FR2699326A1 - Emetteur électronique d'un tube à rayons X. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un émetteur électronique pour tube à rayons X, constitué d'un filament (7) en Tungstène, de section circulaire, logé dans une pièce métallique de concentration, bobiné en spires (8) selon un pas variable, plus petit aux deux extrémités (81 et 82 ) que dans sa partie centrale. Applications aux tubes à double foyer.

Description

METTEUR ELECTRONIQUE
D'UN TUBE A RAYONS X
L'invention concerne l'émetteur électronique-ou cathode-d'un tube à rayons X destiné à fonctionner avec deux foyers d'émission du rayonnement. Un tel tube sera utilisé de façon particulièrement intéressante, en radiologie scanner par exemple.

Actuellement, un tube à rayons X comporte essentiellement deux électrodes, une anode et une cathode, enfermées dans une enceinte sous vide et fixées respectivement aux deux extrémités de celle-ci. La cathode doit émettre un faisceau d'électrons qui vient bombarder l'anode. Cette anode généralement constituée d'un disque en graphite, est recouverte d'une couche de matériau à numéro atomique élevé, tel que du Tungstène, fortement émissif en rayons X. Le tube radiogène étant en fonctionnement, l'anode est portée à un potentiel fortement positif-quelques dizaines de kilovolts-par rapport à la cathode, de sorte que les électrons émis par la cathode sont accélérés vers l'anode par le champ électrique créé entre les deux électrodes et frappent l'anode sur une petite surface d'impact, appelée foyer de rayonnement X.

Quant à la cathode, elle est réalisée par un émetteur thermoélectrique, tel qu'un filament de Tungstène chauffé. Ce filament de section circulaire, est généralement bobiné suivant un pas constant puis logé dans une pièce métallique, dite de concentration, jouant le rôle d'une lentille électronique focalisant le faisceau d'électrons émis sur le foyer de l'anode.

Dans l'application particulière des tubes à rayons X pour le diagnostic médical, la qualité de l'image doit tre excellente, notamment en ce qui concerne la finesse d'analyse et le contraste. Or la finesse d'analyse est directement liée aux dimensions du foyer de l'anode ; donc plus le foyer sera petit, se rapprochant du foyer ponctuel idéal, meilleure sera la finesse. De plus, le contraste de l'image dépend de la répartition énergétique du foyer, qui doit tre homogène sur toute la surface du foyer si on veut obtenir un très bon contraste.

En plus de ces problèmes de qualité d'image, certaines applications de tubes radiogènes nécessitent une grande quantité de rayonnement X, pendant un temps très court sur un foyer le plus petit possible, sans toutefois dépasser les limites thermiques de l'anode, sous peine de détérioration du tube.

Dans ce cas, il faut trouver un compromis entre la taille du foyer et la puissance du tube afin d'obtenir de bonnes images pendant une durée suffisamment brève.

Et ce compromis dépend du type d'examen radiologique à pratiquer, c'est-à-dire de la taille de l'organe à radiographier, du volume du patient, de la durée maximum acceptable pour cet examen, etc... Parfois, avec un mme appareil de radiologie, il peut tre souhaitable de radiographier rapidement le ou les organes à analyser puis d'approfondir l'examen sur certaines zones plus particulières, ce qui nécessite alors une image plus précise réalisée plus lentement. Pour ce type d'utilisation, on utilise un tube radiogène à deux foyers de rayonnement X, de tailles différentes. Ce petit et ce grand foyers doivent tre centrés de façon identique, avec précision, pour que l'alignement foyer-patient-récepteur soit conservé avec les deux foyers. Ces deux foyers sont obtenus sur l'anode partir de l'émission de deux faisceaux électroniques issus de deux filaments constituant l'anode, placés côte à côte. Actuellement, on observe une dérive de la position des foyers lorsque le tube fonctionne car, en chauffant, les différents éléments du tube se dilatent et tendent à faire varier la distance entre la cathode et l'anode et cette dérive est justement proportionnelle à la distance d'un filament par rapport à l'axe de symétrie des foyers. Or les tolérances pour un tube "bifocus"varient selon la disposition du système radiogène et sont particulièrement sévères pour les tubes scanners.

La présente invention a pour but de pallier cet inconvénient en proposant une cathode assurant un très bon centrage des deux foyers de l'anode ainsi qu'une répartition homogène de l'énergie des foyers.

Pour assurer cette homogénéité de la densité du rayonnement X, l'invention a pour objet un émetteur électronique pour tube à rayons X, constitué d'un filament en matériau à numéro atomique élevé de section circulaire, logé dans une pièce métallique de concentration, caractérisé en ce que le filament est bobiné en spires selon un pas variable, plus petit aux deux extrémités que dans sa partie centrale.

Selon une autre caractéristique, l'objet de l'invention est un émetteur électronique pour tube à rayons X, constitué d'au moins un filament en matériau à numéro atomique élevé, de section circulaire, bobiné suivant des spires et logé dans une pièce métallique de concentration, caractérisé en ce qu'il comporte de plus deux autres filaments de mme matériau placés en ligne, de part et d'autre du premier filament, suivant le plan de symétrie, le filament central comportant des spires plus resserrées à ses extrémités que les spires centrales.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description suivante de deux exemples particuliers de réalisation d'une cathode selon l'invention, illustrée par les dessins ci-annexés dans lesquels : -les figures la et 1b sont des représentations
schématiques d'un filament de cathode, selon deux
modes de réalisation de l'art antérieur, avec leur
diagramme de rayonnement ; -la figure 2 est une représentation schématique d'un
filament de cathode selon l'invention, avec son
diagramme de rayonnement ; -la figure 3 est une représentation schématique d'une
cathode pour tube bifocal, selon l'art antérieur, avec
son diagramme de rayonnement.

-la figure 4 est une représentation schématique d'une
cathode pour tube bifocal, selon l'invention, avec son
diagramme de rayonnement ;
La cathode de la figure la est constituée par un filament 1 de Tungstène, par exemple, à section circulaire, bobiné suivant des spires 2 à pas constant.

Lorsque le filament est chauffé, il émet un faisceau 3 d'électrons, destiné à bombarder une anode placée en face. La densité de rayonnement s en fonction de la longueur 1 de la cathode représentée sur la partie droite du dessin, a la forme d'une cloche 4, symétrique par rapport à l'axe de symétrie 5 du filament 1. Cela est dû aux deux spires extrmes 21 et 22 qui sont toujours plus froides que les spires centrales, donc qui émettent un nombre d'électrons inférieur à celui émis par les spires centrales.

Actuellement on remédie à cet inconvénient en plaçant comme le montre la figure lb, des cales 6 métalliques devant les spires 21 et 22 extrmes, par rapport au sens d'émission du faisceau électronique 3. Le champ électrostatique au voisinage des cales 6 concentre les électrons émis par les spires extrmes, ce qui améliore l'homogénéité en longueur du foyer de rayonnement. Sur la figure lb, on constate que la densité de rayonnement s est à peu près constante sur toute la longueur du filament émissif, entre les deux cales.

Comme cela apparaît sur la figure 2, la cathode selon l'invention est constituée d'un filament 7 à numéro atomique élevé, comme du Tungstène, section circulaire, bobiné suivant des spires 8 à pas variable.

Aux deux extrémités 81 et 82, le pas des spires est plus petit afin de compenser les pertes thermiques de conduction par un effet de four. La densité du rayonnement 6 émis par une telle cathode chauffée est plus large que la densité émise par un filament doté de cales à ses extrémités, tout en étant beaucoup plus homogène que celle émise par un filament à pas constant.

Une application directe d'une telle cathode selon l'invention concerne un tube bifocal, pour lequel la cathode est réalisée à partir de trois filaments alignés. Selon l'art antérieur représenté sur la figure 3, les trois filaments 9,10 et 11 de la cathode, chacun bobiné avec un pas constant, sont alimentés de la façon suivante : pour créer un petit foyer de rayonnement X, seul le filament central 10 est chauffé et pour créer un grand foyer sur l'anode les trois filaments 9,10 et 11 sont chauffés simultanément. On observe que la densité 6 de rayonnement émis par les trois filaments n'est pas constante sur toute la longueur de la cathode et présente deux creux 14 et 13 correspondant aux extrémités des filaments qui, restant froides, émettent peu d'électrons. S'il est possible de disposer deux cales 15 et 16 de part et d'autre des extrémités 91 et 111 des deux filaments 9 et 11 entourant le filament central 10, il est impossible d'en placer devant les extrémités 101 et 102 du filament central 10 car cela aurait un effet de masque qui détruirait l'homogénéité du grand foyer.

L'invention résout ce problème en proposant une cathode à trois filaments 17,18 et 19 alignés, dont le filament central 18 présente des spires à pas variable, plus petit aux extrémités 181 et 182 qu'au centre comme le montrent les figures 4a et 4b. Comme précédemment, on peut placer des cales 20 et 21 aux deux extrémités 171 et 191 de la cathode, ou bien on peut resserrer les spires aux extrémités des filaments 17 et 19. On constate que la densité de rayonnement s émis est beaucoup plus homogène, sans valeurs très faibles au niveau des extrémités 181 et 182 du filament central 18.

Une autre application très intéressante de l'invention concerne les tubes dont le foyer de rayonnement X est trapézoïdal, c'est-à-dire dont l'anode n'est pas parallèle à la direction du filament de la cathode. La cathode peut tre alors réalisée à partir d'un filament bobiné selon un pas variable, plus petit en face de la partie la plus large du foyer trapézoïdal pour laquelle l'anode a la plus grande vitesse linéaire. En augmentant ainsi la densité des spires de ce côté du filament, on rend la charge thermique du foyer de l'anode plus homogène et la densité du rayonnement X constant.

Claims (6)

1. REVENDICATIONS 1. Emetteur électronique pour tube à rayons X constitué d'un filament en matériau à numéro atomique élevé, de section circulaire, logé dans une pièce métallique de concentration, caractérisé en ce que le filament (7) est bobiné en spires (8) selon un pas variable.
2. 2. Emetteur électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filament (7) est bobiné en spires (8) selon un pas plus petit aux deux extrémités (81 et 82) que dans sa partie centrale.
3. 3. Emetteur électronique réalisé a partir de trois filaments (17,18,19) alignés, en matériau à numéro atomique élevé, de section circulaire, logés dans une pièce métallique de concentration, caractérisé en ce que le filament central (18) est réalisé selon la revendication 2.
4. 4. Emetteur électronique selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deux filaments extrmes (17 et 19) sont bobinés selon un pas variable, plus petit à leurs extrémités.
5. 5. Emetteur électronique pour tube a rayons X à foyer trapézoïdal de rayonnement X, caractérisé en ce que le filament est bobiné selon un pas variable selon la revendication 1, plus petit en face de la partie la plus large du foyer trapézoïdal de l'anode.
6. 6. Emetteur électronique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le ou les filaments bobinés sont en Tungstène.