FR2500958A1 - ROTATING ANODE FOR RADIOGENIC TUBES - Google Patents

Abstract

The invention relates to an X-ray rotating anode whose body has radial recesses which cross under the path of the focus spot and those which cut through the path of the focus spot. These recesses are used to compensate for stresses which are caused during the production of X-ray radiation by the heating of the anode which occurs at the same time. However, in the case of such unstressed anodes, it is still desirable to increase the load capacity. According to the invention, this is possible in that the holes (15) are broken towards the focus spot path (9, 10) and the plate (8) is a ring which is at least 6 mm thick, corresponds approximately to the width of the focus spot path and has a heat-insulating hub (16, 12) towards its rotation axis (11). An X-ray tube which is equipped with a rotating anode according to the invention is particularly suitable for use in medical X-ray diagnosis.

Description

La présente invention se rapporte à une anode tournante pour tubes radiogènes, dont le corps présente des évidements radiaux qui sont des perçages passant sous la cible ou les cibles. On connaît de telles anodes tournantes, par exemple par la demande de brevet publiée en République Fédérale d'Allemagne sous le No. 2 833 751. The present invention relates to a rotating anode for X-ray tubes, the body of which has radial recesses which are bores passing under the target or targets. Such rotating anodes are known, for example from the patent application published in the Federal Republic of Germany under No. 2,833,751.

On sait que,dans des anodes tournantes pour tubes radiogènes, il se produit un réchauffement intense lors de la production de rayons X. Ce réchauffement se produit très rapidement par rapport à la possibilité de dissipation de la chaleur. On obtient ainsi un réchauffement localisé et donc une dilatation sous l'effet de la chaleur, ce qui donne au matériau des déformations qui peuvent provoquer l'éclatement des disques d'anodes. It is known that, in rotating anodes for X-ray tubes, there is an intense heating during the production of X-rays. This heating occurs very quickly compared to the possibility of heat dissipation. This gives localized heating and therefore expansion under the effect of heat, which gives the material deformations which can cause the anode discs to burst.

Suivant la demande de brevet publiée en République
Fédérale d'Allemagne sous le No. 2 833 751 mentionnée cidessus, on doit obtenir un relâchement des tensions par des perçages qui passent en dessous de la cible ou des cibles. Mais il faut partir d'une anode tournante, qui a un disque constitué entièrement en métal allant de la périphérie extérieure jusqu'à l'axe. Il faudrait des perçages rectilignes et très longs pour aller de la périphérie jusqu'à l'axe. Il est donc très compliqué d'obtenir un relâchement des tensions en ménageant des perçages. Des perçages plus courts, par exemple ceux pour lesquels le foret sort du matériau en étant incliné, présentent le risque de rupture du foret ou de nécessiter comme mesure auxiliaire de ménager un perçage supplémentaire à la sortie de l'alésage radial servant à relâcher les tensions afin que la mèche du foret ait une "sortie".Un inconvénient supplémentaire, notamment pour des vitesses de rotation extrêmement élevées, réside dans le fait que ces perçages de sortie" supplémentaires représentent d'autres entailles avec pour conséquence l'apparition de coefficients de concentration des con traintes qui augmentent le risque de rupture. En outre, la liaison métallique directe entre la cible et l'axe donne une bonne conduction de la chaleur, qui n' est pas souhai table,en direction des paliers par l'intermédiaire de l'axe. According to the patent application published in the Republic
Federal of Germany under No. 2 833 751 mentioned above, one must obtain a relaxation of the tensions by holes which pass below the target or targets. But it is necessary to start from a rotating anode, which has a disc made entirely of metal going from the outer periphery to the axis. It would take rectilinear and very long holes to go from the periphery to the axis. It is therefore very complicated to obtain a relaxation of tensions by sparing holes. Shorter holes, for example those for which the drill comes out of the material while being inclined, present the risk of breakage of the drill or of requiring as an auxiliary measure to provide an additional hole at the outlet of the radial bore serving to release the tensions so that the drill bit has an "outlet". An additional disadvantage, especially for extremely high rotational speeds, lies in the fact that these additional "outlet holes" represent other notches with the consequence of the appearance of coefficients of concentration of stresses which increase the risk of rupture. In addition, the direct metallic bond between the target and the axis gives good heat conduction, which is not desirable, towards the bearings by means of the axis.

L'invention vise une anode tournante pour tubes radiogènes du type mentionné ci-dessus qui, tout en évitant les inconvénients et difficultés précités, permet d'obtenir une amélioration des propriétés thermiques. The invention relates to a rotating anode for X-ray tubes of the type mentioned above which, while avoiding the aforementioned drawbacks and difficulties, makes it possible to obtain an improvement in thermal properties.

Suivant l'invention, les perçages sont ouverts en direction de la cible et le disque est un anneau ayant une épaisseur d'au moins 6 mm, correspondant à peu près à la largeur de la cible, et présentant un moyeu thermiquement isolant vers son axe de rotation. According to the invention, the holes are open in the direction of the target and the disc is a ring having a thickness of at least 6 mm, roughly corresponding to the width of the target, and having a thermally insulating hub towards its axis. of rotation.

Grâce à l'utilisation d'un anneau, qui a une épaisseur d'au moins 6 mm et correspondant à peu près à la largeur de la cible ou des cibles et qui présente un moyeu thermiquement isolant, on tient compte d'observations qui ont montré que,dans le processus de répartition de la chaleur depuis la cible au sein du matériau d'anode, les quantités de chaleur se propageant latéralement sont négligeables en comparaison du flux de chaleur qui se propage suivant la direction Z (perpendiculaire à la surface de l'anode). Comme l'ont montré les calculs, pendant la charge, seule tout d'abord la cible et,au cours de charges plus longues, seules notamment les parties de la cible qui se trouvent en dessous sont réchauffées par l'énergie calorifique apparaissant lors de la production de rayons X.Les parties qui se trouvent en dehors de la cible (bord extérieur et centre) ne se réchauffent que lentement par conduction de la chaleur. Thanks to the use of a ring, which has a thickness of at least 6 mm and corresponds approximately to the width of the target or targets and which has a thermally insulating hub, account is taken of observations which have shown that, in the process of distributing heat from the target within the anode material, the amounts of heat propagating laterally are negligible compared to the heat flux which propagates in the Z direction (perpendicular to the surface of the anode). As the calculations have shown, during the charge, only the target first and, during longer charges, only in particular the parts of the target which are below are heated by the calorific energy appearing during the production of X-rays. The parts which are outside the target (outer edge and center) heat only slowly by conduction of heat.

Justement en raison du trajet assez long suivi par la chaleur suivant la direction menant au centre de rotation, donc le long du rayon de l'anode, la transition disque d'ano de/axe n'atteint la même température que la cible que bien plus tard. Or, si l'on rend plus épais le disque de la cible et si,de plus,on raccourcit l'étendue radiale en un anneau qui n'a plus que la largeur impose par la cible ou par les cibles, il se produit alors des tensions thermomécaniques moins élevées en raison du réchauffement plus régulier. Precisely because of the fairly long path followed by the heat in the direction leading to the center of rotation, so along the radius of the anode, the ano disk / axis transition does not reach the same temperature as the target as well later. Now, if we make the target disk thicker and if, in addition, we shorten the radial extent into a ring which has only the width imposed by the target or by the targets, it then occurs lower thermomechanical tensions due to more regular heating.

Suivant l'invention, on fait donc usage du grand avantage de la réalisation de l'anode sous la forme d'un anneau,dans laquelle il y a beaucoup de matière en dessous de la cible. Dans une anode réalisée de cette manière, on peut ménager d'une manière simple des perçages qui se terminent sur les surfaces intérieures cylindriques tournées vers l'axe. Celles-ci doivent avoir essentiellement des diamètres de 2 mm, parce que cela donne, par rapport à l'épaisseur du matériau au bord du disque, d'une part des coefficients de concentration des contraintes petits, et d'autre part n'affaiblit encore pas trop l'épaisseur du disque.Un per çage d'extrémité, comme pour des disques constitués entièrement en métal allant jusqu'à l'ax?,dans lesquels le perçage ne doit pas aller jusqu'au centre afin d'éviter des entailles supplémentaires, n'est pas nécessaire dans l'agencement annulaire. En outre, le disque métallique peut être fendu depuis la surface, de manière à obtenir une fabrication simple et peu coûteuse. En outre,l'agencement annulaire autorise, en raison du fait que ie disque de séparation est dégagé vers le grand espace au centre, une augmentation du nombre des fentes ménagées. Au lieu des six fentes qui conviennent pour des plaques d'un diamètre de 100 mm, on peut facilement en prévoir douze. According to the invention, use is therefore made of the great advantage of producing the anode in the form of a ring, in which there is a lot of material below the target. In an anode produced in this way, it is possible in a simple manner to provide holes which terminate on the cylindrical interior surfaces facing the axis. These must have essentially diameters of 2 mm, because that gives, compared to the thickness of the material at the edge of the disc, on the one hand of the coefficients of concentration of the small stresses, and on the other hand does not weaken still not too much disc thickness. An end drilling, as for discs made entirely of metal going to the axis?, in which the drilling should not go to the center in order to avoid additional notches, is not necessary in the annular arrangement. In addition, the metal disc can be split from the surface, so as to obtain a simple and inexpensive manufacture. In addition, the annular arrangement allows, due to the fact that the separation disc is released towards the large space in the center, an increase in the number of slots provided. Instead of the six slots which are suitable for plates with a diameter of 100 mm, one can easily provide twelve.

Les perçages sont exécutés suivant le sens radial essentiellement parallèlement à la surface supérieure de l'anode. Il en résulte que le matériau de base, par exemple du molybdène, additionné de 5% de tungstène (MoW5), est affaiblie aussi peu que possible. The holes are drilled in the radial direction essentially parallel to the upper surface of the anode. As a result, the base material, for example molybdenum, supplemented with 5% tungsten (MoW5), is weakened as little as possible.

Dans le cas d'anodes pour des vitesses de rotation extrêmement élevées (supérieures à 300 Hz), il peut être recommandé de fretter les segments annulaires créés par ces fentes à l'aide d'une frette appliquée sur le pourtour de l'anneau. Une telle frette peut être fabriquée, par exemple en fil de tungstène de 0,2 à 0,3 mm de section, appliqué sous la-forme d'un enroulement à une couche ou à plusieurs couches. Ces fils peuvent alors-absorber une partie importante des forces centrifuges s'appliquant sur l'anneau. On propose l'utilisation de fils en tungstène, parce que, comme il est connu, la résistance à la rupture -augmente pour le tungstène quand le diamètre du fil diminue. In the case of anodes for extremely high rotational speeds (greater than 300 Hz), it may be recommended to hoop the annular segments created by these slots using a hoop applied to the periphery of the ring. Such a hoop can be manufactured, for example from tungsten wire from 0.2 to 0.3 mm in section, applied in the form of a winding with one layer or with several layers. These wires can then absorb a large part of the centrifugal forces applied to the ring. The use of tungsten wires is proposed, because, as is known, the breaking strength increases for tungsten when the diameter of the wire decreases.

Le frettage peut s'effectuer au bord de l'anneau par des brasures sur les divers segments de l'anneau d'anode. Des brasures qui conviennent sont par exemple du vanadium (V) et du zirconium (Zr) ou un alliage des deux, dans lequel V représente 30X. Conviennent aussi comme brasures du platine (Pt) ou du rhodium (Rh).The hooping can be carried out at the edge of the ring by brazing on the various segments of the anode ring. Suitable solders are, for example, vanadium (V) and zirconium (Zr) or an alloy of the two, in which V represents 30X. Also suitable as solders of platinum (Pt) or rhodium (Rh).

La fixation de l'anneau sur l'axe s'effectue avantageusement, comme connu par le brevet allemand 1 099 095, par l'intermédiaire d'un moyen ralentissant la propagation de la chaleur, par exemple par l'Intermédiaire d'un moyeu en graphite (C), en molybdène (Mo) ou en titane (Ti). Suivant un mode de réalisation avantageux, on utilise une pièce de liaison en graphite, dans laquelle est inséré un moyeu en métal, par exemple en niobium (Nb), par l'intermédiaire duquel on réalise alors la liaison proprement dite à l'axe métallo que, qui peut être par exemple en molybdène. On obtient une liaison sûre avec l'axe, notamment par la combinaison mentionnée en dernier, parce que les partenaires métalliques peuvent être reliés d'une manière fiable par soudure ou par brasure.  The fixing of the ring on the axis is advantageously carried out, as known by the German patent 1 099 095, by means of a means slowing down the propagation of heat, for example by the intermediary of a hub. graphite (C), molybdenum (Mo) or titanium (Ti). According to an advantageous embodiment, a graphite connecting piece is used, in which a metal hub, for example niobium (Nb), is inserted, by means of which the actual connection is then made to the metallo axis. that, which can be for example molybdenum. A secure connection with the axis is obtained, in particular by the combination mentioned last, because the metal partners can be connected in a reliable manner by welding or by soldering.

Il s'est avéré aussi favorable de ménager les perçages certes essentiellement parallèlement à la surface, mais de manière qu'ils fassent un angle sur le côté par rapport au rayon au lieu de s'étendre suivant la direction radiale. Cela procure l'avantage que, lorsque la fente inclinée sous un certain angle par rapport au rayon traverse le foyer, il ne se produit pas un décalage brusque du foyer pendant la durée de la traversée de celui-ci. Il s'est révélé particulièrement avantageux de maintenir entre la direction du perçage et le rayon un angle de 5 à 250, notamment de 150, en fonction de la largeur du foyer, parce qu'alors on est sûr que la largeur totale de la fente ne recouvrera jamais la largeur du foyer, ce qui aurait pour conséquence un bref décalage axial indésirable du foyer de la profondeur de la fente y compris le perçage. It has also been found to be advantageous to provide the bores, admittedly essentially parallel to the surface, but in such a way that they make an angle on the side with respect to the radius instead of extending in the radial direction. This has the advantage that when the slot inclined at a certain angle to the radius passes through the hearth, there is no sudden shift of the hearth for the duration of the crossing thereof. It has proven particularly advantageous to maintain between the direction of drilling and the radius an angle of 5 to 250, in particular 150, depending on the width of the hearth, because then we are sure that the total width of the slot will never cover the width of the hearth, which would result in an undesirable brief axial shift of the hearth from the depth of the slot including the hole.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront des exemples de réalisation qui vont suivre illustrés au dessin dans lequel
La figure 1 est une vue générale d'un tube radiogène à anode tournante, dont l'anode est conforme à l'invention,
La figure 2 est une vue à plus grande échelle,par- tiellement en coupe, de l'anode utilisée à la figure 1,
La figure 3 est une vue partielle en plan de l'anode représentée aux figures précédentes,
La figure 4 est une vue partielle de l'anode de la figure 3,dans laquelle on a représenté une frette en fils de tungstène, et
La figure 5 est une vue en plan d'une anode, dans laquelle les perçages font un angle par rapport au rayon.Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the exemplary embodiments which will follow, illustrated in the drawing in which
FIG. 1 is a general view of an X-ray tube with a rotating anode, the anode of which is in accordance with the invention,
FIG. 2 is an enlarged view, partially in section, of the anode used in FIG. 1,
FIG. 3 is a partial plan view of the anode shown in the preceding figures,
FIG. 4 is a partial view of the anode of FIG. 3, in which a hoop made of tungsten wires has been shown, and
FIG. 5 is a plan view of an anode, in which the holes make an angle relative to the radius.

A la figure 1, un tube radiogène 1 à anode tournante porte, dans son flacon 2 à vide et sur ses faces frontales opposées, un dispositif 3 formant cathode et un dispositif 4 formant anode. La cathode est constituée d'une douille 5, qui est enfilée par l'un des côtés frontaux et qui porte dans un couvercle 6 une cathode à incandescence, qui n'est pas représentée. Le dispositif 4 formant anode présente, d'une manière en soi connue,un rotor 7,qui porte l'anode 8 tournante proprement dite. Celle-ci présente des cibles 9 et 10, qui tournent autour d'un axe 11 dont l'anode est solidaire par l'intermédiaire d'une pièce 12 intercalaire en niobium par exemple. Les cibles 9 et 10 sont en contact avec une pièce 13 annulaire en molybdène allié à 5% de tungstène.La pièce 13 présente en outre des perçages 14 de 1,5 mm de diamètre qui s'ouvrent vers les cibles 9 et 10, comme représenté par des fentes 15 de 0,5 mm de largeur. Entre l'axe il et l'anneau 13 est interposée une pièce 16 porteuse en graphite,qui recouvre en outre encore la face inférieure de la pièce 13 métallique opposée aux cibles 9 et 10. En direction de l'axe 11, la liaison entre l'anneau 13 et l'axe Il comporte, en outre, encore une pièce 12 en niobium (Nb) par exemple. In FIG. 1, an X-ray tube 1 with a rotating anode carries, in its vacuum bottle 2 and on its opposite end faces, a device 3 forming a cathode and a device 4 forming an anode. The cathode consists of a sleeve 5, which is threaded through one of the front sides and which carries in a cover 6 an incandescent cathode, which is not shown. The device 4 forming anode has, in a manner known per se, a rotor 7, which carries the actual anode 8 rotating. It has targets 9 and 10, which rotate around an axis 11, the anode of which is secured by means of an intermediate piece 12 made of niobium for example. The targets 9 and 10 are in contact with an annular piece 13 of molybdenum alloyed with 5% tungsten. The piece 13 also has holes 14 of 1.5 mm in diameter which open towards the targets 9 and 10, as represented by slots 15 0.5 mm wide. Between the axis 11 and the ring 13 is interposed a piece 16 carrying graphite, which further covers the underside of the metal piece 13 opposite the targets 9 and 10. In the direction of the axis 11, the connection between the ring 13 and the axis It further comprises a part 12 made of niobium (Nb) for example.

Sur la périphérie de la pièce 13 annulaire est monté un enroulement 17 en fil de tungstène, le fil ayant une épaisseur de 0,3 mm. L'enroulement 17 est constitué de dix spires. Il est fixé par des brasures 18 aux parties de l'anneau qui sont séparées les unes des autres par des fentes 15. Les brasures -sont en zirconium (Zr) ou en vanadium (v). On the periphery of the annular part 13 is mounted a winding 17 of tungsten wire, the wire having a thickness of 0.3 mm. Winding 17 is made up of ten turns. It is fixed by solders 18 to the parts of the ring which are separated from each other by slots 15. The solders -are made of zirconium (Zr) or vanadium (v).

Pour la production de rayons X, on applique une tension suffisante d'une manière en soi connue entre la cathode et l'anode d'un tube suivant la figure 1. En même temps on porte en outre à l'incandescence la cathode, qui est contenue dans le couvercle 6 et qui est constituée de deux pièces, dont l'une est associée à la cible 9 et dont l'autre est associée à la cible 10, en appliquant une tension de chauffage entre les conducteurs 19 et 20 et 19 et 21. Sur le conducteur 19 se trouvant entre les bornes 20 et 21, on applique aussi en outre la tension cathodique. On obtient ainsi l'apparition sur l'une des cibles 9 et 10 ou sur ces deux cibles d'électrons, qui produisent ensuite des rayons X que l'on peut utiliser à la manière habituelle. For the production of X-rays, a sufficient voltage is applied in a manner known per se between the cathode and the anode of a tube according to FIG. 1. At the same time the cathode, which is contained in the cover 6 and which consists of two parts, one of which is associated with the target 9 and the other of which is associated with the target 10, by applying a heating voltage between the conductors 19 and 20 and 19 and 21. On the conductor 19 located between the terminals 20 and 21, the cathode voltage is also applied in addition. This gives the appearance on one of the targets 9 and 10 or on these two electron targets, which then produce X-rays which can be used in the usual way.

La figure 5 illustre un mode de réalisation qui présente des fentes 15' ménagées,tout comme les perçages 14', suivant une direction qui fait un angle 24, s'élevant à 15 , par rapport au rayon 23 représenté en traits mixtes. Figure 5 illustrates an embodiment which has slots 15 'formed, like the holes 14', in a direction which makes an angle 24, amounting to 15, relative to the radius 23 shown in phantom.

Cette variante correspond sinon à celle des figures 1 à 4. L'avantage que l'on peut obtenir par la variante de la figure 5 est, comme on l'a déjà mentionne ci-dessus, que, lorsque la fente traverse le point 9' d'incidence du faisceau électronique (foyer), au moins des parties des cibles 9 et 10 sont toujours en action. This variant otherwise corresponds to that of FIGS. 1 to 4. The advantage which can be obtained by the variant of FIG. 5 is, as already mentioned above, that when the slot crosses point 9 'incidence of the electron beam (focus), at least parts of the targets 9 and 10 are always in action.

Claims (8)

REVENDICATIONS 1) Anode tournante pour tubes radiogènes, dont le corps présente des évidements radiaux, qui sont des per çages passant sous la cible ou les cibles, caractérisée en ce que les perçages (14) sont ouverts en direction de la cible (9) et le disque (8) est un anneau ayant une épaisseur d'au moins 6 mm, correspondant à peu près à la largeur de la cible (9), et présentant un moyeu (12) thermiquement isolant vers son axe de rotation.1) Rotating anode for X-ray tubes, the body of which has radial recesses, which are bores passing under the target or targets, characterized in that the bores (14) are open towards the target (9) and the disc (8) is a ring having a thickness of at least 6 mm, corresponding approximately to the width of the target (9), and having a hub (12) thermally insulating towards its axis of rotation. 2) Anode tournante-selon la revendication 1, caractérisée en ce que les perçages font suivant la direction radiale un angle avec les perpendiculaires i l'axe.2) Rotating anode-according to claim 1, characterized in that the holes make in the radial direction an angle with the perpendicular to the axis. 3) Anode tournante suivant la revendication 2, caractérisée en ce que l'angle est compris entre 50 et 250 et est Xgalznotamment à 150.3) Rotating anode according to claim 2, characterized in that the angle is between 50 and 250 and is Xgalznotanté at 150. 4) Anode tournante suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le moyeu présente au moins une partie en graphite (C), en molybdène (Mo) ou en titane (Ti).4) Rotating anode according to claim 1, characterized in that the hub has at least one part made of graphite (C), molybdenum (Mo) or titanium (Ti). 5) Anode tournante suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le pourtour de l'anneau est entouré d'un elé- ment qui le serre.5) Rotating anode according to claim 1, characterized in that the periphery of the ring is surrounded by an element which clamps it. 6) Anode tournante suivant la revendication 5, caractérisée en ce qu'une ou plusieurs couches de fils de tungstène sont enroulées en tant qu'4lément de serrage sur le pourtour extérieur de l'anneau.6) Rotating anode according to claim 5, characterized in that one or more layers of tungsten son are wound as a clamping element on the outer periphery of the ring. 7) Anode tournante suivant la revendication 6, caractérisée en ce que les fils en tungstène sont fixés sur les divers segments, c'est-à-dire entre les perçages ouverts, par des points de brasure.7) Rotating anode according to claim 6, characterized in that the tungsten wires are fixed on the various segments, that is to say between the open holes, by solder points. 8) Anode tournante suivant la revendication 7, caractérisée en ce que la brasure est en vanadium, en zirconium, en platine ou en rhodium. 8) Rotating anode according to claim 7, characterized in that the solder is made of vanadium, zirconium, platinum or rhodium.