EP0132180A1 - Tube à rayons X à anode tournante muni d'un dispositif d'écoulement des charges - Google Patents

Tube à rayons X à anode tournante muni d'un dispositif d'écoulement des charges Download PDF

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EP0132180A1
EP0132180A1 EP84401343A EP84401343A EP0132180A1 EP 0132180 A1 EP0132180 A1 EP 0132180A1 EP 84401343 A EP84401343 A EP 84401343A EP 84401343 A EP84401343 A EP 84401343A EP 0132180 A1 EP0132180 A1 EP 0132180A1
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EP
European Patent Office
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ray tube
anode
collector
tube according
emitter
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EP84401343A
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German (de)
English (en)
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EP0132180B1 (fr
Inventor
Emile Gabbay
André Plessis
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General Electric CGR SA
Original Assignee
Thomson CGR
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/08—Anodes; Anti cathodes
    • H01J35/10—Rotary anodes; Arrangements for rotating anodes; Cooling rotary anodes
    • H01J35/101—Arrangements for rotating anodes, e.g. supporting means, means for greasing, means for sealing the axle or means for shielding or protecting the driving
    • H01J35/1017—Bearings for rotating anodes
    • H01J35/103—Magnetic bearings

Definitions

  • the invention relates to an X-ray tube with a rotating anode provided with a charge flow device, in which the anode current constituted by these charges is passed without material contact between the fixed parts and the rotating parts of the tube, this the latter being of the magnetic bearing type.
  • Such an x-ray tube is applicable to all fields of radiology, and in particular to that of medical diagnosis.
  • X-ray tubes for medical diagnosis are generally formed as a diode, that is to say by two electrodes; one of the electrodes, called cathode emits electrons, the other electrode is called anode or anticathode, and receives these electrons on a small surface which constitutes the home. These electrodes are enclosed in a vacuum-tight envelope, and allowing electrical isolation between the two electrodes.
  • the cathode has a concentrator, in which is housed a heated filament which constitutes the source of electrons.
  • a so-called anode current is established in the circuit through the generator of this high voltage, this current passing through the space between the cathode and anode in the form of an electron beam whose intensity depends on the temperature of the filament; this temperature being a function of the electric power dissipated in this filament.
  • the intensity of the anode current depends on the value of the high voltage applied between cathode and anode, but also on the power dissipated in the filament; the quantity of X-rays emitted at the focus being for a given value of this high voltage, proportional to the intensity of the anode current.
  • An important improvement consists in mounting the rotating anode with magnetic bearings. These. generally comprise electromagnets mounted two by two in opposition, which create magnetic fields under the influence of which a rotor, integral with the rotating anode which it ensures rotation, is kept in equilibrium; the rotating anode and the mechanical parts which accompany it in rotation thus no longer have mechanical contact with the rest of the X-ray tube.
  • thermo-emissive cathodes mechanically linked to the rotating anode; these electrons being captured by the fixed anode.
  • thermo-emissive cathodes set in rotation, the energy necessary raise their temperature to a level sufficient to meet the laws of thermoelectronic emission.
  • Another difficulty encountered in this solution lies in the temperature stabilization of the thermo-emissive cathodes; the anode current of the tube also depending, as said above, on the temperature of the electron source.
  • the present invention relates to an X-ray tube with a rotating anode provided with a charge flow device, of the type with magnetic bearings, making it possible to drain the anode current without material contact between the fixed parts and the rotating parts of the tube, without requiring the use of a thermo-emissive electron source contrary to the general trend.
  • an X-ray tube with a rotating anode provided with a charge flow device these charges constituting the anode current of the tube, the latter being of the type comprising magnetic bearings, said device being provided with a electron emitter electrically connected to the rotating anode and an electron collector electrically connected to the positive pole of the high voltage of the tube, is characterized in that the emitter, coupled in rotation to the rotating anode, comprises at least one part having a tapered end constituting an emissive zone of electrons, these electrons being picked up by the collector maintained in a fixed position, so as to establish the anodic current between the emitter and the collector without material contact between them and without require heating of the transmitter.
  • the X-ray tube 1 according to the invention shown in FIG. 1, comprises a vacuum-tight envelope 2-3, constituted in the example described by an insulating part 2 and, an end part 3 formed by a metal jacket thin; a cathode 5 carried by a support 4 and by the insulating part 2, and intended to supply an electron beam FI whose impact on a rotating anode 6 causes X-radiation.
  • the rotating anode 6 is centered on a longitudinal axis 7 of the tube 1, around which it is rotated as shown by an arrow 8; the anode 6 is carried by an insulating shaft 9, made for example of refractory material and highly electrical insulator, such as for example alumina or ceramic.
  • the shaft 9 is integral with a rotating block constituted by a rotor 10 flanked at its ends by rotating parts 11, 12, the latter constituting the suspended parts of magnetic bearings 11-13, 12-14; active parts 13, 14 of these magnetic bearings being situated outside the casing 2-3, as well as a stator 15 forming with the rotor 10 a motor ensuring the rotation of the rotating anode 6.
  • a fixed shaft 16 arranged along the longitudinal axis 7 of the tube ', includes guard bearings 18; these guard bearings being in contact with the rotating parts, only in the event of failure of the magnetic suspension.
  • the anode 6 is secured on the other side of the insulating shaft 9, to a metal axis 19 arranged along the longitudinal axis 7 of the tube; this axis makes it possible to link the anode 6 to a device 20 (shown in a frame in dotted lines) intended to drain the anode current.
  • the tube 1 according to the invention is shown with magnetic bearings 11-13, 12-14, arranged on the same side of the anode 6; a different arrangement, also conventional, in which the magnetic bearings are arranged on either side of the anode, also allows the implementation of the device 20 without departing from the scope of the invention.
  • This device 20 comprises a transmitter 21, coupled in rotation to the rotating anode 6, and a collector 22 in a fixed position.
  • the transmitter 21 consists of a metal base 23, electrically connected to the rotating anode 6 by the metal axis 19, and provided on an end face 24 with a plurality of parts P1, P2, P3, .... Pn metallic; these parts P1, P2, P3, .... Pn arranged parallel to the longitudinal axis 7, have a tapered end El, E2, E3, .... In the shape of a point in the example of FIG. 1.
  • the tapered ends El, E2, E3, .... En can be electrically conductive, as in the nonlimiting example described where they are each obtained in one piece with a part P1, P2, P3, .... Pn metallic.
  • These tapered ends El, E2, E3, .... En can also be non-conductive, and for example made of material of low atomic number such as Boron or Beryllium or a compound of these materials such a composition of the tapered ends El, E2, E3, .... By making it possible to favor the production of a cold plasma, which constitutes a source of electrons, as it was previously mentionned.
  • the parts P1, P2, P3, .... Pn are rotated about the longitudinal axis 7; the rotation of the tapered ends El, E2, E3, .... Is carried out in a plane parallel to a collecting face 30 of the manifold 22, and opposite this collecting face 30.
  • the collector 22, made of copper for example, is maintained in the nonlimiting example described by an electrically conductive support 31, by which it is connected to a first bushing 32; this first bushing 32 is disposed on a sealed base 33 which comprises the casing 2.
  • the high voltage necessary for the operation of the tube is supplied in a known manner by a high voltage generator 35, and a positive + HT output is connected to the first bushing 32 to be applied to the manifold 22; a negative - HT output of the generator 35 is connected to a second bushing 37, to be applied in a conventional manner to the cathode 5, the latter also comprising in a known manner other connections (not shown), necessary for its operation.
  • This arrangement of an X-ray tube 1 according to the invention is particularly advantageous in that it ensures the flow ment of the anode current, without material contact between the rotating parts and the fixed parts of the tube 1, by determining at the rotating anode 6 a value of high voltage + HT 'little different from that of the positive output + HT, applied to the collector 22; this being obtained without requiring, as in the prior art, as has been explained in the preamble, heating means for supplying the electron extraction energy of an auxiliary cathode (not shown), the quantity d electrons supplied by this auxiliary cathode in this case being mainly linked to the heating energy.
  • the ability to generate electrons by the emitter 21, being mainly linked to the geometrical characteristics of the device and, particularly to the curvature of the surface (not shown) of the tapered ends El, E2, E3, ....
  • the anode current is, for a given value of the high voltage, mainly limited by the charges accumulated at the rotating anode 6 under the bombardment of the electron beam FI; and, depending on the intended application of the tube 1 according to the invention, the distance D formed by the space between a tapered end El, E2, E3, .... En and the collecting face 30 may vary, as can the number of parts P1, P2, P3, .... Pn of tapered ends which can be limited to the central part P3 for example.
  • the X-ray tube 1 according to the invention can comprise a device 20, for the flow without material contact of the anode current, arranged differently as shown in Figure 2; this version of the device 20 being compatible as well, with a tube 1 according to the invention shown in FIG. 1, as with a tube 1 provided with magnetic bearings 11-13, 12-14 arranged on either side of the rotating anode 6, as also shown in FIG. 2.
  • the tube 1 according to the invention shown in FIG. 2, comprises a vacuum-tight envelope 2-3, constituted by the insulating central part 2 and, by end parts 3 formed by thin metal liners; the cathode 5 carried by the insulating central part 2 is intended to supply the electron beam (not shown) whose impact on the rotating anode 6 causes X-radiation.
  • the rotating anode 6 is carried by a shaft 17 metallic, integral with rotor 10; this rotor 10 forms with a stator 15 situated outside the casing 2-3, the motor ensuring the rotation of the rotating anode 6 around the longitudinal axis 7, according to arrow 8.
  • the shaft 17 is also secured at its ends 4, rotating parts 11,12, which constitute the suspended parts of the magnetic bearings 11-13, 12-14; the active parts 13, 14 of these magnetic bearings being situated outside the envelope 2-3. Inside this envelope are arranged the guard bearings 18, located opposite the ends 4 of the shaft 17, with which these bearings 18 are in contact only in the event of failure of the magnetic suspension .
  • the device 20 is arranged between the rotating anode 6 and the rotor 10.
  • the transmitter 21 is supported by the metal shaft 17, by which it is electrically connected to the rotary anode 6, is set like the latter in rotation about the longitudinal axis 7 according to arrow 8.
  • the transmitter 21, centered on the longitudinal axis 7 rotates inside the manifold 22 which has a hollow shape, constituted in the nonlimiting example described by a cylinder.
  • the manifold 22 centered on the longitudinal axis 7, is supported by the support 31 which ends at the first crossing 32; it has on walls 50 perpendicular to the longitudinal axis 7, openings 51 allowing the passage of the shaft 17.
  • the transmitter 21 includes, as in the previous example, a metal base 23, which is provided on its wall 40 parallel to the longitudinal axis 7, with n parts Pl, P2, P3, ... Pn whose ends are shaped of points constitute the tapered ends El, E2, E3, .... En.
  • these parts Pl, P2, P3, .... Pn are arranged along axes Al, A2, .... An parallel to one another and perpendicular to the longitudinal axis 7, so that the tapered ends El, E2, E3, .... Describe in rotation circles (not shown), smaller than an internal diameter d2 of the manifold 22 and centered on this longitudinal axis 7.
  • the tapered ends El, E2, E3, .... By turning inside the collector 22, and as in the previous example, opposite the collecting face 30; the latter, in the example described, is curved, being constituted by a cylindrical wall 41 of the manifold 22.
  • the positive + HT output of the high-voltage generator 35 is connected to the end walls 3, as well as to the first bushing 32 to be applied to the collector 22 and, the negative output - HT is as previously connected to the cathode 5.
  • the active parts 13, 14 of the magnetic bearings 11-13, 12-14 and the stator 15 are brought to the potential + HT in a conventional manner not shown; the suspended parts 11, 12 and the rotor 10 being at the potential + HT 'of the anode 6.
  • the emission of electrons takes place in the same way as in the previous example, by the tapered ends El, E2, E3, .... In which are permanently opposite the collecting face 30, at a distance D (not shown in FIG. 2) constant from the latter.
  • FIG. 3 shows by way of nonlimiting example, the device 20 comprising a variant of the tapered ends El, E2, E3, .... En.
  • the collector 22 is hollow and contains the emitter 21, but in this new configuration, the tapered ends El, E2, E3, .... Made up of it by the "razor wire" "of n metal blades which represent the parts Pl, P2, P3, .... Pn; n being in the example described equal to 2 for the sake of clarity in FIG. 3.
  • the parts P1, P2 have the form of blades razor, the razor wire of which advantageously forms the tapered ends E1, E2.
  • the pieces Pl, P2 in the form of blades are secured to the base 23 in a conventional manner, by brazing for example (not shown) and are arranged so that the plane which they each constitute comprises the longitudinal axis 7, around from which they are rotated according to arrow 8; each tapered end El, E2, formed by the razor wire of a blade PI, P2, being in this rotation always opposite the collecting face 30, as has been previously explained.
  • tapered ends El, E2, .... formed by the "razor wire" of part P1, P2, .... Pn in the form of a tapered blade is also applicable to the example of the figure 1 ; the parts Pl, P2, .... Pn in the form of a blade which can in this case be arranged on the end face 24 of the base 23, along planes parallel to the longitudinal axis 7.
  • An X-ray tube according to the invention in which the flow of the anode current and the fixing of the potential + HT 'of the anode 6 are ensured in a simple and safe manner, is applicable to the production of X-ray radiation. all intensities.

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Abstract

L'invention concerne un tube à rayons X à anode tournante muni d'un dispositif d'écoulement des charges, dans lequel le courant anodique du tube (1) est établi entre un émetteur (21) couplé en rotation à l'anode tournante (6), et un collecteur (22) en position fixe. Ce dernier est électriquement relié à la haute tension (+ HT) et l'émetteur (21) est électriquement relié à l'anode tournante (6), et comporte au moins une pièce (P1) ayant une extrémité effilée (E1) constituant une zone émissive d'électrons. Ces électrons sont captés par le collecteur (22) de manière à établir le courant anodique du tube (1) sans contact matériel entre l'émetteur (21) et collecteur(22). L'invention est applicable aux domaines de la radiologie en général, et notamment au diagnostic médical.

Description

  • L'invention concerne un tube à rayons X à anode tournante muni d'un dispositif d'écoulement des charges, dans lequel, le courant anodique constitué par ces charges est écoulé sans contact matériel entre les parties fixes et les parties tournantes du tube, ce dernier étant du type à paliers magnétiques. Un tel tube à rayonx X est applicable à tous les domaines de la radiologie, et notamment à celui du diagnostic médical.
  • Les tubes à rayons X pour diagnostic médical sont généralement constitués comme une diode, c'est-à-dire par deux électrodes ; l'une des électrodes, appelée cathode est émettrice d'électrons, l'autre électrode est appelée anode ou anticathode, et reçoit ces électrons sur une petite surface qui constitue le foyer. Ces électrodes sont enfermés dans une enveloppe étanche au vide, et permettant l'isolement électrique entre les deux électrodes.
  • La cathode comporte une pièce de concentration, dans laquelle est logé un filament chauffé qui constitue la source d'électrons. Quand la haute tension est appliquée aux bornes des deux électrodes, de façon que la cathode soit au potentiel négatif, un courant dit anodique, s'établit dans le circuit au travers du générateur de cette haute tension, ce courant traversant l'espace entre la cathode et l'anode sous la forme d'un faisceau d'électrons dont l'intensité dépend de la température du filament ; cette température étant fonction de la puissance électrique dissipée dans ce filament. Aussi, l'intensité du courant anodique dépend de la valeur de la haute tension appliquée entre cathode et anode, mais également de la puissance dissipée dans le filament ; la quantité de rayons X émis au foyer étant pour une valeur donnée de cette haute tension, proportionnelle à l'intensité du courant anodique.
  • La grande majorité des tubes à rayons X pour diagnostic, actuellement utilisés, comportent une anode tournante dont la rotation est encore couramment assurée grâce à des paliers mécaniques, munis de roulements à billes.
  • Dans ces types de tubes, le seul contact matériel entre les parties tournantes qui comportent l'anode et des parties fixes qui comportent la broche connectée à la polarité positive de la haute tension, est réalisé par les billes de ces roulements ; tout le courant anodique passant par les points de contact de ces billes. Il est connu que les tubes à paliers mécaniques ont une durée de vie raccourcie, du fait notamment de l'usure des roulements à billes ; l'une des causes d'usure étant due à la lubrification qui, du fait du vide existant dans le tube, est une lubrification sèche.
  • Une amélioration importante consiste à monter l'anode tournante avec des paliers magnétiques. Ceux-ci. comportent généralement des électro-aimants montés deux à deux en opposition, qui créent des champs magnétiques sous l'influence desquels un rotor, solidaire de l'anode tournante dont il assure la rotation, est maintenu en équilibre ; l'anode tournante et les pièces mécaniques qui l'accompagnent en rotation, n'ont ainsi plus de contact mécanique avec le reste du tube à rayons X.
  • Ceci pose un nouveau problème qui réside en ce que l'anode, étant mécaniquement isolée du reste du tube, elle l'est également électriquement ; aussi sa connexion à la haute tension et l'écoulement du courant anodique nécessitent dans de tels tubes, la mise en place de moyens capables d'assurer ces fonctions.
  • Des solutions proposées sont souvent des systèmes à frotteur ou à billes, donc mécaniques, et l'on perd de ce fait une partie de l'avantage du système à paliers magnétiques, à savoir l'absence totale de frottements mécaniques.
  • Une autre solution, qui permet l'écoulement du courant anodique sans contact mécanique, utilise l'émission d'électrons générés par des cathodes thermo-émissives, liées mécaniquement à l'anode tournante ; ces électrons étant captés par l'anode fixe.
  • L'une des principales difficultés est alors de fournir, à ces cathodes thermo-émissives, mises en rotation, l'énergie nécessaire à élever leur température à un niveau suffisant pour répondre aux lois de l'émission thermo-électronique. Une autre difficulté rencontrée dans cette solution, réside dans la stabilisation en température des cathodes thermo-émissives ; le courant anodique du tube dépendant également, ainsi qu'il a été dit précédemment, de la température de la source d'électrons.
  • La présente invention concerne un tube à rayonx X à anode tournante muni d'un dispositif d'écoulement des charges, du type à paliers magnétiques, permettant d'écouler le courant anodique sans contact matériel entre les parties fixes et les parties tournantes du tube, sans nécessiter l'emploi de source d'électrons thermo-émissive contrairement à la tendance générale.
  • Selon l'invention, un tube à rayons X à anode tournante muni d'un dispositif d'écoulement des charges, ces charges constituant le courant anodique du tube, ce dernier étant du type comportant des paliers magnétiques, ledit dispositif étant muni d'un émetteur d'électrons électriquement relié à l'anode tournante et d'un collecteur d'électrons électriquement relié au pôle positif de la haute tension du tube, est caractérisé en ce que l'émetteur, couplé en rotation à l'anode tournante, comporte au moins une pièce ayant une extrémité effilée constituant une zone émissive d'électrons, ces électrons étant captés par le collecteur maintenu en position fixe, de manière à établir le courant anodique entre l'émetteur et le collecteur sans contact matériel entre ces derniers et sans nécessiter le chauffage de l'émetteur.
  • Dans un tube à rayons X conforme à l'invention, les extrémités effilées dont est muni l'émetteur, formées par des pointes ou des lames, ont un rayon de courbure de leurs extrémités suffisamment faible pour déterminer un facteur multiplicateur au champ électrique existant à la surface de ces extrémités ; ceci permettant l'établissement d'un courant électronique entre l'émetteur et le collecteur, grâce à des phénomènes tels que :
    • - l'effet Schottky, dans lequel la "barrière de potentiel" qui règne à la surface d'une électrode se trouve abaissée, permettant ainsi d'en augmenter l'émission électronique, notamment quand le rayon de courbure de la surface de cette électrode est très faible ;
    • - l'émission froide, dans laquelle des électrons peuvent être émis par une électrode en franchissant la barrière de potentiel par effet "tunnel" ;
    • - la décharge d'arc "bas voltage", où des électrons sont émis sous une faible tension ;
    • - le système formé par l'émetteur et le collecteur étant également apte à produire une émission d'électrons formant un "plasma froid", lequel constitue une source d'électrons.
  • Ces phénomènes, éventuellement conjugués, permettent de produire entre l'émetteur et le collecteur un courant électronique important, avec une faible chute de tension non préjudiciable au bon fonctionnement du tube à rayons X selon l'invention.
  • L'invention sera mieux comprise avec la description qui suit et les trois figures annexées, parmi lesquelles :
    • - la figure 1 montre schématiquement un tube à rayons X conforme à l'invention,
    • - la figure 2 montre le tube à rayons X selon l'invention, dans une première variante de ce dernier ;
    • - la figure 3 montre une seconde variante de moyens caractéristiques du tube selon l'invention.
  • Le tube 1 à rayons X selon l'invention montré par la figure 1, comporte une enveloppe 2-3 étanche au vide, constituée dans l'exemple décrit par une partie isolante 2 et, une partie d'extrémité 3 formée par une chemise métallique de faible épaisseur ; une cathode 5 portée par un support 4 et par la partie isolante 2, et destinée à fournir un faisceau d'électrons FI dont l'impact sur une anode tournante 6 provoque le rayonnement X.
  • L'anode tournante 6 est centrée sur un axe longitudinal 7 du tube 1, autour duquel elle est mise en rotation comme montré par une flèche 8; l'anode 6 est portée par un arbre isolant 9, constitué par exemple en matériau réfractaire et hautement isolant électrique, comme par exemple de l'alumine ou de la céramique. L'arbre 9 est solidaire d'un bloc tournant constitué par un rotor 10 flanqué à ses extrémités de parties tournantes 11,12, ces dernières constituant les parties en suspension de paliers magnétiques 11-13, 12-14; des parties actives 13,14 de ces paliers magnétiques étant situées à l'extérieur de l'enveloppe 2-3, ainsi qu'un stator 15 formant avec le rotor 10 un moteur assurant la rotation de l'anode tournante 6. Un arbre fixe 16 disposé selon l'axe longitudinal 7 du tube ',, comporte des roulements de garde 18; ces roulements de garde n'étant en contact avec les parties tournantes, qu'en cas de défaillance de la suspension magnétique.
  • L'anode 6 est solidaire de l'autre côté de l'arbre isolant 9, d'un axe métallique 19 disposé selon l'axe longitudinal 7 du tube ; cet axe permet de lier l'anode 6 à un dispositif 20 (représenté dans un cadre en traits pointillés) destiné à écouler le courant anodique.
  • Dans l'exemple non limitatif décrit, le tube 1 selon l'invention est montré avec des paliers magnétiques 11-13, 12-14, disposés d'un même côté de l'anode 6 ; une disposition différente, classique également, dans laquelle les paliers magnétiques sont disposés de part et d'autre de l'anode, permet également la mise en oeuvre du dispositif 20 sans sortir du cadre de l'invention.
  • Ce dispositif 20 comporte un émetteur 21, couplé en rotation à l'anode tournante 6, et un collecteur 22 en position fixe.
  • Dans l'exemple non limitatif de la description, l'émetteur 21 est constitué d'une embase métallique 23, électriquement reliée à l'anode tournante 6 par l'axe métallique 19, et munie sur une face d'extrémité 24 d'une pluralité de pièces P1,P2,P3,.... Pn métalliques; ces pièces Pl,P2,P3,....Pn disposées parallèlement à l'axe longitudinal 7, comportent une extrémité effilée El,E2,E3,....En en forme de pointe dans l'exemple de la figure 1.
  • Les extrémités effilées El,E2,E3,....En peuvent être électriquement conductrices, comme dans l'exemple non limitatif décrit où elles sont chacune obtenues de matière avec une pièce Pl,P2,P3,....Pn métallique. Ces extrémités effilées El,E2,E3,....En peuvent également être non conductrices, et par exemple constituées en matériau de faible numéro atomique comme le Bore ou le Béryllium ou un composé de ces matériaux une telle composition des extrémités effilées El,E2,E3,....En permettant de favoriser la production d'un plasma froid, lequel constitue une source d'électrons, ainsi qu'il a été précédemment mentionné.
  • De même que l'anode tournante 6, les pièces Pl,P2,P3,....Pn sont mises en rotation autour de l'axe longitudinal 7 ; la rotation des extrémités effilées El,E2,E3,....En s'effectue dans un plan parallèle à une face collectrice 30 du collecteur 22, et en vis-à-vis de cette face collectrice 30.
  • Le collecteur 22, constitué en cuivre par exemple, est maintenu dans l'exemple non limitatif décrit par un support électriquement conducteur 31, par lequel il est relié à une première traversée 32 ; cette première traversée 32 est disposée sur une embase étanche 33 que comporte l'enveloppe 2. La haute tension nécessaire au fonctionnement du tube est fournie d'une manière connue par un générateur 35 haute tension, et une sortie positive + HT est reliée à la première traversée 32 pour être appliquée au collecteur 22 ; une sortie négative - HT du générateur 35 est reliée à une seconde traversée 37, pour être appliquée d'une manière classique à la cathode 5, celle-ci comportant également d'une manière connue d'autres connexions (non représentées), nécessaires à son fonctionnement.
  • Les conditions nécessaires à l'évacuation des charges négatives, produites au niveau de l'anode tournante 6 par le bombardement du faisceau d'électrons FI que génère la cathode 5, sont ainsi réalisées.
  • L'écoulement de ces charges, lesquelles constituent le courant anodique, est obtenu par une émission (non représentée) d'électrons par l'émetteur 21, et plus précisément par les extrémités effilées E1,E2,E3,....En qui constituent des zones émissives d'électrons ; ces électrons étant captés par le collecteur 22 sans contact matériel entre ce dernier et l'émetteur 21.
  • Cet agencement d'un tube 1 à rayons X selon l'invention, est particulièrement avantageux en ce qu'il permet d'assurer l'écoulement du courant anodique, sans contact matériel entre les parties tournantes et les parties fixes du tube 1, en déterminant au niveau de l'anode tournante 6 une valeur de haute tension + HT' peu différente de celle de la sortie positive + HT, appliquée au collecteur 22; ceci étant obtenu sans nécessiter ainsi que dans l'art antérieur, comme il a été expliqué dans le préambule, des moyens de chauffage pour fournir l'énergie d'extraction d'électrons d'une cathode auxiliaire (non représentée), la quantité d'électrons fournie par cette cathode auxiliaire étant dans ce cas principalement liée à l'énergie de chauffage.
  • Dans le tube 1 selon l'invention, la capabilité de générer des électrons par l'émetteur 21, étant principalement liée à des caractéristiques géométriques du dispositif et, particulièrement à la courbure de la surface (non représentée) des extrémités effilées El,E2,E3,....En, le courant anodique est, pour une valeur donnée de la haute tension, principalement limité par les charges accumulées au niveau de l'anode tournante 6 sous le bombardement du faisceau d'électrons FI ; et, selon l'application prévue du tube 1 conforme à l'invention, la distance D constituée par l'espace entre une extrémité effilée El,E2,E3,....En et la face collectrice 30 peut varier, de même que le nombre de pièces Pl,P2,P3,....Pn d'extrémités effilées qui peut être limité à la pièce centrale P3 par exemple.
  • Dans une réalisation indiquée à titre d'exemple non limitatif, des caractéristiques du dispositif 20 sont les suivantes :
    • - la face d'extrémité 24 de l'embase 23 comporte une surface circulaire ayant un diamètre dl de 20mm ;
    • - une longueur L des pièces PI,P2,P3,....Pn est de 10mm ; ces pièces métalliques étant au nombre de 50 et réparties uniformément sur la face d'extrémité 24 ;
    • - la distance D entre une extrémité effilée et la face collectrice 30 est de 0,1mm ;
    • - la tension établie par le générateur entre sa sortie positive + HT et sa sortie négative - HT est de 150KV ;
    • - le courant anodique est de 1 Ampère ;
    • - la différence de potentiel entre le pôle positif + HT et la haute tension au niveau de l'anode + HT' étant de 2KV.
  • Le tube 1 à rayons X selon l'invention peut comporter un dispositif 20, pour l'écoulement sans contact matériel du courant anodique, agencé de manière différente comme le montre la figure 2 ; cette version du dispositif 20 étant compatible aussi bien, avec un tube 1 selon l'invention montré par la figure 1, qu'avec un tube 1 muni de paliers magnétiques 11-13, 12-14 disposés de part et d'autre de l'anode tournante 6, ainsi que le montre également la figure 2.
  • Le tube 1 selon l'invention montré par la figure 2, comporte une enveloppe 2-3 étanche au vide, constituée par la partie centrale isolante 2 et, par des parties d'extrémités 3 formées par des chemises métalliques de faible épaisseur ; la cathode 5 portée par la partie centrale isolante 2, est destinée à fournir le faisceau d'électrons (non représenté) dont l'impact sur l'anode tournante 6 provoque le rayonnement X. L'anode tournante 6 est portée par un arbre 17 métallique, solidaire du rotor 10 ; ce rotor 10 forme avec un stator 15 situé à l'extérieur de l'enveloppe 2-3, le moteur assurant la rotation de l'anode tournante 6 autour de l'axe longitudinal 7, selon la flèche 8. L'arbre 17 est également solidaire à ses extrémités 4, des parties tournantes 11,12, qui constituent les parties en suspension des paliers magnétiques 11-13, 12-14 ; les parties actives 13,14 de ces paliers magnétiques étant situées à l'extérieur de l'enveloppe 2-3. A l'intérieur de cette enveloppe sont disposés les roulements de garde 18, situés en vis-à-vis des extrémités 4 de l'arbre 17, avec lequel ces roulements 18 ne sont en contact qu'en cas de défaillance de la suspension magnétique.
  • Dans cette version, le dispositif 20 est disposé entre l'anode tournante 6 et le rotor 10.
  • L'émetteur 21 est supporté par l'arbre métallique 17, par lequel il est électriquement relié à l'anode tournante 6, est mis comme cette dernière en rotation autour de l'axe longitudinal 7 selon la flèche 8. L'émetteur 21, centré sur l'axe longitudinal 7 tourne à l'intérieur du collecteur 22 qui a une forme creuse, constituée dans l'exemple non limitatif décrit par un cylindre. Le collecteur 22 centré sur l'axe longitudinal 7, est supporté par le support 31 qui aboutit à la première traversée 32 ; il comporte sur des parois 50 perpendiculaires à l'axe longitudinal 7, des ouvertures 51 permettant le passage de l'arbre 17.
  • L'émetteur 21 comporte comme dans l'exemple précédent une embase métallique 23, laquelle est munie sur sa paroi 40 parallèle à l'axe longitudinal 7, de n pièces Pl,P2,P3,....Pn dont les extrémités en forme de pointes constituent les extrémités effilées El,E2,E3,....En. Dans l'exemple non limitatif décrit, ces pièces Pl,P2,P3,....Pn sont disposées selon des axes Al,A2,....An parallèles entre eux et perpendiculaires à l'axe longitudinal 7, de manière que les extrémités effilées El,E2,E3,....En décrivent en rotation des cercles (non représentés), inférieurs à un diamètre intérieur d2 du collecteur 22 et centrés sur cet axe longitudinal 7. Les extrémités effilées El,E2,E3,....En tournent à l'intérieur du collecteur 22, et ainsi que dans l'exemple précédent, en vis-à-vis de la face collectrice 30 ; cette dernière, dans l'exemple décrit est courbe, étant constituée par une paroi cylindrique 41 du collecteur 22.
  • La sortie positive + HT du générateur haute tenion 35, est reliée aux parois d'extrémités 3, ainsi qu'à la première traversée 32 pour être appliquée au collecteur 22 et, la sortie négative - HT est comme précédemment reliée à la cathode 5. Dans cette configuration, les parties actives 13,14 des paliers magnétiques 11-13, 12-14 et le stator 15 sont portés au potentiel + HT d'une manière classique non représentée ; les parties en suspension 11, 12 et le rotor 10 étant au potentiel + HT' de l'anode 6.
  • L'émission d'électrons s'opère d'une même manière que dans l'exemple précédent, par les extrémités effilées El,E2,E3,....En qui sont en permanence en vis-à-vis de la face collectrice 30, à une distance D (non représentée sur la figure 2) constante de cette dernière.
  • La figure 3 montre à titre d'exemple non limitatif, le dispositif 20 comportant une variante des extrémités effilées El,E2,E3,....En.
  • Comme dans l'exemple de la figure 2, le collecteur 22 est creux et contient l'émetteur 21, mais dans cette nouvelle configuration, les extrémités effilées El,E2,E3,....En sont constituées par le "fil du rasoir" de n lames métalliques qui représentent les pièces Pl,P2,P3,....Pn ;n étant dans l'exemple décrit égal à 2 pour plus de clarté de la figure 3. Les pièces P1,P2 ont la forme de lames de rasoir, dont le fil du rasoir forme d'une manière avantageuse les extrémités effilées E1,E2.
  • Les pièces Pl,P2 en forme de lames, sont solidarisées à l'embase 23 de manière classique, par brasure par exemple (non représentée) et sont disposées de manière que le plan qu'elles constituent chacune comprenne l'axe longitudinal 7, autour duquel elles sont mises en rotation selon la flèche 8 ; chaque extrémités effilée El,E2, formée par le fil du rasoir d'une lame PI,P2, étant dans cette rotation toujours en vis-à-vis de la face collectrice 30, comme il a été précédemment expliqué.
  • L'utilisation d'extrémités effilées El,E2,....En formées par le "fil du rasoir" de pièce P1,P2,....Pn en forme de lame effilée, est applicable également à l'exemple de la figure 1 ; les pièces Pl,P2,....Pn en forme de lame pouvant dans ce cas être disposées sur la face d'extrémité 24 de l'embase 23, selon des plans parallèles à l'axe longitudinal 7.
  • D'autres dispositions peuvent être réalisées, mais qui restent dans le cadre de l'invention tant qu'elles consistent à disposer d'une part, un émetteur 21 d'électrons électriquement relié à l'anode 6, couplé en rotation à cette dernière et comportant des pièces Pl,P2,....Pn aux extrémités effilées El,E2,....En, et d'autre part, un collecteur 22 en position fixe relié au pôle positif + HT de la haute tension, et comportant une face collectrice 30 disposée en vis-à-vis d'une ou d'une pluralité de ces extrémités effilées.
  • Un tube à rayons X selon l'invention, dans lequel l'écoulement du courant anodique et la fixation du potentiel + HT'de l'anode 6 sont assurés d'une manière simple et sûre, est applicable à la production de rayonnement X de toutes intensités.

Claims (10)

1. Tube à rayons X à anode tournante muni d'un dispositif d'écoulement des charges, ces charges constituant le courant anodique du tube (1), ce dernier étant du type comportant des paliers magnétiques (11-13, 12-14), ledit dispositif (20) étant muni d'un émetteur (21) d'électrons relié électriquement à l'anode tournante (6) et d'un collecteur (22) électriquement relié au pôle positif (+ HT) de la haute tension du tube (1), caractérisé en ce que l'émetteur (21), couplé en rotation à l'anode tournante (6), comporte au moins une pièce (Pl) ayant une extrémité effilée (El) constituant une zone émissive d'électrons, lesquels électrons sont captés par le collecteur (22) maintenu en position fixe, de manière à établir le courant anodique entre l'émetteur (21) et le collecteur (22) sans contact matériel entre ces derniers et sans nécessiter le chauffage de l'émetteur (21).
2. Tube à rayons X selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité effilée (El) est constituée par une pointe.
3. Tube à rayons X selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'extrémité effilée (El) est constituée par le fil d'une lame effilée.
4. Tube à rayons X selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'extrémité effilée (El) est métallique
5. Tube à rayons X selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'extrémité effilée (El) est constituée en un matériau de faible numéro atomique.
6. Tube à rayons X selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'extrémité effilée (El) est en béryllium ou en bore, ou en un de leurs composés.
7. Tube à rayons X selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la rotation de l'émetteur (21) s'effectue autour d'un axe longitudinal (7), l'extrémité effilée (El) tournant en vis-à-vis d'une face collectrice (30) du collecteur (22).
8. Tube à rayons X selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la face collectrice (30) est plane.
9. Tube à rayons X selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le collecteur (22) est creux, centré sur l'axe longitudinal (7)et contient l'émetteur (21).
10. Tube à rayons X selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le collecteur 22 comporte une face collectrice (30) courbe.
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