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Appareils à rayons X.
On connaft des appareils à rayons X, dans lesquels un transformateur à haute tension et un tube à rayons X sont logés conjointement dans une enveloppe commune portée par un support.
Tant qu'il s'agit d'applications ne nécessitant que des tensions relativement faibles, il n'y a pas de difficultés particulièrement grandes pour maintenir le poids de ces appa- reils dans des limites pratiques. Toutefois, il est évident que les dimensions de l'appareil s'agrandissent pour des ten- sions de service relativement élevées. C'est pourquoi dans les appareils fonctionnant avec des tensions élevées, le tube et le transformateur sont montés le plus souvent séparément, la
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haute tension étant amenée au tube par des câbles souples.
Par exemple, pour les installations de thérapie profonde, l'unité mobile acquiert un poids élevé si le tube et le transformateur sont réalisés en un même ensemble. De ce fait, des conditions particulières et difficiles à satisfaire sont imposées au dispositif de support, ce qui est à considérer comme un inconvénient des appareils de ce genre.'
La présente invention a pour but d'éliminer cet inconvénient et est relative à un appareil à rayons X, dans lequel la source de haute tension, qui est entourée par une enveloppe métallique et fait corps avec le tube à rayons X, est constituée par un transformateur à haute tension et un montage multiplicateur de voltage.
Ilparait singulier de vouloir réduire le poids de 1''installation par l'addition de plusieurs pièces de cons- truction requises en vue du montage multiplicateur, telles que des condensateurs et tubes redresseurs et, en effet, cette intention ne peut être réalisée facilement en pratique.
On a déjà proposé de loger l'installation à rayons X à l'in- térieur de l'espace de traitement en construisant les trans- formateurs, condensateurs, redresseurs et un tube à rayons X de manière à former un même ensemble dans un bottier commun mis à la terre, mais cet assemblage n'a pas permis de fabri- quer un appareil d'un poids tellement petit qu'on puisse sus- pendre l'ensemble de façon mobile.
L'invention est fondée sur la constatation que le montage multiplicateur de tension permet de réaliser une éco- nomie considérable du poids, pourvu qu'on remplisse une con- dition qu'on va expliquer en détail plus loin.
Un appareil conforme à l'invention fonctionnant avec une tension de service de 200 Kilovolts, par exemple, n'a be- soin que du demi-poids environ d'un appareil qui est constitué
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par un transformateur et par un tube à rayons X y raccordé directement.
Ce résultat inattendu peut être expliqué comme suit.
Le poids d'un appareil constitué en substance par un tube à rayons X et un transformateur à haute tension logés dans un boitier commun, s'accroît rapidement conformément à la tension et, pour des tensions supérieures à 100 Kilo- volts, dans une mesure plus que proportionnelle à la ten- sion. Cette augmentation du poids est à attribuer-principa- lement au transformateur à haute tension. Si l'on produit la même tension au moyen d'un montage de Greinacher, un trans- formateur pour la demi-tension suffira. De ce fait, le poids du transformateur se réduit de plus de la moitié.
Le tube à rayons X participe également à la ré- duction du poids. En effet, si le tube est alimenté en un voltage continu, les dimensions du tube, comme on le sait, peuvent devenir considérablement plus petites que dans le cas d'alimentation en tension alternative, ce qui résulte en une réduction des dimensions de l'appareil. D'autre part, la sécurité de service de l'appareil également est perfec- tionnée par suite d'alimentation en tension redressée.
L'utilisation d'un montage multiplicateur de tension ne nécessite cependant pas seulement l'addition de condensa- teurs et de tubes redresseurs, mais aussi de transformateurs de chauffage.
Les appareils fonctionnant avec de faibles puissan- ces, dans lesquels le tube est alimenté directement par le transformateur à haute tension et un réglage de l'intensité de courant n'est pas requis, peuvent être livrés sans l'utili- sation d'un transformateur de chauffage. Le courant de chauf- fage peut dans ce cas être emprunté à une partie de l'enrou- lement secondaire du transformateur à haute tension.
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Si l'on désire que le courant de chauffage puisse être réglé, il faut incorporer à l'appareil, en cas où la ca- thode incandescente n'est pas miseàlaterre, un transformateur à courant de chauffage.
Avec l'utilisation, comme source de haute tension, d'un transformateur à haute tension comportant un montage de Greinacher, on a besoin d'un autre transformateur à cou- rant de chauffage servant à l'alimentation de la cathode incandescente, qui n'est pas reliée au transformateur, de l'un des tubes redresseurs. Si l'on ne désire pas de réglage de la tension, l'autre cathode incandescente peut être ali- mentée par l'enroulement à haute tension. Toutefois, la hau- te tension doit être le plus souvent réglable et dans ce cas il faut incorporer un transformateur à courant de chauffage également pour le second tube redresseur, parce que le cou- rant de chauffage du tube redresseur ne doit pas être varié par suite du réglage de. la haute tension.
Avec l'utilisation de plusieurs groupes de conden- sateur-redresseur il faut incorporer un transformateur à cou- rant de chauffage pour chaque tube redresseur supplémentaire.
Ces transformateurs possèdent un poids tellement élevé qu'ils rendent illusoire la réduction du poids par rap- port aux appareils comportant un tube alimenté directement par le transformateur.
Conformément à l'invention, avec l'utilisation d'un montage multiplicateur de tension on peut néanmoins réaliser cette réduction de poids du transformateur à haute tension et celà en alimentant en courant de 106 périodes par exemple, et par un générateur de haute fréquence installé séparément, les cathodes incandescentes des tubes à décharges à haute tension qui présentent une grande différence de potentiel par rapport à la terre et ne sont pas reliées au transfor- @
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mateur. L'énergie du générateur de haute fréquence peut être transmise aux cathodes incandescentes au moyen de transfor- mateurs à courant de chauffage.
Pour le courant de haute fré- quence et à une énergie déterminée les transformateurs pose - dent un poids bien inférieur que pour le courant de basse fréquence. Cest pourquoi il y a pourtant avantage à uti- liser un montage multiplicateur de tension pour les appareils à rayons X comportant un tube et une source de haute tension construits en un même ensemble.
L'alimentation du circuit de haute tension égale- ment peut s'effectuer par du courant alternatif de haute fré- quence. Ceci nécessite, cependant, l'utilisation d'un géné- rateur pour une puissance dans un autre ordre de grandeur (par exemple 1 Kilowatt). C'est pourquoi ce procédé ne sera ré- munérateur que pour des installations fonctionnant avec des tensions relativement élevées.
Dans un appareil conforme à l'invention, on peut se passer de transformateurs à courant de chauffage pour les cathodes incandescentes qui sont reliées directement à un condensateur de haute tension en amenant le courant de chauf- fage à haute fréquence aux cathodes incandescentes à travers les condensateurs de haute tension du montage multiplica- teur de tension. Dans ce cas, l'économie de poids est même considérablement plus grande.
Si l'appareil comporte un montage de Greinacher comprenant des condensateurs mis à la terre, la disposition devient très simple, si les capacités sont constituées cha- cune par deux condensateurs mis en parallèle par rapport au courant du tube. Ces condensateurs sont reliés entre eux, du côté de haute tension, par la cathode incandescente adjacente et sont raccordés chacun, du c8té de basse tension, à une borne du générateur de haute fréquence de façon qu'ils soient,.,,
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mis en série par rapport au courant de chauffage.
Les avantages de l'invention sont d'importance par- ticulière lorsqu'il s'agit de tensions relativement élevées.
Pour une tension de 300 Kilovolts, l'ensemble du transformateur et du tube à rayons X a un poids de plusieurs centaines de kilogrammes.
Pour les appareils mobiles l'assemblage du tube à rayons X et du transformateur ne convient plus, s'ils'agit d'un poids tellement élevé. Un appareil conforme à l'inven- tion comportant un transformateur pour 100 Kilovolts et un montage multiplicateur accessoire pour une tension totale de 300 Kilovolts a un poids inférieur à 100 kg.
Par exemple., il n'est pas question qu'on puisse fi- xer à un support, d'une façon facilement mobile un appareil de thérapie pour 400 Kilovolts qui est constitué par un trans- formateur et un tube à rayons X. Conformément à l'invention, on peut fabriquer pour cette tension un ensemble pratique et transportable encore avec un poids d'environ 100 kgs., en utilisant un transformateur pour 100 Kilovolts et quatre groupes de condensateur-redresseur. En effet, ce n'est qu'à partir de tensions de cet ordre de grandeur que l'invention '. permet la réalisation.sous forme d'un ensemble.
La description qui va suivre en regard du dessin annexé donné à titre d'exemple, fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée.
Fig. l est le schéma de connexions et la fig. 2 montre une coupe de l'appareil.
La fig. 1 représente le schéma d'un montage de
Greinacher. Le tube 1 à rayons X est alimenté par les capaci- tés 2 et 3. Ces capacités sont constituées chacune par deux condensateurs désignés par 4-5 et 6-7 respectivement. Les condensateurs sont chargés par un courant alternatif redres-
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sé. Le courant est fourni par un transformateur comportant un enroulement primaire 8 pour la basse tension et un enroule- ment secondaire 9 pour la haute tension (par exemple 100 Kilovolts) . Dans le circuit de courant de charge du conden- sateur 2 est intercalé le tube redresseur 10 comportant une cathode incandescente 11 et une anode 12. Le condensateur 3 est chargé par la phase opposée du courant alternatif à travers le tube redresseur 13, dont la cathode incandescente est désignée par 14 et l'anode par 15.
Les condensateurs 2 et 3 et l'une des extrémités de l'enroulement à haute tension 9, ainsi que le noyau de fer de ce transformateur sont reliés au boîtier 16 mis à la terre qui renferme la source de haute tension. Le condensateur 2 est relié à l'anode 17 du tube 1 à rayons X et le condensateur 3 à la cathode incandescente 18. Le tube 1 reçoit donc la totalité des tensions des capacités 2 et 3, de sorte que la tension de l'enroulement à haute tension 9 est doublée.
Les condensateurs 4 et 5 de la capacité 2 sont reliés chacun à l'une des extrémités de la cathode incandescente 11 du tube redresseur 10 et les condensateurs 6 et 7 de la capacité 3 à l'une des extrémités de la cathode incandescente 18 du tube 1 à rayons X. Du coté de basse tension, les condensateurs 4- 5 et 6-7 respectivement sont reliés chacun à l'une des bornes 19 et 20 d'un générateur de haute fréquence 21.
Le générateur de haute fréquence 21 peut être cons- titué par un petit émetteur à tubes pour 100 Watts, ,par exem- ple, ayant une longueur d'ondes de 300 mtr. par exemple. Un courant circule du générateur de haute fréquence à la cathode incandescente 11 à travers les condensateurs 4 et 5 avec le résultat que ladite cathode incandescente reçoit sa tempé- rature d'émission. Il circule également un courant de haute fréquence à la cathode incandescente 18 à travers la ré- sistance de réglage 22 et les condensateurs 6 et 7 portant ainsi @
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cette cathode à sa température d'incandescence. Les conden- sateurs 4-5 et 6-7 respectivement sont donc montés en série par rapport au courant de chauffage à haute fréquence.
La chute de tension produite aux condensateurs 4,5, 6 et 7 par le courant de haute fréquence est extrêmement faible par rapport à la haute tension de l'enroulement de transformateur 9 par suite de la haute fréquence du courant alternatif. Pour une capacité de 0,5 microfarads par conden- sateur de 106 périodes par seconde, la chute de tension sans Watts' pour un courant de chauffage de 10 ampères, est de 3 volts, par exemple, ce qui n'a donc pas d'influence sur la tension du tube.
Pour le chauffage de la cathode incandescente 14 du tube redresseur 13, on a prévu un transformateur à courant de chauffage 23 dont l'enroulement primaire est raccordé au générateur de haute fréquence. Le transformateur 23 n'a besoin que d'un noyau en fer très léger, étant destiné à la haute fréquence, mais il doit comporter entre ses en- roulements un isolement qui suffit pour la tension totale de l'enroulement de transformateur 9. C'est donc un avan- tage important qu'on puisse économiser deux transformateurs de ce genre en utilisant les condensateurs de haute tension comme conducteurs d'alimentation des cathodes 11 et 18.
Pour des tensions supérieures à 200 Kilovolts il est recommandé de monter sur les tubes redresseurs un autre groupe de condensateur-redresseur de manière que l'alimenta- tion des cathodes incandescentes puisse s'effectuer égale- ment en courant de haute fréquence conformément au brevet français 801766. Si on le désire, le nombre de condensateurs et de tubes redresseurs peut être augmenté encore.
L'appareil représenté sur la fig. 2 partiellement en coupe, partiellement en plan, est construit conformément au
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montage de la fig. l. Il est constitué par deux parties principales 25 et 26, dont la première renferme la source de haute tension et la seconde contient le tube à rayons X.
Une enveloppe oblongue métallique 27 est constituée par deux parties cylindriques 28 et 29 et une partie médiane élargie 30. La partie médiane 30 comporte le transformateur à haute tension, un transformateur cuirassé., dont le noyau en fer est désigné par 31 et les enroulements par 32. L'une des extrémités de l'enroulement à haute tension de ce trans- formateur doit être supposée reliée au noyau, l'autre à l'ex- trémité adjacente de la cathode incandescente du tube re- dresseur 33. Le tube redresseur est monté dans la partie cylindrique 29 de façon coaxiale par rapport à l'enveloppe 27. Il est construit comme un tube électro-ionique, muni de manière connue d'anneaux métalliques 34 et de condensateurs 35 pour la division de la tension, et il peut avoir de trèsfaibles dimensions, ce qui augmente- la réduction du poids.
Une circonstance importante pour la présente inven- tion est aussi que les redresseurs électro-ioniques peuvent comporter une cathode à oxyde qui., comme on le sait, n'a be- soin que d'une faible énergie de chauffage.
Dans la partie cylindrique 28 est monté, de façon symétrique par rapport au transformateur, un deuxième tube redresseur 36 qui est de la même construction que le tube 33 et est entouré par un jeu de condensateurs annulaires 37 pour la division de la tension. L'extrémité anodique du tube 36 est dirigée vers le transformateur et son anode, ainsi que la cathode incandescente du tube 33, sont reliées à la borne de haute tension du transformateur.
La partie cylindrique 29 de l'enveloppe 27 comporte en outre, deux condensateurs de haute tension 38 et 39. On doit s'imaginer qu'une électrode de l'un des condensateurs est reliée à l'anode du tube 33.et à une borne de raccordement
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d'un dispositif bi-polaire de contact à fiches 40, une électrode de l'autre condensateur étant reliée à l'autre borne du dispositif de contact à fiches 40. L'une des deux autres électrodes du condensateur est reliée à l'enveloppe 27, l'autre étant munie d'un conducteur d'alimentation de courant 66 (fig.l) qui n'a besoin d'être isolé par rapport à l'enveloppe 27 que pour une faible tension. La partie 28 contient deux condensateurs de haute tension 41 et 42 de va- leur égale.
L'une des électrodes de chacun de ces condensateurs est reliée à l'une des extrémités de la cathode incandescente du tube redresseur 36. L'une des deux autres électrodes est reliée à l'enveloppe 27 et l'autre à un conducteur d'alimen- tation de courant 67 (fig.l) qui est isolée par rapport à l'enveloppe 27 pour une faible tension. L'une des électrodes du condensateur, qui est reliée à la cathode incandescente du tube 36 est reliée encore à un dispositif unipolaire de contact à fiches 43 qui est monté dans la partie 28 de la même manière que le dispositif 40.
L'enveloppe 27 présente deux parties transversales 44 et 45 situées symétriquement par rapport au milieu. Ces pièces transversales sont munies des brides 46 et 47 aux- quelles est fixée, de façon démontable, une enveloppe cylin- drique 50 dont les extrémités comportent les genouillères 48 et 49. L'enveloppe métallique 50 renferme le tube 51 à rayons X. La paroi du tube à rayons X est constituée par un cylindre métallique 52 mis à la terre et par des parties rentrantes de verre dont l'une est visible sur le dessin et est désignée par 53. Des corps isolants 54 sont cimen- tés sur les pièces en verre 53 de façon,à éviter des entre- fers.
Dans les genouillères sont ménagés des isolateurs de traversée 56, par lesquels passent les fils d'alimenta- tion du tube à rayons X. Ces isolateurs de traversée s'éten-
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dent jusque dans les appendices 44 et 45 et portent les contacts opposés pour les dispositifs de contact à fiches
40 et 43. Le tube à rayons X peut donc être échangé très facilement.A cet effet on n'a qu'à détacher la fixation des brides 46 et 47.
Le système cathodique du tube à rayons X est dé- signé par 56. Pour être complet.. la cathode à incandescence est indiquée en traits pointillés. Ses conducteurs d'alimen- tation de courant passent, à travers un dispositif bi-polaire de contact à fiches 62 dans l'isolateur 55, aux contacts du dispositif de contact à fiches 40 et sont ainsi reliés aux deux condensateurs 38 et 39. Le conducteur d'alimentation de l'anode 57 est relié de façon analogue au contact du dispositif de contact à fiches 43 et, par conséquent, à la cathode du tube 36 et aux condensateurs 41 et 42.
Puisqu'il est alimenté en courant de haute fréquence, le transformateur de oourant de chauffage désigné par 23 sur la fig. 1, présente un volume assez petit pour qu'il puisse être appliquée sous forme d'un anneau 58, autour de l'extrémité de la cathode incandescente du tube 33. Ce trans- formateur sert à l'alimentation de la cathode du tube 33.
L'une des extrémités de son enroulement primaire est reliée à l'enveloppe 27, l'autre extrémité étant munie du conducteur d'alimentation de courant 68 de la fig. 1, qui est relié de l'enveloppe vers l'extérieur de façon à être isolé con- tre de faibles tensions.
Les conducteurs de courant légèrement isolés du transformateur 58 et des condensateurs sont, comme il ressort de la fig. 1 à relier à l'une des bornés du générateur de hau- te fréquence., dont l'autre borne ainsi que l'enveloppe 27 sont mises à la terre.
Dans la paroi métallique 52 du tube à rayons X est
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ménagée, opposée à l'anode 57, une fenêtre 63 destinée au passage des rayons X. La partie médiane du tube est entou- rée par un revêtement 64 de plomb qui se trouve entre la paroi du tube et l'enveloppe 50 et sert à l'absorption de rayons X indésirables. Une ouverture 65 sert au passage du faisceau effectif de rayons X.
Au point de vue de la construction, l'enveloppe 27 est constituée par deux moitiés qui, au milieu, sont fixées l'une à l'autre et sont raccordées dans un plan perpendi- culaire à l'axe de l'enveloppe. Elle est suspendue, de façon rotative autour de son axe, à un dispositif de support 59 au moyen des anneaux 60 et 61 qui entourent l'enveloppe.
L'appareil qui, dans la construction précitée, convient très bien à être utilisé pour les installations de thérapie et peut avoir un poids inférieur à 100 kilogrammes, y compris le tube à rayons X, est assez facilement mobile et le dis- positif de support peut être fixé à un bras de support ré- glable dans le sens de la hauteur et, éventuellement, dans le sens horizontal. Dans un appareil fonctionnant avec des tensions supérieures à 200 Kilovolts, dont le tube à rayons X est alimenté directement par le transformateur, une telle construction demanderait une construction de support impra- ticablement lourde en raison du poids beaucoup plus élevé.
C'est pourquoi dans ces appareils on a renoncé jusqu'ici au réglage dans le sens de la hauteur de l'appareil lui- même, l'ajustage devant être effectué par élévation et par abaissement de la table de thérapie. L'invention permet de suspendre de façon mobile l'appareil complet comme on l'a fait jusqu'ici avecle tube à rayons X seul, tandis qu'on peut se dispenser de l'utilisation des câbles gênants de haute tension.