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BREVET D'INVENTION "APPAREIL A RAYONS X"
La présente invention est relative aux appareils à rayons X du type agencé pour des opérations de radiographie de grande finesse de détails qui impliquent des manoeuvres sévères et pourvu d'un tube à rayons X dans lequel, en fonctionnement, la surface formant cible de l'anode se meut par rapport au courant électronique. Plus particulièrement, l'invention concerne un appareil radiographique à l'épreuve des chocs du type susmentionné qui possède de faibles dimensions et un faible poids, de sorte qu'il est facile à manoeuvrer et qu'il peut être installé commodément dans un équipement existant. Cet appareil dérive un grand nombre de ses avantages
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de l'utilisation d'un tube à rayons X de construction perfectionnée qui, par conséquent, fait partie de l'invention.
Dans l'équipement radiographique actuel qui utilise des tubes anodiques.rotatifs, le tube ordinairement utilisé contient un cylindre-rotor supporté par des paliers montés sur une tige traversant par un pincement ou joint hermétique une des extrémités de l'enveloppe du tube, ce cylindre étant mis en rotation, pendant le fonctionnement, par l'action du champ produit par un enroulement de stator entourant.celle des portions du tube qui contient le cylindre. L'anode est montée sur l'extrémité intérieure du cylindre ou fait partie de cette extrémité, et sa face formant cible est une surface conique ou tronconique dont l'axe est situé dans le prolongement de l'axe de la tige.
La cathode est montée à l'autre extrémité de l'enveloppe et comprend un ou plusieurs filaments incandescents qui 'sont déportés par rapport à l'axe de rotation de la face formant cible et qui dirigent un courant d'électrons vers cette face. Dans un équipement à l'épreuve des chocs contenant de tels tubes, le tube est situé horizontalement dans un boîtier présentant une fenêtre, et sa position est telle que les rayons X utiles quittant la surface conique de la cible passent à l'extérieur à travers la fenêtre.
Un tel équipement, tel qu'il est actuellement établi, présente l'inconvénient que les tubes utilisés ont une longueur considérable et que, étant donné qu'ils sont disposés horizontalement dans leurs boîtiers, ceux-ci ont une longueur totale beaucoup plus grande que les tubes, de sorte que l'appareil est volumineux et difficile à manoeuvrer. En outre, les tubes actuels de ce genre sont de fabrication coûteuse, en raison du travail difficile et laborieux qu'implique le
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meulage précis de la face conique ou tronconique constituant la cible de l'anode ; et il est nécessaire que les filaments de la cathode soient placés exactement dans l'enveloppe par rapport à la cible si l'on veut que les surfaces focales occupent les positions désirées.
La mise en position exacte de la face formant cible et de la cathode l'une par rapport à l'autre est particulièrement difficile dans les tubes de ce genre lorsque deux filaments sont utilisés et que le fonctionnement exige un travail soigné et exact.
La présente invention vise par conséquent la construction d'un dispositif radiographique à l'épreuve des chocs qui évite les inconvénients de l'équipement utilisé jusqu'à ce jour et qui est léger, compact et de faible prix de revient. Ce dispositif comprend un tube., à rayons X dans 1 equel la cible est un disque plat tournant autour de l'axe longitudinal du tube, et l'application d'un tel disque plat rend possible de réaliser des économies importantes à la fois dans le prix de revient de la cible et dans la construction et le montage de la cathode.
Lorsque la cible est plate et que le faisceau utile de rayons X doit être recueilli suivant un angle propre à assurer l'obtention des conditions les plus favorables en ce qui concerne la zone focale, le tube est incliné à l'intérieur du boîtier par rapport à l'axe longitudinal dudit boîtier et, grâce à cette disposition, le boîtier peut être supporté de la manière habituelle, avec son axe longitudinal horizontal, de sorte que la position angulaire du tube ne risque pas de donner'lieu à des erreurs de la part de l'opérateur.
Le boîtier, qui est à l'épreuve des chocs et des rayons, contient un fluide diélectrique dans lequel le tube et ses connections sont immergés, et,
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étant donné que le tube est relativement court et incliné, la longueur totale du boîtier est sensiblement inférieure à celle des boîtiers utilisés dans certains appareils antérieurs.
En plus des caractéristiques énumérées ci-dessus, le présent appareil comprend de nombreuses autres caractéristiques qui seront exposées au cours de la description d étail- lée qui suit de l'invention, en se référant aux dessins annexés sur lesquels :
La fig. 1 est une coupe longitudinale de l'appareil, le tube étant représenté en élévation latérale.
Les figs. 2 et 3 sont des coupes par les lignes 2-2 et 3-3 (figure 1), respectivement.
La fig. 4 est une vue en plan avec coupe horizontale partielle de l'appareil.
Les figs. 5 et 6 sont deux coupes par les lignes 5-5 et 6-6 de la figure 4, respectivement.
La fig. 7 est une coupe longitudinale du tube.
La fig. 8 est une vue en élévation latérale du cylindre-rotor.
La fig. 9 est une coupe par la ligne 9-9 de la fig. 8.
La fig. 10 est une coupe longitudinale de la cathode et d'une partie de la cible, cette coupe étant prise par la ligne 10-10 de la figure 11.
La fig. 11 est une coupe par la ligne 11-11 de la figure 10.
L'appareil représenté dans cet exemple comprend un boîtier, généralement désigné par 20, qui est fait d'un métal approprié et mis à la terre. Ce boîtier est de préfé-
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rence composé d'une partie supérieure 21 et d'un fond détachable 22, ces deux parties étant assemblées par des brides périphériques 23, 24 dont les portées sont situées dans un plan horizontal. Une garniture 25 est interposée entre les brides pour rendre le boîtier étanche au liquide, et les deux parties du boîtier sont fixées l'une à l'autre de toute manière appropriée, par exemple par des vis 26 traversant des trous d'une bride et se vissant dans l'autre bride.
Le boîtier est à l'épreuve des rayons grâce à une garniture en plomb 27 qui recouvre celles des portions des deux parties du boîtier par lesquelles les rayons X seraient susceptibles de passer, et le fond ou partie inférieure du boîtier présente une ouverture fermée par une fenêtre 28 qui est faite d'une matière appropriée, telle qu'un produit de condensation phénolique.
Dans l'exemple représenté, le boîtier est symétrique par rapport à un plan perpendiculaire à son axe longitudinal et traversant la fenêtre, cette disposition facilitant l'utilisation de l'appareil.
La fenêtre est fixée en position de toute manière appropriée et, à cet effet, elle peut être pourvue d'un rebord 28a qui est maintenu appliqué par un anneau fileté 30 contre une rondelle de joint 29 disposée dans une rainure du fond du boîtier. La paroi intérieure 28b de la fenêtre est inclinée par rapport à l'axe longitudinal du boîtier et est parallèle à la portion adjacente de l'enveloppe du tube que contient le boîtier, de sorte que les rayons X émanant du tube traversent une couche de diélectrique dont l'épaisseur est sensiblement constante. Au fond du boîtier est assujetti, à l'alignement de la fenêtre, le cône adapteur habituel 31.
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Un tube à rayons X, comprenant une enveloppe 32 pourvue d'une portion centrale plus large 33 et de portions ou cols rétrécis 34,35, est monté dans le boîtier grâce à des dispositifs de support fixés à la partie supérieure du boîtier. A l'une des extrémités, le support comprend un bras 36 fait d'une matière appropriée, telle qu'une résine synthétique entoilée, qui est fixé à une pièce d'attache métallique 37 elle-même fixée à un bossage approprié 38 faisant saillie vers le bas sur la paroi intérieure de l'organe supérieur du bottier. L'extrémité libre du bras 36 est fourchue et pourvue d'une ouverture à l'extrémité de chaque branche.
Le col 34 du tube est logé à l'intérieur du bras 36 et prend appui contre une garniture 39 faite d'une matière d'amortissement appropriée telle que le liège, ce col étant maintenu en place par des brins qui peuvent être fils textiles ou éléments analogues 40.
L'autre col extrême 35 du tube est supporté par une lunette 41 qui est faite d'une matière analogue à celle utilisée pour le bras 36 et qui est supportée par des pattes 42 faisant saillie vers l'intérieur sur la paroi intérieure de la partie supérieure du boîtier. La lunette 41 est assujettie aux pattes 42 par des vis 43 traversant des fentes de la lunette et se vissant dans les pattes, ce qui permet de régler , suivant qu'on le désire, la position verticale de la lunette.
Le col 35 du tube est maintenu en position à l'intérieur de la lunette par une barrette 44 assujettie à la lunette par la partie inférieure, des couches 45 d'une matière d'amortissement telle que le liège étant intercalées entre le col et les surfaces de la lunette et de la barrette.
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De la partie supérieure du boîtier s'étendent vers l'arrière, près des extrémités du boîtier, des tubulures 46 qui font corps avec le boîtier et dont chacune contient un godet formant isolateur 47. Chaque isolateur est pourvu d'une bride maintenue appliquée contre une rondelle de joint 48, logée dans une gorge ménagée à l'extrémité ouverte du col, par un anneau 49 vissé dans cette rainure. L'extrémité d'un câble à haute tension 50a 50b pénètre dans chaque isolateur 47 par l'intermédiaire d'un collier évasé 51 maintenu en position par un anneau 52 qui est vissé sur l'extrémité du col et est pourvu d'un rebord intérieur recouvrant une collerette du collier.
Le câble 50a contient trois conducteurs 53 dont les extrémités dénudées pénètrent dans des creusures de bornes 54 faisant saillie à travers l'extrémité de l'isolateur 47 et reliées par des fils conducteurs 55 aux bornes prévues à l'extrémité à cathode du tube à rayons X. Le câble 50b contient un seul conducteur dont l'extrémité est engagée dans une creusure d'une borne 56 qui fait saillie à travers l'extrémité de l'isolateur. Un conducteur 57 est connecté par une de ses extrémités avec la borne 56, son autre extrémité étant maintenue au-dessous de la tête d'une vis 58 vissée dans une tige 59 qui pénètre dans l'extrémité du col 35 et dont l'axe coïncide avec celui de l'enveloppe.
Le boîtier 20 contient une certaine quantité d'un diélectrique liquide tel qu'une huile dans lequel sont immergés le tube et ses connections et, pour permettre à l'huile de se dilater lorsqu'elle s'échauffe pendant le fonctionnement, la partie supérieure du boîtier est pourvue de chambres qui débouchent à l'intérieur du boîtier et qui contiennent des soufilets contractiles 61. Entre les chambres 60 se
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trouve une chambre 62 dans la paroi intérieure 63 de laquelle sont montées trois bornes 64.
Des conducteurs 65 vont de ces bornes à des bornes montées dans un récipient 66, lui-même mon- té dans la paroi inférieure de la chambre 62, et du courant est fourni aux bornes du récipient 66 de la manière habituelle à partir d'un câble à trois fils 67,par l'intermédiaire des fiches d'un bouchon de prise de courant 68 prévu à l'extré- mité du câble. Les extrémités intérieures des bornes 64 sont connectées par des conducteurs appropriés (non représentés) avec des bobines 69 montées dans des encoches d'un noyau feuilleté 70,l'ensemble de ces bobines et du noyau formant un stator annulaire dont la partie centrale est traversée par le col 35 du tube.
Ce stator est monté à l'aide d'une console 71, fixée à la partie supérieure du noyau et à un bossage 72 faisant saillie vers le bas sur la paroi intérieure de la partie supérieure du bottier.
L'enveloppe de tube 32, composée de la portion élargie centrale 33 et des cols 34, 35,est symétrique par rapport à un axe longitudinal passant par les cols, et ces derniers possèdent des portions extrêmes rentrantes. Le dia- mètre et la longueur du col 35 sont respectivement plus @ petit et plus grand que le diamètre et la longueur du col 34; et la tige 59 qui pénètre dans le col 35 est assemblée her-- métiquement avec la portion extrême rentrante dudit col grâce à un joint métallique tubulaire 23, la tige présentant une portion de plus grand diamètre 74 juste à l'intérieur de ce joint.
Un cylindre-rotor 75. en matière ferromagnétique, est monté sur la portion de la tige 5.3. pour tourner à l'inté- rieur du tube et, à cet effet, des roulements à billes sont
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intercalés entre le cylindre et la tige, ces roulements étant faits d'un alliage propre à résister au traitement de dégazage nécessaire. Le roulement prévu près de l'extrémité extérieure du cylindre comprend une bague ou chemin intérieur sectionné 76 à travers lequel passe la tige, ce chemin étant en contact avec la face intérieure de la portion élargie 74 de la tige.
Les billes 77 sont logées entre le chemin intérieur et un chemin ou bague extérieur 78 qui est en contact avec la surface intérieure du cylindre 75 et dont le mouvement vers l'extérieur, par rapport au cylindre, est empêché par des moyens appropriés, tels qu'une ou plusieurs vis de serrage 79 vissées à travers la paroi du cylindre. Le roulement à billes intérieur est aussi composé d'un chemin intérieur sectionné 80 en contact avec la surface extérieure de la tige 59, de billes 81 et d'un chemin extérieur 83 en contact avec la surface intérieure du cylindre. Les chemins intérieurs des roulements à billes sont espacés l'un de l'autre de la distance voulue par une douille 84 entourant la tige, et les chemins extérieurs sont similairement espacés l'un de l'autre par une douille 85 reposant contre la surface intérieure du cylindre.
Pour empêcher le chemin intérieur 80 de se détacher de l'extrémité de la tige, il est prévu une vis 86 dont la tête prend appui contre ce chemin et qui se visse dans l'extrémité de la tige ; le chemin extérieur 83 est lui-même retenu dans le cylindre par une pièce tronconique 87 fixée à l'extrémité du cylindre et faisant saillie vers l'intérieur pour recouvrir l'extrémité du chemin.
Une tige creuse 88, faite d'un métal de faible conductibilité thermique , tel que le molybdène est fixée à la pièce tronconique 87, l'axe de cette tige étant dans le
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prolongement de l'axe de la tige 59. La tige 88 est munie d'une collerette 89 terminée par un rebord qui est de préférence interrompu de façon à présenter une série de dents.
Un disque-cible plat 91, fait d'une matière appropriée telle que le tungstène est monté sur la tige 88 et le rebord denté 90 entre en contact avec une des faces du disque. Celui-ci est maintenu en position sur la tige par un écrou 92 vissé sur l'extrémité de cette tige et présentant de préférence une série de dents 93 en contact avec l'autre surface du disque.
Dans la construction représentée, un chemin de faible conductibilité thermique revient du disque au cylindre, de sorte que la chaleur est dissipée du disque en grande partie par rayonnement pendant le fonctionnement.
Pendant le fonctionnement du tube, le disque-cible tourne autour de l'axe longitudinal du tube sous l'action du champ engendré par le stator sur un rotor composé d'un cylindre ferro-magnétique 75 et d'une cage d'écureuil en cuivre noyée dans ce cylindre. La cage d'écureuil, qui est généralement de la même construction que les cages utilisées dans les moteurs à induction, est composée d'anneaux extrêmes reliés entre eux par des barreaux longitudinaux 95, le métal dont sont faits les anneaux et les barreaux étant introduit par une opération de moulage dans le vide dans des canaux appropriés prévus à la surface du cylindre 75.
La portion à cage d'écureuil du rotor est située à l'intérieur du stator, comme représenté sur la figure 7, et une douille 96 en matière isolante appropriée est'intercalée entre le stator et le col du tube, une couche de matière d'amortissement 97, telle que de la toile imprégnée, étant intercalée entre la douille 96 et l'enveloppe du tube.
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Dans la portion d'extrémité rentrante du col 34 du tube pénètre un cube 98 à travers un pincement de l'extrémité extérieure duquel passent hermétiquement les conducteurs 55. Le tube 98 pénètre dans l'enveloppe au delà de la portion extrême rentrante du col 34, et sur l'extrémité intérieure dudit tube est montée une douille métallique fendue 99, maintenue en place par des colliers circulaires 100.
Le conducteur de terre 101 est connecté électriquement avec la douille 99.
Sur l'extrémité intérieure de la douille est monté un bloc 102 auquel est assujetti un bras 103 portant à son extrémité un bloc 104 dont la face extérieure @ présente une ou plusieurs gorges semi-cylindriques 105 renfermant des. filaments. Dans la construction représentée, il existe deux filaments de ce genre 106a et 106b, de différentes longueurs, et chaque filament est monté entre deux fils 107a et 107b qui traversent des conduits du bloc 104 et des trous correspondants du bras 103. Pour chaque filament, il est prévu un fil 107a traversant des oeillets isolants 108 du bras 103 et relié à l'un des conducteurs 55, la portion du conducteur qui va de 'l'oeillet au pincement prévu à l'extrémité du tube 98 étant pourvue d'isolant.
Les conducteurs 55 passent hors de la douille 99 par une ouverture de cette douille et pénètrent dans un chapeau 109 qui est assujetti sur la face arrière du bras 103 et à l'intérieur duquel ils sont connectés avec les fils 107a. L'autre fil, 107b. entre en contact avec le bras 103 dans l'ouverture de ce dernier et est mis à la terre par l'intermédiaire de ce bras, de la douille 99 et des conducteurs de terre 99, 55.
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Les filaments sont du type hélicoïdal habituel, et leurs axes sont parallèles à la face du disque-cible 91.
Pour permettre aux courants d'électrons émanant des deux filaments d'être dirigés vers la.même zone du disque, la face intérieure du bloc 104 est concave et présente deux surfaces planes faisant un angle entre elles. Cet angle est tel que les courants d'électrons émanant des filaments sont concentrés par les parois des creusures semi-cylindriques 105 et viennent frapper la même zone de la cible, comme indiqué sur la figure 10.
Dans certains cas, il peut être utile de prévoir un agent absorbant ou "getter" à l'intérieur du tube, et à cet effet, un conducteur 110 peut être monté à l'intérieur du tube 98 et connecté avec le conducteur.,9-2 allant à la terre. La portion du conducteur 110 qui est disposée à l'intérieur du tube est revêtue dudit agent et est connectée avec un conducteur 55 traversant hermétiquement le pincement extrême du tube 98 et recevant du courant à l'aide d'une connection appropriée, non représentée.
Dans les appareils antérieurs pourvus d'un tube à rayons X comportant une cible rotative, la surface de la cible était inclinée par rapport au rayon central du faisceau utile, ce qui permettait un raccourcissement antérieur'de la zone focale allongée sur la cible et donnait une figure sensiblement carrée représentant un faisceau concentré sur l'objet à radiographier. Comme l'objet est habituellement supporté en position horizontale, il était dé pratique courante de monter l'anode de façon qu'elle puisse tourner autour de l'axe longitudinal du tube et de supporter celuici avec ledit axe horizontal. Dans ces conditions, une
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inclinaison de 15 environ de la surface de la cible sur le rayon central s'obtient en constituant la surface de façon qu'elle fasse un angle de 75 environ avec l'axe du tube.
L'effet de raccourcissement antérieur désiré dépend ainsi de l'exactitude de la forme donnée à la surface de la cible et de la précision avec laquelle les filaments cathodiques ont été placés par rapport à la surface. De même, dans le cas d'un tube à deux filaments, il faut que les filaments soient montés exactement dans des positions angulaires convenables l'un par rapport à l'autre si l'on veut que leurs zones focales sur la surface inclinée de la cible soient parallèles à l'objet extérieur et occupent des positions analogues par rapport à l'objet. Les difficultés qu'impliquent la production de surfaces de cible en tungstène inclinées de l'angle nécessaire et la mise en position des filaments par rapport à la surface et l'un par rapport à l'autre augmentent notablement le prix de revient des tubes de ce genre.
Dans le présent appareil, l'utilisation de disquescibles plats procure des économies importantes dans le prix de revient étant donné que l'anode peut être établie plus facilement et à meilleur compte et que la formation de la cathode et la mise en position des filaments par rapport aux disques sont des opérations simples et peuvent être réalisées avec une grande exactitude. On peut établir un disque de tungstène plat sans difficulté, et le travail de rectification nécessaire est réalisé dans un plan au lieu de l'être suivant un angle par rapport à un axe. De plus, les filaments peuvent être montés sur la cathode avec leurs axes parallèles, et la forme donnée à leur support en vue d'assurer la mise
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au point ou concentration désirée est une opération d'usinage relativement simple.
Un autre avantage assuré par l'application d'un disque-cible plat tournant dans un plan perpendiculaire à l'axe du tube réside dans le fait que le risque que des électrons dispersés passent de la face du disque dans la partie du tube située derrière le disque est grandement diminué.
Lorsque la face du disque est inclinée par rapport à l'axe de rotation, la trajectoire desdits électrons est beaucoup plus grande que dans le cas du disque plat, et le risque de dommage susceptible d'être occasionné par de tels électrons est augmenté dans une mesure correspondante.
Etant donné que le présent tube possède un disquecible plat perpendiculaire à l'axe du tube, et qu'il convient d'incliner la surface du disque de 15 à 25 sur le rayon central pour assurer le raccourcissement antérieur désiré de la zone focale, le tube lui-même est monté dans le boîtier suivant un angle approprié par rapport à l'axe longitudinal dudit boîtier. Grâce à cette disposition, le boîtier peut être supporté comme d'ordinaire avec son axe longitudinal horizontal, de sorte que l'opérateur n'a pas besoin de s'occuper de la position inclinée du tube par rapport à l'horizontale.
Le montage réglable particulier prévu facilite la mise en place du tube en position correcte,et la position inclinée du tube par rapport au boîtier rend possible de réduire la longueur totale du boîtier à une valeur inférieure à celle qu'il faudrait lui donner si l'axe du tube et l'axe du boîtier étaient parallèles.
Dans l'appareil décrit, le boîtier enveloppe uniquement le tube et les pièces y associées mais, pour certains
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usages, il peut être intéressant d'utiliser un boîtier de plus grandes dimensions contenant à la fois le tube et un transformateur. Dans ce cas, le tube est encore monté de façon que la face du disque-cible fasse l'angle désiré avec le rayon central. Dans l'une et l'autre des deux constructions, le tube est de préférence disposé de façon que le faisceau d'électrons émanant de la cathode vienne frapper la surface de la cible sur le même côté de l'axe de rotation que celui où est situé l'objet à radiographier, mais la cathode peut être placée de façon à constituer une zone focale de l'autre côté de l'axe lorsqu'on désire une distance focale plus grande.