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PERFECTIONNEMENTS AUX TUBES A RAYONS-X.
L'invention se rapporte aux générateurs à rayons X destinés à four- nir des rayons de divers degrés d'intensité et de pénétration.
Bien qu'il soit parfaitement connu que le pouvoir pénétrant puisse varier avec la différence de potentiel appliquée aux extrémités d'un tube, on rencontre toutefois certaines, difficultés dans l'utilisation d'une telle méthode qui devient inutilisable quand il s'agit d'obtenir une gamme très large de variations. C'est ainsi que dans un tube à ra- yons-X comportant un certain nombre d'électrodes intermédiaires, @
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(ainsi qu'il est d'usage dans la construction des tubes à haute-ten- sion), la diminution de la tension appliquée à ces diverses électrodes engendre une diminution de l'intensité du courant traversant le tube.
Cette diminution de tension peut toutefois devenir indésirable si la gamme de variations des dites tensions conduit à une diminution trop importante. La diminution de courant est considérée comme due à l'ap- parition d'une charge d'espace de valeur excessive dans la première partie du tube au moment où la différence de potentiel appliquée à cette section se trouve réduite à une valeur inférieure à la valeur optima,
La présente invention concerne des moyens grâce auxquels l'accélé- ration totale des électrons entre cathode et anti-cathode d'un tube à sections multiples peut être modifiée sans réduire corrélativement l'intensité du courant électronique à un degré appréciable.
L'une de ses caractéristiques importantes consiste en un disposi- tif tel que pour la plus forte tension appliquée, les diverses électro- des comprenant l'anti-cathode, sont portées à des potentiels croissants par rapport à celui' de la cathode. Toutefois, pour obtenir des rayons ayant un degré de pénétration moindre, on connecte à volonté l'anti- cathode à des points de plus bas potentiel, sans modifier en rien les connexions des électrodes intermédiaires. Le procédé permettant d'ef- fectuer cette diminution de l'accélération totale des électrons sera expliqué plus loin en détail.
L'invention sera mieux comprise par la lecture de la description qui suit et par l'examen des dessins annexés où : la figure 1 est un schéma d'un générateur conforme à l'invention; la figure 2a représente l'interrupteur de commande de ce généra- teur de la fig. 1, dans une de ses positions de fonctionnement; la figure 2b, les connexions correspondent à la position de l'in- terrupteur de la fig. 2a; et les figures 3a, 3b, 4a et 4b, représentent des conditions ana- logues pour toutes les autres positions possibles dudit interrupteur-
En se référant plus particulièrement à la figure 1 on voit un
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tube à rayons X à sections multiples, qui comporte une cathode 9, cons- tituée par une combinaison de filaments émetteurs 10, et d'une pièce métallique 11, de focalisation.
Cette dernière est supposée connectée à une borne du filament. La cathode 9 est hermétiquement scellée dans une extrémité de la partie de verre 12, qui constitue une partie de l'enveloppe du tube à rayons X. Le courant de chauffage provenant du transformateur 13, est appliqué au filament par un conducteur d'amenée 14.
L'autre extrémité du tube comporte l'anti-cathode, consistant en un tube métallique allongé 17, se terminant par une paroi métallique inclinée 17'. Dans cette dernière se trouve noyée l'anti-cathode 18.
Le tube 17 comporte un collet 19, par lequel il est hermétiquement scellé à l'extrémité de l'enveloppe du tube, comme on le voit en 20. La paroi latérale du tube 17 peut comporter une fenêtre 21, en matière transparente aux rayons X, en boryllium par exemple.
Entre la cathode 9 et l'anti-cathode 18, on prévoit deux électro- des intermédiaires 22 et 23, ayant la forme de tubes métalliques ali- gnés sur un même axe; ces électrdes 22 et 23 sonrespectivement suppor- tées par des diaphragmes métalliques 24 et 25, connectés aux bagues d'ex- trémité 26 et 27. Ces bagues peuvent être en "Fernico" ou en tous autres métaux ou alliages susceptibles de se sceller au verre, et elles sont soudées par fusion dans la paroi de verre de l'enveloppe du tube dans des conditions telles que l'étanchéité soit parfaitement assurée. L'en- veloppe est vidée selon les méthodes bien connues des techniciens.
L'alimentation du tube est assurée par un transformateur compor- tant des primaires 30a, 30b, 30c, 30d, et 30e. Les primaires 30a et 30e peuvent être interconnectés, par des conducteurs non représentés, à une source de courant alternatif figurée dans le cas présent par l'autotransformateur 60 et ses conducteurs.
L'espacement des primaires 30a et 30e dans le sens longitudinal par rapport aux secondaires, amé- liore le couplage magnétique entre primaires et secondaires, et permet d'éviter la déformation de l'onde, déformation qui pourrait se produire s'il n'existait qu'un seul primaire au voisinage d'une extrémité du
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secondaire, comme on l'a indiqué sur les figures 2b, 3b et 4b.
On pré- voit un secondaire divisé en trois parties égales indiquées en 31, 32 et 33' Une extrémité de cet enroulement est connectée directement à la structure de cathode 9 par un conducteur 35, par exemple, et des bor- nes intermédiaires 36 et 37, prévues aux points respectifs des sections d'enroulement sont connectées aux électrodes intermédiaires 22 et 23.
Dans le but de commander l'accélération totale des électrons is- sus de la cathode 9 vers l'anti-cathode 18 (et en conséquence le degré de pénétration des rayons X émis) on prévoit, en liaison avec le se- condaire du transformateur, un certain dispositif de comutation que l'on va maintenant décrire. Il comporte une série de trois éléments in- dépendants d'interrupteurs 40, 41 et 12, tous connectés à un conduc- teur commun de mise à la masse 44, ce dernier comportant une connexion sur le tube d'anti-cathode 17, comme indiqué en 45. L'élément interrup- teur 40 est prévu de telle sorte qu'en position de fermeture il soit connecté à la borne 36.
De même, l'élément 41 est connecté à la borne 37,et l'élément 42 en position de fermeture, est connecté à l'extré- mité à basse-tension du secondaire 33.
Les éléments d'interrupteurs 40, 4l et 42, sont du type à solé- nolde, et maintenus à l'état inopérant en position de fermeture par des ressorts. Les bobines de commande 47, 48 et 49 sont connectées aux divers interrupteursélémentaires. Une ligne représentée en 51 et 52, alimente lesdits solénodes et cette alimentation est commandée par un interrupteur à contacts multiples;, déstné d'une manière générale par le numéro 53.
Cet interrupteur 53 est du type à quatre contacts 54, 55 56 et 54', répartis suivant l'ordre indiqué, la quatrième borne étant connec- tée à la première par la pièce 57. La partie mobile de cet interrupteur 53 comporte une lame de contact 58, destinée à conecter deux bornes, mais deux bornes adjacentes seulement. La première position de fonc- tionnement dudit interrupteur 53 est représentée fig. 2a . Dans cette position, on voit que l'énergie est fournie aux solénoldes 47 et 48, de telle sorte que les interrupteurs élémentaires 40 et 41 soient ti- -
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-rés vers la position de circuit ouvert, l'élément 42 restant en posi- tion de fermeture du circuit.
Dans ces conditions, les connexions sur le tube à rayons X sont celles indiquées schématiquement figure 2b.
Dans cette figure, de même que dans les figures 3b et 4b, les primaires sont indiqués d'une manière générale par l'enroulement 30 et, en effet, on peut n'utiliser qu'un seul primaire dans la plupart des cas. On voit qu'avec les connexions en question on peut disposer de la tension maxi- ma sur le tube à rayons X, la disposition étant telle que la valeur de cette tension croît progressivement dans le sens cathode, électrodes intermédiaires et anti-cathode 18. Le tube à rayons X est supposé auto- redresseur de telle sorte que le courant ne passe que quand l'anti-ca- thode ou l'extrémité du tube mis à la masse devient positive par rap- port à la cathode.Dans ces conditions, le degré de pénétration engendré par le tube est maximum.
En supposant que la totalité de la tension que peut fournir le transformateur soit de l'ordre de 250.000 Volts, la connexion représentée fige 2b permet d'utiliser le tube pour la radio- thérapie ou pour l'examen de pièces métalliques relativement épaisses, telles que les pièces de fonderie.
Quand on désire des rayons de moindre intensité et moins pénétrants, dans le cas, par exemple, de la radiographie ou la radioscopie, on peut établir l'autre connexion en donnant à l'interrupteur la position repré- sentée sur la fig. 3a. Dans cette position, le contact mobile 53 porte sur les plots 55 et 56, alimentant ainsi les bobines 47 et 49 sous l'ac- tion desquelles les interrupteurs élémentaires 40 et 42 sont amenés en position de circuit ouvert, l'interrupteur élémentaire 41 restant fermé.
Ceci résulte de l'état du circuit représenté fig. 3b, dans lequel le secondaire 33 est déconnecté du tube. On notera, de plus, que l'anti- cathode 17 est alors connectée à l'électrode intermédiaire 23, de telle sorte que son potentiel correspond à celui de l'électrode spécifiée.
Dans ces conditions, l'accélération totale des électrons émanant de la cathode n'est que/les 2/3 de celle qu'on -obtient avec la connexion de la fig. 2b (en admettant l'identité des divers enroulements 31,32 et 33).- En même temps, le potentiel sur les première et seconde sections du tube n'a pas été modifié, de telle sorte que la charge d'espace au voisina-
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-ge de la cathode reste la même que dans le cas précédent. En consé- @ quence, le courant dans le tube peut être maintenu à la valeur optima, bien qu'on ait réduit la tension de fonctionnement du tube.
Si on désire abaisser davantage la tension, dans le cas de la cristallographie par exemple, on utilise la troisième position de l'interrupteur 53, représentée fig. 4a; elle correspond à l'ouverture des interrupteurs 41 et 42, l'interrupteur 40 restant fermé, le cir- cuit résultant étant celui représenté fige 4b, à l'examen de laquelle on voit que la tension appliquée sur les électrodes intermédiaires 22 et 23 est précisément la même que dans le cas de la figure 2b et 3b, puisque la connexion effective de ces électrodes au transformateur n'est pas modifiée.
Toutefois, l'anti-cathode 17 est au même potentiel que l'électrode 22, le rôle joué par ce mode de connexion est le sui- vant:
Les électrons émis de la cathode 9 sont accélérés dans la première section du tube d'une quantité correspondant à la tension appliquée à cette section (83.500 Volts) et sont ensuite accélérés d'une quantité égale, soit au total 167.000 volts,, par la tension appliquée sur la seconde section du tube. Toutefois, du fait de la connexion de l'anti- cathode 17 à l'électrode 22, la tension dans cette dernière section du tube est d'un sens tel qu'elle décélère les électrons, ce qui est évi- dent du fait que l'anti-cathode est à un potentiel moindre que l'élec- trode 23 par rapport à la cathode.
En conséquence, les électrons cor- respondant à une tension de 167.000 Volts du fait du rôle joué par la seconde section du tube, se trouvent réduits à 83.500 Volts, consécu- tivement à l'action retardatrice qu'ils subissent dans la dernière sec- tion du tube. En conséquence, leur vitesse au point d'impact sur la ca- thode 18 est relativement faible, et il s'y engendre des rayons mous.
Comme dans le cas de la figure 3b, on obtient des résultats cor- respondant aux connexions de la figure 4b, sans modifier la distribution du potentiel dans les deux premières sections du tube. En conséquence, même dans ce cas, le courant issu de la cathode 9 n'est pas modifié défavorablement.
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On voit que le dispositif que l'on vient de décrire, accroît con- sidérablement les possibilités d'utilisation d'un seul tube, ce quiper- met beaucoup de souplesse dans l'utilisation dudit tube pour diverses applications. De plus, l'invention permet d'alléger considérablement l'équipement qui est susceptible de répondre aux demandes les plus di- verses.
Un autre accroissement de cette souplesse peut encore être obtenu en prévoyant le réglage de la tension sur le transformateur d'alimen- tation. C'est ainsi qu'aux primaires du transformateur 30 on peut ad- joindre un dispositif de commande sous forme d'un autotransformateur 60, grâce auquel on peut appliquer aux dits primaires 30, une tension suscep tible d'être modifiée dans de très larges limites. Bien que la gamme de variations que l'on puisse obtenir par ce procédé soit limitée par des considérations auxquelles on a fait allusion antérieurement, la com- binaison de ce mode de commande avec l'interrupteur décrit permet un degré de souplesse susceptible de répondre à la plupart des desiderata.
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X-RAY TUBES IMPROVEMENTS.
The invention relates to x-ray generators for providing rays of varying degrees of intensity and penetration.
Although it is well known that the penetrating power can vary with the difference in potential applied to the ends of a tube, there are however certain difficulties in the use of such a method which becomes unusable when it comes to 'get a very wide range of variations. Thus, in an X-ray tube comprising a certain number of intermediate electrodes, @
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(as is customary in the construction of high-voltage tubes), the decrease in the voltage applied to these various electrodes causes a decrease in the intensity of the current passing through the tube.
This decrease in voltage may however become undesirable if the range of variations of said voltages leads to too great a reduction. The decrease in current is considered to be due to the appearance of an excessively valuable space charge in the first part of the tube when the potential difference applied to this section is reduced to a value less than the optimum value,
The present invention relates to means by which the total acceleration of electrons between cathode and anti-cathode of a multi-section tube can be changed without correspondingly reducing the electron current to an appreciable degree.
One of its important features is such an arrangement that for the highest applied voltage the various electrodes including the anti-cathode are brought to increasing potentials relative to that of the cathode. However, to obtain rays having a lesser degree of penetration, the antipathode is connected at will to points of lower potential, without in any way modifying the connections of the intermediate electrodes. The method of effecting this reduction in the total acceleration of the electrons will be explained in detail later.
The invention will be better understood by reading the following description and by examining the appended drawings in which: FIG. 1 is a diagram of a generator according to the invention; FIG. 2a represents the control switch of this generator of FIG. 1, in one of its operating positions; FIG. 2b, the connections correspond to the position of the switch in FIG. 2a; and FIGS. 3a, 3b, 4a and 4b, represent similar conditions for all the other possible positions of said switch.
Referring more particularly to Figure 1 we see a
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X-ray tube with multiple sections, which comprises a cathode 9, constituted by a combination of emitting filaments 10, and of a metallic part 11, of focusing.
The latter is supposed to be connected to a terminal of the filament. Cathode 9 is hermetically sealed in one end of glass portion 12, which forms part of the shell of the x-ray tube. Heating current from transformer 13 is applied to the filament through a lead conductor 14 .
The other end of the tube has the anti-cathode, consisting of an elongated metal tube 17, terminating in an inclined metal wall 17 '. In the latter is embedded the anti-cathode 18.
The tube 17 comprises a collar 19, by which it is hermetically sealed at the end of the casing of the tube, as seen at 20. The side wall of the tube 17 may include a window 21, made of material transparent to X-rays. , in boryllium for example.
Between cathode 9 and anti-cathode 18, two intermediate electrodes 22 and 23 are provided, having the form of metal tubes aligned on the same axis; these electrodes 22 and 23 are respectively supported by metal diaphragms 24 and 25, connected to the end rings 26 and 27. These rings can be in "Fernico" or in any other metals or alloys capable of sealing to the glass. , and they are welded by fusion in the glass wall of the casing of the tube under conditions such that the seal is perfectly assured. The envelope is emptied according to methods well known to technicians.
The tube is powered by a transformer comprising primaries 30a, 30b, 30c, 30d, and 30e. The primaries 30a and 30e can be interconnected, by conductors not shown, to an alternating current source represented in the present case by the autotransformer 60 and its conductors.
The spacing of the primaries 30a and 30e in the longitudinal direction with respect to the secondaries improves the magnetic coupling between the primaries and the secondaries, and makes it possible to avoid the deformation of the wave, which could occur if it were not. there was only one primary in the vicinity of one end of the
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secondary, as indicated in Figures 2b, 3b and 4b.
There is provided a secondary divided into three equal parts indicated at 31, 32 and 33 'One end of this winding is connected directly to the cathode structure 9 by a conductor 35, for example, and intermediate terminals 36 and 37. , provided at the respective points of the winding sections are connected to the intermediate electrodes 22 and 23.
In order to control the total acceleration of the electrons coming from the cathode 9 towards the anti-cathode 18 (and consequently the degree of penetration of the X-rays emitted), provision is made, in conjunction with the secondary of the transformer , a certain switching device which will now be described. It comprises a series of three independent switch elements 40, 41 and 12, all connected to a common grounding conductor 44, the latter having a connection on the anti-cathode tube 17, as indicated at 45. The switch element 40 is provided such that in the closed position it is connected to terminal 36.
Likewise, element 41 is connected to terminal 37, and element 42 in the closed position is connected to the low voltage end of secondary 33.
The switch elements 40, 41 and 42 are of the solenoid type, and held in the inoperative state in the closed position by springs. The control coils 47, 48 and 49 are connected to the various elementary switches. A line shown at 51 and 52, supplies said solenodes and this supply is controlled by a multiple contact switch ;, generally designated by number 53.
This switch 53 is of the type with four contacts 54, 55 56 and 54 ', distributed in the order indicated, the fourth terminal being connected to the first by part 57. The movable part of this switch 53 comprises a blade of contact 58, intended to connect two terminals, but two adjacent terminals only. The first operating position of said switch 53 is shown in fig. 2a. In this position, it can be seen that the energy is supplied to the solenoids 47 and 48, so that the elementary switches 40 and 41 are ti- -
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returned to the open circuit position, element 42 remaining in the closed circuit position.
Under these conditions, the connections on the X-ray tube are those shown schematically in figure 2b.
In this figure, as in Figures 3b and 4b, the primaries are generally indicated by winding 30 and indeed only one primary can be used in most cases. It can be seen that with the connections in question it is possible to have the maximum voltage on the X-ray tube, the arrangement being such that the value of this voltage increases progressively in the direction of the cathode, intermediate electrodes and anti-cathode 18. The x-ray tube is assumed to be self-rectifying such that current only flows when the anti-cathode or the grounded end of the tube becomes positive with respect to the cathode. , the degree of penetration generated by the tube is maximum.
Assuming that the total voltage that the transformer can supply is of the order of 250,000 volts, the connection shown at 2b allows the tube to be used for radiotherapy or for examining relatively thick metal parts, such as than foundry parts.
When less intense and less penetrating rays are desired, in the case, for example, of radiography or fluoroscopy, the other connection can be established by giving the switch the position shown in fig. 3a. In this position, the movable contact 53 bears on the pads 55 and 56, thus supplying the coils 47 and 49 under the action of which the elementary switches 40 and 42 are brought into the open circuit position, the elementary switch 41 remaining. closed.
This results from the state of the circuit shown in fig. 3b, in which the secondary 33 is disconnected from the tube. Note, moreover, that the anti-cathode 17 is then connected to the intermediate electrode 23, so that its potential corresponds to that of the specified electrode.
Under these conditions, the total acceleration of the electrons emanating from the cathode is only 2/3 of that which is obtained with the connection of FIG. 2b (assuming the identity of the various windings 31, 32 and 33) .- At the same time, the potential on the first and second sections of the tube has not been changed, so that the space charge in the vicinity -
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-ge of the cathode remains the same as in the previous case. Accordingly, the current in the tube can be maintained at the optimum value, although the operating voltage of the tube has been reduced.
If it is desired to lower the voltage further, in the case of crystallography for example, the third position of the switch 53, shown in FIG. 4a; it corresponds to the opening of the switches 41 and 42, the switch 40 remaining closed, the resulting circuit being that shown freezes 4b, on examination of which it can be seen that the voltage applied to the intermediate electrodes 22 and 23 is precisely the same as in the case of FIGS. 2b and 3b, since the effective connection of these electrodes to the transformer is not modified.
However, the anti-cathode 17 is at the same potential as the electrode 22, the role played by this connection mode is as follows:
The electrons emitted from the cathode 9 are accelerated in the first section of the tube by an amount corresponding to the voltage applied to this section (83,500 volts) and are then accelerated by an equal amount, i.e. a total of 167,000 volts ,, by the voltage applied to the second section of the tube. However, due to the connection of the anti-cathode 17 to the electrode 22, the voltage in this last section of the tube is in a direction such as to decelerate the electrons, which is evident from the fact that the anti-cathode is at a lower potential than electrode 23 relative to the cathode.
Consequently, the electrons corresponding to a voltage of 167,000 volts due to the role played by the second section of the tube are reduced to 83,500 volts, following the retarding action which they undergo in the last sec- tion. tion of the tube. As a result, their velocity at the point of impact on the cathode 18 is relatively low, and soft rays are generated there.
As in the case of figure 3b, results are obtained corresponding to the connections of figure 4b, without modifying the potential distribution in the first two sections of the tube. Consequently, even in this case, the current from the cathode 9 is not changed unfavorably.
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It can be seen that the device which has just been described considerably increases the possibilities of using a single tube, which provides a great deal of flexibility in the use of said tube for various applications. In addition, the invention makes it possible to considerably lighten the equipment which is capable of responding to the most diverse demands.
A further increase in this flexibility can still be obtained by providing for the voltage adjustment on the supply transformer. Thus, to the primaries of transformer 30 we can add a control device in the form of an autotransformer 60, thanks to which it is possible to apply to said primary 30, a voltage capable of being modified in very wide limits. Although the range of variations which can be obtained by this method is limited by considerations alluded to previously, the combination of this control mode with the switch described allows a degree of flexibility capable of meeting your requirements. most desiderata.