ES2881314T3 - Fuente generadora de rayos ionizantes compacta, conjunto que comprende varias fuentes y procedimiento de realización de la fuente - Google Patents

Abstract

Una fuente generadora de rayos ionizantes que comprende: - una cámara de vacío (12; 153), - un cátodo (14) capaz de emitir un haz de electrones (18) en la cámara de vacío (12; 153), - un ánodo (16; 76; 154; 174) que recibe el haz de electrones (18) y que comprende un objetivo (20; 21) capaz de generar radiación ionizante (22) a partir de la energía recibida del haz de electrones (18), - un electrodo (24; 166) dispuesto en las proximidades del cátodo (14) y que forma un wehnelt, caracterizada porque el electrodo (24) está formado por una superficie conductora adherida a una cara cóncava (26; 168) de un material dieléctrico, estando el exterior de la concavidad de la cara (26; 168) orientado hacia el ánodo (16; 76; 154; 174).

Description

DESCRIPCIÓN

Fuente generadora de rayos ionizantes compacta, conjunto que comprende varias fuentes y procedimiento de realización de la fuente

La invención se refiere a una fuente generadora de rayos ionizantes y en particular de rayos X, a un conjunto que comprende varias fuentes y a un procedimiento de realización de la fuente.

Los rayos X tienen muchos usos hoy en día, especialmente en la obtención de imágenes y la radioterapia. Las imágenes de rayos X se utilizan ampliamente en el campo de la medicina, en la industria para realizar pruebas no destructivas y en la seguridad para detectar objetos o materiales peligrosos.

Se ha avanzado mucho en la obtención de imágenes de rayos X. Al principio sólo se utilizaban películas sensibles a la luz. Desde entonces, han aparecido detectores digitales. Estos detectores, asociados a programas informáticos, permiten reconstruir rápidamente imágenes bidimensionales o tridimensionales mediante escáneres.

Por otra parte, desde el descubrimiento de los rayos X por Róntgen en 1895, los generadores de rayos X han evolucionado muy poco. Los sincrotrones que aparecieron después de la Segunda Guerra Mundial permiten generar una radiación intensa y bien enfocada. La radiación se produce por aceleraciones o desaceleraciones de partículas cargadas que posiblemente se mueven en un campo magnético.

Los aceleradores lineales y los tubos de rayos X utilizan un haz de electrones acelerados para bombardear un objetivo. El frenado del haz debido a los campos eléctricos de los núcleos del objetivo permite la generación de radiación de rayos X por frenado.

Un tubo de rayos X consiste generalmente en una carcasa en la que se crea un vacío. La carcasa está formada por una estructura metálica y un aislante eléctrico de alúmina o vidrio. En esta carcasa están dispuestos dos electrodos. Un electrodo catódico, elevado a un potencial negativo, está equipado con un emisor de electrones. Un segundo electrodo anódico, elevado a un potencial positivo con respecto al primer electrodo, está asociado a un objetivo. Los electrones, acelerados por la diferencia de potencial entre los dos electrodos, producen un espectro continuo de rayos ionizantes al frenarse (bremsstralung) cuando chocan con el objetivo. Los electrodos metálicos deben ser grandes y tener grandes radios de curvatura para minimizar los campos eléctricos en su superficie.

En función de la potencia de los tubos de rayos X, éstos pueden estar equipados con un ánodo fijo o con un ánodo giratorio que permite una distribución de la potencia térmica. Los tubos de ánodo fijo tienen una potencia de unos pocos kilovatios y se utilizan sobre todo en aplicaciones industriales, de seguridad y médicas de baja potencia. Los tubos de ánodo giratorio pueden superar los 100 kilovatios y se utilizan principalmente en el ámbito médico para la obtención de imágenes, donde se requieren altos flujos de rayos X para mejorar el contraste. Como ejemplo, el diámetro de un tubo industrial es de unos 150 mm a 450 kV, 100 mm a 220 kV y 80 mm a 160 kV. La tensión indicada corresponde a la diferencia de potencial aplicada entre los dos electrodos. En el caso de los tubos médicos con ánodo giratorio, el diámetro varía de 150 a 300 mm en función de la potencia a disipar en el ánodo.

Las dimensiones de los tubos de rayos X conocidos siguen siendo grandes, del orden de varios cientos de mm. Los sistemas de obtención de imágenes han visto la aparición de detectores digitales con un software de reconstrucción 3D cada vez más rápido y eficaz, mientras que, al mismo tiempo, las tecnologías de los tubos de rayos X han permanecido prácticamente inalteradas durante un siglo, lo que supone una importante limitación tecnológica de los sistemas de obtención de imágenes de rayos X.

Varios factores impiden la miniaturización de los tubos de rayos X actuales.

Los aislantes eléctricos deben ser de tamaño suficiente para garantizar un buen aislamiento eléctrico contra las altas tensiones de 30 kV a 300 kV. La alúmina sinterizada, que suele utilizarse para fabricar estos aislantes, suele tener una rigidez dieléctrica de unos 18 MV/m.

El radio de curvatura de los electrodos metálicos no debe ser demasiado pequeño para mantener un campo eléctrico estático aplicado a la superficie por debajo de un límite aceptable, típicamente 25 MV/m. Más allá de eso, las emisiones parásitas de electrones por efecto túnel se vuelven difíciles de controlar, lo que provoca un calentamiento de la pared, emisiones de rayos X no deseadas y micro-descargas. Por lo tanto, para tensiones elevadas, como las que se dan en los tubos de rayos X, las dimensiones de los electrodos del cátodo son importantes para limitar la emisión parásita de electrones.

Los cátodos termoiónicos se utilizan a menudo en los tubos convencionales. Las dimensiones de este tipo de cátodos y su temperatura de funcionamiento, típicamente por encima de los 1000°C, generan problemas de dilatación así como la evaporación de elementos conductores de la electricidad como el bario. Esto dificulta la miniaturización e integración de este tipo de cátodos en contacto con un aislante dieléctrico.

Los fenómenos de carga superficial relacionados con la interacción coulómbica aparecen en la superficie de los materiales dieléctricos utilizados (alúmina o vidrio) cuando esta superficie está en la proximidad de un haz de electrones. Para evitar la proximidad del haz de electrones a la superficie de los materiales dieléctricos, se realiza un apantallamiento electrostático con una pantalla metálica colocada delante del dieléctrico, o se aleja el haz de electrones del dieléctrico. La presencia de pantallas o la distancia también tiende a aumentar el tamaño de los tubos de rayos X.

El ánodo que forma el objetivo debe disipar una potencia térmica significativa. Esta disipación puede lograrse mediante la circulación de un fluido de transferencia de calor o mediante la construcción de un gran ánodo giratorio. La necesidad de esta disipación también requiere tubos de rayos X más grandes.

Entre las soluciones tecnológicas emergentes, la literatura describe el uso de cátodos fríos de nanotubos de carbono en estructuras de tubos de rayos X, pero las soluciones actualmente propuestas siguen basándose en estructuras de tubos de rayos X convencionales que implementan un cinturón metálico que rodea el cátodo frío. Este wehnelt es un electrodo llevado a alta tensión y siempre está sometido a importantes restricciones dimensionales para limitar las emisiones parásitas de electrones.

La invención pretende aliviar todos o parte de los problemas mencionados proponiendo una fuente de radiación ionizante, por ejemplo en forma de diodo o tríodo de alto voltaje cuyas dimensiones son mucho menores que las de los tubos de rayos X convencionales. El principio de generación de la radiación ionizante sigue siendo similar al utilizado en los tubos conocidos, es decir, un haz de electrones que bombardea un objetivo. El haz de electrones se acelera entre un cátodo y un ánodo entre los que se aplica una diferencia de potencial, por ejemplo superior a 100 kV. Para una misma diferencia de potencial, la invención permite reducir significativamente las dimensiones de la fuente según la invención en comparación con los tubos conocidos.

Para lograr este objetivo, la invención supera una restricción significativa a nivel de campo eléctrico en la superficie del electrodo catódico o wehnelt. La restricción mencionada anteriormente está relacionada con la naturaleza metálica de la interfaz entre el electrodo y el vacío de la cámara en la que se propaga el haz de electrones. La invención consiste principalmente en sustituir la interfaz metal/vacío en el electrodo por una interfaz material dieléctrico/vacío que no permita la emisión parasitaria de electrones por efecto túnel. Entonces es posible aceptar campos eléctricos mucho más altos que los aceptables con una interfaz metal/vacío. Las primeras pruebas internas han demostrado que es posible alcanzar campos estáticos muy superiores a 30 MV/m sin que se produzcan emisiones parásitas de electrones. Esta interfaz dieléctrica/vacío puede obtenerse, por ejemplo, sustituyendo el electrodo metálico, cuya superficie externa está sometida al campo eléctrico, por un electrodo de material dieléctrico, cuya superficie está sometida al campo eléctrico y cuya superficie interna está recubierta por el depósito conductor perfectamente adherido que garantiza la función electrostática de wehnelt. También es posible cubrir la superficie exterior de un electrodo metálico sometido al campo eléctrico con un material dieléctrico para sustituir la interfaz metal/vacío de los electrodos conocidos por una interfaz dieléctrica/vacío donde el campo eléctrico es fuerte. Esta disposición permite aumentar considerablemente el campo eléctrico máximo por debajo del cual no se producen emisiones parásitas de electrones.

El aumento de los campos eléctricos admisibles permite la miniaturización de las fuentes de rayos X y, más generalmente, de las fuentes de radiación ionizante.

Más específicamente, el objeto de la invención es una fuente generadora de rayos ionizantes que comprende:

• una cámara de vacío,

• un cátodo capaz de emitir un haz de electrones en la cámara de vacío,

• un ánodo que recibe el haz de electrones y que comprende un objetivo capaz de generar radiación ionizante a partir de la energía recibida del haz de electrones,

• un electrodo dispuesto en las proximidades del cátodo y que forma un wehnelt,

caracterizada porque el electrodo está formado por una superficie conductora adherida a una cara cóncava de un material dieléctrico, estando el exterior de la concavidad de la cara orientado hacia el ánodo.

Ventajosamente, la fuente comprende una parte mecánica hecha del material dieléctrico, y que comprende la cara cóncava.

Ventajosamente, la superficie conductora está formada por un depósito de metal dispuesto en la cara cóncava. Ventajosamente, la parte mecánica comprende una cara interna que tiene una resistividad superficial entre 1,109Q2 y 1,1013Q2.

Ventajosamente, el material dieléctrico está formado por una cerámica con base de nitruros.

La resistividad superficial de la cara interna puede obtenerse depositando un material semiconductor sobre el material dieléctrico de la parte mecánica. Alternativamente, la resistividad superficial de la cara interna puede obtenerse añadiendo al volumen de la cerámica con base de nitruros un material que reduzca la resistividad intrínseca de la cerámica con base de nitruros.

Ventajosamente, el cátodo emite el haz de electrones por efecto de campo y porque el electrodo está dispuesto en contacto con el cátodo.

Ventajosamente, la parte mecánica forma un soporte para el cátodo.

Ventajosamente, la parte mecánica forma parte de la cámara de vacío.

Ventajosamente, la parte mecánica forma un soporte para el ánodo.

Ventajosamente, la parte mecánica comprende una superficie exterior en forma de una circunferencia interior de un cono. La fuente comprende un soporte con una superficie exterior en forma de cono truncado complementaria a la superficie exterior en forma de cono truncado interior y al menos un contacto de alta tensión que alimenta el cátodo. El contacto y las superficies en forma de cono truncado forman un conector de alta tensión de la fuente.

Ventajosamente, la fuente comprende una junta flexible dispuesta entre la superficie en forma de cono truncado del soporte y la superficie en forma de cono truncado de la parte mecánica. La superficie en forma de cono truncado del soporte tiene un ángulo de vértice más abierto que la superficie en forma de cono truncado de la parte mecánica. El conector de alta tensión está configurado de manera que el aire situado entre las dos superficies en forma de cono truncado se escapa al interior del conector de alta tensión en una cavidad no sometida a un campo eléctrico generado por una alta tensión transportada por el conector.

Ventajosamente, la parte mecánica comprende una superficie exterior en forma de cono truncado exterior. El soporte comprende una superficie interior en forma de cono truncado complementaria a la superficie exterior en forma de cono truncado exterior.

Ventajosamente, el ánodo está unido de forma estanca a la parte mecánica.

Ventajosamente, el material dieléctrico tiene una resistencia dieléctrica superior a 30MV/m.

También es un objeto de la invención tener un conjunto generador de rayos ionizantes que comprende:

• varias fuentes yuxtapuestas e inmóviles en el conjunto,

• un módulo de control configurado para conmutar cada una de las fuentes en una secuencia predeterminada.

Ventajosamente, en el conjunto que comprende múltiples fuentes, la parte mecánica es común a todas las fuentes. Las fuentes pueden estar alineadas en un eje a través de cada uno de los cátodos. El electrodo es entonces ventajosamente común a las diferentes fuentes.

Los ánodos de todas las fuentes son ventajosamente comunes.

La invención tiene también por objeto un procedimiento de producción de una fuente que consiste en ensamblar en la parte mecánica, por traslación a lo largo de un eje del haz de electrones, por una parte el ánodo y por otra parte el cátodo, una cavidad formada por la cara cóncava que está cerrada por un tapón.

La invención se entenderá mejor y otras ventajas se harán evidentes a partir de la descripción detallada de una realización ejemplar, una descripción ilustrada por el dibujo adjunto en el que:

la figura 1 representa esquemáticamente los principales elementos de una fuente generadora de rayos X según la invención;

la figura 2 representa una variante de la fuente de la figura 1 que permite otros modos de conexión eléctrica;

la figura 3 es una vista parcial y ampliada de la fuente de la figura 1 alrededor de su cátodo;

las figuras 4a y 4b son vistas parciales y ampliadas de la fuente de la figura 1 alrededor de su ánodo según dos variantes;

la figura 5 representa una vista en sección de un modo de integración que comprende varias fuentes de acuerdo con la invención;

las figuras 6a y 6b representan variantes de un conjunto que comprende varias fuentes en una sola cámara de vacío;

las figuras 7a y 7b representan varios modos de conexión eléctrica de un conjunto que comprende varias fuentes.

las figuras 8a, 8b y 8c representan tres ejemplos de conjuntos que comprenden varias fuentes de acuerdo con la invención y que pueden producirse según las variantes propuestas en las figuras 5 o 6.

En aras de la claridad, los mismos elementos llevarán las mismas marcas en las distintas figuras.

La figura 1 representa una sección transversal de una fuente generadora de rayos X 10. La fuente 10 incluye una cámara de vacío 12 en la que están dispuestos un cátodo 14 y un ánodo 16. El cátodo 14 está destinado a emitir un haz de electrones 18 en la cámara 12 hacia el ánodo 16. El ánodo 16 incluye un objetivo 20 bombardeado por el haz 18 y que emite radiación de rayos X 22 en función de la energía del haz de electrones 18. El haz 18 se desarrolla alrededor de un eje 19 que pasa por el cátodo 14 y el ánodo 16.

Los tubos generadores de rayos X implementan convencionalmente un cátodo termoiónico que opera a alta temperatura, típicamente alrededor de 1000°C. Este tipo de cátodo se denomina comúnmente cátodo caliente. Este tipo de cátodo formado por una matriz metálica o por óxidos metálicos emite un flujo de electrones provocado por las vibraciones de los átomos debido a la energía térmica. Sin embargo, los cátodos calientes sufren varios inconvenientes, como una baja dinámica temporal del control de la corriente debido a las constantes de tiempo de los procesos térmicos, la necesidad de utilizar rejillas situadas entre el cátodo y el ánodo y polarizadas a altos voltajes para controlar la corriente. Por ello, las rejillas están situadas en una zona de campos eléctricos muy intensos y están sometidas a altas temperaturas de funcionamiento, en torno a los 1.000 °C. Todas estas restricciones limitan fuertemente las posibilidades de integración y conducen a importantes dimensiones del cañón de electrones.

Más recientemente, se han desarrollado cátodos que funcionan según el principio de emisión de campo. Estos cátodos funcionan a temperatura ambiente y se denominan comúnmente cátodos fríos. La mayoría de ellos consisten en una superficie conductora plana con estructuras elevadas en las que se concentra un campo eléctrico. Estas estructuras elevadas son emisoras de electrones cuando el campo en la parte superior es lo suficientemente alto. Los emisores en relieve pueden ser de nanotubos de carbono. Tales realizaciones se describen, por ejemplo, en la solicitud de patente publicada con el número WO 2006/063982 A1 y se archiva a nombre del solicitante. Los cátodos fríos no tienen las desventajas de los cátodos calientes y son mucho más compactos. En el ejemplo ilustrado, el cátodo 14 es un cátodo frío y, por tanto, emite el haz de electrones 18 por efecto de campo. El control del cátodo 14 no se muestra en la figura 1. Este control puede realizarse de forma eléctrica u óptica, como también se describe en el documento WO 2006/063982 A1

Bajo el efecto de una diferencia de potencial entre el cátodo 14 y el ánodo 16, el haz de electrones 18 se acelera e incide sobre el objetivo 20 que comprende, por ejemplo, una membrana 20a, por ejemplo de diamante o de berilio, recubierta de una fina capa 20b de una aleación basada en un material de alto número atómico, como el tungsteno o el molibdeno en particular. La capa 20b puede tener un grosor variable, por ejemplo entre 1 y 12 pm, dependiendo de la energía de los electrones del haz 18. La interacción entre los electrones del haz de electrones 18 acelerados a gran velocidad y el material de la capa fina 20b permite la producción de la radiación de rayos X 22. Ventajosamente, en el ejemplo ilustrado, el objetivo 20 forma una ventana de la cámara de vacío 12. En otras palabras, el objetivo 20 forma parte de la pared de la cámara de vacío 12. Esta disposición se aplica en particular para un objetivo que opera en la transmisión. Para esta disposición, la membrana 20a está formada por un material de bajo número atómico, como el diamante o el berilio por su transparencia a la radiación de rayos X 22. La membrana 20a está configurada para proporcionar, junto con el ánodo 16, un sello de vacío para la cámara 12. Alternativamente, el objetivo 20, o al menos la capa hecha de una aleación de alto número atómico, puede estar dispuesto completamente dentro de la cámara de vacío 12 y la radiación de rayos X sale de la cámara 12 a través de una ventana que forma parte de la pared de la cámara de vacío 12. Esta disposición se aplica, en particular, para un objetivo que funciona bajo reflexión. El objetivo se separa entonces de la ventana. La capa en la que se producen los rayos X puede ser gruesa. El objetivo puede ser fijo o giratorio, lo que permite repartir la potencia térmica generada durante la interacción con los electrones del haz 18.

La fuente 10 incluye un electrodo 24 dispuesto junto al cátodo 14 para enfocar el haz de electrones 18. El electrodo 24 forma un wehnelt. La invención se implementa ventajosamente con un llamado cátodo frío. Es un cátodo que emite un haz de electrones por efecto de campo. Este tipo de cátodo se describe, por ejemplo, en el documento W^o 2006/063982 A1 presentado a nombre del solicitante. En el caso de un cátodo frío, el electrodo 24 está dispuesto en contacto con el cátodo 14. La parte mecánica 28 forma ventajosamente un soporte para el cátodo 14. El electrodo 24 está formado por una superficie conductora continua dispuesta sobre una cara cóncava 26 de un material dieléctrico. La cara cóncava 26 del material dieléctrico forma una cara convexa del electrodo 24 frente al ánodo 16. Para realizar la función de wehnelt, el electrodo 24 tiene una forma sustancialmente convexa. La parte exterior de la concavidad de la cara 26 está orientada hacia el ánodo 16. Localmente en el contacto entre el cátodo 14 y el electrodo, la convexidad del electrodo 24 puede ser nula o incluso ligeramente invertida.

Es a partir de esta cara convexa del electrodo 24 que se desarrollan campos eléctricos significativos. En la técnica anterior, existe una interfaz metal/vacío en esta cara convexa del electrodo. En consecuencia, esta interfaz puede ser el asiento de la emisión de electrones bajo el efecto del campo eléctrico dentro de la cámara de vacío. Esta interfaz del electrodo con el vacío de la cámara se elimina sustituyéndola por una interfaz dieléctrico/vacío. Por lo tanto, un material dieléctrico, que no tiene carga libre, no puede ser el asiento de una emisión sostenida de electrones.

Es importante evitar cualquier espacio de aire o vacío entre el electrodo 24 y la cara cóncava 26 del material dieléctrico. En efecto, en caso de contacto incierto entre el electrodo 24 y el material dieléctrico, aparecería una amplificación muy fuerte del campo eléctrico en la interfaz y podrían producirse allí emisiones de electrones o el desarrollo de un plasma. Para ello, la fuente 10 incluye una parte mecánica 28 formada en el material dieléctrico. Una de las caras de la parte mecánica 28 es la cara cóncava 26. El electrodo 24 está, en este caso, constituido por un depósito de un material conductor perfectamente adherido a la cara cóncava 26. Para llevar a cabo esta deposición se pueden utilizar varias técnicas, como la deposición física en fase vapor (conocida en la literatura anglosajona por el acrónimo PVD por Physical Vapor Deposition) o en fase química (CVD), posiblemente asistida por plasma (PECVD).

Alternativamente, se puede depositar un material dieléctrico en la superficie de un electrodo metálico sólido. La deposición de material dieléctrico, adherido al electrodo metálico sólido, evita siempre cualquier espacio de aire o vacío en la interfaz electrodo/material dieléctrico. Este depósito de material dieléctrico se elige para que soporte campos eléctricos elevados, normalmente superiores a 30 MV/m, y para que tenga la suficiente flexibilidad para adaptarse a la posible dilatación térmica del electrodo metálico sólido. Sin embargo, la disposición inversa que implica la deposición de un material conductor en la cara interna de una parte sólida hecha de un material dieléctrico tiene otras ventajas, en particular la de permitir que la parte mecánica 28 se utilice para realizar otras funciones. En concreto, la parte mecánica 28 puede formar una parte de la cámara de vacío 12. Esta porción de la cámara de vacío puede incluso ser una porción predominante de la cámara de vacío 12. En el ejemplo ilustrado, la parte mecánica 28 forma, por un lado, un soporte para el cátodo 14 y, por otro, un soporte para el ánodo 16. La parte 28 proporciona aislamiento eléctrico entre el ánodo 16 y el electrodo catódico 24.

Para la realización de la parte mecánica 28, el uso de materiales dieléctricos convencionales como la alúmina sinterizada, por ejemplo, ya permite evitar cualquier interfaz metal/vacío. Sin embargo, la rigidez dieléctrica de este tipo de material, del orden de 18 MV/m, sigue limitando la miniaturización de la fuente 10. Para miniaturizar aún más la fuente 10, se elige un material dieléctrico con una resistencia dieléctrica superior a 20 MV/m y ventajosamente superior a 30 MV/m. El valor de la rigidez dieléctrica se mantiene, por ejemplo, por encima de 30 MV/m en un rango de temperatura entre 20 y 200°C. Las cerámicas compuestas de tipo nitruro permiten cumplir este criterio. Las pruebas realizadas en la empresa han demostrado que una cerámica de estas características puede superar incluso los 60 MV/m.

Al miniaturizar la fuente 10, las cargas superficiales pueden acumularse en una cara interna 30 de la cámara de vacío 12, y en particular en la cara interna de la parte mecánica 28, cuando se establece el haz de electrones 18. Es útil poder drenar estas cargas y para ello, la cara interna 30 tiene una resistividad superficial medida a temperatura ambiente de entre 1,109O2 y 1,1013O2 y típicamente alrededor de 1,1011 O2. Dicha resistividad puede lograrse mediante la adición de un material conductor o semiconductor compatible con el material dieléctrico en la superficie. Como material semiconductor, es posible, por ejemplo, depositar silicio en la superficie interior 30. Para obtener el rango de resistividad adecuado, por ejemplo, para una cerámica con base de nitruros, es posible modificar sus propiedades intrínsecas añadiendo un pequeño porcentaje (normalmente menos del 10%) de un polvo de nitruro de titanio conocido por sus propiedades de baja resistividad del orden de 4 .10-3O.m. o de materiales semiconductores como el carburo de silicio SiC.

Es posible dispersar el nitruro de titanio en todo el volumen del material dieléctrico para conseguir una resistividad homogénea en el material de la parte mecánica 28. Alternativamente, se puede obtener un gradiente de resistividad mediante la difusión del nitruro de titanio de la cara interna 30 mediante un tratamiento térmico de alta temperatura por encima de 1500°C.

La fuente 10 incluye un tapón 32 para sellar la cámara de vacío 12. La parte mecánica 28 comprende una cavidad 34 en la que está dispuesto el cátodo 14. La cavidad 34 está delimitada por la cara cóncava 26. El tapón 32 cierra la cavidad 34. El electrodo 24 incluye dos extremos 36 y 38 espaciados a lo largo del eje 19. El primer extremo 36 está en contacto con el cátodo 14 y en continuidad eléctrica con él. El segundo extremo 38 es opuesto al primero. La parte mecánica 28 comprende un frustro interior 40 de sección circular dispuesto alrededor del eje 19 del bulto 18. El cono truncado 40 está situado en el segundo extremo 38 del electrodo 24. El cono truncado 40 se abre fuera del cátodo 14. La tapa 32 incluye una forma complementaria al cono truncado 40 para su disposición en el mismo. El cono truncado 40 asegura el posicionamiento del tapón 32 en la parte mecánica 28. El tapón 32 puede implementarse independientemente de la construcción del electrodo 24 como una superficie conductora dispuesta en la cara cóncava 26 del material dieléctrico.

Ventajosamente, el tapón 32 está hecho del mismo material dieléctrico que la parte mecánica 28. Esto limita los posibles fenómenos de dilatación térmica diferencial entre la parte mecánica 28 y el tapón 32 cuando se utiliza la fuente 10.

El tapón 32 está, por ejemplo, unido a la parte mecánica 28 por medio de una película de soldadura 42 realizada en el cono truncado 40 y más generalmente en una zona de interfaz entre el tapón 32 y la parte mecánica 28. Es posible metalizar las superficies a soldar del capuchón 32 y de la parte mecánica 28 y, a continuación, realizar la soldadura fuerte utilizando una aleación metálica cuyo punto de fusión sea superior a la temperatura máxima de funcionamiento de la fuente 10. La metalización y la película de soldadura 42 entran en continuidad eléctrica con el extremo 38 del electrodo 24. La forma de cono truncado de la interfaz metalizada entre el capuchón 32 y la parte mecánica 28 evita formas angulares excesivamente pronunciadas para el electrodo 24 y para las zonas conductoras que se extienden por el electrodo 24 con el fin de limitar los posibles efectos de pico del campo eléctrico.

Alternativamente, la metalización de la superficie puede evitarse incorporando un elemento activo en la aleación de soldadura que reaccione con el material del tapón 32 y el material de la parte mecánica 28. En el caso de las cerámicas basadas en nitruros, el titanio se incorpora a la aleación de soldadura. El titanio es un metal que reacciona con el nitrógeno y crea un fuerte vínculo químico con la cerámica. Pueden utilizarse otros metales reactivos como el vanadio, el niobio o el circonio.

Ventajosamente, la película de soldadura 42 es conductora y se utiliza para conectar eléctricamente el electrodo 24 a una fuente de alimentación de la fuente 10. La conexión eléctrica del electrodo 24 por medio de la película de soldadura 42 puede implementarse para otros tipos de electrodos, incluyendo electrodos metálicos recubiertos con un material dieléctrico. Para reforzar la conexión con el electrodo 24, se puede incrustar un contacto metálico en la película de soldadura 42. Este contacto es ventajoso para conectar un electrodo metálico sólido recubierto de un material dieléctrico. La conexión eléctrica del electrodo 24 se realiza mediante este contacto eléctrico. Alternativamente, una superficie 43 de la tapa 32 puede estar parcialmente metalizada. La superficie 43 está situada fuera de la cámara de vacío 12. La metalización superficial 43 está en contacto eléctrico con la película de soldadura 42. Se puede soldar un contacto a la metalización de la superficie 43 y conectarlo eléctricamente a una fuente de alimentación de la fuente 10.

La película de soldadura 42 amplía la forma de revolución del electrodo 24 y contribuye así a la función primaria del electrodo 24. Esto es particularmente ventajoso cuando el electrodo 24 está formado con una superficie conductora dispuesta en la cara cóncava 26. La película de soldadura 42 extiende la superficie conductora que forma el electrodo 24 directamente y sin discontinuidades o puntos angulares fuera del eje 19. El electrodo 24, junto con la película de soldadura 42 cuando es conductora, forman una superficie equipotencial que contribuye a la focalización del haz de electrones 18 y a la fijación del potencial del cátodo 14. Esto permite minimizar los campos eléctricos locales para que la fuente 10 sea más compacta.

La cara 26 puede tener áreas localmente convexas, como en su unión con el cono truncado 40. En la práctica, la cara 26 es al menos parcialmente cóncava. La cara 26 es generalmente cóncava.

En la figura 1, la fuente 10 está polarizada mediante una fuente de alta tensión 50 con un terminal negativo conectado al electrodo 24, por ejemplo a través de la metalización de la película de soldadura 42, y un terminal positivo conectado al ánodo 16. Este tipo de conexión es característico de un funcionamiento monopolar de la fuente 10 en el que el potencial del ánodo 16 está conectado a tierra 52. Alternativamente, la fuente de alto voltaje 50 puede ser reemplazada por dos fuentes de alto voltaje 56 y 58 en serie para operar la fuente 10 de manera bipolar como se muestra en la Figura 2. Este tipo de funcionamiento es interesante para simplificar la realización del generador de alta tensión asociado. Por ejemplo, en el caso de un modo de funcionamiento de alta tensión pulsada de alta frecuencia, puede ser ventajoso bajar la tensión absoluta sumando las dos medias tensiones positivas y negativas en la fuente 10. Para ello, la fuente de alta tensión puede incluir un transformador de salida accionado como medio puente H.

Con una fuente 10 como la mostrada en la Figura 1, la operación bipolar puede lograrse conectando el punto común de los generadores 56 y 58 a tierra 52. Alternativamente, también es posible mantener la fuente de alta tensión 50 flotando con respecto a la tierra 52 como en la figura 2.

El funcionamiento bipolar de una fuente como la descrita en la figura 1 se consigue manteniendo el punto común de dos fuentes de alta tensión conectadas en serie flotante. Alternativamente, este punto común puede utilizarse para polarizar otro electrodo de la fuente 10, como se muestra en la figura 2. En esta realización, la fuente 10 incluye un electrodo intermedio 54 que divide la parte mecánica 28 en dos partes 28a y 28b. El electrodo intermedio 54 se extiende perpendicularmente al eje 19 del rayo 18 y es atravesado por el rayo 18. La presencia del electrodo 54 permite el funcionamiento bipolar conectando el electrodo 54 al punto común de las dos fuentes de alta tensión 56 y 58 conectadas en serie. En la figura 2, el conjunto formado por las dos fuentes de alta tensión 56 y 58 es flotante con respecto a la masa 52. Como se muestra en la figura 1, también es posible conectar uno de los electrodos de la fuente 10, por ejemplo el electrodo intermedio 54, a la tierra 52.

La figura 3 es una vista parcial y ampliada de la fuente 10 alrededor del cátodo 14. El cátodo 14 está dispuesto en la cavidad 34 que linda con el extremo 36 del electrodo 24. Un soporte 60 permite centrar el cátodo 14 con respecto al electrodo 24. Dado que el electrodo 24 es circularmente simétrico con respecto al eje 19, el cátodo 14 está centrado en el eje 19, lo que le permite emitir el haz de electrones 18 a lo largo del eje 19. El soporte 60 comprende un avellanado 61 centrado en el eje 19 y en el que se dispone el cátodo 14. En su periferia, el soporte 60 incluye una zona anular 63 centrada en el electrodo 24. Un muelle 64 presiona el soporte 60 para mantener el cátodo 14 presionado contra el electrodo 24. El soporte 60 está hecho de material aislante. El muelle 64 puede tener una función eléctrica para proporcionar una señal de control al cátodo 14. Más precisamente, el cátodo 14 emite el haz de electrones 18 a través de una cara 65, llamada cara frontal, orientada hacia el ánodo 16. El cátodo 14 se controla eléctricamente desde su cara trasera 66 opuesta la cara delantera 65. El soporte 60 puede incluir una abertura 67 con una sección transversal circular centrada en el eje 19. La abertura 67 puede estar metalizada para conectar eléctricamente el muelle 64 y la cara posterior 66 del cátodo 14. La tapa 32 puede proporcionar una conexión eléctrica al control del cátodo 14 por medio de una vía metalizada 68 que se extiende a través de ella y un contacto 69 integrado en la tapa 32. El contacto 69 presiona el muelle 64 a lo largo del eje 19 para mantener el cátodo 14 contra el electrodo 24. El contacto 69 proporciona continuidad eléctrica entre la vía 68 y el muelle 64.

La superficie 43 del tapón 32, situada fuera de la cámara de vacío 12, puede estar metalizada en dos zonas distintas: una zona 43a centrada en el eje 19 y una zona anular periférica 43b alrededor del eje 19. La zona metalizada 43a está en continuidad eléctrica con la vía metalizada 68. La zona metalizada 43b está en continuidad eléctrica con la película de soldadura 42. Un contacto central 70 entra en contacto con la zona 43a y un contacto periférico 71 entra en contacto con la zona 43b. Los dos contactos 70 y 71 forman un conector coaxial para conectar eléctricamente el cátodo 14 y el electrodo 24 a través de las zonas metalizadas 43a y 43b y a través de la vía metalizada 68 y la película de soldadura 42.

El cátodo 14 puede incluir una pluralidad de zonas emisoras separadas que se pueden direccionar por separado. La cara trasera 66 tiene entonces varias zonas de contacto eléctrico separadas. El soporte 60 y el muelle 64 se adaptan en consecuencia. Una pluralidad de contactos similares al contacto 69 y una pluralidad de vías metalizadas similares a la vía 68 se utilizan para conectar las diversas áreas de la cara trasera 66. La superficie 43 de la tapa 32, el contacto 69 y el muelle 64 están correspondientemente sectorizados para proporcionar una pluralidad de áreas similares al área 43a y en continuidad eléctrica con cada una de las vías metalizadas.

Al menos un adsorbente 35 (conocido en la literatura anglosajona como "getter") puede estar dispuesto en la cavidad 34, entre el cátodo 14 y el tapón 32, para atrapar cualquier partícula susceptible de alterar la calidad del vacío de la cámara 12. El adsorbente 35 funciona generalmente por adsorción química. Se pueden utilizar aleaciones a base de circonio o titanio para atrapar las partículas emitidas por los distintos componentes de la fuente 10 que rodean la cavidad 34. En el ejemplo mostrado, el adsorbente 35 está unido a la tapa 32. El adsorbente 35 está formado por discos apilados en forma de anillo que rodean el contacto 69.

La figura 4a representa una fuente de radiación ionizante alternativa 75 en la que un ánodo 76 sustituye al ánodo 16 descrito anteriormente. La figura 4a es una vista parcial y ampliada de la fuente 75 alrededor del ánodo 76. Al igual que el ánodo 16, el ánodo 76 incluye un objetivo 20 bombardeado por el haz 18 y que emite radiación de rayos X 22. A diferencia del ánodo 16, el ánodo 76 incluye una cavidad 80 en la que entra el haz de electrones 18 para alcanzar el objetivo 20. Concretamente, el haz de electrones 18 incide en el objetivo 20 desde su cara interna 84 que lleva la película delgada 20b y emite radiación de rayos X 22 desde su cara externa 86. En el ejemplo mostrado, las paredes de la cavidad 80 tienen una porción cilíndrica 88 alrededor del eje 19 que se extiende entre dos extremos 88a y 88b. El extremo 88a entra en contacto con el objetivo 20 y el extremo 88b se acerca al cátodo 14. Las paredes de la cavidad 80 también tienen una porción tipo arandela 90 que tiene un agujero 89 y que cierra la porción cilíndrica en el extremo 88b. El haz de electrones 18 entra en la cavidad 80 a través del agujero 89 de la porción 90.

Tras el bombardeo del objetivo 20 por el haz de electrones 18, el aumento de temperatura del objetivo 20 puede dar lugar a la desgasificación molecular del objetivo 20 que, bajo la influencia de la radiación de rayos X 22, se ioniza. Los iones 91 que aparecen en la cara interna 84 del objetivo 20 pueden dañar el cátodo si vuelven a entrar en el campo eléctrico acelerador situado entre el ánodo y el cátodo. Ventajosamente, las paredes de la cavidad 80 pueden utilizarse para atrapar los iones 91. Para ello, las paredes 88 y 90 de la cavidad 80 son conductoras eléctricas y forman una jaula de faraday frente a los iones parásitos que pueden ser emitidos desde el objetivo 20 dentro de la cámara de vacío 12. Los iones 91 emitidos desde el objetivo 20 hacia la cámara de vacío 12 quedan atrapados en gran medida en la cavidad 80. Sólo el orificio 89 de la parte 90 permite que los iones salgan de la cavidad 80 y puedan ser acelerados hacia el cátodo 14. Para atrapar mejor los iones en la cavidad 80, se dispone al menos un adsorbente 92 en la cavidad 80. El adsorbente 92 está separado de las paredes 88 y 90 de la cavidad 80. El adsorbente 92 es un componente específico dispuesto en la cavidad 80. Al igual que el adsorbente 35, el adsorbente 92 actúa generalmente por adsorción química. Para atrapar los 91 iones emitidos se pueden utilizar aleaciones de circonio o titanio.

Además de atrapar iones, las paredes de la cavidad 80 pueden formar una pantalla de blindaje contra la radiación ionizante dispersa 82 generada dentro de la cámara de vacío 12 y posiblemente blindar electrostáticamente el campo eléctrico generado entre el cátodo 14 y el ánodo 76. La radiación de rayos X 22 constituye la radiación útil emitida por la fuente 75. Sin embargo, los rayos X dispersos pueden salir del objetivo 20 a través de la cara interna 84. Esta radiación dispersa es innecesaria e indeseable. Por lo general, alrededor de los generadores de rayos X se dispone un blindaje contra este tipo de radiación parásita. Sin embargo, este tipo de aplicación tiene una desventaja. En efecto, cuanto más alejadas estén las pantallas de blindaje de la fuente de rayos X, es decir, del objetivo 20, más superficie de material necesitarán las pantallas debido a su distancia. Este aspecto de la invención propone colocar dichas pantallas lo más cerca posible de la fuente de parásitos, lo que permite miniaturizarlas.

El ánodo 76 y, en particular, las paredes de la cavidad 80 están hechos ventajosamente de un material con un alto número atómico, como una aleación a base de tungsteno o molibdeno, para bloquear la radiación parásita 82. El tungsteno o el molibdeno no tienen casi ningún efecto parásito de captura de iones. Al hacer que el adsorbente 92 esté separado de las paredes de la cavidad 80, se libera la elección de los materiales para asegurar mejor las funciones de atrapar iones parásitos para el adsorbente 92 y de blindaje contra la radiación parásita 92 para las paredes de la cavidad 80 sin comprometer ambas funciones. Para ello, el adsorbente 92 y las paredes de la cavidad 80 son de diferentes materiales, cada uno de ellos adaptado a la función que se le asigna. Lo mismo ocurre con el adsorbente 35 con respecto a las paredes de la cavidad 34.

Las paredes de la cavidad 80 rodean el haz de electrones 18 en la proximidad del objetivo 20.

Ventajosamente, las paredes de la cavidad 80 forman una parte de la cámara de vacío 12.

Ventajosamente, las paredes de la cavidad 80 están dispuestas coaxialmente con respecto al eje 19, de manera que están situadas radialmente alrededor del eje 19 a una distancia constante y, por tanto, lo más cerca posible de la radiación parásita. En el extremo 88a, la porción cilíndrica 88 puede rodear parcial o completamente el objetivo 20, impidiendo así que cualquier rayo X perdido escape del objetivo 20 radialmente con respecto al eje 19.

Así, el ánodo 76 cumple varias funciones, su función eléctrica por supuesto, además, una función de jaula de faraday que rodea los iones parásitos que pueden ser emitidos desde el objetivo 20 dentro de la cámara de vacío 12, una función de blindaje contra la radiación X parásita, y además, una pared de la cámara de vacío 12. Al realizar múltiples funciones con una sola parte mecánica, en este caso el ánodo 76, la fuente 75 es más compacta y ligera. Además, alrededor de la cavidad 80, es posible disponer al menos un imán o electroimán 94 para enfocar el haz de electrones 18 hacia el objetivo 20. Ventajosamente, la disposición del imán o electroimán 94 puede definirse también de forma que desvíe los iones parásitos 91 hacia el adsorbente o adsorbentes 92 para evitar que los iones parásitos salgan de la cavidad a través del orificio 89 de la pieza 90 o, al menos, sean desviados con respecto al eje 19 que pasa por el cátodo 14. Para ello, el imán o electroimán 94 genera un campo magnético B orientado a lo largo del eje 19. En la figura 4a, los iones 91 desviados hacia el adsorbente 92 siguen una trayectoria 91a y los iones que salen de la cavidad 80 siguen una trayectoria 91b.

Los medios para atrapar los iones parásitos 91 que pueden ser emitidos por el objetivo 20 son múltiples: una jaula de faraday formada por las paredes de la cavidad 80, la presencia de adsorbentes 92 en la cavidad 80 y la presencia de un imán o electroimán 94 para desviar los iones parásitos. Estos medios pueden aplicarse de forma independiente o como complemento de la función de blindaje contra los rayos X parásitos y de la función de pared de la cámara de vacío 12.

Ventajosamente, el ánodo 76 está hecho en forma de una parte mecánica de revolución alrededor del eje 19. La cavidad 80 forma una porción tubular central del ánodo 76. El imán o electroimán 94 está dispuesto alrededor de la cavidad 80 en un espacio anular 95 situado ventajosamente fuera de la cámara de vacío 12. Para que el flujo magnético del imán o electroimán 94 afecte al haz de electrones 18 así como a los iones desgasificados por el objetivo 20 dentro de la cámara 12, las paredes de la cavidad 80 son de material no magnético. De forma más general, todo el ánodo 76 está hecho del mismo material, por ejemplo, mediante mecanizado.

El adsorbente 92 está situado dentro de la cavidad 80 y el imán o electroimán 94 está situado fuera de la cavidad. Ventajosamente, un soporte mecánico 97 para el adsorbente 92 asegura la sujeción del adsorbente 92 y está hecho de material magnético. El soporte 97 está dispuesto en la cavidad para guiar el flujo magnético del imán o electroimán 94. En el caso de un electroimán 94, puede estar formado alrededor de un circuito magnético 99. El soporte 97 está ventajosamente dispuesto en la prolongación del circuito magnético 99. El uso del soporte mecánico 97 para realizar dos funciones: sostener el adsorbente 92 y guiar un flujo magnético reduce aún más el tamaño del ánodo 76 y, por tanto, de la fuente 75.

En la periferia del espacio anular 95, el ánodo incluye una zona de apoyo 96 en la parte mecánica 28. La zona de apoyo 96 tiene, por ejemplo, la forma de una arandela plana que se extiende perpendicularmente al eje 19.

En la figura 4a, se define un marco de referencia ortogonal X, Y, Z. Z es una dirección llevada por el eje 19. El campo Bz, llevado por el eje Z, permite enfocar el haz de electrones 18 sobre el objetivo 20. El tamaño del punto de electrones 18a en el objetivo 20 se muestra cerca del objetivo 20 en el plano XY. El foco electrónico 18a es circular. También se muestra el tamaño del punto de rayos X 22a emitido por el objetivo 20 en las proximidades del objetivo 20 en el plano XY. Como el objetivo 20 es perpendicular al eje 19, el punto de rayos X 22a también es circular.

La figura 4b representa una realización del ánodo 76 en la que, un objetivo 21 está inclinado con respecto al plano XY perpendicular al eje 19. Esta inclinación aumenta el área del objetivo 20 bombardeado por el haz de electrones 18. Al ampliar esta superficie, el aumento de temperatura del objetivo 20 debido a la interacción con los electrones se distribuye mejor. Cuando la fuente 75 se utiliza para la obtención de imágenes, es útil mantener el punto de rayos X 22a tan puntual como sea posible o al menos circular, como en la realización mostrada en la Figura 4a. Para mantener este punto 22a, con un objetivo inclinado 21, es útil cambiar la forma del punto de electrones en el plano XY. En la realización mostrada en la Figura 4b, el punto de electrones está marcado con 18b y se muestra en las proximidades del objetivo 21 en su marco de referencia XY. El foco tiene ventajosamente una forma elíptica. Dicha forma de punto puede obtenerse a partir de áreas emisoras catódicas distribuidas en el plano catódico con una forma similar a la forma deseada del punto 18b. Alternativa o adicionalmente, la forma de la sección transversal del haz de electrones 18 puede ser modificada por medio de un campo magnético By orientado a lo largo del eje Y y, por ejemplo, generado por un cuadrupolo con bobinas 98 también situado en el espacio anular 95. El cuadrupolo forma un sistema magnético activo que genera un campo magnético transversal al eje 19 para obtener la forma esperada para el punto de electrones 18b. Por ejemplo, para un objetivo inclinado con respecto a la dirección X, el haz de electrones 18 se extiende a lo largo de la dirección X y se enfoca a lo largo de la dirección Y para mantener un punto de rayos X circular 22a. El sistema magnético activo también puede ser controlado para obtener otras formas de punto de electrones y posiblemente otras formas de punto de rayos X. El sistema magnético activo es especialmente interesante cuando el objetivo 21 está inclinado. El sistema magnético activo también puede utilizarse con un objetivo 20 perpendicular al eje 19.

Los ánodos 16 y 76, en cualquier realización, pueden implementarse independientemente de la implementación del electrodo 24 como superficie conductora dispuesta en la cara cóncava 26 del material dieléctrico e independientemente de la implementación de la tapa 32.

En las realizaciones alternativas mostradas en las Figuras 1 a 4, todos los componentes pueden ser ensamblados traduciendo cada uno a lo largo de un solo eje, en este caso el eje 19. Esto permite simplificar la producción de una fuente de acuerdo con la invención mediante la automatización de su fabricación.

Más concretamente, la parte mecánica 28 hecha de material dieléctrico y sobre la que se han realizado diversas metalizaciones, en particular la metalización que forma el electrodo 24, forma un soporte monolítico. Es posible montar el cátodo 14 y la tapa 32 en un lado de este soporte. En el otro lado de este soporte, es posible montar el ánodo 16 o 76. La fijación del ánodo 16 o 76 y del tapón 32 a la parte mecánica 28 puede realizarse mediante una soldadura fuerte al ultra-vacío. La diana 20 o 21 también puede montarse por traslación a lo largo del eje 19 sobre el ánodo 76.

La figura 5 representa dos fuentes idénticas 75 montadas en el mismo soporte 100. Este ejemplo de montaje puede utilizarse para montar más de dos fuentes. Este ejemplo también se aplica a la fuente 10. Las fuentes 10 mostradas en las figuras 1 y 2 también pueden montarse en el soporte 100. La descripción del medio 100 y de las partes complementarias puede aplicarse independientemente del número de fuentes. Ventajosamente, la parte mecánica 28 tiene una superficie fuera de la cámara de vacío 12 que tiene dos formas en forma de cono truncado 102 y 104 que se extienden alrededor del eje 19. La forma 102 es un cono truncado exterior que se ensancha hacia el ánodo 16. La forma 104 es un frustro interior de un cono que se abre desde el cátodo 14 y más concretamente desde la cara exterior 43 de la tapa 32. Los dos troncos del cono 102 y 104 se unen en una corona 106 también centrada en el eje 19. La corona 106 forma el diámetro más pequeño del frustro 102 y el diámetro más grande del frustro 104. La corona 106 tiene, por ejemplo, una forma de porción de toroide que permite una conexión sin ángulos agudos de los dos conos truncados 102 y 104. La forma de la superficie exterior de la parte mecánica 28 facilita el posicionamiento de la fuente 75 en el soporte 100, que tiene una superficie complementaria también con dos formas de cono truncado 108 y 110. El frustro 108 del soporte 100 es complementario al frustro 102 de la parte mecánica 28. Del mismo modo, el frustro 110 del soporte 100 es complementario al frustro 104 de la parte mecánica 28. El soporte 100 tiene una corona 112 complementaria a la corona 106 de la parte mecánica 28.

Para evitar cualquier espacio de aire en la interfaz de alta tensión entre el soporte 100 y la parte mecánica 28, se dispone una junta flexible 114, por ejemplo a base de silicona, entre el soporte 100 y la parte mecánica 28 y más precisamente entre los conos truncados complementario y de corona. Ventajosamente, el cono truncado 108 del soporte 100 tiene un ángulo de vértice más abierto que el cono truncado 102 de la parte mecánica 28. Del mismo modo, el frustro 110 del soporte 100 tiene un ángulo de vértice más abierto que el frustro 104 de la parte mecánica 28. La diferencia del ángulo del vértice entre los troncos de los conos puede ser inferior a 1 grado, por ejemplo del orden de 0,5 grados. Así, cuando la fuente 75 está montada en su soporte 100, y más precisamente cuando la junta 114 se aprieta entre el soporte 100 y la parte mecánica 28, el aire puede escapar de la interfaz entre las coronas 106 y 112 por un lado hacia la parte más abocinada de las dos secciones cónicas 102 y 108 en dirección al ánodo 16, y por otro lado hacia la parte más constreñida de las dos secciones cónicas 104 y 110 en dirección al cátodo 14, y más precisamente en dirección a la tapa 32. El aire entre los dos muñones del cono 102 y 108 escapa al aire ambiente y el aire entre los dos muñones del cono 104 y 110 escapa a la tapa 32. Para evitar que el aire atrapado sea sometido a un fuerte campo eléctrico, la fuente 75 y su soporte 100 están configurados de manera que el aire situado entre dos conos truncados 104 y 110 escape dentro de la conexión coaxial formada por los dos contactos 70 y 71 y que alimenta el cátodo 14. Para ello, el contacto externo 71 que asegura la alimentación del electrodo 24 entra en contacto con la zona metalizada 43b mediante un muelle 116 que permite una holgura funcional entre el contacto 71 y el tapón 32. Además, la tapa 32 puede incluir una ranura anular 118 que separa las dos zonas chapadas 43a y 43b. Así, el aire que se escapa entre los muñones de los conos 104 y 110 pasa a través de la holgura funcional entre el contacto 71 y el tapón 32 a una cavidad 120 situada entre los contactos 70 y 71. Esta cavidad 120 está protegida del fuerte campo eléctrico porque se encuentra dentro del contacto coaxial 71. En otras palabras, la cavidad 120 está protegida del campo eléctrico principal de la fuente 10, un campo eléctrico debido a la diferencia de potencial entre el ánodo 16 y el electrodo catódico 24.

Después de montar la parte mecánica 28 con su cátodo 14 y su ánodo 76, una placa de cierre 130 puede asegurar la parte mecánica 28 con su cátodo 14 y su ánodo 76 en el soporte 100. La placa 130 puede estar hecha de un material conductor o puede incluir una cara metalizada para proporcionar una conexión eléctrica al ánodo 76. La placa 130 puede permitir que el ánodo 76 se enfríe. El enfriamiento puede proporcionarse conductivamente mediante el contacto entre el ánodo 76 y, por ejemplo, la porción cilíndrica 88 de la cavidad 80 del ánodo 76. Para mejorar este enfriamiento, se puede proporcionar un canal 132 en la placa 130 que rodea la porción cilíndrica 88. Un fluido de transferencia de calor fluye a través del canal 132 para enfriar el ánodo 76.

En la figura 5, las fuentes 75 tienen todas partes mecánicas separadas 28. La figura 6a representa una realización de un conjunto de múltiples fuentes 150 en el que una parte mecánica 152 común a múltiples fuentes 75, cuatro en el ejemplo mostrado, realiza todas las funciones de la parte mecánica 28. La cámara de vacío 153 es común a las distintas fuentes 75. Ventajosamente, el soporte 152 está formado por un material dieléctrico en el que, para cada una de las fuentes 75, se realiza una cara cóncava 26. Para cada una de las fuentes, se dispone un electrodo 24 (no mostrado) en la correspondiente cara cóncava 26. Para no sobrecargar la figura, no se muestran los cátodos 14 de las distintas fuentes 75.

En la realización de la figura 6a, los ánodos de todas las fuentes 75 son ventajosamente comunes y llevan juntos la referencia 154. Para facilitar su construcción, los ánodos comprenden una placa 156 en contacto con la parte mecánica 152 y perforada con 4 agujeros 158 que permiten el paso de un haz de electrones 18 desde cada uno de los cátodos de las fuentes 75. La placa 156 realiza, para cada una de las fuentes 75, la función de la pieza 90 descrita anteriormente. Por encima de cada orificio 158, se dispone una cavidad 80 limitada por su pared 88 y un objetivo 20. Alternativamente, es posible mantener ánodos separados que permiten disociar su conexión eléctrica. La figura 6b representa otra realización de un conjunto de fuentes múltiples 160 en el que una parte mecánica 162 es también común a una pluralidad de fuentes cuyos respectivos cátodos 14 están alineados en un eje 164 que pasa por cada uno de los cátodos 14. El eje 164 es perpendicular al eje 19 de cada fuente. Un electrodo 166 para enfocar los haces de electrones emitidos por los diferentes cátodos 14 es común a todos los cátodos 14. La variante mostrada en la figura 6b permite reducir aún más la distancia entre dos fuentes vecinas.

En el ejemplo ilustrado, la parte mecánica 162 está hecha de un material dieléctrico e incluye una cara cóncava 168 dispuesta en la proximidad de los cátodos individuales 14. El electrodo 166 está formado por una superficie conductora dispuesta en la cara cóncava 168. El electrodo 166 realiza todas las funciones del electrodo 24 descritas anteriormente.

Alternativamente, es posible implementar un electrodo común a varias fuentes en forma de electrodo metálico sin la presencia de material dieléctrico, es decir, teniendo una interfaz metal/vacío. Del mismo modo, los cátodos pueden ser termoiónicos.

El conjunto de fuentes múltiples 160 puede incluir una tapa 170 común a todas las fuentes. La tapa 170 puede realizar todas las funciones de la tapa 32 descritas anteriormente. En particular, el tapón 170 puede estar unido a la parte mecánica 162 por medio de una película conductora de soldadura 172 utilizada para conectar eléctricamente el electrodo 166.

Como en la realización de la Figura 6a, el conjunto de fuentes múltiples 160 puede incluir un ánodo 174 común a las diferentes fuentes. El ánodo 174 es similar al ánodo 154 de la realización mostrada en la figura 6a. El ánodo 174 incluye una placa 176 que realiza todas las funciones de la placa 156 descrita con referencia a la figura 6a. Para evitar la sobrecarga de la figura 6b, para el ánodo 174, sólo se muestra la placa 176.

En el ejemplo ilustrado, el eje 164 es recto. También es posible disponer los cátodos en un eje curvo, como un arco de círculo, permitiendo que los rayos X 22 de todas las fuentes se enfoquen en un punto situado en el centro del arco. Otras formas de eje curvo, como una curva parabólica, también permiten enfocar los rayos X en un punto. El eje curvo permanece localmente perpendicular a cada uno de los ejes 19 alrededor de los cuales se desarrolla el haz de electrones de cada fuente.

La disposición de los cátodos 14 sobre un eje permite obtener fuentes distribuidas a lo largo de una dirección. También es posible realizar un montaje de múltiples fuentes en el que los cátodos estén distribuidos a lo largo de varios ejes concurrentes. Por ejemplo, es posible disponer las fuentes a lo largo de varios ejes curvos, cada uno de los cuales está en un plano y los planos se cruzan. Por ejemplo, es posible tener varios ejes distribuidos en una superficie parabólica de revolución. Esto permite que la radiación de rayos X de todas las fuentes se concentre en el foco de la superficie parabólica.

Las figuras 7a y 7b representan dos realizaciones de la fuente de alimentación del conjunto mostrado en la figura 6a. Las figuras 7a y 7b se representan en sección transversal en un plano que pasa por varios ejes 19 de diferentes fuentes 75. En la figura 7a se representan dos fuentes, y en la figura 7b, tres. Se entiende que la descripción del conjunto de fuentes múltiples 150 puede implementarse independientemente del número de fuentes 75 o posiblemente 10.

En ambas realizaciones, los ánodos 114 son comunes a todas las fuentes 75 del conjunto 150 y tienen el mismo potencial, como tierra 52. El control de cada una de las fuentes 10 puede ser distinto en las dos realizaciones. En la figura 7a, dos fuentes de alta tensión V1 y V2 alimentan los electrodos 24 de cada una de las fuentes 10 por separado. El carácter aislante de la parte mecánica 152 permite separar las dos fuentes de alta tensión V1 y V2, que pueden, por ejemplo, ser pulsadas a dos energías diferentes. Del mismo modo, las fuentes de corriente I1 e I2 separadas controlan cada uno de los cátodos 14.

En la realización mostrada en la figura 7b, los electrodos 24 de todas las fuentes 75 están conectados entre sí, por ejemplo, mediante una metalización realizada en la parte mecánica 152. Una fuente de alta tensión VComún alimenta todos los electrodos 24. El control de los diferentes cátodos 14 queda asegurado por fuentes de corriente separadas I1 e I2. La fuente de alimentación del conjunto de múltiples fuentes descrito mediante la figura 7b se adapta bien a la realización descrita mediante la figura 6b.

Las figuras 8a, 8b y 8c representan varios ejemplos de conjuntos generadores de radiación ionizante que comprenden cada uno una pluralidad de fuentes 10 o 75. En estos diversos ejemplos, el soporte, tal como se describe mediante la figura 5, es común a todas las fuentes 10. Un conector de alta tensión 140 permite el suministro de energía a las distintas fuentes 10. Un conector de control 142 permite conectar cada uno de los conjuntos a un módulo de control no mostrado y configurado para conmutar cada una de las fuentes 10 en una secuencia predeterminada.

En la Figura 8a el soporte 144 tiene una forma de arco de círculo y las fuentes individuales 10 están alineadas con la forma de arco de círculo. Este tipo de disposición es, por ejemplo, útil en un escáner médico para evitar el movimiento de la fuente de rayos X alrededor del paciente. Cada una de las distintas fuentes 10 emite radiación de rayos X a su vez. El escáner también incluye un detector de radiación y un módulo para reconstruir una imagen tridimensional a partir de la información captada por el detector. Para no sobrecargar la figura, no se muestran el detector ni el módulo de reconstrucción. En la figura 8b, el soporte 146 y las fuentes 10 siguen un segmento de línea recta. En la figura 8c, el soporte 148 tiene forma de placa y las fuentes están distribuidas en dos direcciones en el soporte 148. Para los conjuntos generadores de rayos ionizantes mostrados en las figuras 8a y 8b, la variante mostrada en la figura 6b es de particular interés. Esta variante permite reducir el paso entre las diferentes fuentes.

Claims (21)

REIVINDICACIONES

1. Una fuente generadora de rayos ionizantes que comprende:

- una cámara de vacío (12; 153),

- un cátodo (14) capaz de emitir un haz de electrones (18) en la cámara de vacío (12; 153),

- un ánodo (16; 76; 154; 174) que recibe el haz de electrones (18) y que comprende un objetivo (20; 21) capaz de generar radiación ionizante (22) a partir de la energía recibida del haz de electrones (18), - un electrodo (24; 166) dispuesto en las proximidades del cátodo (14) y que forma un wehnelt, caracterizada porque el electrodo (24) está formado por una superficie conductora adherida a una cara cóncava (26; 168) de un material dieléctrico, estando el exterior de la concavidad de la cara (26; 168) orientado hacia el ánodo (16; 76; 154; 174).

2. Fuente según la reivindicación 1, caracterizada porque comprende una parte mecánica (28; 152; 162) hecha del material dieléctrico, y que comprende la cara cóncava (26; 168).

3. Fuente según la reivindicación 2, caracterizada porque la superficie conductora está formada por un depósito metálico dispuesto en la cara cóncava (26; 168).

4. Fuente según una de las reivindicaciones 2 o 3, caracterizada porque la parte mecánica (28; 152; 162) comprende una cara interna (30) que tiene una resistividad superficial de entre 1x109Q2 y 1x1013Q2

5. Fuente según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el material dieléctrico está formado por una cerámica con base de nitruros.

6. Fuente según las reivindicaciones 4 y 5, caracterizada porque la resistividad superficial de la cara interna (30) se obtiene depositando un material semiconductor sobre el material dieléctrico de la parte mecánica (28; 152; 162).

7. Fuente según las reivindicaciones 4 y 5, caracterizada porque la resistividad superficial de la cara interna (30) se obtiene añadiendo al volumen de la cerámica de base nitruro un material que reduce la resistividad intrínseca de la cerámica con base de nitruros.

8. Fuente según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el cátodo (14) emite el haz de electrones (18) por efecto de campo y porque el electrodo (24; 166) está dispuesto en contacto con el cátodo (14).

9. Fuente según una de las reivindicaciones 2 a 8 como reivindicación dependiente de la reivindicación 2, caracterizada porque la parte mecánica (28; 152; 162) forma un soporte para el cátodo (14).

10. Fuente según una de las reivindicaciones 2 a 9 como reivindicación dependiente de la reivindicación 2, caracterizada porque la parte mecánica (28; 152; 162) forma parte de la cámara de vacío (12).

11. Fuente según una de las reivindicaciones 2 a 10 como reivindicación dependiente de la reivindicación 2, caracterizada porque la parte mecánica (28; 152; 162) forma un soporte para el ánodo (16; 76; 154).

12. Fuente según una de las reivindicaciones 2 a 11 como reivindicación dependiente de la reivindicación 2, caracterizada porque la parte mecánica (28; 152; 162) comprende una superficie exterior en forma de cono truncado interior (104), porque la fuente (10; 76; 154) comprende un soporte (100) que tiene una superficie en forma de cono truncado eXterior (110) complementaria a la superficie exterior en forma de cono truncado interior (104) y al menos un contacto de alta tensión (71) que alimenta el cátodo (14) y porque el contacto y las superficies en forma de cono truncado (104, 110) forman un conector de alta tensión de la fuente (10; 76; 154).

13. Fuente según la reivindicación 12, caracterizada porque comprende una junta flexible (114) dispuesta entre la superficie en forma de cono truncado (110) del soporte (100) y la superficie en forma de cono truncado (104) de la parte mecánica (28; 152), porque la superficie en forma de cono truncado (110) del soporte (100) tiene un ángulo de vértice más abierto que la superficie en forma de cono truncado (104) de la parte mecánica (28; 152), y porque el conector de alta tensión está configurado de manera que el aire situado entre las dos superficies en forma de cono truncado (104, 110) escapa al interior del conector de alta tensión en una cavidad (120) no sometida a un campo eléctrico generado por la alta tensión transportada por el conector.

14. Fuente según una de las reivindicaciones 12 o 13, caracterizada porque la parte mecánica (28; 152; 162) comprende una superficie exterior en forma de cono truncado exterior (102), y porque el soporte (100) comprende una superficie en forma de cono truncado interior (108) complementaria a la superficie exterior en forma de cono truncado exterior (102).

15. Fuente según una de las reivindicaciones 2 a 14 como reivindicación dependiente de la reivindicación 2, caracterizada porque el ánodo (16; 76; 154; 174) está unido de forma estanca a la parte mecánica (28; 152; 162).

16. Fuente según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el material dieléctrico tiene una rigidez dieléctrica superior a 30MV/m.

17. Conjunto generador de rayos ionizantes caracterizado porque comprende:

- una pluralidad de fuentes (10, 75) según una de las reivindicaciones anteriores, estando las fuentes yuxtapuestas e inmóviles en el conjunto,

- un módulo de control configurado para conmutar cada una de las fuentes en una secuencia predeterminada.

18. Conjunto según la reivindicación 17 y que comprende varias fuentes según la reivindicación 2, caracterizado porque la parte mecánica (152; 162) es común a todas las fuentes (10, 75).

19. Conjunto según la reivindicación 18, caracterizado porque las fuentes están alineadas sobre un eje que pasa por cada uno de los cátodos (14) y porque el electrodo (166) es común a las distintas fuentes.

20. Conjunto según una de las reivindicaciones 17 a 19, caracterizado porque los ánodos (154; 174) de todas las fuentes (10, 75) son comunes.

21. Procedimiento de realización de una fuente según las reivindicaciones 4 y 6, caracterizado porque consiste en ensamblar en la parte mecánica (28; 152; 162) por traslación a lo largo de un eje (19) del haz de electrones (18), por una parte, el ánodo (16; 76; 154; 174) y, por otra parte, el cátodo (14), estando cerrada una cavidad (34) formada por la cara cóncava (26) por un tapón (32; 170).