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MÉMOIRE DESCRIPTIF
DÉPOSÉ A L'APPUI D'UNE DEMANDE
DE BREVET D'INVENTION Installation à rayons X dont le tube à rayons X est alimenté par un condensateur.
On sait que l'utilisation d'un condensateur permet de faire des prises de vues radiographiques de courte durée avec une puissance électrique très élevée tout en évitant une charge excessive du réseau d'alimentation disponible. On charge le condensateur à la tension élevée prédéterminée avec un faible courant de charge. La durée de charge peut s'ten- dre sur un grand nombre de périodes du courant alternatif nécessaire à l'alimentation du transformateur de haute ten- sion et elle peut atteindre un grand nombre de secondes. La durée de la décharge active dépend de l'intensité du courant de chauffage du tube à rayons X et de la tension du conden- sateur au début de la décharge.
La décharge peut se produire
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avec une intensité de courant supérieure d'un très grand multiple à l'intensité du courant de charge du condensateur et permet donc de faire une radiographie avec un nombre de milliampères-secondes très élevé, limité seulement par la puissance du tube à rayons X et dans un laps de temps très court.
Un inconvénient de la décharge du condensateur con- siste en l'abaissement de la tension au cours de la décharge.
La tension V du condensateur qui est proportionnelle à la charge Q accumulée dans le condensateur et qui est égale à Q/C,
C C étant la capacité du condensateur, décroît proportionnel- lement à la diminution de la charge Q. Si la tension au début de la décharge du condensateur a la valeur E, elle varie avec le temps t au cours de la décharge à travers une résis- tance constante R conformément à l'équation:
V = E. e - t/CR
La Fig. 1 du dessin annexé, donné à titre d'exem- ple, montre un exemple de la variation de la tension au cours de la décharge d'un condensateur à travers une résis- tance constante. Dans le but de maintenir dans des limites prédéterminées la variation de tension lors de la prise de vue, on peut accroître la capacité du condensateur. La tan- gente EP au point V = E de la courbe de tension coupe un morceau OP = CR de l'axe des temps.
Si l'on accroît donc C, OP augmente, de sorte que la courbure de la courbe est moins forte et la tension tombe moins rapidement. Moins on veut ad- mettre de variation de tension au cours d'une prise de vue de durée donnée avec un nombre prédéterminé de milliampères- secondes, plus la capacité du condensateur doit être grande.
En tout cas, ce n'est qu'une partie faible de l'énergie accu-¯ mulée dans le condensateur qui peut participer à l'émission
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des rayons. La majeure partie reste dans le condensateur si le tube est mis hors circuit en temps.utile ou disparait sans être utilisée si le tube n'est pas mis hors circuit.
Un moyen connu d'améliorer la forme de la courbe de tension consiste à utiliser un second accumulateur d'éner- gie. Ainsi, par exemple, on sait qu'on peut monter en série a- vec le tube une bobine de réactance ayant des dimensions telles qu'au début de la décharge elle absorbe la tension et accumule une partie de l'énergie, fournie par le condensateur avec un nombre de watts décroissant pour la transmettre au tube lorsque la tension du tube s'est accrue jusqu'à une valeur ,égale à la tension du condensateur. On assure ainsi à la courbe de la tension du tube une partie ascendante et une partie descendante entre lesquelles il existe un point où la courbe est tangente à une ligne parallèle à l'axe des temps.
Dans ce cas, la courbe comporte au moins une partie où la tension ne varie pas excessivement du fait que tant à gauche qu'à droite du sommet la tension a les mêmes valeurs.
L'invention procure un moyen de mieux utiliser la capacité d'énergie du condensateur. Suivant l'invention, on monte en série avec le tube une impédance qui, à l'opposé de la bobine de réactance bien connue, est un consommateur d'é- nergie. Ce dernier absorbe une partie de la tension du con- densateur et détruit aussi une partie de l'énergie accumulée.
La résistance de ce consommateur d'énergie est réglée en fonction de la tension du condensateur de telle façon que la partie de la tension qu'elle absorbe aille en diminuant lorsque la décharge du condensateur se poursuit et que la tension du tube à rayons X continue à être pratiquement constante tant que la tension du condensateur dépasse une valeur donnée.
Pour constituer le consommateur d'énergie on utilise,
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de préférence, un tube à décharge à commande par grille dési- gné ci-après sous le nom de "tube à commande". Il en résulte entre autres l'avantage de pouvoir régler facilement et sans inertie la résistance du consommateur d'énergie. De plus, on peut utiliser le tube pour faire s'écouler et couper le cou- rant de décharge.
Après avoir été amplifiées par le tube à commande qui fonctionne en amplificateur de courant continu, les va- riations de tension du tube à rayons X sont transmisesà la partie du circuit mise en série avec le tube à rayons X, ou en d'autres termes lorsque la tension du condensateur décroit, la tension du tube à commande diminue dans une'grande mesure, tandis que la tension du tube à rayons X ne diminue que lé- gèrement.
De préférence, on relie la grille du tube à commande à travers une source de tension de polarisation positive cons- tante à un point dont la différence de potentiel par rapport à la cathode du tube à commande est négative et varie dans le même sens que la tension du tube à rayons X. Ceci permet de choisir à volonté dans des limites étendues la tension du tube à rayons X lorsque la tension de polarisation positive ou le rapport entre la tension auxiliaire négative et la tension du tube, ou encore ces deux valeurs, sont réglables.
On obtient le rapport optimum entre l'énergie con- sommée par le tube à rayons X et l'énergie accumulée dans le condensateur lorsque la tension du condensateur est égale au double de la tension du tube. C'est pourquoi la tension à laquelle le condensateur est chargé doit, de préférence, être égale au double de la valeur moyenne des tensions entre les- quelles la tension du tube varie.
La fig. 2 du dessin représente la tension du con- densateur en fonction du nombre de milliampéres-secondes.
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Lorsque Q1 est la charge du condensateur au début de la décharge, la charge Q qui est présente au bout d'un temps t = C V = Q1 - # idt. Le rapport entre la tension du conden- sateur et le nombre de milliampères-secondes est donc linéai- re. La ligne droite SU représente la variation de la tension en fonction du nombre de milliampères-secondes.
Lorsque la tension-du tube ER, maintenue pratique- ment constante conformément à l'invention, est égale à OE1, le rectangle OE1X1M1 indique l'énergie consommée par le tube pour une tension constante. Lorsque OE1 = 1/2 OS, cette énergie est égale à 5@ % de la capacité d'énergie totale du condensateur.
Le demi-cercle dont le centre est désigné par M1 et le rayon par M1O représente en fonction des milliampères-secondes l'énergie disponible. Si, pour une valeur initiale prédéter- minée @S de la tension du condensateur, la tension du tube est, par exemple, OE2, le rectangle OE2X2M2 est une mesure de l'énergie utile. Si la tension du tube est OE3, l'énergie est O3X3M3. Les ordonnées M2N2 et M3N3 pour idt = OM2 etOM3 respectivement sont proportionnelles aux volumes de ces rec- tangles. Sur la figuré,, M2N2 est choisie égale à M2N3. Pour deux tensions de tube différentes E2 et E3 on peut donc pren- dre des vues radiographiques avec un nombre identique de watts-secondes.
Si la tension du tube est E1,1' énergie représentée par le triangle E1X1S est annihilée dans le condensateur mis en série et l'énergie représentée par le triangle X1M1U reste dans le condensateur si le courant du tube est coupé en temps utile. Pour la prise de vue radiographique suivante il suffit @ alors de transmettre l'énergie OM1X1S au condensateur.
Les avantages de l'installation qui fait l'objet de l'invention ressortent notamment de la figure 3. Cette figure donne une comparaison entre une installation sans consommateur réglant le courant et une installation conforme à l'invention*
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Supposons que la tension du tube ne doive pas décroitre de plus de 20 % au cours de la prise de vue radiographique. On peut alors utiliser un condensateur ayant une capacité Ci = OL/OG et, lorsque la tension de OG a atteint la valeur KH = 0,8 OG, on peut interrompre le courant. On a alors consommé la partie OKHG de la dite capacité d'énergie OLG du condensateur, c'est-à-dire 36 %.
Suivant l'invention, on peut utiliser un condensateur ayant une capacité bien inférieure, par exemple une capacité C2 = OB/OA = 0,2 Cl, et le charger à la tension OA. On a choisi cette tension égale à OG + KH. Si dans ce cas la tension du tube est réglée à 0F = 1/2OA, de sorte qu'elle a la même valeur que la tension moyenne du tube dans le premier cas, on utilise utilement 50 % de la capacité d'énergie OBA du condensateur et le nombre de watts-secondes de la prise de vue radiographi- que est identique dans les deux cas.
Si, par exemple, la capacité C2 = 4 F et la ten- sion OA = 100 kV, la capacité d'énergie totale du condensateur est de 20 kW sec. Pour une tension du tube de 50 kV on en utilise utilement 10 kW sec. Pour obtenir la même énergie avec une tension non maintenue constante dont la valeur initiale est de 55 kV et la valeur finale de 45 kV, le con- densateur doit avoir une capacité de 20 F et on doit y accu- muler 28 kW sec.
L'invention offre donc ces avantages que la tension du tube devient plus favorable parce qu'elle s'abaisse re- lativement peu au cours de la prise radiographique, que l'é- nergie à fournir par le réseau de distribution peut être inférieure et surtout qu'on n'a besoin que d'une capacité bien moindre pour prendre des vues radiographiques avec un nombre prédéterminé de watts-secondes.
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Le dispositif de mise en charge peut se trouver séparé du tube à rayons-X au cours de la décharge du conden- sateur. Les figs. 2 et 3 se rapportent à ce cas.
Au cours de la décharge, la tension du condensa- teur décroît rapidement. Il en résulte que la tension du tube à rayons X s'abaisse. La tension de grille du tube à commande devient peu à peu moins négative et lorsque la tension du condensateur V a atteint une valeur seulement peu supérieure encore à ER, la conductibilité du tube à commande commence à croître sensiblement. La tension encore présente revient alors presque entièrement au tube à rayons X. En général, on n'utilisera pas cette partie de la déchar- ge du condensateur pour la prise de vue radiographique parce'que la tension du tube à rayons X tombe alors rapide- ment à une valeur assez faible pour que le tube cesse de fonctionner en tant que source de rayons. C'est pourquoi on mettra le tube hors circuit le plus souvent auparavant.
Le dispositif de mise en charge peut aussi conti- nuer à être relié au tube. Dans ce cas, on peut augmenter la résistance interne du tube à rayons X, de sorte que la chute de potentiel dans le dispositif d'alimentation conti- nue à être assez petite pour que, dans la condition d'équili- bre qui est établie, lorsque le condensateur recueille dans chaque période du courant alternatif autant de charge de la source de courant qu'il en fournit au tube, la tension du tube soit suffisante pour émettre des rayons X.
Si la résistance interne du tube à rayons X n'est pas augmentée au cours de la décharge du condensateur et lorsqu'une grande partie de l'énergie accumulée dans le con- densateur a été consommée, il s'établit en général une con- dition d'équilibre pour laquelle la tension est trop faible
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pour la production de rayons X, puisqu'on utilise un con- densateur pour qu'il suffise d'un dispositif d'alimentation relativement faible qui, lorsqu'il débite dans une faible résistance, consomme en majeure partie dans sa résistance interne elle-même la force électromotrice engendrée.
Dans ce cas, il n'est pas nécessaire de couper le courant rapi- dement pour autant que le dispositif de mise en charge puis- se résister à la charge due à la faible résistance du tube à rayons X, fonctionnant en court-circuit, et que le réseau ne soit pas chargé excessivement.
La Fig. 4 représente un mode de réalisation du montage d'un dispositif conforme à l'invention dans lequel le dispositif d'alimentation continue à être relié au tube à rayons X au cours de la décharge du condensateur. Le trans- formateur de haute tension 1 dont seul l'enroulement secon- daire est représenté, met en charge les condensateurs 4 et 5 par l'intermédiaire de soupape 2 et 3 (de préférence des tubes à cathode à incandescence). Ces condensateurs peuvent se décharger à travers le tube à rayons X 6 et le tube trio- de 7 mis en série avec ce dernier et servant de tube à commande. La cathode 8 du tube 7 est reliée à l'anode 9 du tube à rayons X 6 à travers une bobine de réactance 10 qui sert à éviter un percement disruptif du tube. Une résistance 11 relie l'anode 9 à la cathode 12 du tube à rayons X.
Les circuits de chauffage pour les cathodes à incandescence 8 et 12 et pour les cathodes à incandescence des soupapes 2 et 3 ne sont pas représentés sur le dessin.
La grille 13 du tube à commande 7 est reliée à une dérivation 17 de la résistance 11 à travers une résistance 14, une source de tension de polarisation positive constan- te 15 et un interrupteur 16.
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On suppose que E est la tension du tube et E la n tension qui existe entre l'anode 9 et le point 17. Si la ten- sion de la source 15 est désignée par G, la tension de grille du tube 7 est égale à g - E. La tension du tube peut être ex- primée par la formule suivante:
E = (g + VD) n 1 + n D
D étant la valeur réciproque du facteur d'amplifica- tion du tube 7 (D = (1 @) et V étant la tension qui fact. d'ampl existe entre l'anode 18 du tube à commande et la cathode 12 du tube à rayons X. Si l'on fait en sorte que VD soit très faible par rapport à g, E est à peu près constante. Le plus souvent, nD sera petite en proportion de 1. Dans ce cas, E est à peu près proportionnelle à n.
Lorsqu'on suppose que la tension à circuit ouvert du transformateur 1 vaut 0,5 V1, la tension V qui existe entre la cathode 18 et l'anode 12 et qui est la valeur initiale de la charge est à peu près égale à V1. Une partie ER en revient au tube à rayons X, cette partie atteignant, par exemple, 50 % de V1.
Les variations de la tension lorsqu'on fait s'écou- ler le courant de décharge dépendent de l'intensité du cou- rant du tube à rayons X. Si cette intensité du courant est suffisamment faible, il s'établit une condition d'équilibre pour laquelle la tension V du condensateur est toujours su- périeure à ER et la tension E du tube à rayons X continue à être à peu près égale à ER. On peut mettre à profit cette condition pour faire des radioscopies ou pour prendre des vues radiographiques de durée assez longue avec une faible puissance et une tension ER susceptible d'être réglée à volonté.
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Si, cependant, on règle l'intensité du courant du tube à une valeur pour laquelle la perte de tension du dispo- sitif de mise en charge dépasse la différence entre V et ER, il est recueilli des condensateurs, aussi longtemps que la tension du condensateur est supérieure à ER, une charge su- périeure à celle qui leur est transmise par le dispositif de mise en charge et la tension du condensateur s'abaisse.
Tant que V est encore sensiblement supérieure à ER, la tension E reste pratiquement constante. Moins il y a de différence entre V et ER, plus E décroft. De ce fait, la tension de po- larisation de grille négative recueillie du potentiomètre 11 décroît sensiblement et la conductibilité du tube 7 s'accroît, de sorte que la tension E ainsi que la tension du condensateur finissent par atteindre une valeur inférieure à ER, qui est d'autant plus petite que l'intensité du courant du tube réglée est plus grande et peut être assez petite pour que l'émission de rayons X soit interrompue.
L'interrupteur 16 qui peut être ouvert par une bobine 19 est prévu pour interrompre le courant qui parcourt le tube à rayons X. Pour l'excitation de la bobine 19 on peut avoir prévu un dispositif à fonctionnement automatique tel que, par exemple, un interrupteur à temps ou un relais à mil- liampère-secondes. Aussitôt que l'interrupteur 16 est ouvert, la grille du tube à commande, qui est reliée à la dérivation 17 à travers une source de tension de polarisation négative 20 et une forte résistance 21, devient négative. Le tube à com- mande n'est alors plus conducteur de l'électricité et le cou- rant est interrompu. Le nombre de milliampère-secondes peut ainsi être limité à volonté.
On peut utiliser les valves que comprend le circuit de charge, de préférence, pour éviter une surcharge du réseau
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ou du transformateur, de sorte qu'elles limitent la capacité de charge par leur courant de saturation. On règle alors le chauffage de la cathode à incandescence des valves de telle façon que, même dans le cas d'un court-circuit des condensateurs ou lorsque les condensateurs ne sont pas chargés, ces valves absorbent un courant qui ne soit pas supérieure à la valeur qui correspond à la charge maximum admissible du réseau ou du transformateur.
Dans ce cas, il peut y avoir avantage à entourer les soupapes d'un écran absorbant les rayons X, parce que, lorsque le point de satu- ration a été atteint, la tension des soupapes peut croftre à une valeur pour laquelle un rayonnement appréciable a lieu.
Pour obtenir directement du réseau une charge de cou- rant supérieure à celle qui peut être fournie par le disposi- tif de mise en charge pour une tension utile du tube aussi bien qu'une fourniture active de courant, on peut augmenter la résistance du tube à rayons X au cours de la décharge du condensateur et déplacer ainsi l'équilibre vers une tension supérieure E pour laquelle des rayons X utilisables sent engendrés.