Brevet FR2824422A1 — publié le 20021108

71', 72, 72') et du motif de matrice à fond noir (80). TUBE A RAYONS X AVEC FEN TRE EN GRAPHITE L' invention concerne l es tu bes à rayons X, et notam me nt les tubes à vide générateurs de rayons X. El le sera décrite à propos de ces tubes générateurs bien qu'elle puisse s'appliquer également à des tubes à vide détecteurs de rayons X (type intensificateur d'images radiologiques IIR). Des tubes à vide servant de source de rayons X sont utilisés par exemple dans le contrôle non destructif d'objets matériels (structures métalliques, composites, bagages, etc.). Ils sont utilisés également dans l'imagerie médicale. Un tube à vi de g énérateu r de rayons X comporte essenti ei l e ment une 0 cathode émettant un faisceau d'électrons à forte énergie, et une cible métallique placée sur le traiet du faisceau d'électrons. La cible ainsi bombardée par les électrons émet des rayons X dans un secteur angulaire privilégié dépendant de l'angle d'incidence des électrons sur la surface de la cible. Typiquement, la surface de ta cible à l'endroit de l'impact du faisceau est située dans un plan incliné à environ 70 par rapport à la direction du faisceau incident, et elle renvoie alors des rayons X dans un cône angulaire de quelques dizaines de degrés centré à peu près sur une normale au faisceau. Les rayons X doivent pouvoir sortir du tabe. Si les parois du tube sont zo métalliques, ce qui est le plus souvent le cas, on prévoit de préférence une fenêtre de sortie, réalisée dans un matériau le moins absorbant possible pour les rayons X, en regard du secteur angulaire d'émission des rayons X. Le reste de la paroi est métallique et protèe d'ailleurs l'environnement contre l'émission de rayons X dans des directions indésirables, c'est-à-dire hors du 2s secteur angulaire d'émission privilogiée. La fenêtre de sortie participe, com me le reste de la paroi du tube, au maintien de l'étanchéité au vi de qui existe à l'intérieur du tabe. La difficulté réside dans la réalisation de cette fenêtre, étant donné qu'il faut utiliser un matériau ayant à la fois une bonne transparence aux rayons X et d'autre part des propriétés mécaniques, chimiques et thermiques qui le rendent propre à la tenue de l'étanchéité au vide et à une réalisation industrielle simple du tube. un des matArisux les plus coummment utiliss sst ie bAlllum. ll a une bonne tnsparonce aux myons X pour des Apaisseurs alnt jusqu'A un mimA et us il psen des camlques de sIance mA=nique suRisantes pour sliser des nAtres d'envlron 20 milllmAtres de dlamAt (avec une Apaisseur un mlmAbet ce qul est susant pour un cedaln nombre d'spplltlogs. uteTs, ce matArisu prAsente plusleurs lnconvAnients. D'une pad, lI est tlqus, qui lnduR des nkales indurieMes lmposntes et des pblAmes de tlment des tubes usagAs au pad est ts 0 =0ux et e Q ne peut pas m sssemb deement sur le =. Or les pAFO et suts AlAments de suppo du tube sur lesquels on voudra assembler la nm sont le us uvent en cu. Un bsage dim du bAum sur le culv entm?nerak une dision intermAtaUlque entre ces deux matArisux. Cette dslon fraglllse le montage et slblit l'AtanchAitd su vide. On est donc gblig d'utll[ser des montages plus complexes avec des matArisux intermdialms tels que le nlcket pour sssurer l'Atan6itd sans mise en conts dlre du ivre et du bAum. Pour r s =nvn- de que snhe, rvenNon ppose un de rans X composnt une par pouue dne n6e de passage de [syons X, carsdsA en ce que cede nAtre est rdallse en graphite pyrolvtique. Par graph#e pyllque, on entend du rbone suure chstsns de graphite (drente notamment de Is structure crlstsuine du dlamantt dAposA par cmsance pmgsse sur un subskt intermAdise padir de 2s dAcomposkion chimique hydrorbures bAs haute tempArstum, puls sAparA de ce subsat intermAdiaPe par une opArabon de dAmoulage. Le subsat intermAdiaim n'est lA que pour dAtermlner la forme [nale de la pice de gi. Ce type de matArlau peut At conrmA volontd (de prAren cependant selon une symAtrle clrlalre). ll prdsante une bonne rAsistanca mAcanique aux s dlgAs perpendloulaPement ss suce. ll prdsente une plus ible rdslstance mAcanique aux eds de tction dirigAs pa[ellblement la su=, mais on donne de prrence la fenAtre une rme teMe qu'on minimlse les eKs paraNAles la soace. En palcuHaG 3 2824422 u qua de luI donner une rme en sque an mme on le R pour bAnium, on Iui donnam de pmnce une rme en oche (ou cmusag. La cloche sers de prence brase sur un coUet de culvre, le coUet ant ensuRe bsA sur la pami de cure du tube. I1 n'y a pas s dincompatIbUftd sigolcative entre le graphlte et le cuivre et type de montage peut assurer une AtanchAkA 8U vide durable. Le brasage graphite/=ivre utillse da prmnce une bmsure alve compose d'argent, , -n LApaisseur de 1s nre de graphke e de pr6mnce compsa ent o 0,5 1,5 mlmAt pour que ['absorion des myons X p la nAt soR suRlsamment umite, le coedent absodon du graph#e Atant supdheur i. D'sutres camAdsques et aventages de UnvenNon sppartront la leure de la deslptlon dAtalllbe qui sult et qui est lte en mn aux desslos snnexs dans lesque: - gum 1 psente un tube gAnArateur de myons X de rs sntAMeup = une nAt de sodie en b6lIum - la ngum 2 psente une vue palelle d'un tube selon l'lnventlon, svec une nAt en graphke pyrotique - la gum 3 prAsente une vue sgrandle de la fenAe eMe-mme, monte sur un suppod de ivre svant soudure sur le be. Sur gu 1 on a psen schAmuement un be de s gAndteur de myons X, gAndralement cyMndUque, mpodant une paro! 1O, en pnpe en lv,, hdeur de Is pami, esseieReme un non Alsrons 20 et uns dble maRlque 30. Le tube e reprAsentd svec ss paml padilement ouvede pour ire sppslt ces AlAment Le canon Alerons Amet un [scesu Alemos 22 dans lxe du tobe. Le lscesu est caUsA sur son sxe une pa grAce ls rme de la cathode du canon et des 61erodes qui l'envimonent (notammen1 un hnelt seant caliser le lssu), et aut psK AventueUement par autres Alerodes pales sur 1e longueur du tube. Le faiscesu d'Alerons 4e Anergie est dhg vers Is dble mAtalllque 30. Cette cible est de prrence en turgstAne. Sa suce est plane. Dans t exemple, la clble est [xe, mals on pouait envisager qu'ene sok tournante pour 1 tourner le point impact et donc miter l'Aa^ment de la clble. La cible peut Atre conititude par une plaque de turgstAns encashe dans un b[oc de culvre 32 voNsant la dsIpabon de 1a s eur engende par rimpa des emos sur la dbl un mldsament par clullon dsu est de prence prAvu dans des canaux 34 rmAs dans le bloc de culvre. A l'endlt de l'lmps du faisceau d'Alens sur la clble, la suce de Is db[e rme un angle d'envin 70 svec l'axe du lsceau d'6lerons. o Limps du -au engend rAmlssn de phons X pak de Is dbl Ls meum psie des photons est 6mise dans un cane angle su sommet Agal envin 45\ pshant du pot impa des ens. Ls de cne e senslblement perpendllaire I'sxe du iscesu d'6lectrons, et 11 est sltuA dans un sn contanant la l'axe du iscesu et Is normale su an de Is cible. Une n6e 40 de passage de rayons X est prAvue dans la parol du tube, en gard de ce cOne Amlssn de rayons X. Ls nAtre est en gAndral cculske; sa dlmenslon peut At d'envon 20 m#MmA1res de diamAtre, et eMe est slors ace envln 30 mlmAkes du point d'impa du tsceau sl on souhaRe lsser passer tes rayons X Am dans renseme du cne d'environ 45'. Dans Is technique antdeure, la nAt 40 est un disque plan de bAum, montd sur un ou deux coUets de n[ckel (non reprAsents) de maniAre que le bAum ne soL pas assemblA dlement sur le cuivre qui 2s consdtue les paro internes du tube et qui se de suppo Is fenAe. ngt est brase sur le pouour une ouveure rmbe dans la pam! du be et elle assure rAtanchARA su de rendm de la sodie des rayons X. Selon rlnvendon, teMe que reprAsede sur Is [gure 2 qul mont la pad de be pont ta n6- de sod, - de b6m 40 e so remplace par une nAt 50 rdaNse en graphke pyrotique. Cette nAt B de pr6rence une rma de doche et le est de prArence monte sur un coR UndUque de cuivre 80 qu[ e sceUA ou bFssA sur la pdhphAde de rouveure de la paroi du tube. Le graphlte pyrolique est une structure chstanine de rbone, mUe hexsgonale (A Is dlrence du carbone dismant qul ast cubique), I 2824422 obtenue par décomposition d'hydrocarbures (en pratique un mélange de méthane et d'hydrogène) dans un four à très haute température. et obtenu par croissance progressive couche atomique par couche atomique sur un mandrin servant de substrat intermédiaire pour le dépôt. La température de dépôt est de préférence d'environ 2270 K. Le mandrin de support doit résister à cette température. Il peut être en graphite (non pyrolytique), obtenu par traitement thermique d'un bloc de carbone. Il a la forme en cloche de la fenêtre à réaliser. Lorsque l'épaisseur de pièce souhaitée est obtenue (environ 0,5 à 1,5 millimètres), la croissance est o arrétée et la pièce est démoulée. La simple différence de coefficients de dilatation du mandrin (graphite non pyrolytique) et de la pièce réalisée (graphite pyrolytique) assure un démoulage facile de la pièce. Une couche de suie peut en outre être déposée sur le mandrin avant dépôt du graphite pyrolytique, pour faciliter le démoulage. La fenêtre de graphite démoulée, en forme de cloche, peut avoir un diamètre d'environ 20 millimètres et une hauteur de 10 à 15 millimètres. La forme de cloche donne une élasticité à la pièce dans toutes les directions. En effet, la structure du graphite pyrolytique est telle qu'il résiste peu aux efforts de traction parallèles au plan de dépôt des couches mais qu'il résiste bien aux efforts de flexion perpendiculaires à ce plan. Un disque de graphite pyrolytique remplaçant purement et simplement le disque de béryllium de l'art antérieur serait moins résistant que la fenétre en cloche. La fenêtre maintient l'étanchéité au vide du tube. La figure 3 représente en détail la fenétre 50, montée sur un collet de cuivre 60 en vue d'étre brasée à ce collet. Le diamètre intérieur de la jupe 52 de la fenêtre en cloche est égal au diamètre extérieur du collet de cuivre. La jape est enfilée sur le collet et est brasée au niveau de la surface de collet en contact avec la jape. La brasure, représentée par un jonc périphérique 54 est de préférence une brasure active composée d'argent, de cuivre, et de titane (jonc de brasre cusil ABA). Le collet présente de préférence un rebord 62 sur lequel vient s'appuyer la base de la jupe 52. Le collet ainsi lié à la fenêtre de graphite est lui-même brasé sur la paroi du tube générateur de rayons X. Il s'agit là d'une brasure cuivre sur cuivre qui ne pose pas de problème et qui tient bien l'étanchéité au vide. 6 2824422 Le graphite est environ deux fois plus absorbant, pour les rayons X, que le béryllium, mais la résistance du graphite (notamment avec la forme en cloche de la fenêtre) autorise le choix d'une épaisseur de graphite environ deux fois plus faible que l'épaisseur de béryllium qui serait nécessaire pour une fenêtre de même diamètre. Le graphite, contrairement au béryllium, n'induit aucure contrainte industrielle et en particulier aucun problème de toxicité. On comprendra que l'invention est applicabie également à des tubes pouvant servir à la détection de rayons X, pour laisser passer par la fenêtre, o vers l'intérieur du tube détecteur, des rayons X provenant de l'extérieur et dont on souhaite par exemple mesurer l'intensité ou la distribution d'intensité. 7 2824422 tREVEN DICATIONS 1. Tube à vide à rayons X comportant une paroi pourvue d'une fenêtre 150) de passage de rayons X, caractérisé en ce que cette fenêtre est réalisée en graphite pyrolytique. 2. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fenêtre o (50) est en forme de cloche. 3. Tube selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fenêtre est brasée sur un coltet de cuivre (60), le collet étant ensuite brasé sur une ouverture de la paroi de cuivre du tube. 4. Tube selon la revendication 3, caractérisé en ce que la fenêtre est brasée sur le collet (60) à l'aide d'une brasure active composée d'argent, de cuivre, et de titane. 5. Tube sel on l' une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce