FR2913813A1 - Tube a rayons x comportant un systeme de refroidissement d'une anode tournante a rayons x - Google Patents

Abstract

La présente invention a pour objet un tube (10,40) à rayons X comportant un système de refroidissement d'une anode tournante à rayons X. Le concept de refroidissement de l'invention est basé sur l'utilisation d'un liquide (25, 53) en tant que shunt thermique incorporé dans l'anode tournante et sur une conduction thermique effectuée directement et localement entre l'anode et un dispositif de refroidissement (23, 55). Ce dispositif de refroidissement externe au tube est apte à évacuer la chaleur par convection. Ceci assure un refroidissement efficace de l'anode permettant ainsi une réduction de la taille du tube tout en permettant une augmentation de la puissance du tube.

Description

Tube à rayons X comportant un système de refroidissement d'une anode

tournante à rayons X

Domaine de l'invention La présente invention a pour objet un tube à rayons X comportant un système de refroidissement d'une anode tournante à rayons X. La présente invention trouve des applications particulièrement avantageuses, mais non exclusives, dans le domaine des tubes à rayons X d'un système d'imagerie aux rayons X, tel qu'un système de tomographie ou de mammographie aux rayons X. La présente invention est également utilisable dans le domaine du contrôle non destructif, lorsque des tubes à rayons X de grande puissance sont utilisés. Un but de l'invention est d'assurer une conduction thermique directement entre l'anode et une partie externe au tube apte à évacuer la chaleur. Un autre but de l'invention est d'améliorer l'efficacité du refroidissement de l'anode afin de réduire la taille du tube tout en augmentant la puissance du tube.

Etat de la technique Dans le domaine de la radiologie par rayons X, en particulier, les rayonnements X sont produits par un tube électronique muni d'une anode en rotation sur un arbre. Un puissant champ électrique créé entre la cathode et l'anode permet à des électrons émis par la cathode de frapper l'anode en générant des rayons X. Pour cette émission, la polarité positive est appliquée sur l'anode par son arbre, la polarité négative sur la cathode. L'isolation de l'ensemble est assurée notamment par des diélectriques ou par une enceinte partiellement en verre du tube électronique. Quand le tube est utilisé à grande puissance, l'impact des électrons sur l'anode a pour effet d'échauffer anormalement cette anode. Si la puissance est trop forte, une piste émettrice de l'anode peut être détériorée, creusée de trous d'impact. Pour éviter une telle surchauffe, on prévoit de faire tourner l'anode, de façon à présenter devant le flux des électrons une surface toujours renouvelée, toujours froide.

Un moteur du tube entraîne donc l'arbre de l'anode librement dans un palier mécanique. Ce palier est situé dans une chambre d'anode. La chambre d'anode est elle-même formée dans un support de l'anode. Le palier est maintenu d'une part par le support d'anode et maintient d'autre part l'arbre de l'anode.

En pratique, le palier comporte industriellement des roulements à billes classiques, par opposition à des paliers magnétiques peu utilisés. Le problème présenté par les anodes tournantes provient de l'usure rapide du métal revêtant les billes lors de la rotation de l'arbre dans le palier. La durée de vie est alors d'une centaine d'heures environ, conduisant à une durée d'utilisation du tube de l'ordre de six mois à un an. Pour remédier à ce problème, il a été envisagé de revêtir les billes par du métal, du plomb ou de l'argent sous forme d'une couche fine. Pour réduire cette usure prématurée de la couche de métal, on prévoit aussi de disposer à l'interface entre les surfaces des billes et l'arbre, entre le palier et l'arbre de l'anode, un film lubrifiant. Dans ce but, on fait couler à l'intérieur de la chambre un liquide à base de Gallium, Indium et Etain. Un tel liquide est choisi parce qu'il améliore le coefficient de friction, qu'il diminue le bruit des chocs entre les billes et qu'il augmente le transfert de la chaleur, due à l'échauffement de l'anode, vers la partie fixe, soit par convection soit par conduction. Les autres liquides lubrifiants ne sont pas retenus parce qu'ils ont de mauvaises propriétés de dégazage. Or, la puissance exigée par les tubes électroniques augmente pour améliorer le diagnostic. Cette augmentation de puissance conduit à augmenter le poids de l'anode, jusqu'à six à huit kilogrammes. Par conséquent les effets au sein du palier deviennent critiques. En outre dans une utilisation dans un tomodensitomètre à rotation continue, à deux tours par seconde, le palier subit une accélération correspondant à environ huit fois l'attraction terrestre g. Il est attendu des vitesses de rotation de trois à quatre tours par seconde. En conséquence, la durée de vie du palier, et donc du tube, avec les billes et le liquide, peut être limitée dans le temps. En effet, le liquide peut perdre ses propriétés donc ses qualités au fur et à mesure de l'échauffement et des frictions à l'intérieur du palier. L'utilisation d'une anode tournante doit par ailleurs être compatible avec trois contraintes principales. Premièrement, la rotation de l'anode doit être la plus libre et la plus parfaite possible, et des solutions simples d'équilibrage dynamique doivent être prévues pour empêcher le tube de vibrer lorsque l'anode tourne. Deuxièmement, l'anode doit pouvoir être portée à une haute tension électrique par rapport à la cathode (normalement, les paliers avec des roulements à billes d'acier servent dans ce but).

Troisièmement, la chaleur produite par l'impact des électrons sur la cible d'anode et qui se propage dans l'arbre doit être évacuée efficacement. On connaît par la demande de brevet JP-A-5 258 691 un montage dans lequel des roulements à billes sont lubrifiés par un alliage de Gallium. Mais ce montage ne souscrit pas aux contraintes ci-dessus. En effet, l'équilibrage y est délicat du fait du grand diamètre du rotor, l'évacuation thermique se produit par un arbre fixe de petite taille, rien n'est prévu pour améliorer la conduction thermique et électrique. Il est connu par ailleurs le document US-A-6 125 168. Celui-ci n'enseigne toutefois pour un tube à rayons X que l'utilisation d'un alliage de Gallium pour améliorer la conduction thermique. Le document US-A-6 160 868, prévoit également d'améliorer la conductibilité thermique avec un alliage de Gallium. Le document US-A-6 377 658 est du même genre. Le document US-A-6 192 107 aussi. Le document US-A-4 943 989 prévoit de refroidir l'anode elle-même. Le document US-A-3 719 847 prévoit, pour des raisons thermiques, un métal liquide qui s'évapore puis retourne à l'état liquide. Le document US-A-2003-0 165 217 ne prévoit lui non plus qu'un shunt thermique. Pour améliorer le refroidissement de l'anode avec les enseignements des documents cités ci-dessus, il faudrait fabriquer des tubes plus gros, alors que pour des raisons de manipulation, on chercherait plutôt à fabriquer des tubes plus petits. Ainsi, ces types de refroidissement de l'anode ne sont pas adaptés pour la nouvelle tendance de tube qui consiste à diminuer le plus possible la taille du tube tout en augmentant la puissance du tube. En effet, les gains thermiques deviennent de plus en plus difficile à obtenir avec ces systèmes de refroidissement, lorsque la puissance des tubes à rayons X est augmentée. En outre, même si on arrive à réduire la chaleur présente sur l'anode avec ces systèmes de refroidissement, la température demeure quand même élevée. Ceci provoque une dilatation thermique de l'anode sous l'effet de la chaleur.

Exposé de l'invention L'invention a justement pour but de remédier aux inconvénients des techniques exposées précédemment. Pour cela, l'invention propose un refroidissement direct et local d'une anode tournante à rayons X d'un tube à rayons X.

Le concept de refroidissement de l'invention est basé sur l'utilisation d'un liquide métallique en tant que shunt thermique incorporé dans l'anode tournante et sur une conduction thermique effectuée directement entre l'anode et un dispositif de refroidissement apte à évacuer la chaleur. Ce dispositif de refroidissement est externe au tube à rayons X.

Le dispositif de refroidissement, connecté à la terre, est destiné à absorber directement la chaleur présente sur l'anode, par convection. Ceci permet d'améliorer l'efficacité de refroidissement de l'anode permettant ainsi une augmentation de la puissance du tube, selon les besoins, ainsi qu'une diminution de la taille et du poids du tube. Dans l'invention, l'eau ou l'huile peut être utilisé comme caloporteur dans le dispositif de refroidissement augmentant ainsi l'efficacité et la rapidité du refroidissement. Plus spécifiquement, le tube comporte une enveloppe comportant une cathode et une anode tournante. L'enveloppe est mise à la masse. L'anode tournante forme une cible pour des électrons émis de la cathode pour produire des rayons X. L'anode tournante comporte une cavité dans laquelle est incorporé un liquide métallique en tant que shunt thermique. Le shunt thermique est un conducteur thermique apte à effectuer une conduction thermique entre l'anode et le dispositif de refroidissement. Le liquide métallique est de préférence du Gallium ou un alliage de Gallium. Le liquide du shunt thermique est réalisé avec un joint dont au moins une de ces surfaces comporte des rainures en spirales. Ces rainures sont aptes à déplacer un fluide vers le centre de l'anode. Ce joint est destiné à assurer l'étanchéité du liquide métallique dans l'anode. Le joint tel que réalisé dans l'invention réduit la position de l'anode dans la direction axiale, lors de la dilatation thermique. Pour résoudre cet inconvénient, l'invention met en oeuvre des moyens de compensation thermique de l'anode. Dans un mode de réalisation préféré, ces moyens de compensation thermique sont des rondelles de ressort. En agissant ainsi, pendant une utilisation du tube, c'est-à-dire pendant que les rayons X sont produits, on augmente l'efficacité du refroidissement de l'anode sans augmenter la quantité d'alliage ni le poids de la partie tournante, c'est à dire le poids de l'anode et ou de son arbre. Ce type de refroidissement permet de réduire la taille du tube tout en permettant l'accélération de la puissance du tube. Ainsi, la masse réchauffée par le rayonnement X est plus grande, sans en supporter les conséquences en terme d'accélération, d'équilibrage et d'usure concomitante des paliers. L'invention a donc pour objet un tube à rayons X comportant : - une enceinte où sont produits des rayons X, - un dispositif de refroidissement du tube, - dans l'enceinte, une cathode, une anode située en regard de la cathode et tournante sur un arbre, caractérisé en ce que : - le dispositif de refroidissement est externe au tube et est connecté directement à l'anode, - l'anode est remplie d'un shunt thermique apte à assurer un échange 15 thermique par conduction directement entre l'anode et le dispositif de refroidissement, - le tube comporte des éléments de compensation d'une dilatation thermique axiale de l'anode sur lesquels est montée l'anode. L'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques 20 suivantes : - le liquide métallique du shunt thermique est du Gallium ou un alliage liquide Gallium. - l'anode comporte un joint d'étanchéité pour empêcher la fuite du liquide métallique hors de l'anode. 25 - le tube possède une masse électrique et en ce que l'anode et le dispositif de refroidissement sont portés au potentiel de cette masse électrique. - le dispositif de refroidissement comporte un caloporteur apte à effectuer un échange thermique par convection forcée entre l'anode et le 30 dispositif de refroidissement. - le caloporteur est de l'eau. le caloporteur est de l'huile. - les éléments de compensation thermique sont des rails ou des rondelles de ressorts. 35 - l'anode comporte des cellules d'étanchéité du liquide métallique dans l'anode. - le tube comporte un support fixe d'arbre d'anode, - le support comportant une chambre de maintien et, dans cette chambre, un palier, - l'arbre de l'anode étant maintenu dans la chambre par le palier, - la chambre du support et l'anode sont remplies du liquide métallique dans lequel baigne le palier. - le palier est un roulement à billes conducteur. - le palier est un roulement à billes céramique. - le palier est un palier magnétique. - pour réaliser le joint, le support comporte, à l'endroit d'une sortie de l'arbre d'anode hors du support, une opposition de deux surfaces concentriques, une surface attachée à l'arbre, une autre surface attachée au support, la surface attachée à l'arbre étant située à l'intérieur ou l'extérieur de la surface attachée au support, une de ces surfaces étant munie d'un relief en hélice dont l'orientation du pas est telle qu'elle repousse l'alliage vers la chambre, lorsque l'anode tourne. Brève description des dessins : L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent : - figure 1 : une représentation schématique d'un tube à rayons X comportant les moyens perfectionnés de l'invention, - figure 2 : une représentation schématique d'un autre mode de réalisation d'une anode comportant les moyens perfectionnés de l'invention, - figure 3 : une représentation schématique d'un autre mode de réalisation d'un tube comportant les moyens perfectionnés de l'invention, - figure 4 : une représentation schématique d'une vue en coupe d'une anode comportant les moyens perfectionnés de l'invention, -figure 5 : une représentation schématique d'un grossissement de la vue en coupe de l'anode de la figure 4, - figures 6 et 7 : dans un graphe des résultats de simulation de la température en fonction de la surface du shunt thermique selon une puissance du tube, un diamètre de l'anode et un diamètre du shunt thermique prédéfinis.

Description détaillée de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre un tube 10 à rayon X selon l'invention. Le tube 10 comporte une enceinte 11. Par exemple, l'enceinte 11 est celle délimitée par une paroi 12 du tube 10. Le tube 10 comporte également une anode tournante 13. L'anode tournante 13 est située en regard d'une cathode 14. A l'intérieur de l'enceinte 11 du tube 10 se trouve un rotor 15 d'un moteur d'entraînement en rotation de l'anode 13. Un stator 16 de ce moteur est situé en regard du rotor, à l'extérieur de l'enceinte 11. L'anode 13 comporte un arbre 17 d'anode. La cathode 14 est située en regard d'une piste 18 d'anode.

Lorsque l'anode 13 est alimentée en haute tension, des électrons sont arrachés de la cathode 14 et, sous l'effet d'un puissant champ électrique, viennent frapper la piste 18 d'anode. Sous l'effet de cette percussion, la piste 18 d'anode constituée d'un matériau émissif de rayons X, émet un rayonnement X. Le rayonnement X sort du tube 10 par une fenêtre 19 réalisée dans la paroi 12. La fenêtre 19 est, par exemple en verre, en un matériau transparent aux rayons X. Elle est étanche à l'air. L'enceinte 11 ainsi formée est mise sous vide d'une manière conventionnelle, en particulier par un orifice, non représenté, d'aspiration, obstrué par la suite par un queusotage.

Pour maintenir l'anode 13 en rotation, le tube 10 est muni d'un support 20 d'anode en métal. Ce support 20 est creux et comporte une chambre 21. Dans la chambre 21, des paliers tels que 22 assurent le maintien de l'anode 13 par le support 20 par appui respectif sur le support 20 et l'arbre 17. Pour résoudre les problèmes de lubrification et de transport de chaleur lors de la rotation de l'anode 13, il est prévu de remplir la chambre 21 avec un alliage liquide Gallium, Indium, Etain. De cette façon, le palier 22 baigne dans l'alliage liquide. L'alliage liquide Gallium, Indium, Etain joue alors un rôle multiple. Premièrement, il lubrifie les billes du palier 22. Deuxièmement, il assure la connexion électrique efficace de l'anode à un potentiel imposé par le support 20. Troisièmement, l'alliage liquide assure un refroidissement de l'anode en prélevant la chaleur produite sur l'anode 13 et qui se propage dans son arbre 17 et en la communiquant au support 20. Toutefois, ce refroidissement n'est pas suffisant lorsque l'on souhaite augmenter la puissance du tube 10. Pour améliorer le refroidissement de l'anode, l'invention met en oeuvre un dispositif 23 apte à refroidir directement et localement l'anode 13. Ce dispositif de refroidissement 23 peut être tout type de système de refroidissement existant. Il est placé à l'extérieur de l'enceinte du tube. Il est mis à la masse. L'objectif de l'invention est de fournir un échange thermique approprié entre l'anode 13 et le dispositif de refroidissement 23, de façon à garantir que la température de l'anode demeure dans des limites spécifiées de température, pendant tout le fonctionnement du tube 10. L'invention met ainsi en oeuvre des moyens permettant de réaliser cet échange thermique par convection et par conduction. Pour l'échange thermique par conduction, l'invention incorpore dans l'anode 13 un shunt thermique 24. L'échange thermique par convection est réalisé par le dispositif de refroidissement avec un caloporteur tel que de l'eau ou de l'huile. Le shunt thermique 24 est un conducteur thermique il permet d'effectuer une transmission d'énergie calorifique directement entre l'anode 13 et le dispositif de refroidissement 23. Le shunt thermique 24 comporte un liquide métallique 25. L'incorporation du liquide métallique 25 dans l'anode peut être effectuée au moyen de l'arbre 17. Dans ce cas, l'arbre 17 est creux et sert alors de conduit au liquide métallique 25. A cet effet, l'arbre 17 possède un alésage longitudinal 26, sur toute sa longueur. Dans une variante, le liquide métallique 25 peut être incorporé dans l'anode, lors de la réalisation de l'anode ou par tout autre moyen existant. Le liquide métallique 25 est de préférence du Gallium ou de l'alliage de Gallium. Cette préférence est due au fait que, le Gallium est connu pour avoir une faible pression de vapeur à haute température. Ceci permettant d'éviter au tube d'autres instabilités dues à la haute tension. Le liquide métallique 25 est un fluide caloporteur ayant une conductivité thermique élevée. Il permet d'évacuer ou de disperser la chaleur, notamment vers le dispositif de refroidissement. Le shunt thermique 24 comporte un corps 27 de liaison entre le liquide métallique 25 et le dispositif de refroidissement 23. Ce corps 27 de liaison est un conducteur thermique. Dans le but, d'éviter d'éventuelles fuites du liquide métallique 25, lors de la rotation de l'anode 13, le liquide métallique est réalisé avec un joint d'étanchéité. Ce joint d'étanchéité est illustré aux figures 4 et 5. Ce joint d'étanchéité est apte à ramener le fluide vers le centre de l'anode, lors de la rotation. L'échange thermique par convection est effectué par le dispositif de refroidissement placé au-dessus de l'anode, à l'extérieur de l'enceinte du tube. Le conducteur thermique 27 de l'anode 13 est relié à des pompes d'entrée 28 et de sortie 29 du dispositif de refroidissement 23. Un fluide de refroidissement du dispositif 23 coule dans les pompes 28 et 29 et coule radialement à l'extérieur du conducteur thermique 27. En traversant les pompes d'entrée 28 et de sortie 29, la température du fluide de refroidissement est augmentée pendant qu'il absorbe la chaleur du conducteur thermique 27 par convection obligatoire. Le dispositif de refroidissement permet ainsi d'emmagasiner la chaleur au moyen d'un caloporteur, qui est ici le liquide de refroidissement, et d'emmener ce liquide par les pompes d'entrée 28 et de sortie 29 jusqu'à un échangeur thermique 30. Cet échangeur thermique 30 permettant au caloporteur de se décharger de cette chaleur emmagasinée. Le dispositif de refroidissement est un circuit totalement fermé et hermétique. La chaleur de l'anode 13 est ainsi transmise au liquide métallique 25 par conduction. Puis, par convection forcée, le caloporteur du dispositif de refroidissement absorbe cette chaleur. La chaleur est ensuite évacuée par l'échangeur thermique 30 du dispositif de refroidissement. Le fluide de refroidissement utilisé dans le dispositif de refroidissement 23 n'a pas besoin d'être diélectrique. De ce fait, l'eau peut être utilisée comme fluide de refroidissement car le liquide ayant la plus grande conductivité à l'état naturel est l'eau. L'utilisation d'un tel fluide augmente l'efficacité et la rapidité du refroidissement de l'anode. Même si on arrive à réduire la température de l'anode de 200 à 300 degrés celsius, la température de l'anode demeure quand même assez importante de l'ordre de 900 degrés celsius. L'augmentation de la température du tube due à la dissipation de chaleur, provoque une dilatation des différents éléments constitutifs du tube. Cette dilatation peut provoquer l'apparition d'un jeu entre des éléments du tube, qui s'accompagne de vibrations supplémentaires de l'anode. Cette dilatation thermique entraîne une augmentation axiale des dimensions de l'anode.

Pour résoudre le problème de dilatation thermique, l'anode 13 comporte des moyens de compensation thermique. Ces moyens de compensations thermiques permettent une compensation de la dilatation axiale de l'anode 13. Ils peuvent être entre autres des rails ou des rondelles de ressorts sur lesquels est monté l'ensemble du dispositif formant l'anode 13. Le liquide métallique 25 incorporé dans l'anode 13 étant non compressible entraîne, lors de la dilatation de l'anode, la génération d'un foyer fixe. Ce foyer fixe permet d'améliorer la qualité des images obtenues avec ce type de tube. La figure 2 montre un autre mode de réalisation d'une anode 13 comportant les moyens perfectionnés de l'invention. L'anode 13 est, dans l'exemple de la figure 2, plane. De ce fait, pour assurer l'étanchéité du liquide thermique 25, l'anode 13 comporte, en plus du joint d'étanchéité, des cellules d'étanchéité 32 et 33. Ces cellules d'étanchéité 32 et 33 sont placés de part et d'autre du shunt thermique sur l'anode. Ils sont réalisés de telle sorte qu'ils permettent de bloquer le liquide métallique 25 à l'intérieur l'anode 13, lors de la rotation. En effet, la force centrifuge qui agit sur l'anode 13 a tendance à pousser radialement vers l'extérieur le liquide métallique 25. Le liquide métallique est bloqué par les cellules d'étanchéité 32 et 33 qui se comportent comme des pièges. Ces cellules d'étanchéité exercent une contre force au liquide métallique 25. Ceci entraîne que le liquide métallique 25 reste au bord des cellules d'étanchéité, lors de la rotation.

La figure 3 montre un autre mode de réalisation d'un tube comportant les moyens perfectionnés de l'invention. Le tube 40 comporte une enceinte 41. Par exemple, l'enceinte 41 est celle délimitée par une paroi 42 du tube 40. Le tube 40 comporte également une anode tournante 43. L'anode tournante 43 est située en regard d'une cathode 44. A l'intérieur de l'enceinte 41 du tube 40 se trouve un rotor 45 d'un moteur d'entraînement en rotation de l'anode 43. Un stator 46 de ce moteur est situé en regard du rotor, à l'extérieur de l'enceinte 41. L'anode 43 comporte un arbre 47 d'anode. La cathode 44 est située en regard d'une piste 48 d'anode. Lorsque l'anode 43 est alimentée en haute tension, des électrons sont arrachés de la cathode 44 et, sous l'effet d'un puissant champ électrique, viennent frapper la piste 48 d'anode. Sous l'effet de cette percussion, la piste 48 d'anode constituée d'un matériau émissif de rayons X, émet un rayonnement X. Le rayonnement X sort du tube 40 par une fenêtre 49 réalisée dans la paroi 12. Pour maintenir l'anode 43 en rotation, le tube 40 est muni d'un support 50 d'anode en métal. Ce support 50 est creux et comporte une chambre 51. Dans la chambre 51, des paliers tels que 52 assurent le maintien de l'anode 43 par le support 50 par appui respectif sur le support 50 et l'arbre 47. Pour résoudre les problèmes lubrification et de transport de chaleur lors de la rotation de l'anode 43, il est prévu de remplir la chambre 51 avec du liquide métallique 53. Ce liquide métallique est de préférence du Gallium ou un alliage liquide Gallium. De cette façon, le palier 52 baigne dans le liquide métallique 53. La chambre 51 comporte un accès 54 pour admettre liquide métallique 53 et pour le prélever respectivement dans l'anode 43. Pour assurer l'étanchéité du liquide métallique 53, l'anode comporte un joint d'étanchéité montré aux figures 4 et 5. Le tube comporte un dispositif 55 apte à refroidir directement l'anode 43. L'objectif de l'invention est de fournir un échange thermique approprié entre l'anode 43 et le dispositif de refroidissement 55, de façon à garantir que la température de l'anode demeure dans des limites spécifiées de température, pendant tout le fonctionnement du tube 40. Le dispositif de refroidissement permet d'effectuer l'échange thermique par convection. Le support 50 de l'anode 43 est relié à des pompes d'entrée 56 et de sortie 57 du dispositif de refroidissement 55. En traversant les pompes d'entrée et de sortie, la température du fluide de refroidissement du dispositif 55 est augmentée pendant qu'il absorbe la chaleur du support 50 par convection obligatoire. La chaleur ainsi emmagasinée par le liquide de refroidissement est transportée par les pompes d'entrée 56 et de sortie 57 jusqu'à un échangeur thermique 58. Cet échangeur thermique 58 permettant au caloporteur de se décharger de cette chaleur emmagasinée. La chaleur est ensuite évacuée par l'échangeur thermique 58 du dispositif de refroidissement. Le fluide de refroidissement utilisé dans le dispositif de refroidissement est de préférence de l'eau qui augmente l'efficacité et la rapidité du refroidissement de l'anode 43.

Avec ce type d'anode tel que réalisée, la dilatation est moindre par rapport au tube de la figure 1. En effet, le refroidissement est ici effectué sur la couronne de l'anode et non au centre de l'anode, permettant ainsi une diminution de l'effet de dilatation de l'anode. Avec ce type de tube les moyens de compensation thermiques ne sont pas indispensables.

L'invention peut être adaptée à tout type de tube à rayons X existants afin d'obtenir une anode refroidie principalement par conduction et par convection. Ce refroidissement étant effectué localement et directement sur l'anode. Pour tout type de tube, le refroidissement de l'anode est obtenu par : - la mise à la terre de l'enveloppe du tube, -l'incorporation d'un shunt thermique dans l'anode, - le shunt thermique étant un liquide métallique apte à effectuer une conduction thermique efficace, tel que le Gallium ou un alliage de Gallium, - des moyens de compensation thermique de l'anode, et - un dispositif de refroidissement externe au tube et apte à refroidir uniquement l'anode avec un caloporteur qui est de l'eau. Du fait qu'avec l'invention le tube n'est plus lié aux charges, le système de rotation peut être un système de roulement à billes avec conduction comme représenté dans l'exemple des figures 1 et 3. Le système de rotation ou palier peut être un système de roulement à bille avec céramique ou un système avec palet magnétique. En fait, quel que soit le système de roulement utilisé dans le tube, il faudra s'assurer que la compensation de la dilatation thermique de l'anode est assurée. La figure 4 montre une vue en coupe de l'anode de la figure 2. L'anode 13 comporte un arbre 17 creux par lequel passe le liquide métallique 25. Le liquide métallique 25 est incorporé dans l'anode 13 avec un joint 34 d'étanchéité. Lorsque l'arbre est en rotation, la pression du liquide métallique augmente. Le liquide métallique a tendance à s'échapper de la chambre et à contaminer l'enceinte du tube. Dans ce cas, pour le confiner à l'intérieur de la chambre, on prévoit de munir une surface du support qui est au contact, ou celle de l'arbre dans la région à l'aplomb de l'anode, de rainures en forme d'un relief en hélice ou en spirale. Le pas de l'hélice ou du spirale est orienté pour que, pour un sens donné de rotation de l'arbre, le relief en hélice ou en spirale se comporte face à la surface qui tourne devant lui comme un racloir.

Un tel racloir tend à repousser l'alliage vers la chambre 51.

Ainsi, le support comporte, à l'endroit d'une sortie de l'arbre d'anode hors du support, une opposition de deux surfaces concentriques, unesurface attachée à l'arbre, une autre surface attachée au support, la surface attachée à l'arbre étant située à l'intérieur ou l'extérieur de la surface attachée au support. Une de ces surfaces est munie de rainures en forme d'un relief en hélice ou en spirale dont l'orientation du pas est telle qu'elle repousse l'alliage vers la chambre, lorsque l'anode tourne. Ce joint 34 d'étanchéité tel que réalisé est ainsi disposé au niveau d'une interface vide entre un organe stationnaire et un organe rotatif de manière à empêcher toute fuite du liquide métallique 25 de l'anode, lors de la rotation. La figure 4 est un grossissement de la figure 3 où le joint d'étanchéité 34 comporte sur au moins une de ses surfaces des rainures 35 en spirales. La pression du fluide de refroidissement dans les rainures 35 augmente la masse du liquide métallique qui va subir la force centrifuge. Ceci permettant de rentrer le liquide métallique vers le centre de l'anode. Le joint 34 est déterminé en fonction des conditions de fonctionnement du tube et des paramètres d'étanchéité de l'anode. Le joint 34 est déterminé, notamment, selon la température et la pression du milieu à contenir, la nature chimique du milieu ainsi que le chargement mécanique affectant le joint. Comme, le tube n'est plus lié aux charges du fait qu'ils sont évacués par l'anode et par les roulements, les paramètres des rainures et le jeu du joint peuvent être optimisés afin de maintenir le liquide métallique dans une zone contrôlée par une surface du joint. La figure 6 montre dans un graphe des résultats de simulation de la température en fonction de la surface du shunt thermique en régime permanent. L'axe des abscisses représente la surface du shunt thermique en cm2. L'axe des ordonnées représente la température de l'anode en degrés celsius. Dans l'exemple de la figure 6, la puissance du tube est de 5 KW (kilowatts). La courbe 60 est le résultat de la simulation, lorsque le diamètre extérieur de l'anode est fixé à 180 millimètres et que le diamètre du shunt thermique est variable. La courbe 61 est le résultat de la simulation, lorsque le diamètre extérieur de l'anode et le diamètre du shunt thermique sont variables. Avec ces deux courbes 60 et 61 on note que plus la surface et le diamètre du shunt thermique augmentent plus le gain thermique augmente. La figure 7 montre dans un graphe des résultats de simulation de la température en fonction de la surface du shunt thermique en régime transitoire. L'axe des abscisses représente la surface du shunt thermique en cm2. L'axe des ordonnées représente la température de l'anode en degrés celsius. Dans l'exemple de la figure 7, la puissance du tube est de 50 KW (kilowatts). La courbe 62 est le résultat de la simulation, lorsque le diamètre extérieur de l'anode est fixé à 180 millimètres et que le diamètre du shunt thermique est variable. La courbe 63 est le résultat de la simulation, lorsque le diamètre extérieur de l'anode et le diamètre du shunt thermique sont variables. Avec ces deux courbes 60 et 61 on note que le diamètre extérieur de l'anode peut être réduit jusqu'à 120 millimètres sans affecter les gains thermiques. Ces deux graphes des figures 6 et 7 montrent qu'avec l'invention on peut réduire significativement la taille ou le volume du tube à rayons X tout en allégeant le poids du tube et en augmentant la puissance du tube. Ces avantages sont particulièrement intéressant dans le domaine vasculaire.

Du fait que la surface du shunt thermique est significative de l'ordre de 50 à 100 cm2. La puissance absorbée, lors des frottements est à prendre en compte pour déterminer le gain thermique. Cependant, comme aucune charge n'est requise, la puissance absorbée peut être relativement faible permettant ainsi de ne pas augmenter de manière significative la température de l'anode et la puissance du moteur.

Claims (14)

REVENDICATIONS

1 û Tube (10,40) à rayons X comportant : - une enceinte (11, 41) où sont produits des rayons X, - un dispositif de refroidissement (23, 55) du tube, - dans l'enceinte, une cathode (14 44), , une anode (13, 43) située en regard de la cathode et tournante sur un arbre (17, 47), caractérisé en ce que : - le dispositif de refroidissement est externe au tube et est connecté 10 directement à l'anode, - l'anode est remplie d'un shunt thermique (24) comportant un métal liquide (25, 53) apte à assurer un échange thermique par conduction directement entre l'anode et le dispositif de refroidissement, - le tube comporte des éléments de compensation (30) d'une dilatation 15 thermique axiale de l'anode sur lesquels est montée l'anode.

2 - Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide métallique du shunt thermique est du Gallium ou un alliage liquide Gallium.

3 - Tube selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que l'anode comporte un joint d'étanchéité (34) pour empêcher la fuite du liquide 20 métallique hors de l'anode.

4 - Tube selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que qu'il possède une masse électrique et en ce que l'anode et le dispositif de refroidissement sont portés au potentiel de cette masse électrique.

5 - Tube selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le 25 dispositif de refroidissement comporte un caloporteur apte à effectuer un échange thermique par convection forcée entre l'anode et le dispositif de refroidissement.

6 - Tube selon la revendication 5, caractérisé en ce que le caloporteur est de l'eau. 30

7 - Tube selon la revendication 5, caractérisé en ce que le caloporteur est de l'huile.

8 - Tube selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les éléments de compensation thermique sont des rails ou des rondelles de ressorts. 35

9 - Tube selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce quel'anode comporte des cellules d'étanchéité (32, 33) du liquide métallique dans l'anode.

10 - Tube selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte - un support fixe (20, 50) d'arbre d'anode, - le support comportant une chambre (21, 51) de maintien et, dans cette chambre, un palier (22, 52), - l'arbre de l'anode étant maintenu dans la chambre par le palier, - la chambre du support et l'anode sont remplies du liquide métallique dans lequel baigne le palier.

11 - Tube selon la revendication 10, caractérisé en ce que le palier est un roulement à billes conducteur.

12 - Tube selon la revendication 10, caractérisé en ce que le palier est un roulement à billes céramique.

13 - Tube selon la revendication 10, caractérisé en ce que le palier est un palier magnétique.

14 - Tube selon l'une des revendications 3 à 13, caractérisé en ce que pour réaliser le joint, le support comporte, à l'endroit d'une sortie de l'arbre d'anode hors du support, une opposition de deux surfaces concentriques, une surface attachée à l'arbre, une autre surface attachée au support, la surface attachée à l'arbre étant située à l'intérieur ou l'extérieur de la surface attachée au support, une de ces surfaces étant munie d'un relief en hélice dont l'orientation du pas est telle qu'elle repousse l'alliage vers la chambre, lorsque l'anode tourne.25