Brevet FR3132379A1 — publié le 20230804

Procédé (P) de fabrication d’une anode (A) pour une source à rayons X de type cathode froide comprenant les étapes suivantes : fabriquer un élément dit cible (C) dans un premier matériau adapté pour générer des rayons X à partir de l’absorption d’un faisceau d’électrons, le premier matériau présentant un premier coefficient d’expansion thermique à une température prédéterminée d’utilisation de l’anode dans ladite source à rayons X, fabriquer un élément dit support cible (SC) dans un deuxième matériau présentant un deuxième coefficient d’expansion thermique à la température prédéterminée , fixation de la cible avec le support cible par brasage fort avec un matériau de brasage, à une température de brasage supérieure à la température prédéterminée et supérieure à une température de fusion du matériau de brasage, de manière à former un film de brasure (FB) interposé entre la cible et le support cible. [Fig.2A] Procédé de fabrication d'une anode pour une source à rayons x de type cathode froide La présente invention concerne le domaine des sources à rayons X. Les rayons X ont aujourd'hui dans l’imagerie, notamment dans le domaine médical, dans l'industrie pour réaliser des contrôles non destructifs et dans la sécurité pour détecter des objets ou des matériaux dangereux. Les sources les plus couramment utilisées sont les tubes à rayons X. Un tube à rayons X est généralement constitué d'une enceinte sous vide. L'enveloppe est formée d'une structure métallique et d'un isolant électrique. Dans cette enveloppe, sont disposées deux électrodes. Pour un tube mono-polaire, une électrode cathodique, portée à un potentiel négatif, est équipée d'un émetteur d'électrons. Une seconde électrode anodique, portée à un potentiel positif par rapport à la première électrode est associée à une cible. Les électrons accélérés par la différence de potentiel entre les deux électrodes, viennent produire un spectre continu de rayons ionisants par freinage (bremsstrahlung) lorsqu'ils frappent la cible. Les électrodes métalliques sont généralement de grande taille et possèdent des rayons de courbure suffisamment grand afin de minimiser les champs électriques sur leur surface. Suivant la puissance des tubes à rayons X, ceux-ci peuvent être équipés soit d'une anode fixe soit d'une anode tournante permettant un étalement de la puissance thermique. Les tubes à anode fixe ont une puissance de quelques kilowatts et sont notamment utilisés dans des applications industrielles, de sûreté et médicales de faible puissance. Les tubes à anode tournante peuvent dépasser les 100 kilowatts et sont principalement mis en œuvre dans le milieu médical pour l'imagerie nécessitant des doses de rayons X importants pendant une courte durée. A titre d'exemple, le diamètre d'un tube industriel est de l'ordre de 150 mm à 450 kV, de 100 mm à 220 kV et de 80 mm à 160 kV. La tension indiquée correspond à la différence de potentiel appliquée entre les deux électrodes. Pour les tubes médicaux à anode tournante, le diamètre varie de 150 à 300 mm suivant la puissance à dissiper sur l'anode. L'anode formant la cible doit dissiper une puissance thermique importante. Cette dissipation peut être réalisée par circulation d'un fluide caloporteur ou par la réalisation d'une anode tournante de grandes dimensions. La nécessité de cette dissipation impose aussi d'augmenter les dimensions des tubes à rayons X. Dans le cas d’une anode stationnaire, la technologie qui est aujourd’hui utilisée en standard, est un sous-ensemble composé d’une pastille mince de tungstène pur ou de tungstène-rhénium, autour de laquelle est surmoulé un imposant corps de cuivre. La est une photographie d’un exemple d’anode AA de l’art antérieur pour source à rayons X. Cette anode AA comprend une pastille en tungstène C qui forme la cible impactée par le faisceau d’électron pour générer le rayonnement X. Le surmoulage de cette cible C forme un corps de cuivre BC qui permet d’évacuer la puissance thermique produite par le freinage du faisceau d’électron. Ici, l’évacuation de la puissance est effectuée par un excellent contact thermique entre la pastille et le barreau de cuivre, celui-ci étant un très bon conducteur thermique. L’anode de la est satisfaisante. Cependant, l’utilisation d’un surmoulage en cuivre pour dissiper la puissance accumulée lors du cycle d’utilisation de la source, rend très difficile la miniaturisation de la source. En effet, afin de miniaturiser la source, il est nécessaire d’assurer une isolation électrique élevée entre la cathode et l’anode, grâce à un isolant électrique. Cette pièce mécanique peut être par exemple une partie de l’enceinte sous vide. Ces céramiques sont donc avantageuses pour la réalisation de source par rayons X miniaturisée. Or le cuivre présente des difficultés d’assemblage sur de la céramique compte tenu des fortes dilatations en température du cuivre par rapport à la céramique. Enfin, l’utilisation d’un surmoulage en cuivre sur une cible en tungstène est complexe à mettre en œuvre. Cela nécessite une fusion du cuivre à haute température, l’inclusion de la cible, le refroidissement en s’assurant du contact parfait du tungstène sur le cuire, un usinage de surface et un nettoyage adapté afin de permettre son fonctionnement sous vide. L’invention vise à pallier certains problèmes de l’art antérieur. A cet effet, un objet de l’invention est un procédé de fabrication d’une anode pour une source à rayons X de type cathode froide qui comprend une étape de brasage fort de la cible et du support cible (qui permet l’évacuation de la puissance thermique). Ainsi, l’assemblage entre la cible et son support est grandement facilité et permet la formation d’une anode comprenant un support cible avec des matériaux qui n’auraient pas pu être utilisés pour réaliser un surmoulage de la cible comme dans l’art antérieur. Selon le choix du matériau du support cible, l’anode permet avantageusement de faciliter un assemblage de l’anode avec un élément isolant en céramique dans la source à rayons X. Cela permet une plus grande miniaturisation de la source par rayons X. A cet effet, un objet de l’invention est un procédé de fabrication d’une anode pour une source à rayons X de type cathode froide comprenant les étapes suivantes : fabriquer un élément dit cible dans un premier matériau adapté pour générer des rayons X à partir de l’absorption d’un faisceau d’électrons, le premier matériau présentant un premier coefficient d’expansion thermique à une température prédéterminée d’utilisation de l’anode dans ladite source à rayons X, fabriquer un élément dit support cible dans un deuxième matériau présentant un deuxième coefficient d’expansion thermique à la température prédéterminée , fixation de la cible avec le support cible par brasage fort avec un matériau de brasage, à une température de brasage supérieure à une température de fusion du matériau de brasage, et de manière à former un film de brasure interposé entre la cible et le support cible, ladite température prédéterminée étant inférieure à ladite température de fusion du matériau de brasage. Selon un mode de réalisation de l’invention, le premier et le deuxième matériaux sont tels que XX. Selon un mode de réalisation de l’invention, le premier matériau est à base de tungstène et dans lequel le deuxième matériau est à base de molybdène, de cuivre ou en alliage comprenant du cuivre, du tungstène et du nickel. De manière préférentielle, le matériau de brasage est à base d’or, d’argent, de cuivre, de nickel, ou de palladium. De manière encore préférentielle, le deuxième matériau est un alliage de cuivre, de nickel et de tungstène, le matériau de brasure est un alliage d’argent, de cuivre et de palladium ou encore un alliage d’argent, de cuivre et d’or Selon un mode de réalisation de l’invention, l’étape de fixation est effectuée dans un four entre 700°C et 1100°C. De manière préférentielle, l’étape de fixation est effectuée sous vide. De manière encore préférentielle, le matériau de brasure est un alliage d’argent, de cuivre et d’étain et le deuxième matériau est du molybdène et le premier matériau est du tungstène. Selon un mode de réalisation de l’invention, l’étape de fixation est effectuée sous un flux d’hydrogène. De manière préférentielle, le deuxième matériau est du molybdène et le premier matériau est du tungstène, et le matériau de brasure est un alliage d’argent, de cuivre et de palladium. Selon un mode de réalisation de l’invention, le procédé comprend une étape intermédiaire B’ entre l’étape B et l’étape C, de métallisation du support cible, de manière à former une couche de métal d’épaisseur inférieure à 150 autour du support cible. De manière préférentielle, la métallisation est effectuée à base de cuivre. Selon un mode de réalisation de l’invention, la cible et le support cible présentent chacun une forme adaptée pour permettre un emboitement de la cible dans le support cible. Un autre objet de l’invention est anode pour une source à rayons X de type cathode froide, ladite anode étant obtenue par un procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes et comprenant : la cible, le support cible le film de brasure interposé entre la cible et le support cible de manière à permettre la fixation entre la cible et le support cible. Un autre objet de l’invention est une source à rayons X comprenant : une enceinte à vide une cathode adaptée pour émettre un faisceau d’électrons au sein de l’enceinte à vide une anode selon la revendication 11, agencée pour que le faisceau d’électron impacte la cible de manière à générer un rayonnement X. Selon un mode de réalisation de la source à rayons X de l’invention, la cathode est adaptée pour émettre un faisceau d’électrons en régime impulsionnel, et dans laquelle la cible et le support cible présentent chacun un volume suffisamment grand pour que ladite température prédéterminée soit inférieure à 800°C, sans élément thermique de refroidissement actif dans la source D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d’exemple et qui représentent, respectivement : une vue schématique d’un exemple d’anode AA de source à rayons X de l’art antérieur , un procédé de fabrication d’une anode pour une source à rayons X de type cathode froide selon l’invention, , une vue schématique d’une anode pour une source à rayons X de type cathode froide selon l’invention, , un procédé de fabrication d’une anode pour une source à rayons X de type cathode froide selon un mode de réalisation de l’invention, , une vue schématique d’une anode pour une source à rayons X de type cathode froide selon un mode de réalisation de l’invention, , une vue schématique d’une source à rayons X de type cathode froide selon l’invention, Dans les figures, sauf contre-indication, les éléments ne sont pas à l’échelle. Procédé (P) de fabrication d’une anode (A) pour une source à rayons X de type cathode froide comprenant les étapes suivantes : fabriquer un élément dit cible (C) dans un premier matériau adapté pour générer des rayons X à partir de l’absorption d’un faisceau d’électrons, le premier matériau présentant un premier coefficient d’expansion thermique à une température prédéterminée d’utilisation de l’anode dans ladite source à rayons X, fabriquer un élément dit support cible (SC) dans un deuxième matériau présentant un deuxième coefficient d’expansion thermique à la température prédéterminée , fixation de la cible avec le support cible par brasage fort avec un matériau de brasage, à une température de brasage supérieure à une température de fusion du matériau de brasage, et de manière à former un film de brasure (FB) interposé entre la cible et le support cible, ladite température prédéterminée étant inférieure à ladite température de fusion du matériau de brasage. Procédé de fabrication la revendication 1, dans lequel le premier et le deuxième matériaux sont tels que XX. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier matériau est à base de tungstène et dans lequel le deuxième matériau est à base de molybdène, de cuivre ou en alliage comprenant du cuivre, du tungstène et du nickel. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel le matériau de brasage est à base d’or, d’argent, de cuivre, de nickel, ou de palladium. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel le deuxième matériau est un alliage de cuivre, de nickel et de tungstène, le matériau de brasure est un alliage d’argent, de cuivre et de palladium ou encore un alliage d’argent, de cuivre et d’or. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l’étape de fixation est effectuée dans un four entre 700°C et 1100°C. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel l’étape de fixation est effectuée sous vide. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel le matériau de brasure est un alliage d’argent, de cuivre et d’étain et le deuxième matériau est du molybdène et le premier matériau est du tungstène. Procédé de fabrication selon la revendication 5, dans lequel l’étape de fixation est effectuée sous un flux d’hydrogène. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel le deuxième matériau est du molybdène et le premier matériau est du tungstènel, et le matériau de brasure est un alliage d’argent, de cuivre et de palladium. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant une étape intermédiaire B’ entre l’étape B et l’étape C, de métallisation du support cible, de manière à former une couche de métal (CM) d’épaisseur inférieure à 150 autour du support cible. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel la métallisation est effectuée à base de cuivre. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la cible et le support cible présentent chacun une forme adaptée pour permettre un emboitement de la cible dans le support cible. Anode pour une source à rayons X de type cathode froide, ladite anode étant obtenue par un procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes et comprenant : la cible, le support cible le film de brasure interposé entre la cible et le support cible de manière à permettre la fixation entre la cible et le support cible. Source à rayons X (2) comprenant : une enceinte à vide (EV) une cathode (Cat) adaptée pour émettre un faisceau d’électrons (FE) au sein de l’enceinte à vide une anode selon la revendication 14, agencée pour que le faisceau d’électron impacte la cible de manière à générer un rayonnement X (FX). Source à rayons X selon la revendication précédente, dans laquelle la cathode est adaptée pour émettre un faisceau d’électrons en régime impulsionnel, et dans laquelle la cible et le support cible présentent chacun un volume suffisament grand pour que ladite température prédéterminée soit inférieure à 800°C, sans élément thermique de refroidissement actif dans la source.