de sortie 11 a la forme d'une plaque par exemple située dans un plan perpendiculaire à l'axe 8. La fenêtre de sortie 11 comporte un matériau 12 opaque au rayonnement X, ainsi qu'un matériau 13 transparent au rayonnement X 6. Le matériau 13 est situé sur une couronne d'axe 8 perpendiculaire à la surface tronconique 7. Le diamètre de la couronne est, par exemple, tel que le matériau 13 laisse sortir du tube 1 la partie du rayonnement X sensiblement centrée autour des axes 9. Le matériau 12, opaque au rayonnement X est par exemple réalisé à base de plomb et le matériau 13, transparent au rayonnement X, est par exemple réalisé à base de béryllium. Le dispositif peut comporter des moyens pour modifier la position du point 10 où le rayonnement X se focalise. Comme on l'a vu précédemment, le rayonnement X se forme avec une intensité quasi maximale dans un secteur angulaire centré autour des axes 9. Il est donc possible, en déplaçant la position relative de la fenêtre de sortie 11 par rapport à l'anode 5 en translation suivant l'axe 8, de déplacer le point 10 suivant l'axe 8. Si on souhaite conserver l'intensité du rayonnement X lors de la translation décrite plus haut, on prendra soin de conserver la couronne de matériau 13, transparent au rayonnement X, à l'intérieur de l'angle de 20 autour des directions 9. Ce mode de réalisation des moyens pour modifier la position du point 10 où le rayonnement X se focalise nécessite un dispositif mécanique pour modifier la position relative de l'anode 5 par rapport à la fenêtre de sortie 11. A titre d'alternative, comme il est représenté sur la figure 2, il est possible de modifier la position du point 10 en remplaçant la surface tronconique 7 de l'anode par une surface torique extérieure 20 dont l'axe principal reste l'axe 8. En modifiant la position où le faisceau d'électron 4 bombarde l'anode 5, sur la surface torique 20, on modifie la direction des axes 8 et, par voie de conséquence, la position du point 10. Sur la figure 2, deux trajets possibles du faisceau d'électrons émis par l'anode 3 sont représentés. Le premier trajet porte le repère 21 et bombarde la surface torique 20 en des points 22. Les points 22 sont sensiblement situés sur un cercle dont le centre est porté par l'axe 8. Des directions 23, normales à la surface torique 20 aux points 22 sont séquentes en un point 24 représentant le centre d'une zone de focalisation du rayonnement X. Le second trajet porte le repère 25 et bombarde la surface torique 20 en des points 26. Les points 26 sont également sensiblement situés sur un cercle dont le centre est porté par l'axe 8 et dont le diamètre est supérieur au diamètre du cercle formé par les points 22. Des directions 27, normales à la surface torique 20 aux points 26, sont séquentes en un point 28 représentant le centre d'une zone de focalisation du rayonnement X. Les points 24 et 28 donnent des exemples de positions possibles du point 10 décrit plus haut. La surface torique extérieure 20 n'est donnée qu'à titre d'exemple. Il est possible de modifier la position du point 10 où le rayonnement X se focalise en utilisant d'autres formes de surface de révolution autour de l'axe 8. La définition de la surface de révolution se fait en fonction de la variation souhaitée des points-impacts du rayonnement X sur une cible recevant le rayonnement X. Avantageusement, le générateur de rayons X comporte des moyens pour faire varier le trajet du faisceau d'électrons afin de faire varier la position du point 10 où le rayonnement X se focalise. Cela permet de simplifier la réalisation du tube électronique en évitant l'utilisation de dispositifs mécaniques pour modifier la position relative de l'anode 5 par rapport à la fenêtre de sortie 11. Plus précisément, pour faire varier le trajet du faisceau d'électrons, il est possible d'utiliser un aimant 29 ou avantageusement un électroaimant dont on fait varier le flux magnétique. L'aimant 29 est par exemple placé à l'extérieur du tube 2 de telle sorte que son pôle sud soit situé au voisinage de la cathode 3 et que son pôle nord soit situé au voisinage de l'anode 5. En déplaçant l'aimant 29 en translation selon l'axe 8, ou en faisant varier le flux magnétique de l'électroaimant remplaçant l'aimant 29, on déplace les points où le faisceau d'électrons bombarde la surface torique 20 de l'anode 5. Il est possible de déplacer le faisceau d'électron pour qu'il bombarde la surface torique 20 au-delà du point 26, de sorte à obtenir un rayonnement X divergent. Dans cette variante, on se passe de fenêtre de sortie 11 et le point 10 représente le centre de la zone où le rayonnement X se focalise. Le point 10 se déplaçant, la zone de focalisation se déplace aussi. Le générateur de rayons X comporte des moyens pour refroidir l'anode 5. Ces moyens comportent par exemple des ailettes 17 entre lesquelles circule un fluide caloporteur permettant d'évacuer la chaleur produite par l'anode. 5 lors de la transformation de l'énergie reçue du faisceau d'électrons en rayonnement X. Avantageusement, le générateur de rayons X comporte des moyens pour guider le faisceau d'électrons 4 vers la surface tronconique 7. Plus précisément, les moyens pour guider le faisceau d'électrons 4 comportent une électrode de mise en forme du faisceau, appelée communément wehnelt 12, située au voisinage de la cathode 3 sur le trajet du faisceau d'électrons 4. Le wehnelt 12 comporte des ouvertures de façon à former un faisceau d'électrons 4 creux afin de bombarder la surface tronconique 7, ou plus généralement l'anode, ce qui évite l'obligation de disposer de collecteurs récupérant les électrons surabondants qui n'atteindraient pas l'anode 5. De tels collecteurs devraient, de plus, être refroidis. Le wehnelt peut comporter une rondelle extérieure 13 et une pastille intérieure 14, toutes deux centrées sur l'axe 8. La pastille 14 peut être reliée à la rondelle 13 au moyen de bras 15 radiaux par rapport à l'axe 8. L'espace libre situé entre les bras 15 forme l'ouverture du wehnelt 12 par laquelle passe le faisceau d'électrons 4. REVENDICATIONS 1. Générateur de rayons X comportant un tube (2 ; 30) à l'intérieur duquel règne le vide, une cathode (3 ; 31) et une anode (5 ; 33) situées à l'intérieur du tube (2 ; 30), la cathode (3 ; 31) générant un faisceau d'électrons en direction de l'anode qui le transforme en un rayonnement X, caractérisé en ce que l'anode (5 ; 33) comporte une pluralité de surfaces élémentaires (7 ; 20 ; 34) dont les normales (9 ; 38) sont séquentes et en ce que chaque surface élémentaire reçoit le faisceau d'électrons (4 ; 32). 2. Générateur de rayons X selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque surface élémentaire reçoit en permanence le faisceau d'électrons (4 ; 32). 3. Générateur de rayons X selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour guider le faisceau d'électrons (4) vers les surfaces élémentaires (7 ; 20 ; 34). 4. Générateur de rayons X selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens pour guider le faisceau d'électrons comportent un wehnelt (12 ; 36) situé au voisinage de la cathode (3 ; 31) sur le trajet du faisceau d'électrons (4). 5. Générateur de rayons X selon la revendication 3, caractérisé en ce que le wehnelt (12) comporte des ouvertures de façon à former un faisceau d'électrons (4) creux. 6. Générateur de rayons X selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les surfaces élémentaires forment une surface de révolution. 7. Générateur de rayons X selon la revendication 6, caractérisé en ce que les surfaces élémentaires forment une surface tronconique intérieure (7). 8. Générateur de rayons X selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les surfaces élémentaires forment une surface torique extérieure (20). 9. Générateur de rayons X selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rayonnement X se focalise sensiblement autour d'un point (10 ; 24,28) et en ce qu'il comporte des moyens pour modifier la position dudit point (24,28). 10. Générateur de rayons X selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une fenêtre de sortie (10 ; 35) ne laissant sortir du tube (2) qu'une partie du rayonnement X. 11. Générateur de rayons X selon la revendication 10, caractérisé en ce que la fenêtre de sortie (10 ; 35) forme une paroi du tube (2) 12. Générateur de rayons X selon l'une quelconques des revendications 10 ou 11 en tant que revendication dépendante de la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens pour modifier la position dudit point (24,28) déplacent la fenêtre de sortie (10 ; 35). 13. Générateur de rayons X selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (29) pour faire varier le trajet le faisceau d'électrons.