EP3035364A1 - Anode rotative amelioree pour source de rayons x - Google Patents

Anode rotative amelioree pour source de rayons x Download PDF

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EP3035364A1
EP3035364A1 EP15200587.2A EP15200587A EP3035364A1 EP 3035364 A1 EP3035364 A1 EP 3035364A1 EP 15200587 A EP15200587 A EP 15200587A EP 3035364 A1 EP3035364 A1 EP 3035364A1
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EP
European Patent Office
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portions
track
selector
anode
target
Prior art date
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Application number
EP15200587.2A
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German (de)
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EP3035364B1 (fr
Inventor
Rafaël KLUENDER
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.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Filing date
Publication date
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Publication of EP3035364B1 publication Critical patent/EP3035364B1/fr
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    • 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
    • H01J35/10—Rotary anodes; Arrangements for rotating anodes; Cooling rotary anodes
    • 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
    • G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/02—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diaphragms, collimators
    • G21K1/04—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diaphragms, collimators using variable diaphragms, shutters, choppers
    • G21K1/043—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diaphragms, collimators using variable diaphragms, shutters, choppers changing time structure of beams by mechanical means, e.g. choppers, spinning filter wheels
    • 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
    • H01J2235/086—Target geometry
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
    • H05G1/08—Electrical details
    • H05G1/62—Circuit arrangements for obtaining X-ray photography at predetermined instants in the movement of an object, e.g. X-ray stroboscopy

Definitions

  • the present invention relates to the field of X-ray sources, and more particularly to that of sources comprising a rotary anode intended to be impacted by an electron beam, in order to generate characteristic spectra of several materials.
  • the invention applies to all fields of X-ray analysis, in particular the analysis of X-ray diffraction parts, or else the analysis by medical imaging.
  • an X-ray source generates X-rays during the impact of an electron beam on a metal target, called anode.
  • the energy of the electrons which is of the order of ten keV per electron, is then transformed into X-radiation.
  • a typical spectrum as it is emitted by a conventional source firstly comprises a continuous portion of low intensity, which is called "Bremsstrahlung".
  • the spectrum also includes characteristic lines, also called "peaks”.
  • the shape of the Bremsstrahlung depends solely on the energy and flux of the electrons.
  • the characteristic rays for their part, have an intensity approximately one hundred times higher than that of Bremsstrahlung.
  • the position of the characteristic lines depends solely on the material that is used as the anode. This is the reason why the characteristic lines are called the characteristic spectrum of the material.
  • the intensity ratio between the characteristic spectrum and Bremsstrahlung means that in most cases the use of radiation produced by the X-ray source is limited to the lines, the intensity of the Bremsstrahlung being too low for reasonable use.
  • the intensity of the emitted spectrum can be increased by increasing the flow of electrons impacting the target track. Nevertheless, this principle is limited by the heating problems. Indeed, about 99% of the energy of the electrons is transformed into heat, and not X-rays. An increase in electron flux that is too high thus generates a risk of melting the anode.
  • the solution of the document US 7,649,981 allows the obtaining of radiation of different intensities, the electrons are projected alternately on the different target elements with a very high frequency.
  • the two characteristic spectra are alternately generated at a very high frequency, conditioned by the cooling requirement of the anode.
  • the frequency with which the two spectra alternate may be of the order of 60 kHz.
  • detectors capable of handling such high sequencing are still rare and expensive, especially if it is a question of 2D detector.
  • these detectors exhibit an extremely low signal-to-noise ratio, which is therefore poorly adapted to applications such as medical imaging or radiocrystallography.
  • the invention thus aims to at least partially overcome the disadvantages relating to the embodiments of the prior art.
  • the invention firstly relates to a rotary anode for X-ray source, said anode comprising an annular target track intended to be impacted by an electron beam, said track being centered on an axis of rotation. around which it is intended to rotate during operation of the X-ray source, the track comprising first and second target parts arranged alternately in a circumferential direction of this track, the first target parts being made using first elements targets and the second target portions being made using second target elements or recessed portions, the first and second target elements being respectively in first and second selected materials so that the impact of the electron beam on one of the first target elements causes a first radiation, and so the impact of the electron beam on one of the second target elements causes a second zero radiation or a level of intensity different from that of the first radiation.
  • the invention is remarkable in that it implements a degree of freedom of movement between the target track and the selector.
  • This allows in particular the anode to operate at a high rotational speed to obtain a high performance cooling, while maintaining a reasonable frequency of alternation between the different spectra generated.
  • the frequency of alternation between the radiations is not dependent on the rotational speed of the target track, but depends on the control of the relative position between the track target and the separator.
  • the positive consequence resulting from such an arrangement resides firstly in the fact that the spectra can be of high intensities thanks to the efficient cooling, and secondly in the fact that the detection of these spectra can easily be carried out at using conventional detectors.
  • the X-ray source according to the invention is suitable for all known applications to date, in particular medical imaging, electronic imaging, etc. Moreover, depending on the application chosen, the alternation of the first and second parts on the target track could be replaced by an alternation of N distinct parts, with N greater than or equal to 3.
  • the invention furthermore preferably provides for the implementation of at least one of the following optional features, taken separately or in combination.
  • the anode is also configured so that during the rotation of the target track, said selector can be brought into several third distinct positions, in each of which the second portions are each facing a first angular sector of the one of the first parts of the track and opposite a second angular sector of one of the second parts of the track, the ratio between the surfaces of the first and second angular sectors varying in the different third positions.
  • the two spectra are generated substantially simultaneously, and the ratio of intensities between these spectra depends on the surfaces of the first and second angular sectors illuminated by the electron beam.
  • the desired ratio between the two intensities is thus easily adjustable, by positioning the selector relative to the target track.
  • this is a mode of operation in which the second parts of the track are made using second elements configured to cause a second non-zero radiation, a level of intensity different from that of the first radiation.
  • the second parts of the track are made using recessed portions or with second elements configured to cause a second zero radiation.
  • stroboscopic effect sought in different types of applications.
  • One of the advantages lies in the possibility of varying the length of the pulses and pauses according to the needs encountered, and without changing the speed of rotation of the anode.
  • the anode preferably comprises an anode main body on which said target track is made.
  • relative displacement means of the selector relative to the anode main body said relative displacement means preferably comprising a motor and / or an electromagnet.
  • the anode also comprises a connecting shaft between the anode main body and said selector, said connecting shaft being centered on said axis of rotation.
  • It comprises a drive shaft of the anode main body, said drive shaft being centered on said axis of rotation.
  • said control unit is configured to control the position of said selector, during the rotation of the target track, from said relative displacement means equipping the anode described above.
  • the relative displacement means here allow a movement of the connecting shaft associated with the selector, relative to the rotation shaft associated with the body of the anode carrying the target track.
  • the source further comprises means for rotating the selector, separate from said means for rotating the target track, and said control unit is configured to control the position of said selector, during the rotation of the target track, from said rotary drive means of the selector and said means for rotating the target track.
  • the selector and the target track are individually rotated.
  • the invention also relates to an X-ray element analysis system, comprising at least one X-ray source for orienting each emitted radiation towards the element to be analyzed, the system further comprising a signal detection device, as well as a processor.
  • it is an X-ray diffraction analysis system or X-ray medical imaging system.
  • the subject of the invention is a process for analyzing an element using X-rays implemented using such an analysis system.
  • this source 1 comprises conventional components, with the exception of its rotary anode 2 which is specific to the present invention.
  • the source 1 comprises a housing 4 in which the rotating anode 2 is located, as well as an electron beam generator.
  • This generator 6 is indeed capable of producing an electron beam 8 of axis 10 oriented vertically according to the orientation of the source 1 on the figure 1 .
  • a vacuum is produced in the casing 4, for example a vacuum of the order of 10 -6 to 10 -8 bar.
  • the anode 2 is rotatably mounted in the casing 4, along an axis of rotation 12 preferably parallel to the axis 10 of the electron beam.
  • This anode 2 comprises a main body 14, integral with a rotary drive shaft 16.
  • the shaft 16 is driven by a motor 18 preferably arranged outside the casing 4.
  • the main body 14 is equipped on the upper surface with a target track 20, arranged facing the beam 8.
  • the upper surface of the main body 14 is frustoconical with an axis 12.
  • the target track 20 is therefore also frustoconical, so that when it is impacted by the electron beam 8, the generated radiation 22 is deflected to go towards a window 24 of the housing. By crossing this window, the radiation 22 can illuminate an element 26 to be analyzed, located outside the casing 4.
  • the rotary anode 2 also comprises a selector 30, for example spaced axially from the main body 14 by a distance of between 0.5 and 16 mm.
  • the selector 30 is designed so that only part of the target track 20 is impacted by the beam 8 at each instant t. In other words, this selector 30 selectively illuminates the track 20 when it is rotated by the motor 18 along the axis 12.
  • the position of the selector 30 relative to the target track 20 can be modified to change the portion of the track 20 that is illuminated.
  • the anode 2 is equipped with appropriate relative displacement means, allowing a rotation of the selector 30 along the axis 12 relative to the main body 14 carrying the target track 20.
  • FIG. 1 These means are shown schematically on the figure 1 , and identified by the reference numeral 32. They are associated with a connecting shaft 34 centered on the axis 12 and connecting the main body 14 to the selector 30. It may for example be another motor 34, and / or an electromagnet. In the latter case, the electromagnet is preferably associated with a spring system for generating a return force against.
  • the X-ray source 1 is also equipped with a control unit 40. As mentioned above, this unit 40 is configured to control the position of the selector 30 during the rotation of the target track 20, from the moving means The unit 40 is also configured to control the drive motor 18 of the target track 20, and to control the electron beam generator 8.
  • the selector 30 preferably has a frustoconical overall shape, of the same angle as that of the target track 20.
  • this selector 30 may take the general shape of a disc centered on the axis 12.
  • the selector 30 in steel alternately defines, in the circumferential direction, first shutter portions 42a prohibiting the passage of the electron beam 8, and second portions 42b allowing the passage of this beam.
  • the first portions 42a are thus solid portions, while the second portions 42b are preferably recessed portions.
  • the selector 30 has an alternation of full portions 42a and perforated portions 42b. These portions all have substantially the same surface and the same angular extent, for example of the order of 30 ° when six first portions 42a are provided, and six second portions portions 42b.
  • the target track 20 has first target portions 20a and second target portions 20b arranged alternately in the circumferential direction of this track. These parts 20a, 20b of the track are arranged opposite portions 42a, 42b of the selector, in the direction of the axis of rotation 12. Their number and their angular extent are identical to those of these portions 42a, 42b of the selector 30.
  • the first target parts 20a are produced using first target elements, for example obtained by deposition on the main body 14. These first elements 20a are formed in a first material chosen so that the impact of the electron beam 8 on any of these first target elements causes a first X-radiation.
  • the second target portions 20b are made using second target elements, for example obtained by deposition on the main body 14. These second target elements 20b are formed in a second material chosen from so that the impact of the electron beam 8 on any one of these second target elements causes a second X-ray radiation of intensity different from that of the first radiation.
  • the first material is here molybdenum
  • the second material is copper.
  • These materials are particularly interesting because their radiation is deemed suitable for characterization in nanoelectronics.
  • the invention is not limited to these two materials.
  • Other materials could be used: holmium, erbium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, lutetium, barium, rhodium, zirconium, hafnium, tungsten, titanium, rhenium, graphite, and other metals of the periodic table 10, or other elements and their alloys.
  • the selector 30 can be brought by the displacement means 32 in a first position shown on the figures 2 and 3 .
  • the second portions 42b of the selector 30 are opposite the first target elements 20a of the track, and the first shutter portions 42a mask the second target elements 20b of the track.
  • the beam 8 thus impacts the first target elements 20a during the rotation of the track along the axis 12, but does not impact by the second target elements 20b remaining masked by the solid portions of the selector.
  • the impact described above generates a first X radiation, represented schematically by the arrow 22a on the figure 2 .
  • the characteristic spectrum of this first radiation 22a is shown on the graph of the figure 3a , on which it is possible to see the Bremsstrahlung 50 as well as the characteristic lines 52a of the first material.
  • the selector 30 can also be brought by the displacement means 32 in a second position shown on the figures 4 and 5 .
  • the second portions 42b of the selector 30 are opposite the second target elements 20b of the track, and the first shutter portions 42a mask the first target elements 20a of the track.
  • the beam 8 thus impacts the second target elements 20b during the rotation of the track along the axis 12, but does not impact by the first target elements 20a remaining masked by the solid portions of the selector.
  • the impact described above generates a second X radiation, represented schematically by the arrow 22b on the figure 4 .
  • the characteristic spectrum of this second radiation 22b is shown on the graph of the figure 5a , on which it is possible to see the Bremsstrahlung 50 as well as the characteristic lines 52b of the second material.
  • the relative displacement means 32 thus allow to bring the selector 30 from the first position to the second position, and vice versa.
  • the frequency of the alternation between these two positions is for example of the order of 1 to 10 Hz, this frequency corresponding to the frequency of alternation between the two radiations 22a, 22b.
  • the rotational speed of the anode is preferably between 5,000 and 50,000 revolutions per minute, depending on the application chosen.
  • This first mode of operation is for example used for medical imaging or radiocrystallography, as will be described below.
  • the anode 2 is also designed so that the selector can be brought into several third distinct positions, two of which are represented on the figures 6 and 7 .
  • Each third position generally corresponds to an intermediate position between the first and second positions mentioned above. Therefore, in these third positions, the second portions 42b of the selector 30 are each facing a first angular sector 20a 'of one of the first target elements 20a of the track 20, and facing a second sector angular 20b 'of one of the second target elements 20b of this track.
  • the electron beam 8 can thus simultaneously illuminate these two sectors 20a ', 20b', it being specified that the ratio between the surfaces of the first and second angular sectors is the same through each second portion 42b recessed selector 30, as is visible on figures 6 and 7 .
  • the ratio between the angular extent of the first angular sector 20a 'and that of the second angular sector 20b' conditions the desired intensity ratio between the two radiations 22a, 22b.
  • the position retained among all the possible third positions is that whose ratio between the aforementioned angular extents generates the desired ratio between the two radiations 22a, 22b produced by the two materials.
  • the third position of the figure 6 is such that the extent of the first angular sector 20a 'is small relative to that of the second angular sector 20b'. Consequently, following the impact of the electron beam on these sectors, two radiations are created whose characteristic spectrum is shown on the figure 6a .
  • This spectrum integrates the Bremsstrahlung 50, as well as characteristic lines 52a first material and characteristic lines 52b of the second material. Since the first material is illuminated on a smaller surface, the characteristic lines 52a of the first material are of lower intensities than those of the characteristic lines 52b of the second material.
  • the extent of the first angular sector 20a ' is high relative to that of the second angular sector 20b'. Consequently, following the impact of the electron beam on these sectors, two radiations are created whose characteristic spectrum is shown on the figure 7a .
  • This spectrum integrates Bremsstrahlung 50, as well as characteristic lines 52a of the first material and characteristic lines 52b of the second material. Since the first material is illuminated on a larger surface, the characteristic lines 52a of the first material are of greater intensities than those of the characteristic lines 52b of the second material.
  • This second mode of operation is for example used for radiocrystallography, as will be described below.
  • FIG 8 there is shown a source 1 according to a second preferred embodiment of the invention.
  • This second mode differs from the first by the manner in which the selector 30 is driven. However, it is capable of being used in all of the modes of operation described in connection with the first preferred embodiment.
  • the source 1 comprises means for rotating the selector 30, distinct from the driving motor 18 of the target track 20.
  • These means are for example an additional motor 54, capable of rotating the selector 30 relative to the housing 4.
  • the motor 54 can be coupled to a secondary drive shaft 56 rotating, carrying the selector 30 and passing through the drive shaft 16 and the motor 18.
  • control unit 40 is configured to control the position of the selector 30, during the rotation of the target track 20, from the two motors 18, 54.
  • FIG 9 it is shown a medical imaging system 100, using an X-ray source 1 according to the invention.
  • the source 1 is preferably intended to be used in its first mode of operation described above.
  • absorption contrast imaging is for example used to detect tumors.
  • a tumor larger than a few millimeters requires a supply of blood to grow.
  • the veins around a tumor are disorganized and can be visualized by absorption contrast.
  • An agent is then injected into the blood and two images of the tissue are made at two different energy levels. By superimposing the two images, the tissue of the tumor is visualized.
  • the two radiations 22a, 22b produced by the source 1 are used, these radiations being directed to illuminate the body part 26 to be analyzed.
  • the system comprises a signal detection device 60 connected to a processor 62 which is also connected to the source 1.
  • the control unit of this source can then be an integral part of the processor. 62.
  • the source 1 is intended to be used in any one of the first and second modes of operation described above.
  • the source 1 generates radiation intended to illuminate a part 26 to be analyzed, preferably a microelectronic or nanoelectronic component.
  • the anode 2 is in a different configuration to generate a strobe spectrum.
  • the target track 20 is made such that the first elements 20a are substantially identical or similar to those described above, while the second elements 20b are provided in a second material generating a second radiation. no.
  • the second elements 20b may be replaced by recessed portions to be traversed by the electron beam, without generating radiation.
  • this configuration makes it possible to use the anode 2 in a third mode of operation, capable of generating the first radiation 22a in a stroboscopic manner.
  • the anode 2 is always designed so that the selector 30 can be brought into several third distinct positions, two of which they are represented on the figures 11 and 12 .
  • the second portions 42b of the selector 30 are each facing a first angular sector 20a 'of one of the first target elements 20a of the track 20, and facing a second angular sector 20b' one of the second target elements 20b of this track.
  • the electron beam 8 can thus illuminate the sector 20a ', it being specified that the ratio between the surfaces of the first and second angular sectors 20a', 20b 'is the same through each second portion 42b recessed from the selector 30, as is visible on figures 11 and 12 .
  • the ratio between the angular extent of the first angular sector 20a 'and that of the second angular sector 20b' conditions the ratio between the duration of the pulses of the first radiation 22a, and the duration of the pauses between these pulses.
  • the third position of the figure 11 is such that the extent of the first angular sector 20a 'is small relative to that of the second angular sector 20b'. Consequently, following the impact of the electron beam on these sectors, a stroboscopic radiation is created whose duration of the pulses and pauses is shown on the graph of the figure 11a . Since the first material is illuminated on a high surface, pulses are of longer duration than pauses.
  • the pulses are of shorter duration than the pauses, as shown by the graph of the figure 12a .

Landscapes

  • X-Ray Techniques (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

L'invention concerne une anode rotative (1) améliorée pour source de rayons X, comprenant une piste cible annulaire (20) destinée à être impactée par un faisceau d'électrons (8), la piste comportant des premières et secondes parties cibles (20a, 20b) destinées à produire des rayonnements d'intensités différentes. Selon l'invention, l'anode comporte un sélecteur (30) de parties cibles, destiné à être amené alternativement dans : - une première position dans laquelle les secondes portions évidées (42b) du sélecteur (30) se trouvent en regard des premières parties (20a) de la piste, et les premières portions d'obturation (42a) du sélecteur masquent les secondes parties (20b) de la piste ; et - une seconde position dans laquelle les secondes portions (42b) se trouvent en regard des secondes parties (20b) de la piste, et les premières portions d'obturation (42a) masquent les premières parties (20a) de la piste.

Description

    DOMAINE TECHNIQUE
  • La présente invention se rapporte au domaine des sources de rayons X, et plus particulièrement à celui des sources comprenant une anode rotative destinée à être impactée par un faisceau d'électrons, afin de générer des spectres caractéristiques de plusieurs matériaux.
  • L'invention s'applique à tous les domaines de l'analyse par rayons X, en particulier l'analyse de pièces par diffraction de rayons X, ou encore l'analyse par imagerie médicale.
    • ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
  • De manière connue, une source de rayons X génère des rayons X lors de l'impact d'un faisceau d'électrons sur une cible métallique, dénommée « anode ». L'énergie des électrons, qui est de l'ordre d'une dizaine de keV par électron, est alors transformée en rayonnement X. Un spectre typique tel qu'il est émis par une source classique comprend tout d'abord une partie continue de faible intensité, qui s'appelle « Bremsstrahlung ». Le spectre comprend également des raies caractéristiques, également dénommées « peaks ». La forme de la Bremsstrahlung dépend uniquement de l'énergie et du flux des électrons. Les raies caractéristiques présentent quant à elles une intensité environ cent fois plus élevée que celle de la Bremsstrahlung. En outre, la position des raies caractéristiques dépend uniquement du matériau qui est utilisé comme anode. C'est la raison pour laquelle les raies caractéristiques sont appelées « spectre caractéristique » du matériau.
  • Le rapport d'intensité entre le spectre caractéristique et la Bremsstrahlung a pour conséquence que dans la plupart des cas, l'utilisation du rayonnement produit par la source de rayons X est limitée aux raies, l'intensité de la Bremsstrahlung étant trop faible pour une utilisation raisonnable.
  • De manière également connue, l'intensité du spectre émis peut être accentuée en augmentant le flux des électrons impactant la piste cible. Néanmoins, ce principe est limité par les problèmes d'échauffement. En effet, environ 99 % de l'énergie des électrons est transformée en chaleur, et non pas en rayons X. Une augmentation du flux d'électrons trop élevée génère ainsi un risque de fonte l'anode.
  • Pour pouvoir supporter une augmentation du flux d'électrons, il a été proposé dans l'art antérieur une solution à anode rotative, comme celle décrite dans le document US 7 649 981 . Dans cette solution, la piste cible tourne à une vitesse rotative élevée de l'ordre de 1 000 à 30 000 tours par minute, ce qui permet de mieux dissiper la chaleur générée par rapport à une solution à anode statique. A titre indicatif, une anode rotative permet d'augmenter l'intensité globale du rayonnement d'un facteur de l'ordre de 10 à 100.
  • Dans le document US 7 649 981 , il est prévu une anode rotative à dépôt hétérogène, c'est-à-dire que la piste cible présente des éléments cibles agencés en alternance, et réalisés dans différents matériaux. Ces éléments cibles distincts sont mis en oeuvre afin de générer des spectres caractéristiques de plusieurs matériaux, de façon simultanée. L'obtention de plusieurs spectres d'intensités différentes contraste alors avec les solutions classiques à cible homogène, pour lesquelles le choix de l'énergie photonique est souvent limité qu'à une seule valeur. Ces solutions classiques peuvent alors se révéler inadaptées pour la plupart des applications, car celles-ci requièrent généralement des rayonnements de niveaux d'intensité différents.
  • Bien que la solution du document US 7 649 981 permette l'obtention de rayonnements d'intensités différentes, les électrons sont projetés en alternance sur les différents éléments cibles avec une fréquence très élevée. De ce fait, les deux spectres caractéristiques sont générés en alternance à une très haute fréquence, conditionnée par le besoin en refroidissement de l'anode. A titre d'exemple, la fréquence avec laquelle les deux spectres s'alternent peut être de l'ordre de 60kHz. Or des détecteurs capables de gérer un séquençage aussi élevé sont encore rares et onéreux, surtout s'il s'agit d'un détecteur 2D. De plus, ces détecteurs manifestent un rapport signal/bruit extrêmement bas, donc peu adapté aux applications telles que l'imagerie médicale ou la radiocristallographie.
  • Une réduction de la vitesse de rotation de l'anode permettrait de diminuer la fréquence d'alternance entre les deux spectres. Néanmoins, cela aurait également pour conséquence de moins bien dissiper la chaleur, avec l'obligation dans ce cas de réduire le flux d'électrons. En d'autres termes, cette solution de l'art antérieur ne donne pas entièrement satisfaction car soit elle génère des niveaux d'intensité de rayonnement convenables mais rencontre alors des difficultés de séparation entre les spectres, soit ces spectres sont plus facilement séparés mais ils présentent alors des intensités plus faibles, pouvant les rendre incompatibles avec les applications envisagées.
    • EXPOSÉ DE L'INVENTION
  • L'invention a ainsi pour but de remédier au moins partiellement aux inconvénients relatifs aux réalisations de l'art antérieur.
  • Pour ce faire, l'invention a tout d'abord pour objet une anode rotative pour source de rayons X, ladite anode comprenant une piste cible annulaire destinée à être impactée par un faisceau d'électrons, ladite piste étant centrée sur un axe de rotation autour duquel elle est destinée à tourner lors du fonctionnement de la source de rayons X, la piste comportant des premières et secondes parties cibles agencées en alternance selon une direction circonférentielle de cette piste, les premières parties cibles étant réalisées à l'aide de premiers éléments cibles et les secondes parties cibles étant réalisées à l'aide de seconds éléments cibles ou de parties évidées, les premiers et seconds éléments cibles étant réalisés respectivement dans un premier et un second matériaux choisis de sorte que l'impact du faisceau d'électrons sur l'un des premiers éléments cibles provoque un premier rayonnement, et de sorte que l'impact du faisceau d'électrons sur l'un des seconds éléments cibles provoque un second rayonnement nul ou d'un niveau d'intensité différent de celui du premier rayonnement.
  • Selon l'invention, l'anode comporte de plus un sélecteur de parties cibles agencé en regard de ladite piste cible dans la direction dudit axe de rotation, le sélecteur comprenant, agencées en alternance selon la direction circonférentielle, des premières portions d'obturation interdisant le passage du faisceau d'électrons ainsi que des secondes portions autorisant le passage de ce faisceau, ladite anode étant configurée de manière à ce que durant la rotation de la piste cible, ledit sélecteur puisse être amené alternativement dans différentes positions, parmi lesquelles :
    • une première position dans laquelle les secondes portions du sélecteur se trouvent en regard des premières parties de la piste et dans laquelle les premières portions d'obturation masquent les secondes parties de la piste ; et
    • une seconde position dans laquelle les secondes portions du sélecteur se trouvent en regard des secondes parties de la piste et dans laquelle les premières portions d'obturation masquent les premières parties de la piste.
  • Par conséquent, l'invention est remarquable en ce qu'elle met en oeuvre un degré de liberté de mouvement entre la piste cible et le sélecteur. Cela permet en particulier à l'anode de fonctionner à une vitesse de rotation élevée pour l'obtention d'un refroidissement performant, tout en conservant une fréquence raisonnable d'alternance entre les différents spectres générés. En d'autres termes, dans la solution astucieuse proposée par l'invention, la fréquence d'alternance entre les rayonnements n'est pas dépendante de la vitesse de rotation de la piste cible, mais dépend du pilotage de la position relative entre la piste cible et le séparateur. La conséquence positive résultant d'un tel agencement réside d'une part dans le fait que les spectres peuvent être d'intensités élevées grâce au refroidissement performant, et d'autre part dans le fait que la détection de ces spectres peut être aisément réalisée à l'aide de détecteurs conventionnels.
  • La source de rayons X selon l'invention est adaptée à toutes les applications connues à ce jour, en particulier l'imagerie médicale, l'imagerie électronique, etc. D'ailleurs, en fonction de l'application retenue, l'alternance des premières et secondes parties sur la piste cible pourrait être remplacée par une alternance de N parties distinctes, avec N supérieur ou égal à 3.
  • L'invention prévoit par ailleurs, de manière préférentielle, la mise en oeuvre d'au moins l'une des caractéristiques optionnelles suivantes, prises isolément ou en combinaison.
  • L'anode est également configurée de manière à ce que durant la rotation de la piste cible, ledit sélecteur puisse être amené dans plusieurs troisièmes positions distinctes, dans chacune desquelles les secondes portions se trouvent chacune en regard d'un premier secteur angulaire de l'une des premières parties de la piste et en regard d'un second secteur angulaire de l'une des secondes parties de la piste, le rapport entre les surfaces des premier et second secteurs angulaires variant dans les différentes troisièmes positions.
  • Ainsi, dans ces troisièmes positions, les deux spectres sont générés sensiblement simultanément, et le rapport d'intensités entre ces spectres dépend des surfaces des premier et second secteurs angulaires illuminés par le faisceau d'électrons. Le rapport souhaité entre les deux intensités est ainsi facilement réglable, par positionnement du sélecteur relativement à la piste cible. A cet égard, il est noté qu'il s'agit là d'un mode de fonctionnement dans lequel les secondes parties de la piste sont réalisées à l'aide de seconds éléments configurés pour provoquer un second rayonnement non nul, d'un niveau d'intensité différent de celui du premier rayonnement.
  • Mais dans un autre mode de fonctionnement, les secondes parties de la piste sont réalisées à l'aide de parties évidées ou à l'aide de seconds éléments configurés pour provoquer un second rayonnement nul. Il se produit alors un effet dit stroboscopique, recherché dans différents types d'applications. Avec cette conception, il est possible d'effectuer un réglage aisé du temps de pulse et du temps de pause entre les pulses, toujours par positionnement du sélecteur relativement à la piste cible. L'un des avantages réside alors dans la possibilité de faire varier la longueur des pulses et des pauses en fonction des besoins rencontrés, et sans modifier la vitesse de rotation de l'anode.
  • Quel que soit le mode de fonctionnement retenu, l'anode comporte de préférence un corps principal d'anode sur lequel est réalisée ladite piste cible.
  • Elle comporte des moyens de déplacement relatif du sélecteur par rapport au corps principal d'anode, lesdits moyens de déplacement relatif comprenant de préférence un moteur et/ou un électroaimant.
  • L'anode comporte également un arbre de liaison entre le corps principal d'anode et ledit sélecteur, ledit arbre de liaison étant centré sur ledit axe de rotation.
  • Elle comporte un arbre d'entraînement du corps principal d'anode, ledit arbre d'entraînement étant centré sur ledit axe de rotation.
  • L'invention a également pour objet une source de rayons X comprenant :
    • un générateur de faisceau d'électrons ;
    • une anode rotative telle que décrite ci-dessus, agencée de manière à ce que sa piste cible soit impactée par ledit faisceau d'électrons ;
    • des moyens d'entraînement en rotation de la piste cible ; et
    • une unité de commande configurée pour commander lesdits moyens d'entraînement en rotation de la piste cible, pour commander le générateur de faisceau d'électrons, et pour commander la position dudit sélecteur durant la rotation de la piste cible.
  • Selon un premier mode de réalisation préféré de l'invention, ladite unité de commande est configurée pour commander la position dudit sélecteur, durant la rotation de la piste cible, à partir desdits moyens de déplacement relatif équipant l'anode décrite ci-dessus. En d'autres termes, les moyens de déplacement relatif permettent ici un mouvement de l'arbre de liaison associé au sélecteur, relativement à l'arbre de rotation associé au corps de l'anode portant la piste cible.
  • Selon un second mode de réalisation préféré de l'invention, la source comporte en outre des moyens d'entraînement en rotation du sélecteur, distincts desdits moyens d'entraînement en rotation de la piste cible, et ladite unité de commande est configurée pour commander la position dudit sélecteur, durant la rotation de la piste cible, à partir desdits moyens d'entraînement en rotation du sélecteur et desdits moyens d'entraînement en rotation de la piste cible. En d'autres termes, dans ce second mode de réalisation, le sélecteur et la piste cible sont entraînés individuellement en rotation.
  • L'invention a également pour objet un système d'analyse d'un élément par rayons X, comprenant au moins une telle source de rayons X destinée à orienter chaque rayonnement émis en direction de l'élément à analyser, le système comprenant de plus un dispositif de détection de signal, ainsi qu'un processeur.
  • De préférence, il s'agit d'un système d'analyse d'une pièce par diffraction de rayons X ou d'un système d'imagerie médicale par rayons X.
  • Enfin, l'invention a pour objet un procédé d'analyse d'un élément par rayons X mis en oeuvre à l'aide d'un tel système d'analyse.
  • D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous.
    • BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
  • L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de celle-ci, ainsi qu'à l'examen des dessins annexés parmi lesquels ;
    • la figure 1 représente une vue schématique de face d'une source de rayons X, selon un premier mode de réalisation préféré de l'invention ;
    • la figure 2 représente une vue en perspective de l'anode équipant la source de rayons X montrée sur la figure précédente, avec son sélecteur occupant une première position relativement à la piste cible ;
    • la figure 3 est une vue de dessus de celle de la figure 2 ;
    • la figure 3a est un graphe représentant le spectre du rayonnement produit par la source de rayons X, dans la première position montrée sur les figures 2 et 3;
    • la figure 4 représente une vue en perspective de l'anode équipant la source de rayons X montrée sur la figure 1, avec son sélecteur occupant une seconde position relativement à la piste cible ;
    • la figure 5 est une vue de dessus de celle de la figure 4 ;
    • la figure 5a est un graphe représentant le spectre du rayonnement produit par la source de rayons X, dans la seconde position montrée sur les figures 4 et 5 ;
    • les figures 6 et 7 sont des vues analogues à celles des figures 3 et 5, avec le sélecteur de l'anode occupant différentes troisièmes positions, relativement à la piste cible ;
    • les figures 6a et 7a sont des graphes analogues à ceux des figures 3a et 5a, représentant le spectre du rayonnement produit par la source de rayons X, dans les troisièmes positions montrées sur les figures 6 et 7 ;
    • la figure 8 représente une vue similaire à celle de la figure 1, avec la source de rayons X se présentant sous la forme d'un second mode de réalisation préféré de l'invention ;
    • la figure 9 est une vue schématique d'un système d'analyse d'un élément par rayons X, du type système d'imagerie médicale ;
    • les figures 10a et 10b représentent des vues schématiques partielles d'un système d'analyse d'un élément par rayons X, du type système d'analyse d'une pièce par diffraction de rayons X ;
    • la figure 11 est une vue similaire à celle de la figure 7, avec l'anode se trouvant dans une configuration différente pour générer un spectre stroboscopique ;
    • la figure 11a est une vue montrant la durée des pulses et des pauses du spectre stroboscopique généré dans la position du sélecteur montrée sur la figure 11 ;
    • la figure 12 est une vue similaire à celle de la figure 11, avec le sélecteur se trouvant dans une position différente relativement à la piste cible, correspondant à celle de la figure 6 ; et
    • la figure 12a est une vue montrant la durée des pulses et des pauses du spectre stroboscopique généré dans la position du sélecteur montrée sur la figure 12.
    EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
  • En référence à la figure 1, il est montré une source 1 de rayons X selon un premier mode de réalisation préféré de l'invention. Globalement, cette source 1 comporte des composants conventionnels, à l'exception de son anode rotative 2 qui est spécifique à la présente invention.
  • La source 1 comporte un carter 4 dans lequel se situe l'anode rotative 2, ainsi qu'un générateur de faisceau d'électrons. Ce générateur 6 est en effet capable de produire un faisceau d'électrons 8, d'axe 10 orienté verticalement selon l'orientation de la source 1 sur la figure 1. De façon classique, un vide est réalisé dans le carter 4, par exemple un vide de l'ordre de 10-6 à 10-8 bar.
  • L'anode 2 est montée rotative dans le carter 4, selon un axe de rotation 12 préférentiellement parallèle à l'axe 10 du faisceau d'électrons. Cette anode 2 comporte un corps principal 14, solidaire d'un arbre rotatif d'entraînement 16. L'arbre 16 est entraîné par un moteur 18 agencé de préférence en dehors du carter 4. Le corps principal 14 est équipé en surface supérieure d'une piste cible 20, agencée en regard du faisceau 8. Dans l'exemple montré sur la figure 1, la surface supérieure du corps principal 14 est tronconique d'axe 12. La piste cible 20 est donc également tronconique, de sorte que lorsqu'elle est impactée par le faisceau d'électrons 8, le rayonnement engendré 22 est dévié pour se diriger vers une fenêtre 24 du carter. En traversant cette fenêtre, le rayonnement 22 peut illuminer un élément 26 à analyser, situé en dehors du carter 4.
  • Comme cela sera détaillé ci-après, l'anode rotative 2 comporte également un sélecteur 30, par exemple écarté axialement du corps principal 14 d'une distance comprise entre 0,5 et 16 mm. Le sélecteur 30 est conçu de manière à ce que seulement une partie de la piste cible 20 soit impactée par le faisceau 8 à chaque instant t. En d'autres termes, ce sélecteur 30 assure une illumination sélective de la piste 20, lorsque celle-ci est entraînée en rotation par le moteur 18 selon l'axe 12. De plus, la position du sélecteur 30 relativement à la piste cible 20 peut être modifiée de façon à changer la partie de la piste 20 qui est illuminée. Pour ce faire, l'anode 2 est équipée de moyens de déplacement relatif appropriés, permettant une rotation du sélecteur 30 selon l'axe 12, relativement au corps principal 14 portant la piste cible 20. Ces moyens sont représentés schématiquement sur la figure 1, et repérés par la référence numérique 32. Ils sont associés à un arbre de liaison 34 centré sur l'axe 12 et raccordant le corps principal 14 au sélecteur 30. Il peut par exemple s'agir d'un autre moteur 34, et/ou d'un électroaimant. Dans ce dernier cas, l'électroaimant est de préférence associé à un système à ressort permettant de générer une contre-force de rappel.
  • Aussi, lorsque ces moyens de déplacement relatif 32 sont inactivés, la rotation du corps principal 14 entraîne la rotation à la même vitesse du sélecteur 30, via l'arbre de liaison 34. En revanche, au cours de la rotation du corps principal 14 et de sa piste cible 20, ces moyens de déplacement 32 peuvent être activés de façon à changer la position angulaire relative entre le sélecteur 30, et ce même corps principal 14. Par conséquent, uniquement pendant la courte période d'activation des moyens de déplacement 32, la vitesse de rotation du sélecteur 30 par rapport au carter 4 est différente de celle du corps principal 14 et de sa piste cible 20.
  • La source 1 de rayons X est également équipée d'une unité de commande 40. Comme évoqué ci-dessus, cette unité 40 est configurée pour commander la position du sélecteur 30 durant la rotation de la piste cible 20, à partir des moyens de déplacement relatif 32. L'unité 40 est aussi configurée pour commander le moteur 18 d'entraînement de la piste cible 20, et pour commander le générateur 6 du faisceau d'électrons 8.
  • Toujours en référence à la figure 1, il est noté que le sélecteur 30 présente de préférence une forme globale tronconique, de même angle que celui de la piste cible 20. Alternativement, comme cela sera représenté sur les figures suivantes, ce sélecteur 30 peut prendre une forme générale de disque centré sur l'axe 12.
  • Le sélecteur 30 en acier définit en alternance, selon la direction circonférentielle, des premières portions d'obturation 42a interdisant le passage du faisceau d'électrons 8, et des secondes portions 42b autorisant le passage de ce faisceau. Les premières portions 42a sont ainsi des portions pleines, tandis que les secondes portions 42b sont préférentiellement des portions évidées. Ainsi, le sélecteur 30 présente une alternance de portions pleines 42a et de portions ajourées 42b. Ces portions présentent toutes sensiblement la même surface et la même étendue angulaire, par exemple de l'ordre de 30° lorsqu'il est prévu six premières portions 42a, et six portions secondes portions 42b.
  • De manière analogue, la piste cible 20 comporte des premières parties cibles 20a et des secondes parties cibles 20b, agencées en alternance selon la direction circonférentielle de cette piste. Ces parties 20a, 20b de la piste sont agencées en regard des portions 42a, 42b du sélecteur, selon la direction de l'axe de rotation 12. Leur nombre et leur étendue angulaire sont identiques à ceux de ces portions 42a, 42b du sélecteur 30.
  • Les premières parties cibles 20a sont réalisées à l'aide de premiers éléments cibles, par exemple obtenus par dépôt sur le corps principal 14. Ces premiers éléments 20a sont formés dans un premier matériau choisi de sorte que l'impact du faisceau d'électrons 8 sur l'un quelconque de ces premiers éléments cibles provoque un premier rayonnement X.
  • Egalement, dans ce premier mode de réalisation préféré, les secondes parties cibles 20b sont réalisées à l'aide de seconds éléments cibles, par exemple obtenus par dépôt sur le corps principal 14. Ces seconds éléments cibles 20b sont formés dans un second matériau choisi de sorte que l'impact du faisceau d'électrons 8 sur l'un quelconque de ces seconds éléments cibles provoque un second rayonnement X, d'intensité différent de celui du premier rayonnement.
  • A titre d'exemple indicatif, le premier matériau est ici du molybdène, et le second matériau du cuivre. Ces matériaux sont particulièrement intéressants car leurs rayonnements sont réputés adaptés pour la caractérisation en nanoélectronique. Cependant, l'invention n'est pas limitée à ces deux matériaux. D'autres matériaux pourraient être utilisés : holmium, erbium, lanthane, cérium, praséodyme, néodyme, samarium, europium, gadolinium, lutécium, baryum, rhodium, zirconium, hafnium, tungstène, titane, rhénium, graphite, et autres métaux du groupe du tableau périodique 10, ou encore d'autres éléments et leurs alliages.
  • En référence à présent aux figures 2 à 5a, il va être décrit un premier mode de fonctionnement de la source 1. Dans ce premier mode, il s'agit de générer en alternance deux rayonnements distincts, à l'aide des différentes parties 20a, 20b de la piste cible.
  • Pour ce faire, au cours de la rotation de l'anode 2 par le moteur 18, le sélecteur 30 peut être amené par les moyens de déplacement 32 dans une première position représentée sur les figures 2 et 3. Dans cette première position, les secondes portions 42b du sélecteur 30 se trouvent en regard des premiers éléments cibles 20a de la piste, et les premières portions d'obturation 42a masquent les seconds éléments cibles 20b de la piste.
  • Dans cette première position, le faisceau 8 impacte donc les premiers éléments cibles 20a au cours de la rotation de la piste selon l'axe 12, mais n'impacte par les seconds éléments cibles 20b restant masqués par les portions pleines du sélecteur.
  • L'impact décrit ci-dessus génère un premier rayonnement X, représenté schématiquement par la flèche 22a sur la figure 2. Le spectre caractéristique de ce premier rayonnement 22a est montré sur le graphe de la figure 3a, sur lequel il est possible d'apercevoir la Bremsstrahlung 50 ainsi que les raies caractéristiques 52a du premier matériau.
  • Au cours de la rotation de l'anode 2 par le moteur 18, le sélecteur 30 peut aussi être amené par les moyens de déplacement 32 dans une seconde position représentée sur les figures 4 et 5. Dans cette première position, les secondes portions 42b du sélecteur 30 se trouvent en regard des seconds éléments cibles 20b de la piste, et les premières portions d'obturation 42a masquent les premiers éléments cibles 20a de la piste.
  • Dans cette seconde position, le faisceau 8 impacte donc les seconds éléments cibles 20b au cours de la rotation de la piste selon l'axe 12, mais n'impacte par les premiers éléments cibles 20a restant masqués par les portions pleines du sélecteur.
  • L'impact décrit ci-dessus génère un second rayonnement X, représenté schématiquement par la flèche 22b sur la figure 4. Le spectre caractéristique de ce second rayonnement 22b est montré sur le graphe de la figure 5a, sur lequel il est possible d'apercevoir la Bremsstrahlung 50 ainsi que les raies caractéristiques 52b du second matériau.
  • Les moyens de déplacement relatif 32, non représentés sur les figures 2 et 4, permettent donc d'amener le sélecteur 30 de la première position à la seconde position, et inversement. La fréquence de l'alternance entre ces deux positions est par exemple de l'ordre de 1 à 10 Hz, cette fréquence correspondant à la fréquence d'alternance entre les deux rayonnements 22a, 22b. De plus, la vitesse de rotation de l'anode est préférentiellement comprise entre 5 000 et 50 000 tours par minute, en fonction de l'application retenue.
  • Ce premier mode de fonctionnement est par exemple utilisé pour l'imagerie médicale ou la radiocristallographie, comme cela sera décrit ci-après.
  • En référence à présent aux figures 6 à 7a, il va à présent être décrit un second mode de fonctionnement de la source 1, permettant de générer de façon sensiblement simultanée les deux rayonnements 22a, 22b.
  • En effet, l'anode 2 est également conçue de manière à ce que le sélecteur puisse être amené dans plusieurs troisièmes positions distinctes, dont deux d'entre elles sont représentées sur les figures 6 et 7. Chaque troisième position correspond globalement à une position intermédiaire entre les première et seconde positions précitées. Par conséquent, dans ces troisièmes positions, les secondes portions 42b du sélecteur 30 se trouvent chacune en regard d'un premier secteur angulaire 20a' de l'un des premiers éléments cibles 20a de la piste 20, et en regard d'un second secteur angulaire 20b' de l'un des seconds éléments cibles 20b de cette piste. Le faisceau d'électrons 8 peut ainsi illuminer simultanément ces deux secteurs 20a', 20b', étant précisé que le rapport entre les surfaces des premier et second secteurs angulaires est le même à travers chaque seconde portion 42b évidée du sélecteur 30, comme cela est visible sur les figures 6 et 7.
  • Le rapport entre l'étendue angulaire du premier secteur angulaire 20a' et celle du second secteur angulaire 20b' conditionne le rapport d'intensité souhaité entre les deux rayonnements 22a, 22b. Ainsi, la position retenue parmi toutes les troisièmes positions possibles, est celle dont le rapport entre les étendues angulaires précitées engendre le rapport souhaité entre les deux rayonnements 22a, 22b produits par les deux matériaux.
  • A titre d'exemple, la troisième position de la figure 6 est telle que l'étendue du premier secteur angulaire 20a' est faible par rapport à celle du second secteur angulaire 20b'. Par conséquent, suite à l'impact du faisceau d'électrons sur ces secteurs, il se crée deux rayonnements dont le spectre caractéristique est montré sur la figure 6a. Ce spectre intègre la Bremsstrahlung 50, ainsi que des raies caractéristiques 52a du premier matériau et des raies caractéristiques 52b du second matériau. Puisque le premier matériau est illuminé sur une plus faible surface, les raies caractéristiques 52a du premier matériau sont de plus faibles intensités que celles des raies caractéristiques 52b du second matériau.
  • En revanche, dans la troisième position de la figure 7, l'étendue du premier secteur angulaire 20a' est élevée par rapport à celle du second secteur angulaire 20b'. Par conséquent, suite à l'impact du faisceau d'électrons sur ces secteurs, il se crée deux rayonnements dont le spectre caractéristique est montré sur la figure 7a. Ce spectre intègre la Bremsstrahlung 50, ainsi que des raies caractéristiques 52a du premier matériau et des raies caractéristiques 52b du second matériau. Puisque le premier matériau est illuminé sur une surface plus importante, les raies caractéristiques 52a du premier matériau sont de plus grandes intensités que celles des raies caractéristiques 52b du second matériau.
  • Ce second mode de fonctionnement est par exemple utilisé pour la radiocristallographie, comme cela sera décrit ci-après.
  • En référence à présent à la figure 8, il est représenté une source 1 selon un second mode de réalisation préféré de l'invention. Ce second mode diffère du premier par la manière dont est entraîné le sélecteur 30. Cependant, il est capable d'être utilisé dans l'ensemble des modes de fonctionnements décrits en relation avec le premier mode de réalisation préféré.
  • Plus précisément, dans ce second mode de réalisation, la source 1 comporte des moyens d'entraînement en rotation du sélecteur 30, distincts du moteur 18 d'entraînement de la piste cible 20. Ces moyens sont par exemple un moteur additionnel 54, capable de mettre en rotation le sélecteur 30 par rapport au carter 4. Pour ce faire, le moteur 54 peut être couplé à une arbre secondaire 56 d'entraînement en rotation, portant le sélecteur 30 et traversant l'arbre d'entraînement 16 ainsi que le moteur 18.
  • Dans ce second mode de réalisation, le sélecteur 30 et la piste cible 20 sont entraînés individuellement en rotation, par leurs moteurs respectifs 54, 18. Ces moteurs sont ainsi pilotés de manière synchronisée par l'unité de commande 40, de sorte qu'en fonctionnement, leurs vitesses de rotation soient identiques. En revanche, lorsqu'un changement de position du sélecteur 30 est désiré, l'une et/l'autre des deux vitesses sont modifiées sur une courte durée, afin d'atteindre la nouvelle position souhaitée pour le sélecteur 30. En d'autres termes, l'unité de commande 40 est configurée pour commander la position du sélecteur 30, durant la rotation de la piste cible 20, à partir des deux moteurs 18, 54.
  • A présent en référence à la figure 9, il est montré un système d'imagerie médicale 100, utilisant une source 1 de rayons X selon l'invention. Pour cette application, la source 1 est préférentiellement prévue pour être utilisée dans son premier mode de fonctionnement décrit ci-dessus.
  • Pour rappel, l'imagerie par contraste d'absorption est par exemple utilisée pour détecter des tumeurs. Une tumeur d'une taille supérieure de quelques millimètres nécessite un approvisionnement en sang pour grossir. Les veines autour d'une tumeur sont désorganisées et peuvent être visualisées par contraste d'absorption. Un agent est alors injecté dans le sang et deux images du tissu sont réalisées à deux niveaux d'énergie différents. En superposant les deux images, le tissu de la tumeur est visualisé.
  • Pour la réalisation de ces deux images, il est utilisé les deux rayonnements 22a, 22b produits par la source 1, ces rayonnements étant dirigés pour illuminer la partie corporelle 26 à analyser. Derrière cette partie corporelle 26, le système comporte un dispositif de détection de signal 60, relié à un processeur 62 qui est également connecté à la source 1. D'ailleurs, l'unité de commande de cette source peut alors faire partie intégrante du processeur 62.
  • A présent en référence aux figures 10a et 10b, il est montré une partie d'un autre système 200 d'analyse par diffraction de rayons X, ce type d'analyse se rapportant au domaine de la radiocristallographie. Pour cette application, la source 1 est prévue pour être utilisée dans l'un quelconque des premier et second modes de fonctionnement décrits ci-dessus. La source 1 génère des rayonnements destinés à illuminer une pièce 26 à analyser, de préférence un composant microélectronique ou nanoélectronique.
  • Dans l'exemple montré sur la figure 10a, grâce au principe de diffraction de rayons X, il est possible de détecter deux taches de diffraction pour la même famille de plans cristallins d'une même couche polycristalline 64 agencée sur un substrat 66 de la pièce 26. Les deux tâches sont produites respectivement par les deux rayonnements 22a, 22b générés par la source 1 et présentant des niveaux d'intensité différents. Les deux rayonnements 22a, 22b, après leur impact sur la couche 64, atteignent un dispositif de détection de signal (non représenté). Cette technique permet en particulier de mesurer la contrainte, la taille de grains, ou encore une éventuelle texture en fonction de la profondeur de la couche.
  • Dans l'exemple montré sur la figure 10b, grâce au principe de diffraction de rayons X, il est possible d'effectuer une caractérisation d'une éventuelle variation en profondeur d'une couche 64 polycristalline, en séparant le signal de la couche de celui du substrat monocristal 66 sur lequel la couche est déposée. Le fait d'utiliser le second mode de fonctionnement de la source 1 permet de réduire l'intensité du signal du substrat 66 qui est souvent beaucoup plus fort que le signal de la couche, provoquant ainsi une surexposition du détecteur (non représenté), en particulier critique pour des détecteurs 2D du type CCD- CMOS. La troisième position adéquate peut donc être ajustée en fonctionnement, de façon à réduire de la façon désirée l'intensité du second rayonnement 22b, impactant le substrat 66 de la pièce 26.
  • Sur les figures 11 et 12, l'anode 2 se trouve dans une configuration différente pour générer un spectre stroboscopique. Globalement, dans cette autre configuration, la piste cible 20 est réalisée de telle sorte que les premiers éléments 20a soient sensiblement identiques ou similaires à ceux décrits précédemment, tandis que les seconds éléments 20b sont quant à eux prévus dans un second matériau engendrant un second rayonnement nul. Dans un agencement alternatif non représenté, les seconds éléments 20b peuvent être remplacés par des parties évidées destinées à être traversées par le faisceau d'électrons, sans engendrer de rayonnement.
  • Dans tous les cas, cette configuration permet d'utiliser l'anode 2 selon un troisième mode de fonctionnement, capable de générer le premier rayonnement 22a de manière stroboscopique.
  • En effet, l'anode 2 est toujours conçue de manière à ce que le sélecteur 30 puisse être amené dans plusieurs troisièmes positions distinctes, dont deux d'entre elles sont représentées sur les figures 11 et 12. Dans ces troisièmes positions, les secondes portions 42b du sélecteur 30 se trouvent chacune en regard d'un premier secteur angulaire 20a' de l'un des premiers éléments cibles 20a de la piste 20, et en regard d'un second secteur angulaire 20b' de l'un des seconds éléments cibles 20b de cette piste. Le faisceau d'électrons 8 peut ainsi illuminer le secteur 20a', étant précisé que le rapport entre les surfaces des premier et second secteurs angulaires 20a', 20b' est le même à travers chaque seconde portion 42b évidée du sélecteur 30, comme cela est visible sur les figures 11 et 12.
  • Le rapport entre l'étendue angulaire du premier secteur angulaire 20a' et celle du second secteur angulaire 20b' conditionne le rapport entre la durée des pulses du premier rayonnement 22a, et la durée des pauses entre ces pulses.
  • A titre d'exemple, la troisième position de la figure 11 est telle que l'étendue du premier secteur angulaire 20a' est faible par rapport à celle du second secteur angulaire 20b'. Par conséquent, suite à l'impact du faisceau d'électrons sur ces secteurs, il se créé un rayonnement à effet stroboscopique dont la durée des pulses et des pauses est montrée sur le graphe de la figure 11a. Puisque le premier matériau est illuminé sur une surface élevée, les pulses sont de plus grande durée que les pauses.
  • A l'inverse, dans la troisième position de la figure 12, puisque le premier matériau des premiers éléments cibles 20a est illuminé sur une faible surface comparativement à celle des seconds éléments 20b, les pulses sont de plus petite durée que les pauses, comme en témoigne le graphe de la figure 12a.
  • Les applications pour ce troisième mode de fonctionnement sont multiples. A cet égard, il est noté que la stroboscopie devient de plus en plus importante pour observer des processus très rapides en répétition. La faculté offerte par la présente invention de pouvoir ajuster facilement la fréquence stroboscopique, constitue un avantage important. A titre d'exemples d'applications, il est mentionné l'observation d'un effet piézoélectrique dans une couche, l'observation de transitions de phases cristallines, l'observation d'un changement d'état dans un transistor, l'observation d'un démarrage d'une LED, ou encore l'excitation périodique d'une couche photosensible par le rayonnement X stroboscopique.
  • Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite, uniquement à titre d'exemples non limitatifs.

Claims (15)

  1. Anode rotative (2) pour source (1) de rayons X, ladite anode comprenant une piste cible annulaire (20) destinée à être impactée par un faisceau d'électrons (8), ladite piste étant centrée sur un axe de rotation (12) autour duquel elle est destinée à tourner lors du fonctionnement de la source de rayons X, la piste (20) comportant des premières et secondes parties cibles (20a, 20b) agencées en alternance selon une direction circonférentielle de cette piste, les premières parties cibles étant réalisées à l'aide de premiers éléments cibles (20a) et les secondes parties cibles étant réalisées à l'aide de seconds éléments cibles (20b) ou de parties évidées, les premiers et seconds éléments cibles (20a, 20b) étant réalisés respectivement dans un premier et un second matériaux choisis de sorte que l'impact du faisceau d'électrons (8) sur l'un des premiers éléments cibles (20a) provoque un premier rayonnement (22a), et de sorte que l'impact du faisceau d'électrons (8) sur l'un des seconds éléments cibles (20b) provoque un second rayonnement (22b) nul ou d'un niveau d'intensité différent de celui du premier rayonnement (22a),
    caractérisée en ce que l'anode comporte un sélecteur (30) de parties cibles, agencé en regard de la piste cible (20) dans la direction dudit axe de rotation (12), le sélecteur comprenant, agencées en alternance selon la direction circonférentielle, des premières portions d'obturation (42a) interdisant le passage du faisceau d'électrons ainsi que des secondes portions (42b) autorisant le passage de ce faisceau, l'anode étant configurée de manière à ce que durant la rotation de la piste cible (20), ledit sélecteur (30) puisse être amené alternativement dans différentes positions, parmi lesquelles :
    - une première position dans laquelle les secondes portions (42b) du sélecteur (30) se trouvent en regard des premières parties (20a) de la piste et dans laquelle les premières portions d'obturation (42a) masquent les secondes parties (20b) de la piste ; et
    - une seconde position dans laquelle les secondes portions (42b) du sélecteur (30) se trouvent en regard des secondes parties (20b) de la piste et dans laquelle les premières portions d'obturation (42a) masquent les premières parties (20a) de la piste (20).
  2. Anode selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est également configurée de manière à ce que durant la rotation de la piste cible (20), ledit sélecteur (30) puisse être amené dans plusieurs troisièmes positions distinctes, dans chacune desquelles les secondes portions (42b) se trouvent chacune en regard d'un premier secteur angulaire (20a') de l'une des premières parties (20a) de la piste et en regard d'un second secteur angulaire (20b') de l'une des secondes parties (20b) de la piste, le rapport entre les surfaces des premier et second secteurs angulaires (20a', 20b') variant dans les différentes troisièmes positions.
  3. Anode selon la revendication 2, caractérisée en ce que les secondes parties (20b) de la piste sont réalisées à l'aide de seconds éléments configurés pour provoquer un second rayonnement (22b) non nul, d'un niveau d'intensité différent de celui du premier rayonnement (22a).
  4. Anode selon la revendication 2, caractérisée en ce que les secondes parties (20b) de la piste sont réalisées à l'aide de parties évidées ou à l'aide de seconds éléments (20b) configurés pour provoquer un second rayonnement nul.
  5. Anode selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un corps principal d'anode (14) sur lequel est réalisée ladite piste cible (20).
  6. Anode selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (32) de déplacement relatif du sélecteur (30) par rapport au corps principal d'anode (14), lesdits moyens de déplacement relatif (32) comprenant de préférence un moteur et/ou un électroaimant.
  7. Anode selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comporte un arbre de liaison (34) entre le corps principal d'anode (14) et ledit sélecteur (30), ledit arbre de liaison (34) étant centré sur ledit axe de rotation (12).
  8. Anode selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée en ce qu'elle comporte un arbre (16) d'entraînement du corps principal d'anode (14), ledit arbre d'entraînement (16) étant centré sur ledit axe de rotation (12).
  9. Source (1) de rayons X comprenant :
    - un générateur (6) de faisceau d'électrons (8) ;
    - une anode rotative (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, agencée de manière à ce que sa piste cible (20) soit impactée par ledit faisceau d'électrons (8) ;
    - des moyens (18) d'entraînement en rotation de la piste cible (20) ; et
    - une unité de commande (40) configurée pour commander lesdits moyens (18) d'entraînement en rotation de la piste cible, pour commander le générateur de faisceau d'électrons (8), et pour commander la position dudit sélecteur (30) durant la rotation de la piste cible (20).
  10. Source de rayons X selon la revendication 9, caractérisée en ce que ladite unité de commande (40) est configurée pour commander la position dudit sélecteur (30), durant la rotation de la piste cible (20), à partir desdits moyens de déplacement relatif (32) équipant l'anode (2) selon la revendication 6.
  11. Source de rayons X selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens (54) d'entraînement en rotation du sélecteur (30), distincts desdits moyens (18) d'entraînement en rotation de la piste cible (20), et en ce que ladite unité de commande (40) est configurée pour commander la position dudit sélecteur (30), durant la rotation de la piste cible (20), à partir desdits moyens (54) d'entraînement en rotation du sélecteur (30) et desdits moyens (18) d'entraînement en rotation de la piste cible (20).
  12. Système (100, 200) d'analyse d'un élément (26) par rayons X, comprenant au moins une source (1) de rayons X selon l'une quelconque des revendications 9 à 11 destinée à orienter chaque rayonnement émis (22a, 22b) en direction de l'élément (26) à analyser, le système comprenant de plus un dispositif de détection de signal (60), ainsi qu'un processeur (62).
  13. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il est un système (200) d'analyse d'une pièce par diffraction de rayons X.
  14. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il est un système (100) d'imagerie médicale par rayons X.
  15. Procédé d'analyse d'un élément (26) par rayons X mis en oeuvre à l'aide d'un système (100, 200) selon l'une quelconque des revendications 12 à 14.
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