FR2895831A1 - Source compacte a faisceau de rayons x de tres grande brillance - Google Patents

Abstract

Un dispositif d'émission de rayons X selon l'invention comprend une pompe à vide (1) dont l'enveloppe périphérique étanche (1f) contient une cathode (3) d'émission de flux d'électrons (4), une anode tournante (2), montée en bout d'arbre (1e) de la pompe à vide (1), et un dispositif de collection (5) collectant un faisceau émis de rayons X (6). On réduit ainsi considérablement l'encombrement de la source de rayons X, et, grâce à la rotation très rapide et stable de l'anode tournante (2) solidaire du rotor (1a) de la pompe à vide (1), on réalise une source à très grande brillance. On peut en outre déplacer axialement l'anode tournante (2) pour compenser l'usure qu'elle subit par l'impact du faisceau incident d'électrons (4) provenant de la cathode (3).

Description

6158fr texte â déposer.doc 2895831 1 SOURCE COMPACTE A FAISCEAU DE RAYONS

X DE TRES GRANDE BRILLANCE

La présente invention concerne les dispositifs à anode tournante 5 permettant de générer un faisceau de rayons X. On connaît déjà, comme décrit par exemple dans le document EP 0 170 551, un dispositif radiologique comportant un tube radiogène à anode tournante. Le tube radiogène comprend une enceinte sous vide, limitée par une paroi étanche, et dans laquelle est disposée une cathode adaptée pour générer un 10 flux d'électrons. Dans l'enceinte sous vide se trouve également une anode tournante, entraînée en rotation autour d'un axe de rotation par un rotor à paliers magnétiques. L'anode tournante reçoit sur sa périphérie le flux d'électrons provenant de la cathode, et émet ainsi des rayons X qui sont dirigés vers une sortie. Les paliers magnétiques sont pilotés de façon à déplacer le rotor le long de 15 son axe de rotation, et de façon à déplacer ainsi l'anode tournante, en réponse à un capteur de position du faisceau de rayons X en sortie, pour maintenir fixe la position du faisceau de rayons X en sortie. On supprime ainsi l'influence néfaste des déplacements parasites de l'anode tournante pouvant résulter notamment des dilatations thermiques ou des déformations de certains éléments du dispositif. 20 Les dispositifs émetteurs de rayons X à anode tournante actuellement connus sont relativement encombrants, car, outre l'anode tournante et son dispositif d'entraînement en rotation dans une enceinte à vide, ils nécessitent une pompe à vide externe pour la génération et l'entretien du vide dans l'enceinte à vide. 25 En outre, les moyens connus d'entraînement en rotation des anodes tournantes génèrent des vibrations qui limitent les possibilités d'utilisation dans certaines applications telles que la microscopie électronique, le contrôle de cristallisation des polymères, la mesure de petites structures ou de multicouches dans la fabrication de semi-conducteurs. 30 En outre, les générateurs de rayons X à anode tournante actuellement utilisés sont coûteux, et réclament beaucoup de maintenance. De plus, la brillance de la source est insuffisante, et il y a un intérêt à augmenter cette brillance pour améliorer la focalisation du rayonnement sur de petits échantillons. La présente invention vise tout d'abord à réduire l'encombrement ainsi 35 que le coût des dispositifs de génération de rayons X à anode tournante. Un autre but de l'invention est de réduire les vibrations résultant de la mise en rotation de l'anode tournante. 106158fr texte à déposer.doc 2895831 2 Un autre but de l'invention est d'augmenter la brillance de la source de rayons X, en réduisant simultanément les conséquences de l'usure inévitable de l'anode tournante soumise à un faisceau d'électrons puissant. Un autre but de l'invention est d'augmenter la durée de vie de l'anode 5 tournante dans une telle source de rayons X à grande brillance. Pour atteindre ces buts ainsi que d'autres, l'invention met à profit l'observation selon laquelle les pompes à vide de type moléculaire, turbomoléculaire ou hybride sont devenues actuellement des dispositifs entraînés à très grande vitesse, avec des vitesses de rotation pouvant dépasser 40 000 tours 10 par minute, sans vibrations sensibles. L'idée selon l'invention est alors d'utiliser la pompe à vide elle-même à la fois pour générer le vide dans l'enceinte à vide du générateur de rayons X, et pour produire la rotation de l'anode tournante. Ainsi, l'invention propose un dispositif pour l'émission de rayons X, 15 comprenant : - une enceinte sous vide, limitée par une paroi étanche, - une pompe à vide, comportant dans une enveloppe périphérique étanche un stator, un rotor et des moyens d'asservissement du rotor permettant sa rotation stable à très haute vitesse, et raccordée à l'enceinte sous vide pour y générer et 20 entretenir un vide, - une cathode, dans l'enceinte sous vide, adaptée pour générer un flux d'électrons, - une anode tournante, dans l'enceinte sous vide, entraînée en rotation autour d'un axe de rotation, et recevant sur sa périphérie le flux d'électrons provenant de la cathode pour émettre des rayons X vers une sortie, 25 et dans lequel : - l'anode tournante est solidaire du rotor de la pompe à vide, disposée coaxialement avec le rotor, - l'enveloppe périphérique étanche de la pompe à vide constitue elle-même tout ou partie de la paroi étanche de l'enceinte sous vide. 30 Grâce à cette combinaison, le dispositif est beaucoup plus compact et on minimise son encombrement total. On réduit simultanément son coût, puisqu'un seul dispositif en rotation assure à la fois la génération et le maintien du vide et l'entraînement en rotation de l'anode tournante. On profite des grandes qualités de stabilité et d'absence de vibrations de la pompe à vide. Simultanément, la grande 35 vitesse de rotation de la pompe à vide permet de donner à l'anode tournante une grande vitesse de rotation, permettant à l'anode tournante de supporter une plus 106158fr texte à déposer. doc 2895831 3 grande énergie de faisceau d'électrons et d'émettre un faisceau de rayons X à plus grande brillance. De préférence, l'anode tournante peut être une pièce rapportée en bout d'un arbre coaxial du rotor. L'anode tournante peut ainsi être une pièce 5 interchangeable, aisément remplacée après usure. Dans un souci de produire un dispositif émetteur de rayons X à très grande brillance, on projette sur l'anode tournante un faisceau d'électrons à grande énergie. Mais cela produit un échauffement rapide de l'anode tournante. Il est alors utile d'isoler thermiquement la pompe à vide vis-à-vis de l'anode tournante, afin 10 d'éviter son propre échauffement et sa dégradation. Par exemple, des moyens d'isolation thermique peuvent être interposés entre l'arbre du rotor et l'anode tournante elle-même portée par l'arbre. De tels moyens d'isolation thermique peuvent comprendre, par exemple, une couche de céramique réalisée sur la surface correspondante de l'arbre. La céramique est moins conductrice de la 15 chaleur que les métaux constituant l'arbre et l'anode tournante, réalisant ainsi une barrière qui freine la propagation d'énergie thermique vers la pompe à vide. Ce moyen d'isolation est simple et efficace, et, grâce à la dureté de la céramique, ne dégrade pas la stabilité de l'anode tournante. En alternative, les moyens d'isolation thermique peuvent comprendre 20 une bague isolante ou peu conductrice de la chaleur, par exemple une bague en acier inoxydable. En pratique, l'anode tournante peut avoir la forme générale d'un disque épais, sa surface périphérique constituant au moins une cible qui reçoit le flux d'électrons provenant de la cathode. Une telle structure est simple et peu 25 encombrante. Dans un souci de réduire l'échauffement parasite de la pompe à vide, et dans un souci de limiter l'usure de l'anode tournante, on peut prévoir des moyens favorisant le transfert de chaleur de l'anode tournante vers l'extérieur pendant son fonctionnement. 30 Pour cela, le dispositif peut comprendre en outre au moins un élément refroidisseur, fixé au stator de pompe à vide ou à l'enveloppe périphérique étanche en regard de l'une des faces radiales principales de l'anode tournante, pour absorber l'énergie thermique de rayonnement émise par l'anode tournante en fonctionnement. De préférence, on prévoit deux éléments refroidisseurs disposés 35 respectivement en regard de l'une et l'autre des faces radiales principales de l'anode tournante. 106158fr texte à déposer.doc 2895831 4 Le ou les éléments refroidisseurs peuvent avantageusement comporter un circuit interne de refroidissement parcouru par un fluide caloporteur qui évacue vers l'extérieur l'énergie calorifique. On peut favoriser encore l'extraction d'énergie calorifique de l'anode 5 tournante en prévoyant que les surfaces opposées des éléments refroidisseurs et de l'anode tournante sont revêtues d'une couche de matériau à haute émissivité tel que le nickel noir ou le chrome noir. Un moyen supplémentaire pour favoriser l'extraction d'énergie calorifique de l'anode tournante est de prévoir une anode en matériaux et structure aptes à 10 supporter des températures plus élevées, associée à des moyens d'isolation thermique à grande efficacité vis-à-vis de la pompe à vide. Il en résulte que l'anode tournante présente en surface une température accrue qui favorise le rayonnement et donc le transfert de chaleur vers le ou les éléments refroidisseurs. Egalement, pour améliorer la capacité de refroidissement, les surfaces 15 opposées des éléments refroidisseurs et de l'anode tournante peuvent être dentelées de manière concentrique, augmentant la surface de rayonnement. La présence d'un gaz approprié dans l'atmosphère intérieure de la pompe à vide entre les surfaces opposées des éléments refroidisseurs et de l'anode tournante peut favoriser encore, par convexion, l'extraction d'énergie 20 calorifique de l'anode. Des moyens seront prévus pour limiter la propagation du gaz vers la zone traversée par le flux d'électrons entre la cathode et l'anode tournante. De préférence, la pompe à vide sera de type pompe moléculaire, turbomoléculaire ou hybride, permettant l'obtention d'une grande vitesse de rotation et la réalisation d'un vide poussé. La brillance de la source de rayons X peut ainsi 25 être augmentée. En cours de fonctionnement, l'impact du faisceau d'électrons sur la surface périphérique de l'anode tournante provoque son usure progressive. Il peut en résulter une variation dimensionnelle de l'anode tournante, et donc une déviation et/ou un défaut de focalisation du faisceau de rayons X en sortie du 30 dispositif. Pour réduire ce phénomène, on peut prévoir, selon l'invention, des moyens pour déplacer le rotor le long de son axe de rotation, modifiant ainsi la zone d'impact du faisceau d'électrons sur la périphérie de l'anode tournante. En pratique, le rotor peut être sollicité par des paliers magnétiques pilotés par une électronique de commande de paliers, l'ensemble déterminant la 35 position axiale et la position radiale du rotor dans le stator. L'électronique de commande de paliers peut être adaptée pour modifier volontairement au moins la position axiale du rotor le long de son axe de rotation. 106158fr texte à déposer.doc 2895831 En particulier, l'électronique de commande peut être adaptée pour modifier la position axiale du rotor en fonction de l'usure de l'anode tournante, pour déplacer une zone usée de l'anode tournante à l'écart de la zone d'impact du faisceau d'électrons. 5 Selon une autre possibilité, en alternative ou en complément, l'électronique de commande peut déplacer en va-et-vient le rotor le long de son axe de rotation pendant le fonctionnement, déplaçant ainsi la zone d'impact du faisceau d'électrons sur une surface périphérique plus étendue de l'anode tournante, et répartissant ainsi l'usure sur une plus grande surface.

Selon une autre possibilité, la surface périphérique de l'anode tournante peut être constituée de plusieurs bandes annulaires adjacentes, constituées chacune de matières distinctes, pour être adaptées chacune à la production de rayons X selon une énergie déterminée distincte. L'électronique de commande de paliers permet alors de déplacer axialement le rotor pour placer sous le faisceau incident d'électrons une bande annulaire choisie correspondant à l'application envisagée. Selon une autre possibilité, l'électronique de commande de paliers peut être en outre adaptée pour modifier volontairement la position radiale du rotor afin de rattraper l'usure de l'anode tournante et de maintenir ainsi, à travers un dispositif de collection, la focalisation du faisceau de rayons X sur une zone de convergence précise en sortie. Une autre fonction que l'on peut remplir par modification de la position radiale du rotor est de déplacer le point focal pour modifier dans le temps la zone d'impact du rayonnement X sur le dispositif de collection et augmenter ainsi la durée de vie du dispositif de collection. Grâce aux améliorations des propriétés d'un tel dispositif, l'invention prévoit son utilisation comme source de rayons X dans un système de contrôle de cristallisation, ou comme source de rayons X dans un microscope à rayons X dans la fenêtre de l'eau, ou comme source de rayons X pour la mesure de petites structures ou de multicouches dans la fabrication de semi-conducteurs. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique de côté en coupe longitudinale d'un dispositif 35 de génération de rayons X selon un mode de réalisation de la présente invention ; et 106158fi. texte à déposer.doc 2895831 6 - la figure 2 est une vue de côté partielle en coupe longitudinale d'un dispositif de génération de rayons X selon un second mode de réalisation de la présente invention. Le dispositif illustré sur la figure 1 comprend une pompe à vide 1, de 5 type moléculaire, turbomoléculaire ou hybride, une anode tournante 2, une cathode 3 générant un faisceau d'électrons 4, et un dispositif de collection 5 qui recueille et conditionne le faisceau de rayons X 6 produit par le dispositif. La pompe à vide 1 est constituée, de façon connue en soi, d'un rotor la mobile en rotation autour d'un axe 1-I dans un stator 1 b, entraîné en rotation par un 10 moteur 1c, et maintenu en position par des paliers ou roulements 10a, 10b, 10c, 10d et 10e schématiquement illustrés. Les paliers ou roulements 10a-10e, peuvent être des structures habituellement utilisées dans les pompes à vide, par exemple des roulements à bille ou à aiguille, des paliers lisses, des paliers à gaz, ou des paliers magnétiques.

15 Ces derniers permettent des rotations rapides à plus de 40 000 tours par minute, sans vibration, avec une stabilité contrôlée de l'ordre du micron. Le rotor la est raccordé au moteur 1c par un arbre moteur 1d. L'anode tournante 2 est solidaire du rotor la de la pompe 1, disposée coaxialement avec le rotor la. En pratique, l'anode tournante 2 est une pièce 20 rapportée en bout d'un arbre le coaxial du rotor la. Les éléments aspirants de la pompe à vide 1, tels que le rotor la, le stator lb et l'arbre 1d, sont contenus dans une enveloppe périphérique étanche 1f, pouvant être en partie constituée par le stator lb, et munie d'une sortie d'évacuation 1g par laquelle sont refoulés les gaz pompés.

25 L'enveloppe périphérique étanche 1f de la pompe entoure également l'anode tournante 2, et constitue elle-même au moins une partie de la paroi étanche d'une enceinte sous vide 7 dans laquelle se propagent le faisceau d'électrons 4 et le faisceau de rayons X 6. Ladite enceinte sous vide 7 contient pour cela l'anode tournante 2, ainsi que la cathode 3, et le dispositif de collection 5. Le faisceau 30 d'électrons 4 produit par la cathode 3 se propage dans le vide, depuis la cathode 3, et vient frapper la surface périphérique 2a de l'anode tournante 2, produisant le faisceau de rayons X 6 qui se propage vers le dispositif de collection 5. Le dispositif de collection 5 peut être contenu dans une enceinte sous vide 7 monobloc. En alternative, le dispositif de collection 5 peut être contenu dans une partie rapportée sur l'enceinte sous vide 7. Dans la réalisation illustrée sur la figure 1, la surface périphérique 2a de l'anode tournante 2 est cylindrique, coaxiale avec l'axe I-I. La cathode 3 est I06158fr texte à déposer.doc 2895831 7 orientée de façon que le faisceau incident d'électrons 4 soit incliné par rapport à l'axe 1-I, ce qui produit un faisceau émis de rayons X 6 également incliné. En alternative, la surface périphérique 2a d'anode tournante qui reçoit le faisceau d'électrons 4 peut être une portion périphérique d'une face radiale 2b ou 5 2c de l'anode tournante 2. Dans sa portion d'extrémité portant l'anode tournante 2, l'arbre le est recouvert d'une couche 1h de céramique, de sorte que l'anode tournante 2 est au contact de la couche de céramique 1h qui assure une isolation thermique. De part et d'autre de l'anode tournante 2, dans le sens axial, on dispose 10 un premier élément refroidisseur 8 et un second élément refroidisseur 9, tous deux fixés au stator lb ou corps de pompe, ou à l'enveloppe périphérique étanche 1f de la pompe, en regard de l'une des faces radiales principales 2b ou 2c de l'anode tournante 2, laquelle est sous forme d'un disque épais. Les éléments refroidisseurs 8 et 9 sont à proximité des faces radiales principales 2b et 2c de l'anode tournante 15 2, et reçoivent l'énergie thermique de rayonnement émise par l'anode tournante 2 en fonctionnement. Les éléments refroidisseurs 8 et 9 comportent un circuit interne de refroidissement, respectivement 8a et 9a, parcouru par un fluide caloporteur qui évacue vers l'extérieur l'énergie calorifique reçue de l'anode tournante 2.

20 L'élément refroidisseur 8 est revêtu d'une couche 8b de matériau à haute émissivité tel que le nickel noir ou le chrome noir. Il en est de même de l'élément refroidisseur 9 qui est revêtu d'une couche similaire 9b. De même, les faces radiales principales 2b et 2c de l'anode tournante 2 peuvent être revêtues chacune d'une couche de matériau à haute émissivité tel que 25 le nickel noir ou le chrome noir. On augmente ainsi le transfert d'énergie calorifique par rayonnement depuis l'anode tournante 2 vers les éléments refroidisseurs 8 et 9, favorisant le refroidissement de l'anode tournante 2. De préférence, on prévoit en outre des moyens pour déplacer le rotor 1 a le long de son axe de rotation 1-I. On comprend qu'un tel déplacement axial du 30 rotor la provoque le même déplacement axial de l'anode tournante 2, et réalise une modification de la zone d'impact 4a du faisceau d'électrons 4 sur la surface périphérique 2a de l'anode tournante 2. Par exemple, le rotor la peut être sollicité par des paliers magnétiques 10a à 10e, schématiquement représentés, pilotés par une électronique de 35 commande de paliers 10f, l'ensemble déterminant la position axiale et la position radiale du rotor 1 a dans le stator 1 b. 106158fr texte à déposer.doc 2895831 8 Les paliers magnétiques tels qu'habituellement utilisés dans les pompes à vide comprennent une pluralité de pôles magnétiques indépendants, répartis sur le bâti et sur l'arbre de la pompe à vide, et dont le champ magnétique est généré par des bobines alimentées par l'électronique de commande de paliers en fonction 5 de signaux provenant de capteurs de position également répartis entre le bâti et l'arbre de la pompe à vide. On pilote la position du rotor selon cinq axes, comprenant l'axe longitudinal et quatre axes radiaux contenus dans les plans de deux sections droites différentes.

10 Dans les pompes à vide habituelles, l'électronique de commande de paliers est programmée pour maintenir les plus constantes possibles les positions axiale et radiale du rotor la dans le stator 1b. Selon l'invention, dans un premier mode de réalisation, les éléments radiaux 10a à 10d des paliers magnétiques, qui assurent normalement le 15 positionnement radial du rotor la, maintiennent constante cette position radiale. Simultanément, les éléments axiaux 10e des paliers magnétiques, qui assurent le positionnement axial du rotor, sont agencés de façon que l'électronique de commande de paliers 10f puisse modifier volontairement la position axiale du rotor la le long de son axe de rotation 1-I. On comprend que l'on modifie pour cela la 20 consigne de position axiale reçue par l'électronique de commande de paliers 10f, ladite consigne de commande étant générée par un circuit de commande 10g. Selon un second mode de réalisation, en alternative ou en complément, l'électronique de commande de paliers 10f peut également commander les éléments radiaux 10a à 10d des paliers magnétiques, pour modifier volontairement 25 la position radiale du rotor la dans le stator 1b. On modifie ainsi pour cela la consigne de position radiale, générée par le circuit de commande 10g. Quant à lui, le circuit de commande 10g peut générer les consignes de position axiale et/ou radiale en fonction d'informations reçues de capteurs disposés sur les autres organes du dispositif de l'invention.

30 Par exemple, on peut prévoir un capteur d'usure 10h permettant de détecter l'usure de la surface périphérique 2a de l'anode tournante 2, et le signal reçu de ce capteur d'usure 10h est utilisé par le circuit de commande 10g pour déplacer la zone usée d'anode tournante à l'écart de la zone d'impact 4a du faisceau d'électrons 4, par un déplacement axial de l'anode tournante 2.

35 Selon une autre possibilité, le circuit de commande 10g et l'électronique de commande de paliers 10f peuvent déplacer en va-et-vient le rotor la le long de son axe de rotation 1-1 pendant le fonctionnement. Il en résulte que l'on déplace I06158fr texte à déposer.doc 2895831 9 ainsi la zone d'impact 4a du faisceau d'électrons 4 sur une surface périphérique de l'anode tournante 2, répartissant ainsi l'usure sur une plus grande surface, et réduisant simultanément l'usure locale de chaque partie de surface périphérique 2a de l'anode tournante 2.

5 En alternative ou en complément, on peut prévoir des moyens pour modifier la position et/ou l'orientation de la cathode 3, modifiant ainsi la zone d'impact 4a du faisceau d'électrons 4 sur la zone périphérique 2a de l'anode tournante 2. La surface périphérique 2a de l'anode tournante 2 peut être de 10 préférence en un matériau tel que le cuivre, le molybdène, la céramique oxyde, ou l'aluminium anodisé. Le matériau sera choisi en fonction de l'énergie nécessaire pour l'application à laquelle est destinée la source de rayons X. L'anode tournante 2 peut être entièrement constituée d'un même matériau. En alternative, elle peut être constituée en aluminium et localement 15 revêtue du matériau nécessaire à la formation des rayons X selon sa surface périphérique 2a. Le cuivre permet la formation de rayons X à 8keV. Le molybdène permet la formation de rayons X à 17keV. On pourra trouver intérêt à réaliser l'anode tournante 2 en métal, le métal pouvant contribuer à mieux répartir et évacuer l'énergie thermique produite 20 par l'impact du faisceau d'électrons 4, en comparaison des oxydes qui conduisent mal la chaleur à haute température. Autrement dit, le métal contribue à évacuer la chaleur dans toute l'anode tournante 2, en évitant que l'énergie thermique reste localisée sur la zone d'impact 4a du faisceau d'électrons 4. Les éléments refroidisseurs 8 et 9 peuvent avantageusement être 25 réalisés en métal bon conducteur de la chaleur, par exemple le cuivre. Dans un mode de réalisation particulier, la surface périphérique 2a de l'anode tournante 2 peut être constituée de plusieurs bandes annulaires adjacentes de matières distinctes adaptées chacune à la production de rayons X selon une énergie déterminée distincte. Par exemple, on peut prévoir une première bande 30 annulaire en cuivre, une seconde bande annulaire en molybdène. L'électronique de commande de paliers 10f permet alors de déplacer axialement le rotor pour placer sous le faisceau incident d'électrons 4 une bande annulaire choisie. En plaçant la bande annulaire de cuivre sous le faisceau d'électrons 4, on pourra produire des rayons X à 8keV, tandis qu'en plaçant la bande annulaire de molybdène sous le 35 faisceau d'électrons 4, on pourra produire des rayons X à 17keV. D'autres propriétés des rayons X peuvent être obtenues par exemple avec des bandes en d'autres matières telles que l'acier inoxydable, l'inconel. 106158fr texte à déposer.doc 2895831 10 L'anode tournante 2 peut être symétriquement usinée, de manière à pouvoir être retournée complètement une fois usée. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2, on retrouve les principaux éléments constitutifs du dispositif de l'invention, à savoir l'anode 5 tournante 2 montée en bout de l'arbre le, le premier élément refroidisseur 8, le second élément refroidisseur 9, et la surface périphérique 2a de l'anode tournante 2. Dans ce mode de réalisation, les surfaces en regard 8b et 9b des éléments refroidisseurs 8 et 9 et les surfaces radiales principales 2b et 2c de 10 l'anode tournante 2 sont dentelées de manière concentrique, formant une succession de nervures annulaires concentriques à profil triangulaire, de manière à augmenter la surface d'échange de refroidissement par rayonnement. En considérant à nouveau la figure 1, on comprend qu'une usure de la surface périphérique 2a de l'anode tournante 2 tend à déplacer vers le rotor 1 a la 15 zone d'impact 4a du faisceau d'électrons 4, ce qui simultanément tend à déplacer dans le même sens la zone de convergence 11 du faisceau de rayons X 6 émis. Ainsi le capteur d'usure 10h, placé comme illustré sur la figure, détecte le déplacement de la zone de convergence 11. Pour rattraper cette usure, l'électronique de commande de paliers 10f peut être adaptée pour modifier 20 volontairement la position radiale du rotor la, vers la droite sur la figure 1, pour rattraper l'usure de l'anode tournante 2 et maintenir ainsi la focalisation du faisceau de rayons X sur la zone de convergence 11 précise en sortie. Pour cela, on peut détecter un éventuel déplacement de la zone de convergence 11 en sortie, par le capteur d'usure 10h, et envoyer le signal ainsi produit au circuit de commande 10g 25 qui pilote l'électronique de commande de palier 10f afin de déplacer radialement le rotor la et l'anode tournante 2 dans le sens réduisant ce déplacement de zone de convergence 11. On prévoit en bout de l'arbre le un dispositif de connexion électrique permettant la polarisation de l'anode tournante 2 et l'évacuation du courant 30 électrique résultant de l'impact du faisceau d'électrons 4. Ce dispositif peut être une structure conductrice par contact glissant. En alternative, la conduction électrique peut être assurée en prévoyant, entre au moins une partie de l'anode tournante 2 et une partie fixe conductrice, une zone de décharge électrique dans un gaz conducteur.

35 Sur la figure 2, l'anode tournante 2 est en forme de disque dont les extrémités sont légèrement inclinées pour diriger le faisceau de rayons X vers le dispositif de collection 5. 106158fr texte à déposer.doc 2895831 11 Le fonctionnement des pompes turbomoléculaires repose sur une vitesse périphérique des aubes de l'ordre de la vitesse thermique des molécules, soit plusieurs centaines de mètres par seconde. Ainsi, l'utilisation de la technologie des pompes à vide pour faire tourner l'anode tournante 2 permet une rotation à très 5 haute vitesse de la surface périphérique 2a de l'anode tournante 2, avec un asservissement très précis et une absence quasi-totale de vibrations. La rotation très rapide de l'anode tournante 2 permet d'augmenter la puissance du faisceau d'électrons 4 incident, réalisant ainsi une source de rayons X à très grande brillance.

10 De préférence, on rapproche la cathode 3 au plus près de la surface périphérique 2a de l'anode tournante 2, et on positionne le dispositif de collection 5 également au plus près de la surface périphérique 2a de l'anode tournante 2. De la sorte, on augmente encore la compacité de la source de rayons X, on améliore la capacité de convergence du faisceau de rayons X émis en améliorant ainsi le flux 15 sur un échantillon placé dans la zone de convergence 11, et on réduit les pertes. On réalise ainsi une source à rayons X compacte, sans vibrations, qui délivre un faisceau monochromatique de grande brillance focalisé sur une zone de convergence 11 de très petite taille. Grâce aux qualités d'une telle source de rayons X, on peut envisager 20 son application dans desdomaines jusqu'à présent inexploités. Selon un premier domaine, le dispositif peut être utilisé comme source de rayons X dans un système de contrôle de cristallisation. A cet égard, la petite taille de la source de rayons X selon l'invention permet d'envisager son utilisation comme moyen de contrôle systématique de la cristallisation de protéines. Un tel 25 contrôle, actuellement fait avec des sources à anode tournante coûteuses et encombrantes, peut être réalisé plus aisément avec une source de rayons X selon l'invention, qui produit un faisceau de grande intensité avec des propriétés bien définies (pureté spectrale, divergence et stabilité). La détection par rayons X permet ainsi de surveiller la cristallisation de manière plus précise et automatisée.

30 Selon une seconde application, on peut utiliser le dispositif selon l'invention comme source de rayons X dans un microscope à rayons X dans la fenêtre de l'eau. A cet égard, la microscopie dans la fenêtre de l'eau est une technique très prometteuse, mais aujourd'hui limitée car elle nécessite une source de rayonnement à synchrotron, très onéreuse, qui permet d'émettre un 35 rayonnement X de puissance et de monochromaticité satisfaisante. Le coût de ces sources de rayonnement empêche leur développement. Avec une source de rayons 106158fr texte à déposer.doc 2895831 12 X selon l'invention, on peut atteindre une puissance de rayons X suffisante pour une application en microscopie dans la fenêtre de l'eau. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et 5 généralisations qui sont à la portée de l'homme du métier. 106158fr texte à déposer.doc

Claims (13)

REVENDICATIONS

1 ù Dispositif pour l'émission de rayons X, comprenant : - une enceinte sous vide (7), limitée par une paroi étanche (1f), - une pompe à vide (1), comportant dans une enveloppe périphérique étanche (1f) un stator (1b), un rotor (la) et des moyens d'asservissement (10a-10e) du rotor (la) permettant sa rotation stable à très haute vitesse, et raccordée à l'enceinte sous vide (7) pour y générer et entretenir un vide, - une cathode (3), dans l'enceinte sous vide (7), adaptée pour générer un flux d'électrons (4), - une anode tournante (2), dans l'enceinte sous vide (7), entraînée en rotation autour d'un axe de rotation (1-I), et recevant sur sa périphérie (2a) le flux d'électrons (4) provenant de la cathode (3) pour émettre des rayons X (6) vers une sortie (11), caractérisé en ce que : - l'anode tournante (2) est solidaire du rotor (la) de la pompe à vide (1), disposée coaxialement avec le rotor (la), - l'enveloppe périphérique étanche (1f) de la pompe à vide (1) constitue elle-même tout ou partie de la paroi étanche de l'enceinte sous vide (7).

2 ù Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'anode tournante (2) est une pièce rapportée en bout d'un arbre (le) coaxial du rotor (la).

3 ù Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que des moyens d'isolation thermique (1h) sont interposés entre l'arbre (le) et l'anode tournante (2).

4 ù Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens d'isolation thermique comprennent une couche (1h) de céramique réalisée sur la surface correspondante de l'arbre (1e).

5 ù Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens d'isolation thermique comprennent une bague en acier inoxydable interposée entre l'arbre (le) et l'anode tournante (2).

6 ù Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, 30 caractérisé en ce que en ce que l'anode tournante (2) a la forme générale d'un disque épais, sa surface périphérique (2a) constituant au moins une cible qui reçoit le flux d'électrons (4) provenant de la cathode (3).

7 ù Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un élément refroidisseur (8, 9) 35 fixé au stator (lb) de pompe à vide ou à l'enveloppe périphérique étanche (1f) en regard de l'une des faces radiales principales (2b, 2c) de l'anode tournante (2) pour 1061588 texte à déposer.doc 2895831 14 absorber l'énergie thermique de rayonnement émise par l'anode tournante (2) en fonctionnement.

8 ù Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on prévoit deux éléments refroidisseurs (8, 9) disposés respectivement en regard de l'une et 5 l'autre des faces radiales principales (2b, 2c) de l'anode tournante (2).

9 ù Dispositif selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le ou les éléments refroidisseurs (8, 9) ont un circuit interne de refroidissement (8a, 9a) parcouru par un fluide caloporteur qui évacue vers l'extérieur l'énergie calorifique.

10 10 ù Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les surfaces opposées (8b, 9b, 2b, 2c) des éléments refroidisseurs (8, 9) et de l'anode tournante (2) sont revêtues d'une couche de matériau à haute émissivité tel que le nickel noir ou le chrome noir.

11 ù Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, 15 caractérisé en ce que les surfaces opposées (8b, 9b, 2b, 2c) des éléments refroidisseurs (8, 9) et de l'anode tournante (2) sont dentelées de manière concentrique.

12 ù Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la pompe à vide (1) est une pompe moléculaire, 20 turbomoléculaire ou hybride.

13 ù Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (10e, 10f, 10g) pour déplacer le rotor (la) le long de son axe de rotation (1-1), modifiant ainsi la zone d'impact (4a) du faisceau d'électrons (4) sur la périphérie (2a) de l'anode tournante (2). 25 14 ù Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que le rotor (la) est sollicité par des paliers magnétiques (10a-10e) pilotés par une électronique de commande de paliers (10f) qui détermine sa position axiale et sa position radiale dans le stator (lb), l'électronique de commande de paliers (10f) étant adaptée pour modifier volontairement au moins la position axiale du rotor (la) le long de son axe de rotation (I-I). 15 ù Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'électronique de commande (10f) modifie la position axiale du rotor (la) en fonction de l'usure de l'anode tournante (2) pour déplacer une zone usée de l'anode tournante (2) à l'écart de la zone d'impact (4a) du faisceau d'électrons (4). 16 ù Dispositif selon l'une des revendications 14 ou 15, caractérisé en ce que l'électronique de commande (10f) déplace en va-et-vient le rotor (la) le long de son axe de rotation (1-1) pendant le fonctionnement, déplaçant ainsi la zone 106158fr texte à déposer.doc 2895831 15 d'impact (4a) du faisceau d'électrons (4) sur une surface périphérique de l'anode tournante (2). 17 ù Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que la surface périphérique (2a) de l'anode tournante (2) est constituée de plusieurs 5 bandes annulaires adjacentes de matières distinctes adaptées chacune à la production de rayons X selon une énergie déterminée distincte, l'électronique de commande de paliers (10f) permettant de déplacer axialement le rotor (la) pour placer sous le faisceau incident d'électrons (4) une bande annulaire choisie. 18 ù Dispositif selon l'une quelconque des revendications 14 à 17, 10 caractérisé en ce que l'électronique de commande de paliers (10f) est en outre adaptée pour modifier volontairement la position radiale du rotor (1a) afin de rattraper l'usure de l'anode tournante (2) et de maintenir ainsi la focalisation du faisceau de rayons X (6) sur une zone de convergence (11) précise en sortie. 19 ù Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 18 utilisé 15 comme source de rayons X dans un système de contrôle de cristallisation. 20 ù Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 18 utilisé comme source de rayons X dans un microscope à rayons X dans la fenêtre de l'eau. 21 ù Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 18 utilisé 20 comme source de rayons X pour la mesure de petites structures ou de multicouches dans la fabrication de semi-conducteurs.