Brevet FR2958450A1 — publié le 20111007

MAGNETRON La présente invention concerne des magnétrons. Les magnétrons sont utilisés dans les systèmes d'accélération linéaire (Iinacs> pour générer des rayons X, et l'une des fonctions de ces systèmes d'accélération consiste à générer des rayons X pour le traitement des tumeurs en radiothérapie. Afin de pouvoir délivrer la dose de rayonnement optimale à une tumeur, les systèmes d'accélération linéaire sont montés sur des portiques qui tournent autour du patient, parfois à grande vitesse, pendant que la dose de rayons X est délivrée. Cela pose un problème, en ce que, pour obtenir des performances optimales, la cathode doit être maintenue dans une position précise dans une anode cylindrique creuse, avec une tension élevée entre l'anode et la cathode. La cathode peut être supportée sur une paire de bras électriquement conducteurs qui sont ancrés dans l'enveloppe de vide à leurs extrémités. Ainsi, en référence aux figures 1 et la, qui sont, respectivement, une vue en coupe axiale schématique et éclatée d'une partie d'un magnétron connu qui s'étend radialement, et une vue latérale éclatée de l'intérieur de l'anode, la cathode 1 ess supportée d~;n.s une anode cylindrique creuse 2 à l'aide de bras support en tungstène 3, 4. La partie de l'enveloppe de vide iclue et porte, sur sen extès ( cathod 7 au sein desquelles ens es s brs eece en les bd nes app que une chauffage CC pour la cathode, superposée à la tension négative élevée nécessaire au fonctionnement du magnétron. Le corps principal 8 du magnétron est composé de métal, et possède des canaux 9, 10 destinés à accueillir les br.a : support 3, 4. La part étend radialement comprend une bague métallique 11, q._.i est soudée sur le cops principal 8, et brasée sur le manchon en céramique 12, qui est métallisé sur son bord circulaire inférieur. La partie qui s'étend radialement est fermée par une paroi 13 qui est refermée sur le manchon cylindrique 12. Les bras de support 3, 4 effectuent une connexion électrique avec ces bornes 6, 7, étant donné que leurs extrémités sont fixées dans des socles 14, 15 qui sont supportés dans la paroi 13 de manière étanche au vide et qui se branchent sur les bornes 6, 7 à l'extérieur. Au niveau des extrémités libres, les bras de support de la cathode sont reliés aux extrémités opposées de la cathode 1 à l'aide de fils 29, 30. Les bras de support de la cathode 3, 4 se terminent à proximité de l'espace d'anode cylindrique 2, afin de laisser de la place pour l'insertion de la cathode dans une direction axiale au cours de sa fabrication (voir figure la), et les fils sont reliés uniquement lorsque la cathode a été assemblée dans l'espace d'anode. Le fil 30 peut être en forme de V à une extrémité, son sommet étant relié au bras de support de cathode 4, et e. . és des bras étant relies é la cathode. Le fil 29, a son remise, peut être un conducte._ïr recourbé el o à un de chauffage qu l'autre e é té le la ath_od clous une gaine i_ lente (non illus notre demande de rcret 1S n°20091023699.. en Il est considéré que les bras de support 3, 4 sont sensibles aux vibrations mécaniques, ce qui peut perturber le bon fonctionnement du magnétron. L'invention prévoit un magnétron dans lequel l'enveloppe de vide comprend une partie qui s'étend radialement par rapport à l'axe de la cathode, une paire de bras de support électriquement conducteurs destinés à supporter la cathode et en liaison électrique avec les bornes d'alimentation de la cathode, les extrémités libres des bras de support étant reliées aux fils branchés sur la cathode, et les bras étant montés dans une paroi qui s'étend au sein de la zone de la partie qui s'étend radialement, la paroi étant positionnée le long de ladite partie s'étendant radialement, plus près de l'extrémité qui est adjacente à la cathode que de l'extrémité qui est éloignée de la cathode. Le fait de réduire ainsi la longueur libre des bras de support en les montant dans une paroi positionnée entre les extrémités de la partie qui s'étend radialement permet de diminuer ou d'éliminer les fréquences de vibration indésirables. Chaque bras de support peut être composé de deux parties relues sumble : une partie qui peut être en tueg tène, en molybdèn , en cuivre, en ckel ou en ,a, ceux- ci, mor'- dans la paroi et l'autre partie suppeu peuvent être composés de plus de La paroi peut être formée intégralement avec la partie de la section s'étendant radialement qui est éloignée de la cathode, et la partie de la section s'étendant radialement qui est adjacente à la cathode peut être reliée à la partie éloignée de la cathode par un matériau d'étanchéité, afin de permettre l'accès à la paroi en vue de l'application de la métallisation. Les parties peuvent être composées d'un matériau céramique. La paroi peut être positionnée le long de la partie qui s'étend radialement sur moins d'un tiers, ou moins d'un quart, de la longueur allant de l'extrémité adjacente à la cathode à l'extrémité éloignée de la cathode. Les bras de support se terminent de préférence à l'extérieur de la saillie du profilé d'anode cylindrique, et des fils, qui peuvent être en nickel, sont soudés ou brasés afin d'effectuer la liaison entre la cathode et les bras de support de la cathode au cours de l'assemblage du magnétron. Un mode de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en détail, à titre d'exemple, en référence aux dessins joints, sur lesquels : La figure 1 est une vue en coupe axiale, schématique et éclatée d'une partie qui s'étend radialement d'un magnétron connu ; La figure la est une vue latérale éclatée du magnétron de la figure 1, le long des lignes la - la de la figure 1 ; La figure 2 est une vue en coupe axiale d'une partie s'étendant radialement d'un magnétron selon l'invention ; La figure 3 est use vue en coupe axiale du composant en céramique de la partie qui s'étend radialement illustrée sur la figure 2 ; et La figure 4 est une vue de dessous du composant en céramique illustré sur la figure 3. Les mêmes numéros de référence sont attribués aux mêmes parties sur l'ensemble des figures. Le magnétron de l'invention diffère du magnétron connu de la figure 1 en termes de construction de la partie qui s'étend radialement 5 de l'enveloppe de vide, et plus spécifiquement en termes de montage des bras de support de la cathode. En référence à la figure 2, la partie qui s'étend radialement comprend deux éléments en céramique tubulaires, 16, 17, ce dernier ayant une paroi inférieure fermée 18. L'élément en céramique tubulaire 16 est métallisé sur son bord incurvé inférieur, et est brasé sur une bague métallique 11, qui est également soudée sur le corps principal du rnagnetron, qui est illustré sur la figure 1 et, par conségjent, pas sur la figure 2. La cathode et les de cathode 29, 30 >or galement illustr s sur la 1 o_ag ibre Ias bras r ._ _.ppo_ de la ça _ de Les parties 19, 20 des bras de support possèdent des extensions intégrales 19a, 20a, et les bornes d'alimentation de la cathode 6, 7 sont fixées sur les extrémités des extensions. Les bornes et les extensions intégrales sont protégées par l'élément tubulaire 17, qui limite également la haute tension entre le corps de l'anode et les bornes 6, 7. Si cela est souhaité, l'espace vide dans l'élément tubulaire 17 peut être rempli avec un matériau en caoutchouc afin d'empêcher toute décharge corona dans cet espace. bobines RF 22, 23 son' de zones usPo 2958450 Des bobines RF sont prévues afin d'empêcher toute fuite de RF dans la partie qui s'étend radialement. Ainsi, la bague métallique 11 possède une bobine à quart de longueur d'onde 21, afin d'empêcher toute fuite de RF autour de la périphe.ie de l'ouverture, dans la partie qui s'étend radialement, et des manchons creux 22, 23, également à daart de longueur d'onde, autour de parties 19, 20 des b las de ÏT_npporb de la cathode, afin d' 'per_n(2r toute fuite de RF le long s bras de support de la tbode 3, 4. Les ',es RF 21, 22, 23 sua. Afin de maintenir l'intégrité du joint hermétique au. niveau de la paroi 18, les parties 19, 20 des bras de support de la cathode sont brasées sur des zones de plus petit dianècre des manchons creux 22, 23, qui sont à leur tour brasés au niveau de leurs extrémités supérieures sur le dessous de la paroi 18, les surfaces de contact étant métallisées. En outre, les zones évasées 22a, 23a sont conçues pour chevaucher les bagues métallisées {24, 25 Figure 4) afin de réduire l'intensité de champ électrique dans la région de métallisation lorsque les éléments conducteurs 19 et 20 sont subissent des impulsions à une tension négative élevée. Les évasements 22a et 23a sont découpés dans la zone située entre les deux composants, afin de ne pas provoquer de court-circuit. Cette opération de métallisation peut être difficile à réaliser dans l'espace restreint situé sous la paroi 18. C'est pourquoi l'élément en céramique tubulaire 17 peut être joint à la paroi pendant ou après les opérations de métallisation. Une couche de poudre de verre 26 peut être utilisée afin de rendre les parties étanches au vide. La paroi 18 est positionnée au moins à mi-chemin le long de la branche, entre l'extrémité supérieure et l'extrémité inférieure, corme cela est illustré sur la fi ç re 2, afin de réduire la libre des bras Ippar de la cathode. ibre ,pie._ b,ra t st beaucoup plus cour et auausr_E_s unr ee dans _ e lac:ne-ron connu. I~ vst cons l d que la résonance présente une fréquence plus élevée, et, bien que le bras de support se soit avéré résonner à environ 50 Hz dans le magnétron connu, la résonance a été supérieure à 100 Hz dans le dagnéaron selon l'invention. Différents facteurs affectent la fréquence de résonance des bras de support de la cathode. Ainsi, la fréquence de résonance dépend de la rigidité des bras, et il sera noté que le diamètre des zones 19, 20 des bras de support est supérieur à celui des zones 27, 28 qui sont reliées à la cathode. En outre, le choix de matériaux à plus grande section transversale pour les zones 19, 20 présente également l'avantage d'augmenter la perte de chaleur par le biais de la conduction depuis la cathode et les composants qui y sont reliés. Cela peut être avantageux si le magnétron est utilisé non loin de sa limite supérieure en termes de puissance de sortie moyenne. Les matériaux qui conviennent pour les parties 27, 28 des bras de support sont le tungstène, le molybdène ou d'autres métaux ou alliages à point de fusion élevé. Les matériaux qui conviennent pour les parties 19, 20 comprennent le tungstène, le molybdène et leurs alliages, le cuivre, le nickel et d'autres alliages du nickel. Eien entendu, ces variations être aPPct au mode de , isation décrit, sans s'écarter de l'é 2ndne de l'invention. base d'une. ofonde fié émité ieure dn man nn L7, c'est-à-dire ds milaire à la 13 de la con tru iori de l'art antérieur illust fi are 1, vais une profonde - telle Tue .roi 18 se. trouve dans %a même position e Long de la branche. En variante, dans la construction illustrée sur la figure 2, l'élément tubulaire 16 peut faire partie intégrante de l'élément tubulaire et de la paroi 18. L'élément tubulaire 17 peut être plus court que ce qui est illustré. L'invention convient particulièrement pour les magnétrons ayant des puissances de sortie de pointe supérieures à 2 MW. Une plage classique de fréquences d'exploitation peut aller de 2850 MHz à 3010 MHz, l'invention convenant particulièrement pour les fréquences de 2993 MHz à 3002 MHz. REVENDICATIONS1. Magnétron dans lequel l'enveloppe de vide comprend une partie qui s'étend radialement par rapport à l'axe de la cathode, une paire de bras de support électriquement conducteurs destinés à supporter la cathode et en liaison électrique avec les bornes d'alimentation de la cathode, les extrémités libres des bras étant reliées à des fils branchés sur la cathode, et les bras étant montés dans une paroi qui s'étend au sein de la zone de la partie s'étendant radialement, dans lequel la paroi est positionnée le long de la partie qui s'étend radialement, plus près de l'extrémité qui est adjacente à la cathode que de l'extrémité qui est éloignée de la cathode. 2. Magnétron selon la revendication 1, dans lequel chaque bras de support est composé de deux parties fixées l'une à l'autre, une partie étant montée dans la paroi et ayant un diamètre supérieur à l'autre partie, qui est reliée à la cathode. 3. Magnétron selon la revendication 2, dans lequel les parties montées dans la paroi sont composées de tungstène, de molybdène, de cuivre, de nickel ou d'alliages de ceux- 4. Magnétron selon la revendication 2 ou la revendication 3, dans lequel les parties reliées aux fils de la cathode sont composées de tungstène, de molybdène ou d'alliages de ceux-ci. 5. Magnétron selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la paroi est formée intégralement avec lapartie de la section s'étendant radialeme est éloign de la cathode. 6. Magnétron selon la revendication 5, dans lequel la partie de la section s'étendant raoialement qui est adjacente à la cathode est reliée à la partie éloignée de la cathode par un matériau d'étanchéité. 7. Magnétron selon la revendication 5 ou la revendication 6, dans lequel la paroi possède des ouvertures destinées à recevoir les bras de support, et un joint étanche au vide est créé par brasage sur la métallisation appliquée sur la paroi. 8. Magnétron selon la revendication 7, comprenant des manchons évasés qui entourent les bras de support afin de réduire l'intensité de champ électrique à proximité de la métallisation. 9. Magnétron selon la revendication 8, dans lequel les manchons évasés sont formés intégralement avec les manchons qui entourent les bras de support de façon à former des bobines RF à quart de longueur d'onde. 10. Uagnétron selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la partie de l'enveloppe de vide qui s'étend radiale:men n ériau çerairig 11. _Taensi on selon con. e le,: c tions 1 du profil '' te Leur e la cathode étant pends l'àsse-oi i