EP2337058A1 - Compact X-ray source - Google Patents

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Publication number
EP2337058A1
EP2337058A1 EP10196315A EP10196315A EP2337058A1 EP 2337058 A1 EP2337058 A1 EP 2337058A1 EP 10196315 A EP10196315 A EP 10196315A EP 10196315 A EP10196315 A EP 10196315A EP 2337058 A1 EP2337058 A1 EP 2337058A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
son
wire
wires
electrons
electron
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10196315A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jean-Pierre Brasile
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thales SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thales SA filed Critical Thales SA
Publication of EP2337058A1 publication Critical patent/EP2337058A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/24—Tubes wherein the point of impact of the cathode ray on the anode or anticathode is movable relative to the surface thereof
    • H01J35/28—Tubes wherein the point of impact of the cathode ray on the anode or anticathode is movable relative to the surface thereof by vibration, oscillation, reciprocation, or swash-plate motion of the anode or anticathode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/08—Anodes; Anti cathodes
    • H01J35/112—Non-rotating anodes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G2/00—Apparatus or processes specially adapted for producing X-rays, not involving X-ray tubes, e.g. involving generation of a plasma
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K2201/00—Arrangements for handling radiation or particles
    • G21K2201/06—Arrangements for handling radiation or particles using diffractive, refractive or reflecting elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2235/00—X-ray tubes
    • H01J2235/08—Targets (anodes) and X-ray converters
    • H01J2235/081—Target material
    • H01J2235/082—Fluids, e.g. liquids, gases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2235/00—X-ray tubes
    • H01J2235/08—Targets (anodes) and X-ray converters
    • H01J2235/088—Laminated targets, e.g. plurality of emitting layers of unique or differing materials

Definitions

  • the object of the present invention is to provide a device and method for providing a compact or small X-ray source which includes a set of wires or means for interaction between electrons and the material constituting the wire or the means. interaction, said interaction producing X-radiation.
  • useful diffusion cone will be used to denote a cone whose opening angle is determined according to the type of application and which defines an area in which the electrons recovered after interaction on the wires are useful for forming the X-ray beam.
  • An improvement can also be made by focusing the beam on smaller areas, which reduces the total flow of X-rays produced, but improves the brightness because the source becomes more punctual while improving the thermal balance.
  • the radiation remains nevertheless directional because of the low energy of the electrons.
  • Microcapillary techniques can catch up to X-rays in a solid cone of the order of 10 mradians maximum and increase, to a certain extent, the brilliance of such sources.
  • Another prior art device is based on the same principle, but the wire is replaced by a packet of optical photons and the X-ray is then produced by the inverse Compton effect. There is no more thermal stress since the interaction is done in a vacuum, but it is necessary to recycle electrons and photons to obtain a good level of production of X because of the low efficiency of the interaction.
  • the idea implemented in the device according to the invention consists in particular in causing an electron beam of good normalized emittance ⁇ to emerge and of high energy characterized by the relativistic factor ⁇ and a set of wire elements which will allow an interaction with the electrons and that increase the probability that an electron encounters a wire. It can then be focused on a zone of ( ⁇ / ⁇ ) 0.5 where ⁇ represents the contribution of the magnetic focusing elements under an angle ( ⁇ / ⁇ ) 0.5 .
  • the idea implemented in the present patent application is to reuse the electrons remaining in the useful diffusion cone after having interacted with the first wire disposed at the top of the diffusion cone, because the probability that they interact with other son present in the useful cone of diffusion is not null.
  • the invention relates to a compact device for generating X-ray scattering comprising means for producing (I, II) an electron beam, characterized in that it comprises a network of wires arranged in a useful diffusion cone, so that the electrons of the beam meet at least one of the son of the wired network and produce after X-ray interaction interaction.
  • the network of son is, for example, consists of a set of son arranged along an axis A1 and which are regularly distributed and spaced at the same distance d on said axis.
  • the useful diffusion cone comprises several rows of wires arranged along a plurality of axes A1 ... An.
  • the section of the wires can be variable.
  • the wires are spaced apart by distances d1, d2, d3 whose values are decreasing.
  • the wires are, for example, mounted on supports allowing their movement so that an electron of the electron beam interact with a section of the wire different from that with which the previous electron in the time of the beam has interacted.
  • the yarns may have scrolls in opposite directions for two collinear and contiguous yarns.
  • the wire is made of a material selected from the following list: tungsten, copper, carbon, metal jet, microbeads or is partially formed by a plasma of materials to form a monochromatic filter
  • the device may comprise a retrofitting optics disposed at the outlet of the section III of interaction of the electrons with the wire to increase the directivity of the beam.
  • the figure 1 schematizes an example of a device according to the invention composed of three parts.
  • a first part I consists of an electron gun that produces the electron beam that will be focused in a focusing device, part II, the focused beam is then transmitted to the third part III which is composed of a set son arranged in an arrangement that is a function of the intended application, and in a cone half-angle 1 / ⁇ .
  • the focusing device used must check quality criteria to initially have a scattered electron beam.
  • the X-rays produced by the interaction between the electrons and the wires can then be picked up in a solid angle that can be caught by capillary-type optics.
  • the figure 2 details an example of an arrangement of several wires spaced from each other by an equal distance d, the figure showing the section of the wires 10i, having a diameter D, a radius r.
  • the value of the report Perimeter / surface of the wire section will be chosen for good heat dissipation.
  • the distance d is also chosen to allow radiation heat dissipation
  • the electron gun and the focusing device have generated a beam of quality, that is to say that the electrons are not too dispersed and they are arranged rather around a directional axis.
  • An electron beam has a probability of meeting at least one of the wires arranged in the larger scattering cone than if there is only one target.
  • An electron will thus interact with one or more of the son of the diffraction grating in the cone and the device according to the invention will allow the reuse of electrons that would have had little or no interaction with the first wire and thus remain in the cone. of diffusion.
  • the value of the distance between two wires is also chosen according to the thermal heating resulting from the interaction of an electron with a wire. It can be chosen for example equal to the radius of the wire. It may also vary depending on the position of the wire in the diffusion cone in the case where the heat to be dissipated will be lower on the last wires as indicated on the figure 3 .
  • On the figure 3 are represented several son 11, 12, 13, 14 whose distance decreases on this embodiment with d1>d2> d3.
  • the diameters of the wires 11, 12, 13, 14 may not be equal.
  • the variation of the distances between wires, as well as the arrangement of their axes also make it possible to reconstitute a virtual material whose average density is adjustable inside the diffusion cone. For example, we can imagine a higher density in the axis of the diffusion cone than at its periphery to optimize the X-ray profile.
  • the wire used can be chosen from the list of the following materials: tungsten, carbon of a few micrometers in diameter. etc.
  • the wires will be chosen from materials having good mechanical property (resistance in tension, ductility), thermal (melting point, conductivity) as well as those relating to the braking radiation (atomic number, density, emission line K ⁇ ). Thus depending on the type of application sought copper son, carbon or tungsten will be preferred for example. A combination of multiple materials both for the composition of a yarn and for the combination of yarns of different materials can also be envisaged.
  • son can be expanded by the use of jet of liquid metal for example.
  • the partial sublimation of the metal by a sufficiently intense electron beam can also be sought in order to produce a plasma in the diffusion cone likely to favor the radiation of the K ⁇ line at the expense of the other parts of the spectrum, filtered by the plasma. It is then necessary to avoid the breakage of the wires, which can be obtained by adjusting the running speed of the wires for example to avoid excessive heating.
  • the wire 15 is mounted on a support allowing its displacement relative to the beam.
  • This displacement schematized as being circular on the figure 4 may, without departing from the scope of the invention be linear or follow any other movement compatible with the desired effect, namely, that the electrons of the beam do not interact with the same part of the wire or in one place.
  • figure 5 it is also possible to have several rows of wire in the diffusion cone, along different axes Ai which are parallel to each other.
  • the diameters of the wires may possibly have different section values depending on their positioning in the diffusion cone.
  • the son 20, 21 may be arranged perpendicularly in pairs as indicated on the figure 6 .
  • the figure 7 schematizes a representation of the heating of the wires over time.
  • the round referenced 31 corresponds to a heating at time t (high concentration making it difficult to cool by radiation)
  • the round referenced 32 to a warm-up at time t + 1: Strong dispersion of hot spots for better cooling .
  • the son 30i have a high density in the interaction zone with the electrons but weaker outside: the losses by thermal radiation thus allow the wires to be cooled better than if all the wires were collinear.
  • the invention can be used in some cases to obtain a large average flux linked to the gun with several thousand micro pulses in a macro pulse itself which can be repeated at several tens of Hz.
  • the device according to the invention has the particular advantage of providing an X-ray source having both a lot of power and a highly directive source with a high brightness.
  • the device makes it possible in particular to obtain a very low focus size related to the emittance and the energy of the electron beam, a directivity by simple diffraction or "single scattering" corresponding to a half-cone in 1 / ⁇ where y is the relativistic factor.

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Abstract

The device has production units for producing electron beam, and a wired network placed in a useful scattering cone, so that the electrons of the electron beam meets one of wires of the wired network and produces X-ray after interaction with matter. The wired network comprises a set of wires (10i) arranged along an axis and evenly distributed and spaced at a same distance (d) on the axis. The useful scattering cone includes multiple rows of wires arranged in multiple axes, where section of the wires is variable.

Description

L'objet de la présente invention concerne un dispositif et un procédé permettant de fournir une source compacte ou de faible dimension de rayons X qui comporte un ensemble de fils ou de moyens d'interaction entre des électrons et la matière constituant le fil ou les moyens d'interaction, ladite interaction produisant un rayonnement X.The object of the present invention is to provide a device and method for providing a compact or small X-ray source which includes a set of wires or means for interaction between electrons and the material constituting the wire or the means. interaction, said interaction producing X-radiation.

Dans la suite de la description, on désignera par l'expression « cône de diffusion utile » un cône dont l'angle d'ouverture est déterminé selon le type d'application et qui définit une zone dans laquelle les électrons récupérés après interaction sur les fils sont utiles pour constituer le faisceau de rayons X.In the remainder of the description, the term "useful diffusion cone" will be used to denote a cone whose opening angle is determined according to the type of application and which defines an area in which the electrons recovered after interaction on the wires are useful for forming the X-ray beam.

Une caractéristique importante des sources de rayonnement X est la brillance, ce qui justifie par exemple le développement de machines complexes comme les synchrotrons. La façon la plus simple de produire un rayonnement X est obtenue par rayonnement de freinage à partir d'un faisceau d'électron continu de faible énergie. Malheureusement, un tel faisceau non relativiste interagit fortement avec l'anode du dispositif ce qui entraîne une production de rayons X sous un grand angle solide. Les problèmes thermiques associés à cette interaction sont résolus par l'emploi d'anode tournante connue de l'art antérieur.An important characteristic of X-ray sources is brilliance, which justifies, for example, the development of complex machines such as synchrotrons. The simplest way to produce X-ray radiation is by braking radiation from a low-energy continuous electron beam. Unfortunately, such a non-relativistic beam interacts strongly with the anode of the device which results in X-ray production at a large solid angle. The thermal problems associated with this interaction are solved by the use of rotating anode known from the prior art.

Une amélioration peut également être apportée en focalisant le faisceau sur des zones plus petites, ce qui réduit le flux total de rayons X produits, mais améliore la brillance car la source devient plus ponctuelle tout en améliorant le bilan thermique. Le rayonnement reste néanmoins peu directif en raison de la faible énergie des électrons.An improvement can also be made by focusing the beam on smaller areas, which reduces the total flow of X-rays produced, but improves the brightness because the source becomes more punctual while improving the thermal balance. The radiation remains nevertheless directional because of the low energy of the electrons.

Des techniques microcapillaires peuvent rattraper les rayons X dans un cône solide de l'ordre de 10 mradians maximum et augmenter, dans une certaine mesure, la brillance de telles sources.Microcapillary techniques can catch up to X-rays in a solid cone of the order of 10 mradians maximum and increase, to a certain extent, the brilliance of such sources.

Des sources plus sophistiquées existent et sont connues de l'art antérieur.More sophisticated sources exist and are known from the prior art.

Ainsi, il est connu d'accélérer les électrons à plusieurs MeV avant de les mettre en rotation dans un espace où ils interagissent avec un fil. Les avantages de cette solution sont triples car elle offre :

  • une source de faible dimension spatiale, représentative de la taille du fil dans une de ses dimensions et un bon bilan thermique,
  • une bonne directivité due à la forte énergie des électrons qui focalise les électrons dans un angle solide en 1/ γ où γ est le facteur relativiste,
  • un bon rendement en flux total puisque les électrons n'ayant pas ou ayant peu participé à l'interaction sont récupérés lors des tours suivants.
Thus, it is known to accelerate the electrons to several MeV before rotating them in a space where they interact with a wire. The advantages of this solution are threefold because it offers:
  • a source of small spatial dimension, representative of the size of the wire in one of its dimensions and a good thermal balance,
  • a good directivity due to the high energy of the electrons which focuses the electrons in a solid angle in 1 / γ where γ is the relativistic factor,
  • a good total flow efficiency since the electrons that have not or have not participated in the interaction are recovered during the next rounds.

Un autre dispositif de l'art antérieur est basé sur le même principe, mais le fil est remplacé par un paquet de photons optiques et le rayonnement X est alors produit par l'effet Compton inverse. Il n'y a plus de contrainte thermique puisque l'interaction se fait dans le vide, mais il faut recycler électrons et photons pour obtenir un bon niveau de production d'X en raison du faible rendement de l'interaction.Another prior art device is based on the same principle, but the wire is replaced by a packet of optical photons and the X-ray is then produced by the inverse Compton effect. There is no more thermal stress since the interaction is done in a vacuum, but it is necessary to recycle electrons and photons to obtain a good level of production of X because of the low efficiency of the interaction.

L'idée mise en oeuvre dans le dispositif selon l'invention consiste notamment à faire interagir un faisceau d'électrons de bonne émittance normalisée ε et de forte énergie caractérisée par le facteur relativiste γ et un ensemble d'éléments filaires qui vont permettre une interaction avec les électrons et qui augmentent la probabilité qu'un électron rencontre un fil. Il peut alors être focalisé sur une zone de (βε/γ)0.5 où β représente la contribution des éléments de focalisation magnétique sous un angle (ε/βγ)0.5. L'idée mise en oeuvre dans la présente demande de brevet est de réutiliser les électrons qui reste dans le cône de diffusion utile après avoir ou non interagi avec le premier fil disposé au sommet du cône de diffusion, car la probabilité qu'ils interagissent avec d'autres fils présents dans le cône utile de diffusion n'est pas nulle.The idea implemented in the device according to the invention consists in particular in causing an electron beam of good normalized emittance ε to emerge and of high energy characterized by the relativistic factor γ and a set of wire elements which will allow an interaction with the electrons and that increase the probability that an electron encounters a wire. It can then be focused on a zone of (βε / γ) 0.5 where β represents the contribution of the magnetic focusing elements under an angle (ε / βγ) 0.5 . The idea implemented in the present patent application is to reuse the electrons remaining in the useful diffusion cone after having interacted with the first wire disposed at the top of the diffusion cone, because the probability that they interact with other son present in the useful cone of diffusion is not null.

L'invention concerne un dispositif compact de génération de rayons X par diffusion comportant un moyen de production (I, II) d'un faisceau d'électrons caractérisé en ce qu'il comporte un réseau de fils disposé dans un cône de diffusion utile, afin que les électrons du faisceau rencontre au moins un des fils du réseau filaire et produisent après interaction avec la matière un rayonnement X.The invention relates to a compact device for generating X-ray scattering comprising means for producing (I, II) an electron beam, characterized in that it comprises a network of wires arranged in a useful diffusion cone, so that the electrons of the beam meet at least one of the son of the wired network and produce after X-ray interaction interaction.

Le réseau de fils est, par exemple, constitué d'un ensemble de fils disposés selon un axe A1 et qui sont répartis régulièrement et espacés d'une même distance d sur ledit axe.The network of son is, for example, consists of a set of son arranged along an axis A1 and which are regularly distributed and spaced at the same distance d on said axis.

Le cône de diffusion utile comprend plusieurs rangées de fil disposées selon plusieurs axes A1 ...An.The useful diffusion cone comprises several rows of wires arranged along a plurality of axes A1 ... An.

La section des fils peut être variable.The section of the wires can be variable.

Selon une variante de réalisation, les fils sont espacés par des distances d1, d2, d3 dont les valeurs sont décroissantes.According to an alternative embodiment, the wires are spaced apart by distances d1, d2, d3 whose values are decreasing.

Les fils sont, par exemple, montés sur des supports permettant leur défilement afin qu'un électron du faisceau d'électrons interagisse avec une section du fil différente de celle avec laquelle l'électron précédent dans le temps du faisceau a interagi.The wires are, for example, mounted on supports allowing their movement so that an electron of the electron beam interact with a section of the wire different from that with which the previous electron in the time of the beam has interacted.

Les fils peuvent avoir des défilements suivant des sens opposés pour deux fils colinéaires et contigus.The yarns may have scrolls in opposite directions for two collinear and contiguous yarns.

Le fil est en un matériau choisi parmi la liste suivante : tungstène, cuivre, carbone, jet de métal, microbilles ou est partiellement formé par un plasma du matériaux pour former un filtre monochromatiqueThe wire is made of a material selected from the following list: tungsten, copper, carbon, metal jet, microbeads or is partially formed by a plasma of materials to form a monochromatic filter

Le dispositif peut comporter une optique de rattrapage disposée en sortie de la section III d'interaction des électrons avec le fil pour augmenter la directivité du faisceau.The device may comprise a retrofitting optics disposed at the outlet of the section III of interaction of the electrons with the wire to increase the directivity of the beam.

D'autres caractéristiques et avantages du dispositif selon l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre illustratif et nullement limitatif annexé des figures qui représentent :

  • La figure 1, un exemple d'architecture de dispositif compact selon l'invention,
  • La figure 2, le phénomène de diffraction des rayons X utilisés pour la mise en oeuvre de l'invention,
  • Les figures 3 à 6 différents exemples de disposition des fils utilisés comme diffracteurs dans le cône de diffusion utile, et
  • La figure 7, une illustration de l'échauffement possible dans les fils au cours du temps,
  • La figure 8, le chronogramme correspondant à l'application numérique
Other features and advantages of the device according to the invention will appear better on reading the description which follows of an example of embodiment given by way of illustration and in no way limiting attached to the figures which represent:
  • The figure 1 , an example of compact device architecture according to the invention,
  • The figure 2 , the phenomenon of X-ray diffraction used for the implementation of the invention,
  • The Figures 3 to 6 different examples of arrangement of the yarns used as diffractors in the useful diffusion cone, and
  • The figure 7 , an illustration of the possible heating in the wires over time,
  • The figure 8 , the chronogram corresponding to the digital application

La figure 1 schématise un exemple de dispositif selon l'invention composé de trois parties.The figure 1 schematizes an example of a device according to the invention composed of three parts.

Une première partie I est constituée d'un canon à électrons qui produit le faisceau d'électrons qui va être focalisé dans un dispositif de focalisation, partie II, le faisceau focalisé étant ensuite transmis vers la troisième partie III qui est composée d'un ensemble de fils disposés selon un agencement qui est fonction de l'application envisagée, et dans un cône de demi-angle 1 /γ. Le dispositif de focalisation utilisé doit vérifier des critères de qualité pour avoir initialement un faisceau d'électron peu éclaté.A first part I consists of an electron gun that produces the electron beam that will be focused in a focusing device, part II, the focused beam is then transmitted to the third part III which is composed of a set son arranged in an arrangement that is a function of the intended application, and in a cone half-angle 1 / γ. The focusing device used must check quality criteria to initially have a scattered electron beam.

Sur cette figure est schématisé un cône où l'énergie des électrons peut encore être utile, au-delà duquel on tombe dans une zone où les électrons qui pourraient être récupérés ne présentent pas suffisamment d'intérêt.In this figure is schematized a cone where the energy of the electrons can still be useful, beyond which we fall into an area where the electrons that could be recovered are not sufficiently interesting.

A partir d'un faisceau d'électron de bonne émittance ε et de forte énergie (γ), focalisé sur une zone de (βε/γ)0.5 où β représente la contribution des éléments de focalisation magnétique, sous un angle (ε/βγ)0.5 pourβ=0.1, γ=10 (énergie de 5 MeV), ε=10-6 m*rad, on obtient 100µm et 1 mrad.From an electron beam of good emittance ε and high energy (γ), focused on a zone of (βε / γ) 0.5 where β represents the contribution of the magnetic focusing elements, under an angle (ε / βγ ) 0.5 for β = 0.1, γ = 10 (energy of 5 MeV), ε = 10 -6 m * rad, we obtain 100 μm and 1 mrad.

Les paramètres du faisceau d'électrons doivent être optimisés en prenant en compte :

  • La contrainte de focalisation sur une faible surface (représenté typiquement par la taille du fil situé au sommet du cône de diffusion utile)
  • La contrainte de maintenir le faisceau d'électrons suivant sensiblement l'axe du cône de diffusion utile
The parameters of the electron beam must be optimized by taking into account:
  • The focusing stress on a small surface (typically represented by the size of the wire located at the top of the useful diffusion cone)
  • The constraint of keeping the electron beam substantially along the axis of the useful diffusion cone

Le compromis doit prendre en compte :

  • les capacités de focalisation du faisceau représenté par le paramètre β représente la contribution des éléments de focalisation magnétique
  • la qualité intrinsèque du faisceau d'électrons représentée par l'émittance normalisé ε
  • L'énergie des électrons représenté par le facteur relativiste γ
The compromise must take into account:
  • the focusing capabilities of the beam represented by the parameter β represents the contribution of the magnetic focusing elements
  • the intrinsic quality of the electron beam represented by the standardized emittance ε
  • The energy of the electrons represented by the relativistic factor γ

En pratique la focalisation sur une zone Z de taille (βε/γ)0.5 correspond à un faisceau d'électrons dispersé suivant un angle de (ε/βγ)0.5 . Ces formules montre l'intérêt de disposé d'un faisceau de forte énergie et de bonne émittance normalisée puisque la focalisation et la directivité du faisceau s'améliore lorsque γ augmente et diminue. Ainsi pour pour β=0.1 m, γ=10 (énergie de 5 MeV), ε=10-6 m*rad, on obtient respectivement 100µm et 1mrad. Cet angle d'arrivé des électrons sur le cône de diffusion utile est bien inférieur à l'angle de diffusion caractéristique du rayonnement de freinage (qui est typiquement 1 /γ ,soit 100 mrad).In practice, focusing on a zone Z of size (βε / γ) 0.5 corresponds to an electron beam dispersed at an angle of (ε / βγ) 0.5 . These formulas show the interest of having a beam of high energy and good normalized emittance since the focusing and the directivity of the beam improves when γ increases and decreases. Thus for β = 0.1 m, γ = 10 (energy of 5 MeV), ε = 10 -6 m * rad, we obtain respectively 100μm and 1mrad. This angle of arrival of the electrons on the useful scattering cone is well below the diffusion angle characteristic of the braking radiation (which is typically 1 / γ, ie 100 mrad).

Ces valeurs sont données à titre d'exemple est doivent être adaptés en fonction des caractéristique souhaités pour le rayonnement X.These values are given by way of example and must be adapted according to the desired characteristics for X-radiation.

Selon un mode de réalisation, les rayons X produits par l'interaction entre les électrons et les fils peuvent ensuite être captés dans un angle solide rattrapable par une optique de type capillaire.According to one embodiment, the X-rays produced by the interaction between the electrons and the wires can then be picked up in a solid angle that can be caught by capillary-type optics.

La figure 2 détaille un exemple d'agencement de plusieurs fils espacés les uns des autres d'une distance égale d, la figure montrant la section des fils 10i, ayant un diamètre D, un rayon r. La valeur du rapport périmètre/surface de la section du fil sera choisie pour une bonne dissipation thermique. La distance d est également choisie pour permettre une dissipation thermique par rayonnementThe figure 2 details an example of an arrangement of several wires spaced from each other by an equal distance d, the figure showing the section of the wires 10i, having a diameter D, a radius r. The value of the report Perimeter / surface of the wire section will be chosen for good heat dissipation. The distance d is also chosen to allow radiation heat dissipation

On suppose au départ que le canon à électron et le dispositif de focalisation ont généré un faisceau de qualité, c'est-à-dire que les électrons ne sont pas trop dispersés et qu'ils sont disposés plutôt autour d'un axe directif.It is assumed at the beginning that the electron gun and the focusing device have generated a beam of quality, that is to say that the electrons are not too dispersed and they are arranged rather around a directional axis.

Un électron du faisceau a une probabilité de rencontrer au moins un des fils disposés dans le cône de diffusion plus importante que si l'on dispose d'une seule cible.An electron beam has a probability of meeting at least one of the wires arranged in the larger scattering cone than if there is only one target.

Un électron va donc interagir avec un ou plusieurs des fils du réseau de diffraction dans le cône et le dispositif selon l'invention va permettre de réutiliser des électrons qui n'auraient pas ou peu interagi avec le premier fil et qui restent ainsi dans le cône de diffusion.An electron will thus interact with one or more of the son of the diffraction grating in the cone and the device according to the invention will allow the reuse of electrons that would have had little or no interaction with the first wire and thus remain in the cone. of diffusion.

Cette interaction va produire un faisceau de rayons X ayant une qualité pouvant être exprimée sous la forme d'une brillance spectraleThis interaction will produce an X-ray beam with a quality that can be expressed as spectral brilliance

La valeur de la distance entre deux fils est aussi choisie en fonction de l'échauffement thermique résultant de l'interaction d'un électron avec un fil. Elle peut être choisie par exemple égale au rayon du fil. Elle peut aussi varier en fonction de la position du fil dans le cône de diffusion dans le cas où la chaleur à dissiper sera plus faible sur les derniers fils comme indiqué sur la figure 3. Sur la figure 3 sont représentés plusieurs fils 11, 12, 13, 14 dont la distance diminue sur cette exemple de réalisation avec d1 >d2>d3. Les diamètres des fils 11, 12, 13, 14 peuvent ne pas être égaux. La variation des distances entre fils, ainsi que l'agencement de leurs axes permettent également de reconstituer un matériau virtuel dont la densité moyenne est ajustable à l'intérieur du cône de diffusion. On peut imaginer par exemple une densité plus forte dans l'axe du cône de diffusion qu'à sa périphérie pour optimiser le profil de rayonnement XThe value of the distance between two wires is also chosen according to the thermal heating resulting from the interaction of an electron with a wire. It can be chosen for example equal to the radius of the wire. It may also vary depending on the position of the wire in the diffusion cone in the case where the heat to be dissipated will be lower on the last wires as indicated on the figure 3 . On the figure 3 are represented several son 11, 12, 13, 14 whose distance decreases on this embodiment with d1>d2> d3. The diameters of the wires 11, 12, 13, 14 may not be equal. The variation of the distances between wires, as well as the arrangement of their axes also make it possible to reconstitute a virtual material whose average density is adjustable inside the diffusion cone. For example, we can imagine a higher density in the axis of the diffusion cone than at its periphery to optimize the X-ray profile.

Elle est notamment choisie en fonction du matériau du fil. Le fil utilisé peut être choisi parmi la liste des matériaux suivants : le tungstène, le carbone de quelques micromètres de diamètre. etc.It is in particular chosen according to the material of the wire. The wire used can be chosen from the list of the following materials: tungsten, carbon of a few micrometers in diameter. etc.

Les fils seront choisis parmi les matériaux ayant de bonne propriété mécanique (tenue en tension, ductibilité), thermique (point de fusion, conductibilité) ainsi que celles relatives au rayonnement de freinage (numéro atomique, densité, raie d'émission Kα). Ainsi suivant le type d'application recherché des fils en cuivre, en carbone ou en tungstène seront privilégiés par exemple. Une association de matériaux multiple tant pour la composition d'un fil que pour l'association de fils de matériaux distincts peut également être envisagée.The wires will be chosen from materials having good mechanical property (resistance in tension, ductility), thermal (melting point, conductivity) as well as those relating to the braking radiation (atomic number, density, emission line Kα). Thus depending on the type of application sought copper son, carbon or tungsten will be preferred for example. A combination of multiple materials both for the composition of a yarn and for the combination of yarns of different materials can also be envisaged.

Il faut également noter que la notion de fils peut être élargie par l'emploi de jet de métal liquide par exemple. La sublimation partielle du métal par un faisceau d'électrons suffisamment intense peut également être recherchée afin de produire un plasma dans le cône de diffusion susceptible de privilégier le rayonnement de la raie Kα au détriment des autres parties du spectre, filtrées par le plasma. Il faut alors éviter la rupture des fils, ce qui peut être obtenu en ajustant la vitesse de défilement des fils par exemple pour éviter un échauffement excessifIt should also be noted that the concept of son can be expanded by the use of jet of liquid metal for example. The partial sublimation of the metal by a sufficiently intense electron beam can also be sought in order to produce a plasma in the diffusion cone likely to favor the radiation of the Kα line at the expense of the other parts of the spectrum, filtered by the plasma. It is then necessary to avoid the breakage of the wires, which can be obtained by adjusting the running speed of the wires for example to avoid excessive heating.

Selon un mode de réalisation, il est possible d'utiliser un ou plusieurs fils 15 dont la position par rapport au faisceau d'électrons bouge dans le temps, par exemple, selon un mouvement linéaire et/ou circulaire. Ce mode de réalisation permet ainsi à un premier électron de percuter le fil sur un premier endroit ou une première zone du fil, puis sur une zone adjacente à la première et ainsi de suite. L'électron suivant le premier électron dans le faisceau va percuter le fil à un endroit du fil différent du premier (figure 4). Le fil 15 est monté sur un support permettant son déplacement par rapport au faisceau. Ce déplacement schématisé comme étant circulaire sur la figure 4 peut, sans sortir du cadre de l'invention être linéaire ou suivre tout autre mouvement compatible avec l'effet recherché, à savoir, que les électrons du faisceau n'interagissent pas avec une même partie du fil ou à un même endroit.According to one embodiment, it is possible to use one or more wires whose position relative to the electron beam moves in time, for example, in a linear and / or circular motion. This embodiment thus allows a first electron to strike the wire on a first location or a first zone of the wire, then on an area adjacent to the first and so on. The electron following the first electron in the beam will strike the wire at a different wire location than the first ( figure 4 ). The wire 15 is mounted on a support allowing its displacement relative to the beam. This displacement schematized as being circular on the figure 4 may, without departing from the scope of the invention be linear or follow any other movement compatible with the desired effect, namely, that the electrons of the beam do not interact with the same part of the wire or in one place.

Dans le cas de la présence de plusieurs fils dans la zone les fils ont des défilements suivant des sens opposés pour deux fils colinéaires et contigus.In the case of the presence of several son in the area the son have scrolls in opposite directions for two colinear and contiguous son.

Selon un autre mode de réalisation, figure 5, il est aussi possible de disposer plusieurs rangées de fil dans le cône de diffusion, selon différents axes Ai qui sont parallèles entre eux. Les diamètres des fils peuvent éventuellement avoir des valeurs de section différentes selon leur positionnement dans le cône de diffusion. Ce type de montage, couplé à un défilement des fils adapté, permet d'améliorer le refroidissement des fils par rayonnement.According to another embodiment, figure 5 it is also possible to have several rows of wire in the diffusion cone, along different axes Ai which are parallel to each other. The diameters of the wires may possibly have different section values depending on their positioning in the diffusion cone. This type of assembly, coupled with a suitable scrolling of the wires, makes it possible to improve the cooling of the wires by radiation.

Les fils 20, 21 peuvent être disposés perpendiculairement deux à deux comme indiqué sur la figure 6.The son 20, 21 may be arranged perpendicularly in pairs as indicated on the figure 6 .

La figure 7 schématise une représentation de l'échauffement des fils au cours du temps. Ainsi, le rond référencé 31 correspond à un échauffement à l'instant t (forte concentration rendant difficile le refroidissement par rayonnement), les ronds référencés 32 à un échauffement à l'instant t+1: Forte dispersion des points chauds permettant un meilleur refroidissement. Les fils 30i ont une forte densité dans la zone d'interaction avec les électrons mais plus faible en dehors : les pertes par rayonnement thermique permettent donc de mieux refroidir les fils que si tous les fils étaient colinéaires.The figure 7 schematizes a representation of the heating of the wires over time. Thus, the round referenced 31 corresponds to a heating at time t (high concentration making it difficult to cool by radiation), the round referenced 32 to a warm-up at time t + 1: Strong dispersion of hot spots for better cooling . The son 30i have a high density in the interaction zone with the electrons but weaker outside: the losses by thermal radiation thus allow the wires to be cooled better than if all the wires were collinear.

Afin de mieux illustrer le principe utilisé pour la mise en oeuvre du procédé et du dispositif selon l'invention, un exemple chiffré va maintenant être donné. Le chronogramme correspondant est schématisé à la figure 8.In order to better illustrate the principle used for the implementation of the method and the device according to the invention, an encrypted example will now be given. The corresponding chronogram is diagrammed at the figure 8 .

A titre d'exemple nous prenons faisceau d `électrons fournissant 10 micro impulsions de 1 nC chacune à la cadence de 1000 Hz à une énergie de 5 MeV. La puissance moyenne du faisceau d'électrons est donc de 50 W. Supposons que ce faisceau interagisse avec un centaine de fils de 10 µm placés dans l'axe du cône de diffusion. 22 W sont alors perdu par collision et 10 W sont rayonnés sous forme de rayonnement X. Le défilement des fils à une vitesse de 1 m/s permet un déplacement d'un mm du fil entre macro impulsion bien supérieur à la zone irradiée au cours delà macro impulsion. En pratique, chacun des fils ne doit évacuer qu'une puissance de 220 mW (en faisant l'hypothèse d'un dépôt d'énergie identique sur chacun des fils)By way of example, we take an electron beam supplying 10 micro pulses of 1 nC each at the rate of 1000 Hz at an energy of 5 MeV. The average power of the electron beam is 50 W. Suppose that this beam interact with a hundred son of 10 μm placed in the axis of the diffusion cone. 22 W are then lost by collision and 10 W are radiated in the form of X-radiation. The running of the wires at a speed of 1 m / s allows a displacement of one mm of the wire between macro pulse much higher than the irradiated area during beyond the impulse macro. In practice, each of the wires must evacuate only a power of 220 mW (assuming an identical energy deposit on each of the wires)

L'invention peut être utilisée dans certains cas pour obtenir un flux moyen important lié au canon avec plusieurs milliers de micro impulsions dans une macro impulsion elle-même pouvant être répétée à plusieurs dizaines de Hz.The invention can be used in some cases to obtain a large average flux linked to the gun with several thousand micro pulses in a macro pulse itself which can be repeated at several tens of Hz.

Le dispositif selon l'invention présente notamment comme avantage de fournir une source de rayonnement X ayant à la fois beaucoup de puissance et une source très directive avec une forte brillance.The device according to the invention has the particular advantage of providing an X-ray source having both a lot of power and a highly directive source with a high brightness.

Le dispositif permet notamment d'obtenir une taille de focus très faible lié à l'émittance et à l'énergie du faisceau d'électrons, une directivité par simple diffraction ou « single scattering » correspondant à un demi-cône en 1/γ où y est le facteur relativiste.The device makes it possible in particular to obtain a very low focus size related to the emittance and the energy of the electron beam, a directivity by simple diffraction or "single scattering" corresponding to a half-cone in 1 / γ where y is the relativistic factor.

Claims (9)

- Dispositif compact de génération de rayons X par diffusion comportant un moyen de production (I, II) d'un faisceau d'électrons caractérisé en ce qu'il comporte un réseau de fils (10i, 11, 12), ledit réseau étant disposé dans un cône de diffusion utile, afin que les électrons dudit faisceau rencontre au moins un des fils du réseau filaire et produisent après interaction avec la matière un rayonnement X.Compact X-ray diffusion generation device comprising means for producing an electron beam (I, II), characterized in that it comprises a network of wires (10i, 11, 12), said array being arranged in a useful diffusion cone, so that the electrons of said beam encounter at least one of the son of the wired network and produce, after interaction with the material, X-radiation. -Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le réseau de fils est constitué d' un ensemble de fils (10i) disposés selon un axe A1 et qui sont répartis régulièrement et espacés d'une même distance d sur ledit axe.-Dispositif according to claim 1 characterized in that the son network consists of a set of son (10i) arranged along an axis A1 and which are regularly distributed and spaced a same distance d on said axis. - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le cône de diffusion utile comprend plusieurs rangées de fil disposées selon plusieurs axes A1 ...An.- Device according to claim 1 characterized in that the useful diffusion cone comprises several rows of wire disposed along a plurality of axes A1 ... An. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la section des fils est variable.- Device according to one of claims 1 to 3 characterized in that the section of the son is variable. - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les fils (11, 12, 13, 14) sont espacées par des distances d1, d2, d3 dont les valeurs sont décroissantes.- Device according to claim 1 characterized in that the son (11, 12, 13, 14) are spaced by distances d1, d2, d3 whose values are decreasing. - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les fils (15) sont montés sur des supports permettant leur défilement afin qu'un électron du faisceau d'électrons interagisse avec une section du fil différente de celle avec laquelle l'électron précédent dans le temps du faisceau a interagi.- Device according to claim 1 characterized in that the son (15) are mounted on supports allowing their movement so that an electron of the electron beam interact with a section of the wire different from that with which the previous electron in the beam time interacted. - Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que les fils ont des défilements suivant des sens opposés pour deux fils colinéaires et contigus.- Device according to claim 6 characterized in that the son have scrolls in opposite directions for two colinear and contiguous son. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le fil est en un matériau choisi parmi la liste suivante : tungstène, cuivre, carbone, jet de métal, microbilles ou est partiellement formé par un plasma des matériaux pour former un filtre monochromatique.- Device according to one of claims 1 to 5 characterized in that the wire is of a material selected from the following list: tungsten, copper, carbon, metal jet, microbeads or is partially formed by a plasma materials to form a monochromatic filter. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce qu'il comporte une optique de rattrapage disposée en sortie de la section III d'interaction des électrons avec le fil pour augmenter la directivité du faisceau.- Device according to one of claims 1 to 8 characterized in that it comprises a retrofitting optics disposed at the outlet of the section III interaction of electrons with the wire to increase the directivity of the beam.
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