ES2646299T3

ES2646299T3 - Generador de rayos X con sensor de flujo integrado

Info

Publication number: ES2646299T3
Application number: ES14789260.8T
Authority: ES
Inventors: Jean-Paul Mazellier; Colin DELFAURE; Pascal Ponard; Samuel Saada; Nicolas TRANCHANT
Original assignee: Thales SA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Thales SA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2013-10-25
Filing date: 2014-10-23
Publication date: 2017-12-13
Anticipated expiration: 2034-10-23
Also published as: JP6426731B2; FR3012663B1; JP2017501533A; EP3061117A1; EP3061117B1; WO2015059250A1; US10014150B2; FR3012663A1; US20160240343A1; KR20160075710A

Abstract

Tubo (10) generador de rayos X que comprende una cámara (11) de vacío con un cátodo (12) y un ánodo (13) colocados en la cámara (11) de vacío, emitiendo el cátodo (12) un haz (14) electrónico en dirección del ánodo (13), constando el ánodo (13) de un objetivo (13) que emite una radiación X (16) cuando se impacta por el haz (14) electrónico, propagándose la radiación X (16) fuera de la cámara (11) de vacío atravesando la pared (11) de la cámara por una ventana (17; 30; 31; 32; 33; 34) de transmisión basada en diamante, caracterizado porque un sensor (21; 121) de rayos X basado en diamante se integra en la ventana (17) de transmisión basada en diamante.

Description

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DESCRIPCION

Generador de rayos X con sensor de flujo integrado

La invencion se situa en el ambito de los tubos de rayos X y se refiere a la integracion de un sensor de flujo de rayos X en el tubo.

Un generador de rayos X comprende principalmente una camara de vado que consta en uno de sus extremos de un catodo y, en el otro extremo, un anodo. Un haz de electrones desde el catodo se acelera en la camara de vado bajo la accion de un campo electrico. El campo acelerador puede crearse o bien por una onda electromagnetica de RF, o bien por un campo estatico creado entre dos electrodos portados a muy altas tensiones electricas (tfpicamente de 10 kVolts a 500 kVolts). El haz electronico altamente acelerado impacta con un objetivo generalmente constituido por un material refractario con un numero atomico alto o bien que presenta rayas caractensticas de fluorescencia. La interaccion entre los electrones energeticos y el objetivo permiten la transmision de una radiacion electromagnetica en el ambito de los X principalmente por efecto Bremsstrahlung y por fluorescencia X. Solo algunos porcentajes de energfa de los electrones se utilizan para producir rayos X. El resto de la energfa, es decir, aproximadamente del 96 al 99 %, se disipa en forma de calor principalmente en el objetivo. Bajo el flujo electronico, la temperatura del objetivo puede acercarse al punto de fusion, realizandose el objetivo generalmente de tungsteno (3400 °). El calor producido debe evacuarse eficazmente ya que este fenomeno es uno de los principales factores que limitan el brillo de las fuentes de rayos X. La radiacion X se propaga entonces fuera de la camara de vado pasando por una ventana que es transparente a los rayos X y se dispone en el trayecto del haz de rayos X.

Existe dos familias de tubos, los tubos que funcionan en reflexion y los que funcionan en transmision. En un tubo de reflexion, el objetivo esta presente en el interior del tubo. El flujo de rayos X se propaga hacia el exterior pasando por una ventana casi transparente a los rayos X (por ejemplo, berilio) realizada en la camara del tubo. El objetivo y la ventana de transmision estan separados. En los tubos que funcionan en transmision, el objetivo, en este caso constituido por una pelfcula delgada, se yuxtapone a la ventana transparente. La ventana llamada de transmision tiene un papel importante en la evacuacion del calor generado al nivel del objetivo. Ademas de una alta transparencia a los rayos X, la ventana de transmision debe presentar una conductividad termica maxima.

Independientemente del posicionamiento de la ventana de transmision, el flujo de los rayos X puede variar en el tiempo, en intensidad y en energfa con el fin de ajustar los parametros de formacion de imagenes tales como el contraste, el poder de penetracion o la resolucion espacial. La variacion del flujo de rayos X es en este caso voluntaria. En efecto, un operario puede modificar la corriente y/o la tension de aceleracion del haz de electrones. La variacion del flujo de rayos X puede tambien ser involuntaria, en particular, despues de una fluctuacion de la alimentacion de alta tension o de la fuente electronica. Con el fin de utilizar el tubo generador de rayos X de manera optima, una medicion directa del flujo de rayos X es necesaria. En radioterapia, por ejemplo, esto permite conocer en tiempo real la tasa de dosis de radiacion administrada por el tubo.

Actualmente, las ventanas de transmision son principalmente de berilio. El berilio es un metal que posee una buena transparencia a los rayos X y una conductividad termica del orden de 200 W/(m.K) a temperatura ambiente, que le permite disipar el calor liberado por el tubo de rayos X en funcionamiento. Por el contrario, el berilio es un material extremadamente cancengeno capaz de provocar enfermedades graves si se inhala. Se puede citar, por ejemplo, la beriliosis. Por otra parte, siendo el berilio un metal, no puede utilizarse en la deteccion de flujo de rayos X.

Con una conductividad termica comprendida entre varios cientos de W/(m/K) para un el diamante policristalino de smtesis y 2000 W/(m/K) para el diamante monocristalino, el diamante posee una conductividad termica hasta diez veces superior al a del berilio y conduce eficazmente el calor. El diamante de numero atomico Z=6 presenta una transparencia a los rayos X cercana a la del berilio (Z=4) y puede implementarse en forma de membrana estanca de ultravado. El diamante monocristalino posee una excelente conductividad termica, asf como propiedades de deteccion de rayos X muy buenas. Por el contrario, no es posible sintetizarlo en una superficie superior a algunos milfmetros cuadrados. El diamante policristalino puede sintetizarse facilmente en superficies mayores. Y posee una conductividad termica de 500 a 1500 W/m.K. La conductividad termica del diamante policristalino depende de varios factores. Se puede citar, por ejemplo, la densidad de lfmites granulares y el tamano de los granos de la estructura cristalina del diamante. Por otra parte, el diamante policristalino posee propiedades de deteccion de rayos X que dependen tambien de la calidad y de la estructura cristalina del diamante.

Desde hace poco, existen generadores de rayos X que constan de ventanas de transmision de diamante policristalino. El reemplazo de las ventanas de transmision de berilio por ventanas de transmision de diamante permite trabajar con densidades de potencia superior. En efecto, la alta conductividad termica del diamante permite disipar mejor el calor producido por el punto electronico que golpea la ventana de transmision. Una mejor disipacion del calor es particularmente interesante para los tubos de rayos X que funcionan en transmision, es decir, con una yuxtaposicion de la funcion objetico y de la funcion ventana en una misma estructura. En el estado de la tecnica, solo la conductividad termica alta del diamante se explota con el fin de lograr potencias superiores a la de los tubos tradicionales.

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Actualmente, la medicion del flujo real de rayos X se realiza indirectamente asociando por calibracion la dosis de rayos X para la medicion de la tension de aceleracion del haz electronico y de la corriente del tubo de rayos X. Sin embargo, unas corrientes de fuga al nivel del generador de rayos X, unos microlacados o bien, los fenomenos de absorcion y de filtracion de energfa de la estructura del tubo, son fuentes de error ya que se integran para la determinacion del flujo, mientras que no generan flujo de rayos X util.

Para paliar esta dificultad, la deteccion de un flujo de rayos X emitido por un tubo generador de rayos X puede realizarse con ayuda de un sensor, tambien llamado dosfmetro. El sensor de flujo mide el flujo de rayos X incidentes. El sensor de flujo se coloca de algunos centfmetros a algunos metros del tubo en la direccion seguida por el haz de rayos X.

La invencion trata de integrar al tubo una ventana disenada realizando un sensor de flujo de rayos X en una ventana de transmision basada en diamante.

A tal efecto, la invencion tiene por objeto un tubo generador de rayos X que comprende una camara de vacm con un catodo y un anodo colocados en la camara de vado, emitiendo el catodo un haz electronico en direccion del anodo, constando el anodo de un objetivo que emite una radiacion X cuando se impacta por el haz electronico. Propagandose la radiacion X fuera de la camara de vacm atravesando la pared de la camara por una ventana de transmision de diamante, caracterizada porque un sensor de rayos X basado en diamante se integra en la ventana de transmision de diamante.

Para la realizacion de un sensor de flujo de rayos X en lmea, el diamante puede utilizarse como capa activa ya que posee propiedades semiconductoras. A diferencia de un detector remoto en el que la capa activa debe absorber la casi totalidad del flujo incidente de rayos X, un sensor de flujo de rayos X integrado solo debe absorber una pequena fraccion del flujo de rayos X para no perturbar el uso del tubo y administrar una informacion proporcional al flujo de fotones. De esta manera, se realiza una medicion continua y en lmea del flujo de rayos X sin perturbar el flujo util del tubo. El diamante puede usarse para la integracion de un sensor de flujo de rayos X en lmea ya que presenta una muy buena transparencia a los rayos X. La adicion de un detector de flujo remoto basado en diamante puede ser ventajosa para medir el flujo de rayos X realmente producido en lmea. Esta combinacion necesita, no obstante, utilizar dos sustratos de diamante independientes. La cointegracion de un detector de flujo en una ventana de transmision basada en diamante permitira reducir el uso del material y aumentar el nivel de integracion.

El documento WO 2004/026007 A2 desvela un tubo generador de rayos X segun el preambulo de la reivindicacion 1. El documento US 5 717 214 desvela un sensor de rayos X basado en diamante, para medir el centrado del haz de rayos X, que puede tener una ventana de transmision.

La invencion se comprendera mejor y otras ventajas surgiran con la lectura de la descripcion detallada de un modo de realizacion dado a modo de ejemplo, descripcion ilustrada por el dibujo adjunto en el que:

- las figuras 1a y 1b representan esquematicamente un tubo de rayos X de reflexion y un tubo de rayos X de transmision, respectivamente;

- la figura 2 ilustra una ventana de transmision basada en diamante de un tubo de funcionamiento en transmision con la funcion de evacuacion del calor y la funcion de sensor de rayos X;

- la figura 3 representa una variante del sensor de rayos X con un anillo de guardia;

- la figura 4 representa una variante del sensor de rayos X con un detector montado en superficie de corriente;

- la figura 5 representa una variante de la ventana de transmision para los tubos multifocales/multifuente o varios sensores de rayos X integrados en la ventana y colocados opuestos a varias fuentes electronicas;

- la figura 6 representa una variante de la ventana de transmision donde varios objetivos se yuxtaponen a la ventana;

- la figura 7 representa una variante de ventana de transmision de diamante,

- la figura 8 representa un tubo generador de rayos X que comprende una realimentacion.

Para mayor claridad, los mismos elementos llevaran las mismas referencias en las diferentes figuras.

De manera general y como se representa esquematicamente en las figuras 1a y 1b, un tubo 10 generador de rayos X comprende una camara 11 de vacm con un catodo 12 y un anodo 13 colocados en la camara 11 de vacm. El catodo 12 emite un haz 14 electronico en direccion del anodo 13 que se comporta como un objetivo que emite una radiacion X 16 cuando se somete al haz 14 electronico. Dicho de otro modo, el objetivo es el anodo 13. La radiacion X 16 se propaga fuera de la camara 11 de vacm atravesando la pared de la camara 11 por una ventana 17 transparente. La ventana 17 debe presentar una alta transparencia a los rayos X. En la figura 1a, el objetivo 13 esta separado de la ventana 17 de transmision. Se dice que el tubo 10 generador de rayos X tiene una estructura de reflexion. En la figura 1b, el objetivo 13 se yuxtapone a la ventana 17 de transmision. Se dice que el tubo 10 generador de rayos X tiene una estructura de transmision. En el momento del impacto del haz 16 electronico en el objetivo 13, una gran parte de la energfa emitida por el haz 16 electronico se disipa en forma de calor en el objetivo 13. El calor debe evacuarse eficazmente para evitar cualquier deterioro del tubo 10 generador de rayos X. Para una estructura de transmision, estando el objetivo 13 yuxtapuesto a la ventana 17 de transmision, la ventana 17 de transmision tiene un papel importante en la evacuacion del calor generado al nivel de del objetivo 13. Ademas de una alta transparencia a los rayos X, la ventana 17 de transmision debe presentar una muy buena conductividad

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La figura 2 ilustra la ventana 30 de transmision disenada basada en diamante con una funcion de evacuacion del calor (representada por la flecha 18) y una funcion de sensor 16 de rayos X. Un deposito de tungsteno o de otro metal que pueda constituir el objetivo 13 se realiza en la ventana 30 de diamante. El espesor de diamante debe poder permitir a la ventana soportar la diferencia de presion entre el vado de la camara 11 de vado y la presion exterior de 1 bar (1 bar = 100 kPa) aproximadamente. Por ejemplo, para una ventana de diamante que posee un modulo Young de 1000 GPa y un diametro de 8 mm, un espesor de 100 pm conviene para resistir una diferencia de presion de 1 bar. De este modo, ademas de las funciones termicas y de deteccion, la ventana de transmision tiene igualmente una funcion mecanica.

La ventana 30 de transmision comprende una capa adicional de diamante. La capa adicional garantiza el papel del sensor 21 de rayos X. Se entiende bien que el sensor 21 puede implementarse tanto para un objetivo que funciona en reflexion como se representa en la figura 1a como para un objetivo que funciona en transmision como se representa en la figura 1b. Constituyendo el cuerpo del diamante el sensor 21, no se dopa, es decir, que dispone de propiedades intrmsecas de semiconduccion.

Se realiza un electrodo 19 al nivel del sensor 21 en la ventana de transmision 30. El electrodo 19 puede componerse, por ejemplo, de capas metalicas. El electrodo 19 tambien se puede componer de capas de diamante dopado. Dicho de otro modo, el electrodo 19 es un semiconductor o un metal. La ventana 30 esta soldada o pegada al tubo 10 generador de rayos X para integrarse ad.

Durante el funcionamiento, un haz 14 electronico impacta con el objetivo 13 y genera un flujo 16 de rayos X y calor. El calor se conduce hacia el cuerpo del tubo 10 generador de rayos X por conduccion termica a traves de la ventana 30 de transmision de diamante. La conductividad termica del material de la ventana 30 tiene un papel fundamental para la evacuacion del calor.

Se aplica una tension 20 en el electrodo 19 del sensor 21. La corriente generada por el flujo 16 de rayos X en el diamante intrmseca del sensor 21 se recoge por los electrodos 19. La corriente electrica es proporcional al flujo emitido. Una tabla de calibracion (no representada en la figura) permite conocer en tiempo real el flujo 16 de rayos X generado por el tubo 10 generador de rayos X.

Como se ha detallado anteriormente, el diamante posee una baja tasa de absorcion del flujo de rayos X y puede permitir una medida en lmea del flujo. Esta baja tasa de absorcion del flujo de rayos X conlleva una respuesta menor (una corriente menor) a una dosis de rayos X en comparacion con otros materiales semiconductores, como el silicio. Por otra parte, un diamante de buena calidad cristalografica presenta un bajo nivel de ruido. De este modo, la relacion senal a ruido es favorable y permite una medicion precisa del flujo de rayos X a la vez que asegura una perdida minima del flujo util.

La figura 3 representa la ventana 31 de transmision disenada basandose en diamante con una variante del sensor de rayos X con un anillo 22 de guardia conductor que rodea el sensor y se conecta a una fuente de tension electrica. El anillo 22 de guardia conductor es de forma rectangular, pero puede tomar cualquier otra forma de polfgono. El anillo 22 de guardia conductor es un anillo que rodea el electrodo 19.

Sin anillo 22 de guardia conductor, se polariza el electrodo 19 a V0 mientras que el tubo 10 generador se conecta a tierra. En ausencia de flujo de rayos X, puede existir una corriente en la superficie del diamante que transita del electrodo 19 al cuerpo del tubo 10 debido a una diferencia de potencial en la superficie del diamante. Esto es lo que llamamos corriente de fuga. En la figura 2, se presenta por las flechas 41. Con el fin de limitar el efecto adverso de la diferencia de potencial, se polariza el electrodo 19 en potencial V0 y se coloca un anillo 22 de guardia conductor que se polariza igualmente a V0. Por lo tanto, no existe diferencia de potencial en la superficie del diamante entre el electrodo 19 y el anillo 22 y, por lo tanto, ninguna corriente parasita entre el electrodo 19 y el anillo 22. Por otro lado, una corriente parasita puede aun estar presente entre el electrodo 19 y el cuerpo del tubo 10. Por esto se polariza independientemente el electrodo 19 y el anillo 22 de guardia conductor. Se mide la corriente del electrodo 19 y gracias a la presencia del anillo 22 de guardia conductor, las corrientes superficiales, tambien llamadas corrientes de fuga, 42 ya solo existen entre el anillo 22 de guardia conductor y el cuerpo del tubo 10 y, por lo tanto, no afectan a la corriente medida.

La figura 4 representa la ventana 32 de transmision disenada basandose en diamante con una variante del sensor 21 de rayos X 16 con un detector 24 montado en superficie de corriente. Dos electrodos 25 y 26 se realizan al nivel del sensor 21 en la ventana 17 de transmision. Como para el electrodo 19, los electrodos 25 y 26 pueden componerse de capas metalicas o capas de diamante dopado. Los electrodos 25 y 26 se disponen clasicamente segun una geometna anidada. Se supondra que las corrientes de superficie evocadas en la configuracion con un anillo de guardia conductor son insignificantes en relacion con la corriente que se medira en el diamante. Los electrodos 25 y 26 permiten medir una corriente generada en una zona cercana a la superficie del sensor 21 y eliminar las corrientes parasitas no deseadas.

De manera general, para recopilar una corriente, se aplica un campo electrico separador. Por ejemplo, la aplicacion de una diferencia de potencial entre dos electrodos engendra un campo electrico que dirige cargas fotogeneradas en

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el diamante. Los dos electrodos permiten recuperar la corriente resultante para efectuar la medicion del flujo de rayos X. Los dos electrodos 25 y 26 aplican el campo, pero en la superficie del sensor. De este modo, la distancia entre los electrodos es pequena, del orden de algunos micrometros. Las tensiones que se aplicaran son menos importantes y la trayectoria de las cargas fotogeneradas se minimiza. Las cargas, por lo tanto, se recogen mejor. Por otra parte, el volumen de recogida es menor, por lo tanto, la cantidad de las cargas recogidas es menor, pero la temperatura de superficie del sensor 21 tambien es menor que en el volumen y el ruido termico, por lo tanto, se reduce considerablemente. La relacion senal a ruido, por lo tanto, es favorable.

Es posible que el flujo de rayos X no sea homogeneo, ya sea de manera involuntaria, o bien, de manera controlada estructurando desde el principio el haz 14 electronico. Por lo tanto, es deseable poder medir espacialmente una distribucion de flujo de rayos X. La estructuracion del flujo de rayos X permite la reconstruccion de imagen para el analisis de rayos X. La estructuracion del objetivo permite aplicaciones tales como la tomograffa.

La figura 5 representa una variante de la ventana 33 de transmision disenada basandose en diamante donde se integran varios sensores de rayos X en la ventana 33. En la figura 5, se representan dos sensores 21 y 121. Tambien es posible realizar una ventana en la que se integran mas de dos sensores. Dos haces 14 y 114 electronicos impactan en el objetivo 13. El objetivo 13 emite dos flujos 16 y 116 de rayos X. Dos juegos de electrodos 25, 26 et 125, 126 montados en superficie se realizan al nivel de la ventana 33 de transmision. Se dice que le sensor esta matrizado. De hecho, se integran diversos sensores en la ventana 33 de transmision. La presencia de varios sensores permite una resolucion espacial y temporal en presencia de varios haces electronicos o de un solo haz electronico no homogeneo.

La figura 6 representa una variacion de la ventana 34 de transmision disenada basandose en diamante donde se integran los objetivos 15 y 115. El ejemplo muestra dos objetivos, pero es totalmente posible tener varios mas. Un haz electronico por objetivo o un haz electronico unico distribuido en todos los objetivos impacta contra los objetivos 15 y 115. Los dos objetivos 15 y 115 emiten cada uno un flujo de rayos X, respectivamente 16 y 116. Un juego de electrodos 25, 26 miden la corriente generada. Se dice que el objetivo esta discretizado o estructurado con el fin de estructurar el flujo de rayos X.

El tubo generador de rayos X tal como se describe en la invencion permite obtener, de esta manera, una medicion directa, en lmea de un flujo de rayos X. Ademas, es posible obtener informaciones acerca de la distribucion espacial del flujo.

Actualmente, las ventanas de transmision son principalmente de berilio. El berilio es un metal con una buena transparencia a los rayos X y posee una conductividad termica de 200 W/m.K. Poco a poco, aparecen ventanas de transmision de diamante. La ventana de transmision tal como se utiliza en la invencion puede ser o bien de diamante monocristalino en el caso de una ventana de pequeno tamano, o bien de diamante policristalino. Finalmente, la ventana de transmision del tubo generador de rayos X segun la invencion puede ser de diamante policristalino con al menos una inclusion de diamante monocristalino. Esto permite mejorar la medicion del flujo de rayos X a la vez que conserva una superficie importante de la ventana.

La figura 7 representa una ventana de transmision de diamante monocristalino y policristalino. La ventana de transmision de diamante monocristalino y policristalino se obtiene poniendo un diamante 50 monocristalino en un soporte que permite el crecimiento de una pelroula de diamante (silicio, molibdeno, etc.). Una mascara se deposita sobre una superficie 53 paralela al soporte del diamante monocristalino y opuesta al soporte. Se sintetiza diamante 51, 52 policristalino alrededor del diamante monocristalino. El diamante monocristalino crece lateral y verticalmente. Despues del crecimiento del diamante policristalino, se retira la mascara en el diamante monocristalino y la pelroula de diamante se libera de su soporte y se obtiene una ventana de transmision de diamante policristalino con una inclusion de diamante monocristalino. La ventana de transmision puede tener varias inclusiones de diamante monocristalino. Cada inclusion de diamante monocristalino tiene habitualmente una seccion cuadrada, pero puede tomar cualquier otra forma.

La ventana de transmision de diamante monocristalino y policristalino combina las propiedades excelentes de conductividad termica y de deteccion de rayos X del diamante monocristalino sobre una pequena superficie y las buenas propiedades termica y mecanica del diamante policristalino sobre una gran superficie. idealmente, la ventana de transmision se concibe y se coloca para que la o las inclusiones de diamante 50 monocristalino sean en el eje de o de los haces 14 electronicos. El calor generado se propaga eficazmente en la direccion radial sobre algunos milfmetros de inclusion de diamante monocristalino. El calor se evacua a continuacion por el diamante policristalino. El espesor de diamante policristalino en una ventana de transmision de diamante policristalino con inclusiones de diamante monocristalino para disipar una cantidad dada de calor se reduce en relacion con una ventana de transmision unicamente de diamante policristalino. La ventana de transmision de diamante policristalino con inclusiones de diamante monocristalino es robusta mecanicamente y transparente a los rayos X. Las inclusiones de diamante monocristalino de la ventana pueden utilizarse para la realizacion de un sensor 21 de flujo de rayos X. Un electrodo 19 se realiza entonces al nivel del sensor 21. De este modo, la ventana de transmision permite disipar el calor de manera eficaz, resistir a las condiciones mecanicas impuestas por la diferencia de presion entre el interior y el exterior de la camara y detectar en tiempo real el flujo de rayos X emitidos por el tubo generador de rayos X.

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De este modo, bajo el efecto de un campo electrico, el catodo 12 de un tubo 10 generador de rayos X emite un haz 14 electronico cuyos electrones se aceleran en la camara 11 de vado del tubo 10 generador gracias a una onda electromagnetica de RF o un campo estatico creado entre el anodo 13 y el catodo 12. De manera general, existen varios tipos de catodos que generan electrones bajo el efecto de un campo. Entre ellas, los catodos fffos basados en nanotubos de carbono son emisores con efecto de campo que presentan un cierto numero de potenciales como la transmision de electrones de alta frecuencia y la conmutacion con ayuda de una senal optica. Un catodo fffo es capaz de conducir un haz electronico para hacer fotrocontrol. Por otra parte, como se explico anteriormente, el generador 10 de rayos X con sensor de flujo integrado permite medir en directo la dosis emitida por el tubo 10 sin perturbar el uso.

La figura 8 representa un tubo generador de rayos X que comprende una realimentacion 70. Los elementos representados comunes a los elementos de la figura 2 son identicos. En la figura 8, a la ventana de transmision disenada se hace referencia con el numero 30. Cabe senalar que bien podffa tratarse de la ventana 31, 32, 33 o 34 de transmision de las figuras 3 a 6. Asimismo, la ventana de transmision puede ser de diamante policristalino o monocristalino o, de diamante policristalino con al menos una inclusion de diamante monocristalino, en cuyo caso, el sensor de rayos X puede integrarse en la ventana de transmision de diamante al nivel de una inclusion de diamante monocristalino.

Actualmente, existen dispositivos de control y realimentaciones de un flujo de rayos X. Este control se realiza generalmente ya sea por un detector externo a la fuente de fotones, o bien por la medicion de la corriente de alta tension administrada por el generador a la fuente de rayos X. Estos dos dispositivos presentan limitaciones para un control preciso y en tiempo real de la dosis de rayos X.

En el caso de un detector externo a una distancia d, el flujo de radiacion ionizante vaffa con el cuadrado de la distancia d y el posicionamiento espacial del detector. Por lo tanto, es necesario conocer y calibrar con precision este dispositivo. Teniendo en cuenta las desviaciones del conjunto del sistema formado por el generador, la fuente de rayos X, la geometffa del sistema de formacion de imagenes y del detector, estas calibraciones deben ser particularmente frecuentes, por ejemplo, para aplicaciones de formacion de imagenes medicas o de laminograffa.

Otra limitacion de los dispositivos actuales a un buen control del flujo de rayos X aparece en el caso donde el objeto o el paciente esta situado entre la fuente y el detector. En esta configuracion, existe una modificacion del espectro de radiacion conectado a la interaccion del medio cruzado. El espectro de energfa de la fuente se modificara a la salida del objeto en un espectro variable en funcion del objeto. No siendo la respuesta del detector de control lineal en funcion de la energfa de los fotones, esta modificacion espectral introducira una dificultad para la calibracion del sistema y de la realimentacion de la dosis.

Al nivel de los generadores de rayos X actuales, existen igualmente limitaciones a la realimentacion de la dosis por la corriente de alta tension administrada por el generador a la fuente de rayos X. De hecho, la corriente recibida por el anodo y que produce la radiacion ionizante no es rigurosamente proporcional a la corriente impuesta por el generador. Pueden aparecer corrientes de fugas variables ya se al nivel del multiplicador de tension en el generador, o bien, en los conectores de alta tension y, finalmente, en el interior de la fuente de rayos X.

Ademas, unas corrientes parasitas pueden afectar a la precision de una realimentacion por la corriente lk del generador. Una corriente de fuga lfg puede existir al nivel del multiplicador de tension que es diffcil de medir sobre los componentes electronicos portados en la alta tension (20 a 500 kV). Puede existir una corriente de fuga lfi al nivel del conector de tubo/generador de alta tension. Finalmente, puede existir una corriente de figa lf en el interior de la fuente de rayos X. La corriente de fuga lf en el interior de la fuente de rayos X puede ser fluctuante y variable en el tiempo, es diffcil de medir en tiempo real. Esta corriente representa una fraccion de la corriente electronica producida por el catodo, pero interceptada antes de alcanzar el anodo adjunto a la corriente emitida por efecto del campo al nivel de los electrodos catodicos que constituyen el tubo generador de rayos X y la corriente que corresponde a los electrones secundarios retrodispersados al nivel del anodo por colision elastica o retransmision secundaria verdadera.

El tubo 10 generador de rayos X comprende una realimentacion de haz 14 electronico del catodo 12 en funcion de una medicion 71 de un flujo de rayos X emitido por el tubo 10 generador. Ventajosamente, el catodo 12 es un fotocatodo de nanotubo de carbono.

De este modo, el tubo 10 generador de rayos X comprende una realimentacion 70 directo entre la corriente recibida por el anodo 13 que produce la radiacion ionizante y el elemento que produce esta corriente de anodo. Este dispositivo necesita un sensor de flujo integrado y ventajosamente un fotocatodo de nanotubo de carbono u otro tipo de emisor de electrones, mas convencional, del que se puede modular la corriente. Estas dos funciones se integran en el seno de la misma fuente de rayos X.

El sensor de flujo integrado en el anodo 13 proporciona una senal proporcional a la dosis real generada por la fuente de rayos X. La medicion 71 administrada por el sensor de flujo permite un control directo de la corriente del catodo con el fin de mantener, no a traves del sesgo de una instruccion 72, la corriente de anodo con un valor preciso, independientemente de las variaciones de la corriente de fuga.

La realimentacion de la corriente emitida por la senal del sensor de flujo permite generar una dosis de rayos X muy estable, independientemente de las corrientes parasitas o de fuga del sistema formado por el generador, los conectores de alta tension y la fuente de rayos X. Cualquier modulacion de la corriente de transmision se mide por el sensor del generador y el bucle de realimentacion 70 corregira la senal de control del catodo 12 en consecuencia.

5 Este modo de funcionamiento es particularmente interesante para el uso de catodos basados en nanotubos de carbono ya que permite estabilizar la dosis administrada cuando la transmision impulsa a alta frecuencia o cuando el catodo se fotocontrola por una senal 73 optica por el sesgo de un controlador 74 optico.

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REIVINDICACIONES

1. Tubo (10) generador de rayos X que comprende una camara (11) de vado con un catodo (12) y un anodo (13) colocados en la camara (11) de vado, emitiendo el catodo (12) un haz (14) electronico en direccion del anodo (13), constando el anodo (13) de un objetivo (13) que emite una radiacion X (16) cuando se impacta por el haz (14) electronico, propagandose la radiacion X (16) fuera de la camara (11) de vado atravesando la pared (11) de la camara por una ventana (17; 30; 31; 32; 33; 34) de transmision basada en diamante, caracterizado porque un sensor (21; 121) de rayos X basado en diamante se integra en la ventana (17) de transmision basada en diamante.
2. Tubo (10) generador de rayos X segun la reivindicacion 1, caracterizado porque el objetivo (13) esta separado de la ventana (17; 30; 31; 32; 33; 34) de transmision.
3. Tubo (10) generador de rayos X segun la reivindicacion 1, caracterizado porque el objetivo (13) se yuxtapone a la ventana (17; 30; 31; 32; 33; 34) de transmision.
4. Tubo (10) generador de rayos X segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sensor (21) de rayos X comprende al menos un electrodo (19) compuesto de capas conductoras.
5. Tubo (10) generador de rayos X segun una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el sensor (21) de rayos X comprende al menos un electrodo (19) compuesto de capas de diamante dopadas.
6. Tubo (10) generador de rayos X segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sensor (21) de rayos X consta de un detector (24) de corriente montado en superficie.
7. Tubo (10) generador de rayos X segun una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque varios sensores (21; 121) se integran el a ventana (33) de transmision.
8. Tubo (10) generador de rayos X segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque varios objetivos (15; 115) se yuxtaponen a la ventana (34) de transmision.
9. Tubo (10) generador de rayos X segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sensor (21) de rayos X consta de un anillo (22) de guardia conductor que rodea el sensor y se conecta a una fuente de tension electrica.
10. Tubo (10) generador de rayos X segun una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la ventana (17; 30; 31; 32; 33; 34) de transmision es de diamante policristalino.
11. Tubo (10) generador de rayos X segun una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la ventana (17; 30; 31; 32; 33; 34) de transmision es de diamante monocristalino.
12. Tubo (10) generador de rayos X segun una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la ventana (17; 30; 31; 32; 33; 34) es de diamante policristalino con al menos una inclusion de diamante (50) monocristalino.
13. Tubo (10) generador de rayos X segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sensor (19) de rayos X se integra en la ventana (17; 30; 31; 32; 33; 34) de transmision de diamante al nivel de una inclusion de diamante (50) monocristalino.
14. Tubo (10) generador de rayos X segun una de las reivindicaciones 4 a 13, caracterizado porque comprende una realimentacion (70) del haz (14) electronico del catodo (12) en funcion de una medicion (71) de un flujo de rayos X emitidos por el tubo (10) generador.
15. Tubo (10) generador de rayos X segun la reivindicacion 14, caracterizado porque el catodo (12) es un fotocatodo de nanotubo de carbono.