FR2536584A1

FR2536584A1 - Graphite disc for rotating anode of X-ray tubes.

Info

Publication number: FR2536584A1
Application number: FR8219425A
Authority: FR
Inventors: Jean-Marie Penato; Yves Debrouwer
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1982-11-19
Filing date: 1982-11-19
Publication date: 1984-05-25

Abstract

The invention relates to a graphite disc for rotating anode of X-ray tubes, whose shape makes it possible to obtain a lowering of its temperature. The graphite disc 2 according to the invention includes, on at least one upper 10 or lower 13 face, a graphite ring 15, the outer and inner faces 16, 17 of which constitute a surface of additional thermal radiation making it possible to lower the temperature of the disc 2 with a small increase in its mass.

Description

DISQUE EN GRAPHITE POUR
ANODE TOURNANTE DE TUBES A RAYONS X
L'invention concerne un disque en graphite pour anode tournante de tubes à rayons X, de tels tubes à rayons X etant couramment utilises dans le domaine du radiodiagnostic
Dans ce domaine, des tubes à rayons X à anode tournante sont couramment amenés à supporter des puissances électriques importantes, durant des temps de fonctionnement variables, constituant des applications de charge La puissance appliquée durant cette charge est destinée à engendrer un flux d'électrons, focalisé sur une petite surface de l'anode appelée foyer, cette surface devenant la source de rayons X La rotation de l'anode détermine une couronne focale formée par la surface du foyer en rotation
Une faible part de l'énergie des electrons qui frappent le foyer est transformée en rayons X, le reste de cette énergie est absorbé sous forme de chaleur par l'anode Aussi la couronne focale est généralement constitue'e par un métal ou un composé métalliques tel que du tungstène ou tantale par exemple, réfractaire pour éviter sa fonte au point d'impact des électrons et de numéro atomique élevé pour obtenir une intensité suffisante de l'émission du rayonnement
X; ce métal ou composé métallique étant appelé "matériau cible" dans la suite du texte
La chaleur absorbée par l'anode tournante ne peut être évacuée dans sa presque totalité, que par rayonnement thermique
C'est pourquoi il est du plus grand intérêt de ménager sur cette anode, généralement constituée d'un disque, des surfaces capables d'assurer ce rayonnement il est connu d'utiliser à cette fin du graphite, lequel est capable d'un meilleur rayonnement thermique que le matériau cible
Pour ces raisons, afin de satisfaire aux exigences posées par des tubes a' rayons X de grande puissance, il est souvent procédé à un accroissement des surfaces de rayonnement thermique. Mais jusqu'à présent, un accroissement suffisant de ces surfaces s'accompagne d'une augmentation considérable du volume et de la masse de l'anode tournante Compte tenu des vitesses de rotation élevées du disque d'anode et de l'accélération qu'il subit, ceci amène de nouvelles Contraintes mécaniques, telles que par exemple :: - augmentation de la puissance du moteur assurant la rotation du disque d'anode; - augmentation du volume de ce moteur - augmentation du volume du tube à rayons X LI est à remarquer également, que le moteur assurant : la rotation du disque d'anode étant généralement place en vis å vis d'une face inférieure du disque comportant une surface de rayon- nement thermique, ce moteur reçoit une part considérable de ce rayonnement ; ceci étant préjudiciable à son fonctionnement et à sa longévité.GRAPHITE DISC FOR
ROTATING ANODE OF X-RAY TUBES
The invention relates to a graphite disc for a rotating anode of X-ray tubes, such X-ray tubes being commonly used in the field of radiodiagnostics.
In this field, X-ray tubes with a rotating anode are commonly required to withstand large electrical powers, during variable operating times, constituting charge applications. The power applied during this charge is intended to generate a flow of electrons, focused on a small surface of the anode called focal point, this surface becoming the source of X-rays The rotation of the anode determines a focal ring formed by the surface of the rotating focal point
A small part of the energy of the electrons which strike the hearth is transformed into X-rays, the rest of this energy is absorbed in the form of heat by the anode Also the focal ring is generally constituted by a metal or a metallic compound such as tungsten or tantalum for example, refractory to avoid its melting at the point of impact of the electrons and of high atomic number to obtain a sufficient intensity of the emission of the radiation
X; this metal or metallic compound being called "target material" in the rest of the text
The heat absorbed by the rotating anode can only be almost entirely dissipated by thermal radiation
This is why it is of the greatest interest to provide on this anode, generally consisting of a disc, surfaces capable of ensuring this radiation. It is known to use graphite for this purpose, which is capable of better thermal radiation as the target material
For these reasons, in order to satisfy the requirements posed by high-power X-ray tubes, an increase in the thermal radiation surfaces is often carried out. However, until now, a sufficient increase in these surfaces is accompanied by a considerable increase in the volume and the mass of the rotating anode. Given the high rotational speeds of the anode disc and the acceleration that it undergoes, this brings new mechanical stresses, such as for example: - increase in the power of the motor ensuring the rotation of the anode disc; - increase in the volume of this engine - increase in the volume of the X-ray tube LI is also to be noted, as the engine ensuring: the rotation of the anode disc being generally placed opposite to a lower face of the disc comprising a surface of thermal radiation, this engine receives a considerable part of this radiation; this being detrimental to its operation and its longevity.

La présente invention concerne un disque en graphite pour anode tournante, dont la forme permet d'une part d'obtenir une suriace de rayonnement accrue par rapport à l'art antérieur, pour un faible accroissement de la masse du disque d'anode. Un disque an graphita conforme à l'invention, permet également de diminuer la part du rayonnement thermique reçu par un moteur assurant sa rotation. The present invention relates to a graphite disc for a rotating anode, the shape of which allows on the one hand to obtain an increased area of radiation compared to the prior art, for a slight increase in the mass of the anode disc. An an graphita disc in accordance with the invention also makes it possible to reduce the share of thermal radiation received by a motor ensuring its rotation.

Selon l'invention, un disque en graphita pour anode tournante de tubes a rayons X, muni d'une couronne focale en matériau cible, est caractérisé en ce que au moins une face supérieure ou une face inférieure de ce disque comporte, sur une surface en graphita constituant une surface de rayonnement thermique, un anneau centré autour d'un axe de rotation du disque et faisant saillie par rapport à cette surface, de manière à augmenter la surface de rayonnement thermique avec un faible accroissement de la masse du disque. According to the invention, a graphita disc for a rotating anode of X-ray tubes, provided with a focal ring made of target material, is characterized in that at least one upper face or one lower face of this disc comprises, on a surface in graphita constituting a surface of thermal radiation, a ring centered around an axis of rotation of the disc and projecting with respect to this surface, so as to increase the surface of thermal radiation with a slight increase in the mass of the disc.

L'invention sera mieux comprise gracie à la description qui suit et aux deux figures annexées, parmies lesquelles : - La figure 1 montre partiellement, selon une coupe transversale, un tube à rayons X comportant un disque d'anode en graphite conforme à l'invention; - La figure 2 représente une seconde version d'un disque d'anode selon l'invention. The invention will be better understood thanks to the description which follows and to the two appended figures, among which: - Figure 1 partially shows, in a cross-section, an X-ray tube comprising a graphite anode disc conforming to invention; - Figure 2 shows a second version of an anode disc according to the invention.

La figure 1 montre un tuba à rayons X1, muni d'un disque 2 d'anode en graphite conforme à l'invention; une partie supérieure du tube à rayons X1, non nécessaire à la compréhension de l'invention, n'étant pas représentée sur la figure 1. FIG. 1 shows an X-ray tuba, provided with a graphite anode disk 2 according to the invention; an upper part of the X-ray tube, not necessary for understanding the invention, not being shown in FIG. 1.

Le tube à rayons X1 comporte une enveloppe 4, contenant d'une maniera classique un rotor 5 9 ce dernier constitue avec un stator (non représenté) extérieur à l'enveloppa 4, un moteur assurant une rotation du disque 2. Le disque 2 est solidarisé au rotor 5 grâce à des moyens de fixation 9 conventionnels (représenté partiellement) par l'intermédiaire d'un axe 6 9 la rotation du disque 1 s'effectue autour d'un axe de rotation 7, sedlon-une flèche 8 par exemple. The X-ray tube 1 comprises an envelope 4, containing in a conventional manner a rotor 5 9 the latter constitutes, with a stator (not shown) external to the envelope 4, a motor ensuring a rotation of the disk 2. The disk 2 is secured to the rotor 5 by means of conventional fastening means 9 (partially shown) by means of an axis 6 9 the rotation of the disc 1 takes place around an axis of rotation 7, sedlon-an arrow 8 for example .

Dans l'exemple non limitatif de la description, une face supérieure 10 du disque 2 comporte une première surface de graphite 11, au centre de laquelle débouchent les moyens de fixation 9 du disque 2, cette première surface 11 assurant un rayonnement thermique. La face 10 supérieure comporte également, presque à sa périphérie, une piste 12 circulaire, centrée sur l'axe de rotation 7, ayant un rayon extérieur r et constituant une couronne focale 2 cette couronna focale ou piste 12 étant constituée par un matériau cible tel que précédemment mentionné. Cette disposition est montrée à titra d'exemples la couronne focale 12 pouvant et limant, d'une manière classique, être située sur une face périphé- rique 3 du disque 2s ainsi qu'elle est montrée en traits pointillés sur la figure 1 et référencée 12 A. In the nonlimiting example of the description, an upper face 10 of the disc 2 has a first graphite surface 11, at the center of which the fixing means 9 of the disc 2 open, this first surface 11 providing thermal radiation. The upper face 10 also comprises, almost at its periphery, a circular track 12, centered on the axis of rotation 7, having an outer radius r and constituting a focal ring 2 this focal crown or track 12 being constituted by a target material such than previously mentioned. This arrangement is shown by way of examples, the focal ring 12 which can and filing, in a conventional manner, be located on a peripheral face 3 of the disc 2s as it is shown in dotted lines in FIG. 1 and referenced 12 A.

Le disque 2 comporte également sur une face inférieure 13, une seconde surface 14 de graphite, ainsi qu'un anneau 15 en saillie par rapport à cette seconde surface 14. The disc 2 also comprises on a lower face 13, a second surface 14 of graphite, as well as a ring 15 projecting relative to this second surface 14.

L'anneau 15 est centré sur l'axe de rotation 7 et, dans l'exemple non limitatif décrit, il est situé sensiblement à la péri phérie de la face intérieure 13 afin de comporter un rayon rl aussi grand que possible ; ceci permettant ainsi à une face extérieure 16 et une face intérieure 17 que comporte cet anneau 15, de développer une surface aussi importante que possible. The ring 15 is centered on the axis of rotation 7 and, in the nonlimiting example described, it is located substantially at the periphery of the inner face 13 so as to have a radius rl as large as possible; this thus allowing an outer face 16 and an inner face 17 which this ring 15 comprises, to develop as large an area as possible.

L'anneau 15 est constitué d'un même graphita que le disque 1, cet anneau étant venu de matière lors de la fabrication de ce disque; ainsi las faces extérieures -et intérieures 16, 17 constituent respectivement une surface extérieure et une surface intérieure de rayonnement thermique. The ring 15 consists of the same graphita as the disc 1, this ring having come in one piece during the manufacture of this disc; thus the exterior and interior faces 16, 17 respectively constitute an exterior surface and an interior surface of thermal radiation.

Ceci constitue une caractéristique du disque 2 selon l'invention qui lui permet de comporter une surface de rayonnement thermique supplémentaire 16,17, constituée par les faces extérieures, inté- rieures 16, 17 de l'anneau 15, sans exiger un accroissement impor. This constitutes a characteristic of the disc 2 according to the invention which allows it to comprise an additional thermal radiation surface 16, 17, constituted by the external, internal faces 16, 17 of the ring 15, without requiring a significant increase.

tant de sa masse et du volume nécessaire à son logement.both its mass and the volume necessary for its accommodation.

Cette surface de rayonnement supplémentaire 16,17, apportée par l'anneau 15 peut avoir une géométrie différente de celle montrée par la figure 1 ; l'essentiel étant que le le rapport de la surface supplémentaire 16,17 apportée par l'anneau 15, sur le volume de ce dernier soit suffisant pour que l'accroissement de la masse du disque 2 reste faible. This additional radiation surface 16, 17, brought by the ring 15 may have a geometry different from that shown in FIG. 1; the main thing is that the ratio of the additional area 16,17 provided by the ring 15, on the volume of the latter is sufficient for the increase in the mass of the disc 2 to remain small.

Un autre avantage important réside en ce que une partie de la surface de rayonnement supplémentaire 16,17, constituée par la face extérieure 16, étant dans l'exemple non limitatif décrit dans un plan sensiblement parallèle à l'axe de rotation 7, le rayonnernent thermique (non représenté) de cette face extérieure 16, s'effectue principalement directement vers une paroi latérale 30 de l'enveloppe 4 ; ceci est d'autant plus favorable que, d'une manière courante, il existe une gaine (non représentée) extérieure au tube à rayons X1, laquelle est capable d'écouler rapidement la chaleur produite par le rayonnement thermique. Another important advantage is that part of the additional radiation surface 16, 17, constituted by the external face 16, being in the nonlimiting example described in a plane substantially parallel to the axis of rotation 7, radiate it thermal (not shown) of this outer face 16, takes place mainly directly towards a side wall 30 of the casing 4; this is all the more favorable since, in a current manner, there is a sheath (not shown) external to the X-ray tube, which is capable of rapidly dissipating the heat produced by the thermal radiation.

Ceci permet d'une part une évacuation beaucoup plus rapide de la chaleur emmagasinée par le disque 1, d'où un abaissement de sa température, et permet d'autre part, au rotor 15 d'être moins exposé au rayonnement thermique du disque 2 selon l'invention, qu'avec un disque d'anode réalisé selon l'art antérieur. This allows on the one hand a much faster evacuation of the heat stored by the disc 1, hence a lowering of its temperature, and allows on the other hand, the rotor 15 to be less exposed to the thermal radiation of the disc 2 according to the invention, only with an anode disc produced according to the prior art.

Selon l'invention, l'anneau 15 centré autour de l'axe de rotation 7, peut également être situé en saillie sur la face supérieure 10 ; il peut alors être disposé extérieurement par rapport à la piste 12 ou intérieurement à celle-ci, ainsi que dans l'exemple non limitatif décrit ou un second anneau 1 Sa est représenté en traints pointillés. According to the invention, the ring 15 centered around the axis of rotation 7, can also be located projecting from the upper face 10; it can then be arranged externally relative to the track 12 or internally thereto, as well as in the nonlimiting example described or a second ring 1 Sa is shown in dotted lines.

La position de ce second anneau 15a sur la face supérieure 10 et une hauteur H qu'il comporte, sont alors fonction de caractéristiques géométriques du tube à rayons X1 et notamment d'une position d'une cathode 31 que ce tuba comporte ; la position occupée par la cathode 31 dans la figure 1, est donnée en fonction de l'exemple non limitatif décrit dans lequel, la couronne focale 12 est située sur la face supérieure 10 du disque 2. Le cas précédemment mentionné, où cette couronne focale est disposée sur la face périphérique 3, correspond à une position différente (non repré- sentée), mais également classique de la cathode 31 ; le montage de cette cathode 31 étant conventionnel des moyens nécessaires à l'assurer ne sont pas représentés
De mêP?ne que le premier anneau 15, la second anneau 15a, en saillie par rapport à une surface de graphite, est constitué lui-même an graphite étant obtenu également de matière lors de la fabrication du disque 2. 11 est ainsi en mesure d'évacuer la chaleur emmagasinée par le disque 1, grâce au rayonnement thermique de secondes faces extérieures et intérieures 1 6a, 1 7a, qu'il comporte.The position of this second ring 15a on the upper face 10 and a height H which it comprises, are then a function of geometrical characteristics of the X-ray tube and in particular of a position of a cathode 31 which this tuba comprises; the position occupied by the cathode 31 in FIG. 1 is given as a function of the nonlimiting example described in which, the focal ring 12 is located on the upper face 10 of the disc 2. The case previously mentioned, where this focal ring is arranged on the peripheral face 3, corresponds to a different (not shown), but also conventional, position of the cathode 31; the assembly of this cathode 31 being conventional, the means necessary to ensure it are not shown
Likewise only the first ring 15, the second ring 15a, projecting from a graphite surface, is itself made of graphite being also obtained from material during the manufacture of the disc 2. 11 is thus able to evacuate the heat stored by the disc 1, thanks to the thermal radiation of second external and internal faces 1 6a, 1 7a, which it comprises.

Un disque 2 an graphita conforme à l'invention peut ainsi comporter : soit un premier anneau 15 sur sa face inférieure 13; - soit un second anneau lSa sur sa face supérieure 10; - soit simultanément sur sa face inférieure 13 ce premier anneau 15 ek sur sa face supérieure 10 ce second anneau 15a. A 2 year graphita disc according to the invention can thus comprise: either a first ring 15 on its lower face 13; - Or a second ring lSa on its upper face 10; - Either simultaneously on its lower face 13 this first ring 15 ek on its upper face 10 this second ring 15a.

Le premier ou le second anneau 15, 15a ou les deux, peuvent être rapportés sur la disque 2 après la fabrication de ce dernier. The first or the second ring 15, 15a or both, can be attached to the disk 2 after the manufacture of the latter.

La figure 2 il lustre cette seconde version de l'invention, dans laquelle, à titre d'exemple non limitatif, le premier anneau 15 est rapporté sur la face inférieur 13 et solidarisé au disque 2 par brasure. FIG. 2 illustrates this second version of the invention, in which, by way of nonlimiting example, the first ring 15 is attached to the lower face 13 and secured to the disc 2 by brazing.

REVENDICATIONS
1. Disque en graphita pour anode tourante de tube à rayons X, muni d'une couronne focale (12) en matériau cible, caractérisé en ce que au moins une face supérieure (10) ou une face inférieure (13) de ce disque (12) comporte, sur une surface en graphite (11, 14) constituant une surface de rayonnement thermique, un anneau (15) centré autour d'un axe de rotation (7) du disque (2) et faisant saillie par rapport à cette surface (11, 1, 14), de manière à augmenter la surface de rayonnement thermique avec un faible accroissement de la masse du disque (2). 1. Graphita disk for a rotating anode of an X-ray tube, provided with a focal ring (12) of target material, characterized in that at least one upper face (10) or one lower face (13) of this disk ( 12) comprises, on a graphite surface (11, 14) constituting a thermal radiation surface, a ring (15) centered around an axis of rotation (7) of the disc (2) and projecting with respect to this surface (11, 1, 14), so as to increase the surface of thermal radiation with a slight increase in the mass of the disc (2).

2. Disque selon la revendication 1, caractérisé an ce que l'anneau (15) est venu de matière à la fabrication du disque (2). 2. Disc according to claim 1, characterized in that the ring (15) came in the material for the manufacture of the disc (2).

3. Disque selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'anneau (15) est rapporté sur le disque (2) par un procédé de brasure. 3. Disc according to claim 1, characterized in that the ring (15) is attached to the disc (2) by a brazing process.

4. Disque selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'anneau (15) est constitué en graphite pyrolitique. 4. Disc according to one of the preceding claims, characterized in that the ring (15) is made of pyrolitic graphite.

5. Disque selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'anneau (15) comporte une surface de rayonnement thermique supplémentaire (16,17), dont une partie (16) est capable d'un rayonnement thermique principalement dirigé dans des directions latérales (A, B, C) par rapport à l'axe de rotation (7). 5. Disc according to one of the preceding claims, characterized in that the ring (15) has an additional thermal radiation surface (16,17), part of which (16) is capable of mainly directed thermal radiation in lateral directions (A, B, C) relative to the axis of rotation (7).

Claims

For this, the lower face 13 has a circular slot

34, centered around the axis of rotation 7, and whose width L is such that it makes it possible to accommodate a thickness E of the first ring 15.

The first ring 15 being engaged in this slot, it is secured to the disc 2 by brazing for example, according to a conventional method. A brazing layer 32 allows not only mechanical attachment, but also heat transfer from the disc 2 to this ring 15.

In the case where a ring 15, 15a is attached to the disc 2, it is particularly advantageous for this ring to be constituted, as well as in the non-limiting example described, of a pyrolitic graphite; the thermal conduction of this pyrolitic graphite being very large in a direction M parallel to the axis of the ring 15a, this axis of the ring corresponding in application to the axis of rotation 7.

This description of a disk 2 in accordance with the invention shows that the latter is applicable to all X-ray tubes with rotating anodes, such a disk ensuring by its shape a considerable lowering of its temperature.