FR2569051A1 - Tube radiogene a anode tournante - Google Patents

Abstract

SYSTEME DE DILATATION DANS LE MONTAGE D'UNE ANODE TOURNANTE D'UN TUBE RADIOGENE A L'EXTREMITE D'UN AXE ISOLANT DU ROTOR D'ENTRAINEMENT DE CETTE ANODE. SELON L'INVENTION, L'ANODE 12 ET L'AXE 15 QUI NE PEUVENT AVOIR LE MEME COEFFICIENT DE DILATATION LINEAIRE SONT MONTES PAR L'INTERMEDIAIRE D'UN ELEMENT TEL QUE PAR EXEMPLE UNE VIS 29 DONT LA LONGUEUR UTILE EST CALCULEE EN FONCTION DE TOUS LES COEFFICIENTS DE DILATATION DES MATERIAUX ASSEMBLES POUR COMPENSER LE DIFFERENTIEL DE DILATATION ENTRE L'ANODE ET SON AXE ET MAINTENIR UN SERRAGE CONSTANT QUELLE QUE SOIT L'AUGMENTATION DE TEMPERATURE. APPLICATION A LA RADIOLOGIE MEDICALE.

Description

TUBE RADIOGENE A ANODE TOURNANTE
L'invention concerne un tube radio gène à anode tournante et se rapporte plus particulièrement à la fixation du disque formant anode sur l'axe du rotor qui l'entraine en rotation.

L'invention s'applique préférentiellement à un tube radiogène à suspension magnétique dans lequel on désire isoler électriquement le rotor de la haute tension appliquée à l'anode.

Un tube radiogène connu se compose d'un émetteur d'électrons formant cathode, placé en regard d'une cible formant l'anode et reliée à une source de haute tension. Cette anode en forme de disque, est montée sur l'axe d'un rotor de moteur pour être entrainée en rotation. En effet, compte tenu des puissances importantes mises en jeu et de la faible surface de la zone d'impact des électrons sur la cible anodique, la mise en rotation de - cette dernière permet d'augmenter les performances en faisant en sorte que le bombardement électronique se fasse sur de la matière relativement froide.

Un progrès récent de ce type de tube radiogène est la mise au point des rotors à suspension magnétique. Le rotor ne repose plus, lors de son fonctionnement, sur des roulements à billes. Avec l'apparition de ce type de suspension, il est très avantageux d'isoler électriquement le disque formant anode du rotor. Ceci permet éviter d'avoir à porter les paliers magnétiques à la haute tension ainsi que les différentes alimentations et - les systèmes électroniques de commande et d'asservissement assurant la suspension magnétique. Une solution en apparence simple consiste à réaliser l'axe du rotor dans un matériau hautement isolant électrique.Avec un tel agencement, le disque seul est porté à une haute tension positive et le courant électrique est évacué de l'anode par un dispositif approprié, connu en soi, tandis que le rotor reste à un potentiel proche de celui de la terre.

Cependant, la mise au point d'un tel rotor à axe isolant se heurte à de sérieuses difficultés (dues aux différences de tempé rature considérables, mises en jeu) qui n'ont pas été résolues de façon complètement satisfaisante jusqu'à ce jour.

En effet, en fonctionnement, le disque formant anode et l'axe du rotor peuvent atteindre des températures de l'ordre de 15000 C.

Ceci limite considérablement le choix des matériaux utilisables pour l'axe car ce matériau doit être à la fois un matériau isolant et réfractaire. Par ailleur, le disque anodique doit aussi être fait dans un matériau réfractaire ayant un numéro atomique élevé. En raison du choix limité des matériaux aussi bien pour le disque anodique que pour l'axe, il est pratiquement impossible d'adapter les coefficients de dilatation linéaire entre les matériaux du disque et de l'axe. On constate que le différentiel de dilatation entre l'axe et le disque au cours du fonctionnement normal du tube radiogène, est trop important pour assurer une bonne fixation mécanique à toute température.

L'invention permet de résoudre ce problème.

Le concept général de Invention consiste à ne tenir aucun compte des coefficients de dilatation pour le choix des matériaux constitutifs de l'axe et du disque anodique (on choisit notamment le meilleurs matériau isolant et réfractaire possible pour l'axe comme par exemple une céramique ou de l'alumine) et de prévoir dans le montage, un élément ayant un coefficient de dilatation donné et dont les dimensions sont déterminées pour tenir compte des différents coefficients de dilatation linéaire des matériaux assemblés.

Plus précisément, l'invention concerne donc un tube radiogène comportant une anode tournante liée à un axe de rotor par un système de montage, caractérisé en ce que certaines au moins des pièces assemblées étant réalisées dans des matériaux ayant des coefficients de dilatation linéaire différents, au moins un élément dudit système de montage à une longueur utile déterminée pour que les dilatations axiales dudit système de montage compensent sensiblement les dilatations axiales des portions de l'anode et de l'axe soumises à l'action de ce système de montage.

le plus souvent, le système de montage précité est à serrage axial et l'élément compensateur peut, selon l'invention, avoir les configurations les plus varieés. On peut par exemple prévoir une sorte d'entretoise (ou plusieurs) dans ledit système de montage.

Selon un mode de réalisation actuellement préféré, cependant, cet élément de longueur utile prédéterminée est la vis d'un ensemble vis-écrou monté entre ladite anode et un épaulement interne dudit axe, la position dudit épaulement interne par rapport à ladite anode déterminant ladite longueur utile de la vis.

I1 est en outre à noter que l'invention n'est pas limitée à un tube radiogène à suspension magnétique (bien que s'en soit le domaine d'application privilégié) mais à tout tube radiogène pour lequel on désire isoler électriquement l'anode de son système d'entrainement.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaitront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre de plusieurs réalisations de tube radiogène conformes au principe de l'invention, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels::
- la figure I est une vue schématique partielle d'un tube radiogène à suspension magnétique conforme à l'invention;
- la figure 2 est une vue partielle en coupe d'un tel tube radiogène, montrant un système de fixation conforme à l'invention entre le disque anodique et l'axe isolant;
- la figure 3 est une vue analogue à la figure 2 illustrant une variante du système de fixation;
- la figure 4 est une vue analogue à la figure 2 illustrant une autre variante du système de fixation,
- la figure S est une vue analogue de la figure 4 illustrant encore une autre variante du système de fixation.

En se reportant aux dessins, on a représenté un tube radiogène 11 à anode tournante 12 et à suspension magnétique. L'anode 12 est en forme de disque, elle est bombardée sur sa face 14 par un faisceau d'électrons émis par une cathode (non représentée). L'anode est fixée à l'extrémité d'un axe 15 d'un rotor 16 à paliers magnétiques. L'anode 12, I'axe 15 et le rotor 16 sont montés à l'intérieur d'une enveloppe 18, par exemple en verre. Un dispositif d'évacuation des charges 17, connu en soi, est couplé à l'anode 12. Une haute tension positive est appliquée à l'anode par l'intermédiaire de ce dispositif. Le rotor est entrainé en rotation par un stator 19 situé à l'extérieur de l'enveloppe 18.La suspension magnétique est assurée par deux paires de pôles 20 et deux paires de pôles 21 disposées à l'extérieur de l'enveloppe 18 au voisinage des deux extrémités axiales du stator, respectivement. Sur la figure 1, une paire de pales 20 et une paire de pôles 21 sont visibles et représentées dans le plan de la figure; les deux autres paires de pôles sont respectivement décalées de 900 et ne sont pas représentées pour ne pas surcharger le dessin. Le rotor est creux et des roulements de garde 24 montés sur un axe fixe 25 solidaire de l'enveloppe 18 sont disposés à l'intérieur du rotor pour que celui-ci puisse y prendre appui lorsqu'il n'est pas maintenu en équilibre sous l'effet des paires de pôles 20 et 21.

Selon un aspect de l'invention, I'axe 15 du rotor est en matériau réfractaire et isolant, comme-par exemple de l'alumine ou, de la céramique et cet axe à donc un coefficient de dilatation linéaire sensiblement différent de celui du disque formant anode 12, en graphite.

Comme le montrent les figures 2 et 3, L'anode 12 est percée d'un alésage axial 26 et l'axe 13 est muni d'un alésage 28 débouchant à l'extrémité libre de l'axe et comportant une différence de diamètres définissant un épaulement droit 27. Un ensemble vis 29écrou 29a est monté entre la face 14 de l'anode et l'épaulement 27.

Cet ensemble vis-écrou constitue donc un système de montage à serrage axial comme mentionné ci-dessus. L'alésage axial 26 de l'anode correspond au diamètre d'extrémité de l'axe 15 et cette anode est en appui contre un épaulement droit 30 dudit axe.

Selon l'invention, la nature du matériau constituant la vis 29 et la position de l'épaulement 27 (déterminant sa longeur utile), sont choisis pour que la dilatation axiale dudit système de montage compense sensiblement les dilatations axiales des portions de l'anode et de l'axe soumises à l'action de ce système de montage.

Dans l'exemple représenté, en effet, la vis 29 joue elle-même le role de l'élément compensateur précité du système de montage.

La détermination de la longueur utile L de la vis (c'est à dire la distance entre l'épaulement 27 et la face 14 du disque s'effectue de la façon suivante:
- soit L1 la longueur à prendre en considération pour la dilatation axiale de l'anode ; dans l'exemple des figures I et 2, L1 est simplement l'épaisseur de l'anode au voisinage de l'axe.

- Soit L2 la longueur à prendre en considération pour la dilatation axiale de la portion d'extrémité de l'axe 15 ; dans l'exemple des figures 1 et 2, il s'agit de la distance entre les épaulements 27 et 30.

- Soient al, a2 et a3 les coefficients de dilatation linéaire respectifs des matériaux constituant l'anode 12, I'axe 15 et la vis 29.

Si on admet qu'à tout moment du fonctionnement du tube radiogène, ces trois éléments ont subi une même élévation de température A t par rapport à la température ambiante, pour que les dilatations soient égales entre les pièces qui maintiennent (I'axe et l'ensemble vis-écrou) et la pièce maintenue (I'anode), il faut: al L1bt + a2 L2, & = a3 L bt
Et comme L = L1 + L2 on obtient:

Autrement dit, en choisissant L de cette façon, la pression de serrage à froid exercée sur le disque suivant l'axe longitudinal se maintiendra sur toute la plage de température de fonctionnement et le disque restera correctement fixé à l'axe isolant.

Dans l'exemple de la figure 1 où al = 5,5 106 mi0C (graphite) et a2 = 7 10 6 m/OC (alumine) on a choisi pour la vis 29 un matériau de coefficient de température intermédiaire (TZM, a3 = 6 10 6 m/ C).

Le rapport L/LI vaut donc 1, 5. La longueur utile de la vis 29 est donc plus grande que l'épaisseur du disque 12 (typiquement de 30 mm pour un disque d'épaisseur 20 mm).

L'exemple de la figure 2 correspond à une combinaison de matériaux dans laquelle le coefficient de dilatation de la vis est supérieur à ceux des deux autres matériaux. C'est le cas notamment lorsque l'axe 15 est en céramique (a2 = 3 10-6 m/OC, al et a3 ne changeant pas par rapport à l'exemple précédent). Le même calcul aboutit à l'expression:

Avec les chiffres indiqués ci-dessus, le rapport L/L1 = 0,83.

La longueur utile de la vis est donc plus faible que l'épaisseur de l'anode.

Dans les deux cas précédent le différentiel de dilatation radiale est compensé par des jeux calculés entre le diamètre de l'alésage 28 et celui de l'extrémité de l'axe 15.

Les configurations des figures 5 et 6 assurent à la fois la compensation radiale et longitudinale. Pour cela, I'ouverture axiale de l'anode 12a et la portion d'extrémité de l'axe 15a sont munies de portées tronconiques coopérantes 35, 36, respectivement. les autres éléments de structure sont identiques et portent pour cela les mêmes références numériques qu'aux figures I et 2. On montre que la longueur à prendre en considération pour la dilatation axiale du disque est cette fois la distance entre le sommet du cone 38 dans lequel s'inscrivent les portées tronconique 35 et 36 et la face 14 du disque formant anode sur laquelle l'écrou 29a prend appui. De la même façon, la longueur à prendre en considération pour la dilatation axiale de l'axe est la distance entre le sommet de ce même cône et l'épaulement 27.

Si le coefficient de dilatation de la vis est plus petit ou plus grand que ceux de l'anode et de l'axe, on obtient la configuration de la figure 4 dans laquelle le sommet du cône 38 est à l'extérieur de
L'anode et avec

Dans le cas contraire, on obtient la configuration de la figure 5 dans laquelle le sommet du cône 38 est à l'intérieur de l'anode etlavec:

Dans tous les cas décrits ci-dessus, la détermination des la longueur utile de la vis de serrage 29 est donnée par la relation

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux quelques modes de réalisation du système de serrage qui viennent d'etre décrits. Elle comprend tous les équivalents techniques des moyens mis en jeu Si ceux-ci le sont dans le cadre des revendications qui suivent.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1. Tube radiogène comportant une anode tournante (12) liée à un axe (15) de rotor (16) par un système de montage (29, 29a), caractérisé en ce que certaines au moins des pièces assemblées étant réalisées dans des matériaux ayant des coefficients de dilatation linéaire différents, au moins un élément (29) dudit système de montage a une longueur utile déterminée pour que les dilatations axiales dudit système de montage compensent sensiblement les dilatations axiales des portions de l'anode et de l'axe soumises à l'action de ce système de montage.

2. Tube radiogène selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un élément précité de longueur utile prédéterminée est la vis (29) d'un ensemble vis-écrou monté entre ladite anode (12) et un épau- lement interne (27) dudit axe, la position dudit épaulement interne par rapport à ladite anode déterminant ladite longueur utile.

3. Tube radiogène selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite longueur utile précitée satisfait sensiblement à la relation:

où L est ladite longueur utile;

L1 est une longueur à prendre en considération pour la dilatation axiale de l'anode, et al, a2, et a3 sont respectivement les coefficients de dilatation linéaire des matériaux constituant ladite anode (12) ledit axe (15) et ladite vis (29).

4. Tube radiogène selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite anode tournante est percée d'un alésage axial cylindrique correspondant au diamètre d'extrémité dudit axe et qu'elle est en appui contre un épaulement droit (30) de celui-ci, ladite longueur à prendre en considération étant ltépaisseur de l'anode (12) au voisinage dudit axe (15).

5. Tube radiogene selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite anode comporte une ouverture axiale et que cette ouverture axiale et la portion d'extrémité dudit axe sont munies de portées tronconiques (35, 36) coopérantes, ladite longueur à prendre en considération étant la distance entre le sommet du cbne (38) dans lequel s'inscrivent lesdites portées tronconiques et la surface (14) de l'anode sur laquelle prennent appui lesdits moyens de serrage.

6. Tube radiogène selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit axe est en céramique.

7. Tube radiogène selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit axe est en alumine.