FR3069098A1 - Source generatrice de rayons ionisants compacte, ensemble comprenant plusieurs sources et procede de realisation de la source - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une source génératrice de rayons ionisants et en particulier de rayons X, un ensemble comprenant plusieurs sources et un procédé de réalisation de la source. La source génératrice de rayons ionisants comprend : • une enceinte à vide (12), • une cathode (14) pouvant émettre un faisceau d'électrons (18) dans l'enceinte à vide (12), • une anode (16) recevant le faisceau d'électrons (18) et comprenant une cible (20) pouvant générer un rayonnement ionisant (22) à partir de l'énergie reçu du faisceau d'électrons (18), • une électrode (24) disposée au voisinage de la cathode (14) et permettant de focaliser le faisceau d'électrons (18). Selon l'invention, l'électrode (24) est formée d'une surface conductrice disposée sur une face concave (26) d'un matériau diélectrique.

Description

Source génératrice de rayons ionisants compacte, ensemble comprenant plusieurs sources et procédé de réalisation de la source

L’invention concerne une source génératrice de rayons ionisants et en particulier de rayons X, un ensemble comprenant plusieurs sources et un procédé de réalisation de la source.

Les rayons X ont aujourd’hui de nombreuses utilisations notamment dans l’imagerie et en radiothérapie. L’imagerie par rayons X est largement employée notamment dans le domaine médical, dans l’industrie pour réaliser des contrôles non destructifs et dans la sécurité pour détecter des objets ou des matériaux dangereux.

La réalisation d’images à partir de rayons X a beaucoup progressé. A l’origine seuls des films photosensibles étaient utilisés. Depuis, des détecteurs numériques sont apparus. Ces détecteurs, associés à des logiciels, permettent la reconstruction rapide d’image en deux dimensions ou en trois dimensions au moyen de scanners.

Par contre depuis la découverte des rayons X par Rôntgen en 1895, les générateurs de rayons X ont très peu évolué. Les synchrotrons apparus après la deuxième guerre mondiale permettent de générer un rayonnement intense et bien focalisé. Le rayonnement est du à des accélérations ou décélération de particules chargées et se déplaçant éventuellement dans un champ magnétique.

Les accélérateurs linéaires et les tubes à rayons X mettent en œuvre un faisceau d’électrons accéléré bombardant une cible. Le freinage du faisceau du aux champs électriques des noyaux de la cible permettent de générer par freinage un rayonnement X.

Un tube à rayons X est généralement constitué d’une enveloppe dans laquelle le vide est réalisé. L’enveloppe est formée d’une structure métallique et d’un isolant électrique en alumine ou en verre. Dans cette enveloppe, sont disposées deux électrodes. Une électrode cathodique, portée à un potentiel négatif, est équipée d’un émetteur d’électrons. Une seconde électrode anodique, portée à un potentiel positif par rapport à la première électrode est associée à une cible. Les électrons accélérés par la différence de potentiel entre les deux électrodes, viennent produire un spectre continu de rayons ionisants par freinage (bremsstralung) lorsqu’ils frappent la cible. Les électrodes métalliques sont obligatoirement de grande taille et possèdent des rayons de courbure importants afin de minimiser les champs électriques sur leur surface.

Suivant la puissance des tubes à rayons X, ceux-ci peuvent être équipés soit d’une anode fixe soit d’une anode tournante permettant un étalement de la puissance thermique. Les tubes à anode fixe ont une puissance de quelques kilowatts et sont notamment utilisés dans des applications industrielles, de sûreté et médicales de faible puissance. Les tubes à anode tournante peuvent dépasser les 100 kilowatts et sont principalement mis en oeuvre dans le milieu médical pour l’imagerie nécessitant des flux de rayons X importants permettant d’améliorer le contraste. A titre d’exemple, le diamètre d’un tube industriel est de l’ordre de 150 mm à 450 kV, de 100 mm à 220 kV et de 80 mm à 160 kV. La tension indiquée correspond à la différence de potentiel appliquée entre les deux électrodes. Pour les tubes médicaux à anode tournante, le diamètre varie de 150 à 300 mm suivant la puissance à dissiper sur l’anode.

Les dimensions des tubes à rayons X connus restent donc importantes, de l’ordre de plusieurs centaines de mm. Les systèmes d’imagerie ont vu l’apparition des détecteurs numériques avec des logiciels de reconstruction 3D de plus en plus rapides et performants alors que dans le même temps, les technologies des tubes à rayons X n’ont pratiquement pas évoluées depuis un siècle et ceci est une limitation technologique majeure des systèmes d’imagerie à rayons X.

Plusieurs facteurs font obstacle à la miniaturisation des tubes à rayons X actuels.

Les isolants électriques doivent avoir des dimensions suffisantes pour garantir un bon isolement électrique vis-à-vis des hautes tensions de 30 kV à 300 kV. L’alumine frittée, souvent utilisée pour réaliser ces isolants, a typiquement une rigidité diélectrique de l’ordre de 18 MV/m.

Le rayon de courbure des électrodes métalliques ne doit pas être trop faible afin de maintenir un champ électrique statique appliqué à la surface en dessous d’une limite acceptable, typiquement de 25 MV/m. Audelà les émissions parasites d’électrons par effet tunnel deviennent difficiles à maîtriser entraînant des échauffements de parois, des émissions de rayons X indésirables ainsi des micro décharges. De ce fait, pour des tensions élevées, comme rencontrées dans les tubes à rayons X, les dimensions des électrodes cathodiques sont importantes afin de limiter l’émission parasite d’électrons.

Des cathodes thermoïniques sont souvent utilisées dans les tubes conventionnels. Les dimensions de ce type de cathodes et leurs températures de fonctionnement, typiquement supérieure à 1000°C, génèrent des problèmes de dilatation ainsi que l’évaporation d’éléments conducteurs électriques tel que le baryum. Ceci rend la miniaturisation et l’intégration de ce type de cathode au contact d’un isolant diélectrique difficile.

Des phénomènes de charges superficielles liés à l’interaction coulombienne apparaissent à la surface des matériaux diélectriques utilisés (Alumine ou verre) lorsque cette surface est au voisinage d’un faisceau d’électrons. Afin d’éviter la proximité entre le faisceau d’électrons et la surface des matériaux diélectriques, on réalise soit un écrantage électrostatique à l’aide d’un écran métallique placé devant le diélectrique, soit l’éloignement du faisceau d’électrons du diélectrique. La présence d’écrans ou l’éloignement tendent également à augmenter les dimensions des tubes à rayons X.

L’anode formant la cible doit dissiper une puissance thermique importante. Cette dissipation peut être réalisée par circulation d’un fluide caloporteur ou par la réalisation d’une anode tournante de grandes dimensions. La nécessité de cette dissipation impose aussi d’augmenter les dimensions des tubes à rayons X.

Parmi les solutions technologiques émergentes, la littérature décrit l’utilisation de cathodes froides à nanotubes de carbone dans des structures de tube à rayons X, mais les solutions proposées actuellement restent basées sur des structures conventionnelles de tubes à rayons X mettant en œuvre un wehnelt métallique entourant la cathode froide. Ce wehnelt est une électrode portée à une haute tension et est toujours soumise à des contraintes dimensionnelles importantes pour limiter les émissions parasites d’électrons.

L’invention vise à pallier tout ou partie des problèmes cités plus haut en proposant une source de rayonnements ionisants, par exemple sous forme d’une diode ou d’une triode haute tension dont les dimensions sont beaucoup plus réduites que celles des tubes à rayons X classiques. Le principe de génération de rayonnements ionisants reste semblable à celui mis en oeuvre dans les tubes connus, à savoir un faisceau d’électrons bombardant une cible. Le faisceau d’électrons est accéléré entre une cathode et une anode entre lesquelles est appliquée une différence de potentiel, par exemple supérieure à 100 kV. Pour une même différence de potentiel, l’invention permet de réduire de façon importante les dimensions de la source selon l’invention par rapport aux tubes connus.

Pour atteindre ce but, l’invention dépasse une contrainte importante de niveau champ électrique à la surface de l’électrode cathodique ou wehnelt. La contrainte citée plus haut est liée à la nature métallique de l’interface entre l’électrode et le vide présent dans l’enceinte dans laquelle se propage le faisceau d’électrons. L’invention consiste principalement à remplacer au niveau de l’électrode, l’interface métal/vide par une interface matériau diélectrique/vide qui ne permet pas d’émission parasite d’électrons par effet tunnel. Il est alors possible d’accepter des champs électriques bien supérieurs à ceux acceptables avec une interface métal/vide. Des premiers essais en interne ont montré qu’il était possible d’atteindre des champs statiques bien supérieurs à 30 MV/m sans émission parasite d’électrons. Cette interface diélectrique/vide peut être par exemple obtenue en remplaçant l’électrode métallique dont la surface externe est soumise au champ électrique par une électrode constituée d’un matériau diélectrique dont la surface est soumise au champ électrique et dont la surface interne est revêtue du dépôt conducteur parfaitement adhérent assurant la fonction de wehnelt électrostatique. Il est également possible de recouvrir la surface externe d’une électrode métallique soumise au champ électrique par un matériau diélectrique afin de remplacer l’interface métal/vide des électrodes connues par une interface diélectrique/vide là où le champ électrique est important. Cet arrangement permet d’augmenter notablement le champ électrique maximum en deçà duquel les émissions parasites d’électrons ne se produisent pas.

L’augmentation des champs électriques admissibles permet une miniaturisation des sources de rayonnement X et plus généralement des sources de rayonnements ionisants.

Plus précisément, l’invention a pour objet une source génératrice de rayons ionisants comprenant :

• une enceinte à vide, • une cathode pouvant émettre un faisceau d’électrons dans l’enceinte à vide, • une anode recevant le faisceau d’électrons et comprenant une cible pouvant générer un rayonnement ionisant à partir de l’énergie reçu du faisceau d’électrons, • une électrode disposée au voisinage de la cathode et permettant de focaliser le faisceau d’électrons, caractérisée en ce que l’électrode est formée d’une surface conductrice disposée sur une face concave d’un matériau diélectrique.

Avantageusement, la source comprend une pièce mécanique réalisée dans le matériau diélectrique, et comprenant la face concave.

Avantageusement, la surface conductrice est formée d’un dépôt métallique disposé sur la face concave.

Avantageusement, la pièce mécanique comprend une face interne présentant une résistivité de surface comprise entre 1.10⁹Ω.carré et 1.10¹³Ω.carré.

Avantageusement, le matériau diélectrique est formé d’une céramique à base de nitrure.

La résistivité de surface de la face interne peut être obtenue par dépôt, sur le matériau diélectrique de la pièce mécanique, d’un matériau semi-conducteur. Alternativement, la résistivité de surface de la face interne peut être obtenue par ajout dans le volume de la céramique à base nitrure d’un matériau permettant de réduire la résistivité intrinsèque de la céramique à base nitrure.

Avantageusement, la cathode émet le faisceau d’électrons par effet de champ et en ce que l’électrode est disposée au contact de la cathode.

Avantageusement, la pièce mécanique forme un support de la cathode.

Avantageusement, la pièce mécanique forme une partie de l’enceinte à vide.

Avantageusement, la pièce mécanique forme un support de l’anode.

Avantageusement, la pièce mécanique comprend une surface extérieure en forme de tronc de cône intérieur. La source comprend un support dont une surface en forme de tronc de cône extérieur est complémentaire de la surface extérieure en forme de tronc de cône intérieur et au moins un contact haute tension alimentant la cathode. Le contact et les surfaces en forme de tronc de cône forment un connecteur haute tension de la source.

Avantageusement, la source comprend un joint souple disposé entre la surface en forme de tronc de cône du support et la surface en forme de tronc de cône de la pièce mécanique. La surface en forme de tronc de cône du support présente un angle au sommet plus ouvert que la surface en forme de tronc de cône de la pièce mécanique. Le connecteur haute tension est configuré pour que de l’air situé entre les deux surfaces en forme de tronc de cône s’échappe à l’intérieur du connecteur haute tension dans une cavité non soumise à un champ électrique généré par une haute tension véhiculée par le connecteur.

Avantageusement, la pièce mécanique comprend une surface extérieure en forme de tronc de cône extérieur. Le support comprend dont une surface en forme de tronc de cône intérieur complémentaire de la surface extérieure en forme de tronc de cône extérieur.

Avantageusement, l’anode est fixée de façon étanche à la pièce mécanique.

Avantageusement, le matériau diélectrique présente une rigidité diélectrique supérieure à 30MV/m.

L’invention a également pour objet un ensemble de génération de rayons ionisant comprenant :

• plusieurs sources juxtaposées et immobiles dans l’ensemble, • un module de pilotage configuré pour commuter chacune des sources selon une séquence prédéterminée.

Avantageusement, dans l’ensemble comprenant plusieurs sources, la pièce mécanique est commune à toutes les sources.

Les sources peuvent être alignées sur un axe passant par chacune des cathodes. L’électrode est alors avantageusement commune aux différentes sources.

Les anodes de toutes les sources sont avantageusement communes.

L’invention a également pour objet un procédé de réalisation d’une source consistant à assembler sur la pièce mécanique par translation selon un axe du faisceau d’électrons, d’une part l’anode et d’autre part la cathode, une cavité formé par la face concave, étant fermée par un bouchon.

L’invention sera mieux comprise et d’autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d’un mode de réalisation donné à titre d’exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel :

la figure 1 représente schématiquement les principaux éléments d’une source génératrice de rayons X selon l’invention ;

la figure 2 représente une variante de la source de la figure 1 permettant d’autres modes de raccordement électrique ;

la figure 3 est une vue partielle et agrandie de la source de la figure 1 autour de sa cathode ;

les figures 4a et 4b sont des vues partielles et agrandie de la source de la figure 1 autour de son anode selon deux variantes ;

la figure 5 représente en coupe un mode d’intégration comprenant plusieurs sources conformes à l’invention ;

les figures 6a 6b, 6c, 6d et 6e représentent des variantes d’un ensemble comprenant plusieurs sources dans une même enceinte à vide ;

les figures 7a et 7b représentent plusieurs modes de raccordement électrique d’un ensemble comprenant plusieurs sources.

les figures 8a, 8b et 8c représentent trois exemples d’ensembles comprenant plusieurs sources conformes à l’invention et pouvant être réalisés suivant les variantes proposées sur les figures 5 ou 6.

Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures.

La figure 1 représente en coupe une source 10 génératrice de rayons X. La source 10 comprend une enceinte à vide 12 dans laquelle sont disposées une cathode 14 et une anode 16. La cathode 14 est destinée à émettre un faisceau d’électrons 18 dans l’enceinte 12 en direction de l’anode 16. L’anode 16 comprend une cible 20 bombardée par le faisceau 18 et émettant un rayonnement X 22 fonction de l’énergie du faisceau d’électrons

18. Le faisceau 18 se développe autour d’un axe 19 passant par la cathode 14 et l’anode 16.

Les tubes générateurs de rayons X mettent en oeuvre conventionnellement une cathode thermoïonique fonctionnant à haute température, typiquement autour de 1000°C. Ce type de cathode est couramment appelé cathode chaude. Ce type de cathode composée d'une matrice métallique ou d'oxydes métalliques émet un flux d'électrons provoqué par les vibrations des atomes dues à l'énergie thermique. Cependant les cathodes chaudes souffrent de plusieurs inconvénients, comme une faible dynamique temporelle de contrôle du courant liée aux constantes de temps des processus thermiques, la nécessité d’utiliser des grilles situées entre la cathode et l’anode et polarisées à des tensions élevées afin de pouvoir contrôler le courant. Les grilles sont de ce fait situées dans une zone de très fort champs électriques, elles sont soumises à des températures de fonctionnement élevées autour de 1000°C. L’ensemble de ces contraintes limitent fortement les possibilités d’intégration et conduisent à des dimensions importantes du canon à électrons.

Plus récemment des cathodes fonctionnant sur le principe de l’émission de champ ont été développées. Ces cathodes fonctionnent à température ambiante et sont couramment appelées cathodes froides. Elles sont pour la plupart constituées d'une surface plane conductrice munie de structures en relief, sur lesquelles se concentre un champ électrique. Ces structures en relief sont des émetteurs d'électrons lorsque le champ au sommet est suffisamment élevé. Les émetteurs en relief peuvent être formés de nanotubes de carbone. De telles réalisations sont par exemple décrites dans la demande de brevet publiée sous le n° WO 2006/063982 A1 et déposée au nom de la demanderesse. Les cathodes froides n’ont pas les inconvénients des cathodes chaudes et sont surtout beaucoup plus compactes. Dans l’exemple représenté, la cathode 14 est une cathode froide et émet donc le faisceau d’électrons 18 par effet de champ. La commande de la cathode 14 n’est pas représentée sur la figure 1. Cette commande peut être réalisée de façon électrique ou optique comme également décrit dans le document WO 2006/063982 A1

Sous l’effet d’une différence de potentiel entre la cathode 14 et l’anode 16, le faisceau d’électrons 18 est accéléré et frappe la cible 20 comprenant par exemple une membrane 20a par exemple réalisée en diamant ou béryllium revêtue d’une couche mince 20b réalisée dans alliage à base de matériau à fort numéro atomique tel que notamment le tungstène ou le molybdène. La couche 20b peut avoir une épaisseur variable par exemple comprise entre 1 et 12 pm suivant l’énergie des électrons du faisceau 18. L’interaction entre les électrons du faisceau d’électrons 18 accélérés à grande vitesse et le matériau de la couche mince 20b permet la production du rayonnement X 22. Avantageusement, dans l’exemple représenté, la cible 20 forme une fenêtre de l’enceinte à vide 12. Autrement dit, la cible 20 forme une partie de la paroi de l’enceinte à vide 12. Cette disposition est notamment mise en oeuvre pour une cible fonctionnant en transmission. Pour cette disposition, la membrane 20a est formée d’un matériau à faible numéro atomique, comme le diamant ou le béryllium pour sa transparence au rayonnement X 22. La membrane 20a est configurée pour assurer avec l’anode 16, l’étanchéité au vide de l’enceinte 12.

Alternativement, la cible 20, ou tout au moins la couche réalisée dans un alliage à fort numéro atomique, peut être disposée complètement à l’intérieur de l’enceinte à vide 12 et le rayonnement X sort de l’enceinte 12 en traversant une fenêtre formant une partie de la paroi de l’enceinte à vide 12. Cette disposition est notamment mise en œuvre pour une cible fonctionnant en réflexion. La cible est alors distincte de la fenêtre. La couche dans laquelle le rayonnement X est produit peut être épaisse. La cible peut être fixe ou tournante permettant un étalement de la puissance thermique générée lors de l’interaction avec les électrons du faisceau 18.

La source 10 comprend une électrode 24 disposée au voisinage de la cathode 14 et permettant de focaliser le faisceau d’électrons 18. L’invention est avantageusement mise en œuvre avec une cathode dite froide. II s’agit d'une cathode émettant un faisceau d’électrons par effet de champ. Ce type de cathode est par exemple décrit dans le document

WO 2006/063982 A1 déposé au nom de la demanderesse. Dans le cas d’une cathode froide, l’électrode 24 est disposée au contact de la cathode

14. L’électrode 24 est formée d’une surface conductrice continue disposée sur une face concave 26 d’un matériau diélectrique. La face concave 26 du matériau diélectrique forme une face convexe de l’électrode 24 faisant face à l’anode 16. C’est à partir de cette face convexe de l’électrode 24 que se développe des champs électriques importants. Dans l’art antérieur, une interface métal/vide existe sur cette face convexe de l’électrode. En conséquence, cette interface peut être le siège d’émission d’électrons sous l’effet du champ électrique à l’intérieur de l’enceinte à vide. Cette interface de l’électrode avec le vide de l’enceinte est supprimée en la remplaçant par une interface diélectrique/vide. Un matériau diélectrique, ne disposant pas de charge libre, ne peut donc être siège d’une émission d’électrons entretenue.

Il est important d’éviter toute lame d’air ou de vide entre l’électrode 24 et la face concave 26 du matériau diélectrique. En effet, en cas de contact incertain entre l’électrode 24 et le matériau diélectrique, une très forte amplification du champ électrique apparaîtrait à l’interface et des émissions d’électrons ou le développement d’un plasma pourraient s’y produire. A cet effet, la source 10 comprend une pièce mécanique 28 formée dans le matériau diélectrique. Une des faces de la pièce mécanique 28 est la face concave 26. L’électrode 24 est, dans ce cas, constituée par un dépôt d’un matériau conducteur parfaitement adhérent à la face concave 26. Différentes techniques peuvent être mises en oeuvre pour réaliser ce dépôt, comme notamment le dépôt physique en phase vapeur (connu dans la littérature anglo-saxonne sous l’acronyme PVD pour Physical Vapor Déposition) ou en phase chimique (CVD) éventuellement assisté par plasma (PECVD).

Alternativement, il est possible de réaliser un dépôt de matériau diélectrique à la surface d’une électrode métallique massive. Le dépôt de matériau diélectrique permet toujours d’éviter toute lame d’air ou de vide à l’interface électrode/matériau diélectrique. Ce dépôt de matériau diélectrique est choisi pour supporter des champs électriques élevés, typiquement supérieurs à 30 MV/m, et pour posséder une souplesse suffisante compatible d’éventuelles dilatations thermiques de l’électrode métallique massive. Cependant la disposition inverse mettant en œuvre le dépôt d’un matériau conducteur sur la face interne d’une pièce massive en matériau diélectrique présente d’autres avantages, notamment celui de permettre l’utilisation de la pièce mécanique 28 pour remplir d’autres fonctions.

Plus précisément, la pièce mécanique 28 peut former une partie l’enceinte à vide 12. Cette partie de l’enceinte à vide peut même être une partie prépondérante de l’enceinte à vide 12. Dans l’exemple représenté, la pièce mécanique 28 forme d’une part un support de la cathode 14 et d’autre part un support de l’anode 16. La pièce 28 assure l’isolement électrique entre l’anode 16 et l’électrode cathodique 24.

Pour la réalisation de la pièce mécanique 28, l’emploi de matériaux diélectriques classiques tels que par exemple de l’alumine frittée, permet déjà d’éviter toute interface métal/vide. Cependant, la rigidité diélectrique de ce type de matériau, de l’ordre de 18 MV/m, limite encore la miniaturisation de la source 10. Pour miniaturiser encore plus la source 10, on choisit un matériau diélectrique possédant une rigidité diélectrique supérieure à 20MV/m et avantageusement supérieure à 30 MV/m. La valeur de la rigidité diélectrique est par exemple maintenue au dessus de 30 MV/m dans une gamme de température comprise entre 20 et 200°C. Des céramiques composites de type nitrure permettent de remplir ce critère. Des essais en interne ont montré qu’une céramique de cette nature permettait même de dépasser les 60 MV/m.

En miniaturisant la source 10, des charges de surface peuvent s’accumuler sur une face interne 30 de l’enceinte à vide 12, et notamment la face interne de la pièce mécanique 28, lorsque le faisceau d’électrons 18 est établi. Il est utile de pouvoir drainer ces charges et à cet effet, la face interne 30 présente une résistivité de surface mesurée à température ambiante comprise entre 1.10⁹Ω.carré et 1.10¹³Ω.carré et typiquement voisine de

1.10¹¹ Ω.carré. Une telle résistivité peut être obtenue par l’ajout en surface d’un matériau conducteur ou semi-conducteur compatible avec le matériau diélectrique. Comme matériau semi-conducteur, il est par exemple possible de déposer du silicium sur la face interne 30. Afin d’obtenir la bonne plage de résistivité, par exemple pour une céramique à base de nitrure, il est possible de modifier ses propriétés intrinsèques en y ajoutant quelques pourcent (typiquement moins de 10%) d’une poudre de nitrure de titane connue pour ses propriétés de faible résistivité de l’ordre de 4 .10‘³C.m. ou de matériaux semi-conducteurs tel que le carbure de silicium SiC.

II est possible de disperser le nitrure de titane dans le volume du matériau diélectrique afin d’obtenir une résistivité homogène dans le matériau de la pièce mécanique 28. Alternativement, il est possible d’obtenir un gradient de résistivité en faisant diffuser du nitrure de titane à partir de la face interne 30 par un traitement thermique haute température supérieur à 1500°C.

La source 10 comprend un bouchon 32 assurant l’étanchéité de l’enceinte à vide 12. La pièce mécanique 28 comprend une cavité 34 dans laquelle est disposée la cathode 14. La cavité 34 est délimitée par la face concave 26. Le bouchon 32 referme la cavité 34. L’électrode 24 comprend deux extrémités 36 et 38 distantes le long de l’axe 19. La première extrémité 36 est au contact de la cathode 14 et en continuité électrique avec celle-ci. La seconde extrémité 38 est opposée à la première. La pièce mécanique 28 comprend un tronc de cône intérieur 40 à section circulaire disposé autour l’axe 19 du faisceau 18. Le tronc de cône 40 est situé au niveau de la seconde extrémité 38 de l’électrode 24. Le tronc de cône 40 s’ouvre en s’éloignant de la cathode 14. Le bouchon 32 comprend une forme complémentaire au tronc de cône 40 pour y être disposé. Le tronc de cône 40 assure le positionnement du bouchon 32 dans la pièce mécanique 28. Le bouchon 32 peut être mis en oeuvre indépendamment de la réalisation de l’électrode 24 sous forme d’une surface conductrice disposée sur la face concave 26 du matériau diélectrique.

Avantageusement, le bouchon 32 est réalisé dans le même matériau diélectrique que la pièce mécanique 28. Cela permet de limiter d’éventuels phénomènes de dilatation thermique différentielle entre la pièce mécanique 28 et le bouchon 32 lors de l’utilisation de la source 10.

Le bouchon 32 est par exemple fixé à la pièce mécanique 28 au moyen d’un film de brasure 42 réalisé dans le tronc de cône 40 et plus généralement dans une zone d’interface entre le bouchon 32 et la pièce mécanique 28. II est possible de métalliser les surfaces destinées à être brasées du bouchon 32 et de la pièce mécanique 28 puis de réaliser la brasure au moyen d’un alliage métallique dont le point de fusion est supérieur à la température maximum d’utilisation de la source 10. La métallisation et le film de brasure 42 viennent en continuité électrique avec l’extrémité 38 de l’électrode 24. La forme tronconique de l’interface métallisée entre le bouchon 32 et la pièce mécanique 28 permet d’éviter des formes anguleuses trop prononcées pour l’électrode 24 et pour les zones conductrices prolongeant l’électrode 24 afin de limiter d’éventuels effets de pointe du champ électrique.

Alternativement, il est possible d’éviter la métallisation des surfaces en intégrant à l’alliage de brasure un élément actif qui réagit avec le matériau du bouchon 32 et celui de la pièce mécanique 28. Pour des céramiques à base de nitrure, le titane est intégré à l’alliage de brasure. Le titane est un métal réactif avec l’azote et permet de créer une liaison chimique forte avec la céramique. D’autres métaux réactifs peuvent être utilisés tels que le vanadium, le niobium ou le zirconium.

Avantageusement, le film de brasure 42 est conducteur et est utilisé pour raccorder électriquement l’électrode 24 à une alimentation de la source 10. Le raccordement électrique de l’électrode 24 au moyen du film de brasure 42 peut être mis en œuvre pour d’autres types d’électrodes, notamment des électrodes métalliques recouvertes d’un dépôt de matériau diélectrique. Pour renforcer la connexion avec l’électrode 24, il est possible de noyer dans le film de brasure 42 un contact métallique. Ce contact est avantageux pour raccorder une électrode métallique massive recouverte d’un dépôt de matériau diélectrique. Le raccordement électrique de l’électrode 24 est assuré par ce contact électrique. Alternativement, il est possible de métalliser partiellement une surface 43 du bouchon 32 La surface 43 est située à l’extérieure de l’enceinte à vide 12. La métallisation de la surface 43 est en contact électrique avec le film de brasure 42. II est possible de braser sur la métallisation de la surface 43 un contact que l’on peut raccorder électriquement à une alimentation de la source 10.

Le film de brasure 42 prolonge la forme de révolution de l’électrode 24 et contribue de fait à la fonction principale de l’électrode 24. Ceci est particulièrement intéressant lorsque l’électrode 24 est formée d’une surface conductrice disposée sur la face concave 26. Le film de brasure 42 prolonge la surface conductrice formant l’électrode 24 directement et sans discontinuité ni point anguleux s’éloignant de l’axe 19. L’électrode 24, associée au film de brasure 42 lorsqu’il est conducteur, forment une surface équipotentielle qui contribue à la focalisation du faisceau d’électrons 18 et à la mise au potentiel de la cathode 14. Cela permet de minimiser les champs électriques locaux pour gagner en compacité de la source 10.

La face 26 peut présenter des zones localement convexes, comme par exemple au niveau de sa jonction avec le tronc de cône 40. Dans la pratique, la face 26 est au moins en partie concave. La face 26 est globalement concave.

Sur la figure 1, la source 10 est polarisée au moyen d’une source haute tension 50 dont une borne négative est raccordée à l’électrode 24, par exemple au travers de la métallisation du film de brasure 42 et dont une borne positive est raccordée à l’anode 16. Ce type de raccordement est caractéristique d’un fonctionnement monopolaire de la source 10 dans lequel le potentiel de l’anode 16 est mis à la terre 52. Il est également possible de remplacer la source haute tension 50 par deux sources haute tension 56 et 58 en série pour faire fonctionner la source 10 de façon bipolaire comme le montre la figure 2. Ce type de fonctionnement est intéressant pour simplifier la réalisation du générateur haute tension associée. Par exemple dans le cas d’un mode de fonctionnement en haute tension pulsée à haute fréquence, il peut être intéressant d’abaisser la tension absolue en sommant les deux demi tensions positives et négatives au niveau de la source 10. A cet effet, la source haute tension peut comprendre un transformateur de sortie piloté en demi pont H.

Avec une source 10 telle que représentée sur la figure 1, le fonctionnement bipolaire peut se faire en raccordant le point commun des générateurs 56 et 58 à la terre 52. Alternativement, il est également possible de conserver la source haute tension 50 flottante par rapport à la terre 52 comme sur la figure 2.

Le fonctionnement bipolaire d’une source telle que décrite sur la figure 1 se fait en conservant flottant le point commun de deux sources haute tension raccordées en série. Alternativement, ce point commun peut être utilisé pour polariser une autre électrode de la source 10 comme représenté sur la figure 2. Dans cette variante, la source 10 comprend une électrode intermédiaire 54 scindant en deux parties 28a et 28b la pièce mécanique 28. L’électrode intermédiaire 54 s’étend perpendiculairement l’axe 19 du faisceau 18 et est traversée par le faisceau 18. La présence de l’électrode 54 permet un fonctionnement bipolaire en raccordant l’électrode 54 au point commun des deux sources haute tension 56 et 58 raccordées en série. Sur la figure 2, l’ensemble formé par les deux sources haute tension 56 et 58 est flottant par rapport à la terre 52. Comme montré sur la figure 1, il est également possible de raccorder à la terre 52, l’une des électrodes de la source 10, par exemple l’électrode intermédiaire 54.

La figure 3 est une vue partielle et agrandie de la source 10 autour de la cathode 14. La cathode 14 est disposée dans la cavité 34 en appui contre l’extrémité 36 de l’électrode 24. Un support 60 permet de centrer la cathode 14 par rapport à l’électrode 24. L’électrode 24 étant de révolution autour de l’axe 19, la cathode 14 est donc centrée sur l’axe 19 lui permettant d’émettre le faisceau d’électrons 18 selon l’axe 19. Le support 60 comprend un lamage 61 centré sur l’axe 19 et dans lequel est disposée la cathode 14. En sa périphérie, le support 60 comprend une zone annulaire 63 centrée dans l’électrode 24. Un ressort 64 appuie sur le support 60 de façon à maintenir la cathode 14 en appui contre l’électrode 24. Le support 60 est réalisé en matériau isolant. Le ressort 64 peut avoir une fonction électrique permettant d’acheminer un signal de commande à la cathode 14. Plus précisément, la cathode 14 émet le faisceau d’électrons 18 par une face 65, dite face avant et orientée en direction de l’anode 16. La commande électrique de la cathode 14 se fait par sa face arrière 66 opposée à la face avant 65. Le support 60 peut comprendre une ouverture 67 à section circulaire centrée sur l’axe 19. L’ouverture 67 peut être métallisée de façon à connecter électriquement le ressort 64 et la face arrière 66 de la cathode 14. Le bouchon 32 peut assurer la connexion électrique de la commande de la cathode 14 au moyen d’un via métallisé 68 le traversant et d’un contact 69 solidaire du bouchon 32. Le contact 69 appuie sur le ressort 64 suivant l’axe 19 pour maintenir la cathode 14 en appui contre l’électrode 24. Le contact 69 assure une continuité électrique entre le via 68 et le ressort 64.

La surface 43 du bouchon 32, située à l’extérieur de l’enceinte à vide 12, peut être métallisée en deux zones distinctes : une zone 43a centrée sur l’axe 19 et une zone 43b annulaire périphérique autour de l’axe 19. La zone métallisée 43a est en continuité électrique avec le via métallisé 68. La zone métallisée 43b est en continuité électrique avec le film de brasure 42. Un contact central 70 vient en appui contre la zone 43a et un contact périphérique 71 vient en appui contre la zone 43b. Les deux contacts 70 et forment un connecteur coaxial assurant le raccordement électrique de la cathode 14 et de l’électrode 24 par l'intermédiaire des zones métallisées 43a et 43b et par l'intermédiaire du via métallisé 68 et du film de brasure 42.

La cathode 14 peut comprendre plusieurs zones émettrices distinctes adressables séparément. La face arrière 66 dispose alors de plusieurs zones de contact électriques séparées. Le support 60 et le ressort 64 sont adaptés en conséquence. Plusieurs contacts semblables au contact 69 et plusieurs vias métallisés semblables au via 68 permettent de raccorder les différentes zones de la face arrière 66. La surface 43 du bouchon 32, le contact 69 ainsi que le ressort 64 sont sectorisés en conséquence pour y prévoir plusieurs zones semblables à la zone 43a et en continuité électrique avec chacun des vias métallisés.

Au moins un sorbeur 35 (connu dans la littérature anglo-saxonne sous le nom de « getter ») peut être disposé dans la cavité 34, entre la cathode 14 et le bouchon 32, afin de piéger toute particule susceptible d’altérer la qualité du vide de l’enceinte 12. Le sorbeur 35 agit généralement par chimisorption. Des alliages à base de zirconium ou de titane peuvent être mis en oeuvre pour piéger d’éventuelles particules émises par les différents composants de la source 10 entourant la cavité 34. Le sorbeur 35 est, dans l’exemple représenté, fixé au bouchon 32. Le sorbeur 35 est réalisé à partir de disques de forme annulaire empilés et entourant le contact 69.

La figure 4a représente une variante de source de rayonnement ionisant 75 dans laquelle une anode 76 remplace l’anode 16 décrite précédemment. La figure 4a est une vue partielle et agrandie de la source 75 autour de l’anode 76. Comme pour l’anode 16, l’anode 76 comprend une cible 20 bombardée par le faisceau 18 et émettant un rayonnement X 22. A la différence de l’anode 16, l’anode 76 comprend une cavité 80 dans laquelle le faisceau d’électrons 18 pénètre pour atteindre la cible 20. Plus précisément, le faisceau d’électrons 18 frappe la cible 20 par sa face interne 84 portant la couche mince 20b et émet un rayonnement X 22 par sa face externe 86. Dans l’exemple représenté, les parois de la cavité 80 ont une partie cylindrique 88 autour de l’axe 19 s’étendant entre deux extrémités 88a et 88b. L’extrémité 88a est au contact de la cible 20 et l’extrémité 88b se rapproche de la cathode 14. Les parois de la cavité 80 ont également une partie 90 en forme de rondelle présentant un trou 89 et refermant la partie cylindrique au niveau de l’extrémité 88b. Le faisceau d’électrons 18 pénètre dans la cavité 80 par le trou 89 de la partie 90.

Lors du bombardement de la cible 20 par le faisceau d’électrons 18, l’élévation de température de la cible 20 peut entraîner des dégazages moléculaires de la cible 20 qui, sous l’effet du rayonnement X 22, sont ionisés. Des ions 91 apparaissant à la face intérieure 84 de la cible 20 peuvent endommager la cathode s’ils reviennent dans le champ électrique accélérateur situé entre l’anode et la cathode. Avantageusement, les parois de la cavité 80 peuvent être utilisées pour piéger les ions 91. A cet effet, les parois 88 et 90 de la cavité 80 sont des conducteurs électriques et forment une cage de faraday vis-à-vis d’ions parasites pouvant être émis par la cible 20 à l’intérieur de l’enceinte à vide 12. Les ions 91 éventuellement émis par la cible 20 vers l’intérieur de l’enceinte à vide 12 sont en grande partie piégés dans la cavité 80. Seul le trou 89 de la partie 90 permet aux ions de sortir de la cavité 80 et pourraient être accélérés vers la cathode 14. Pour mieux piéger les ions dans la cavité 80, au moins un sorbeur 92 est disposé dans la cavité 80. Comme le sorbeur 34, le sorbeur 92 agit généralement par chimisorption. Des alliages à base de zirconium ou de titane peuvent être mis en œuvre pour piéger les ions 91 émis.

En complément du piégeage d’ions, les parois de la cavité 80 peuvent former un écran de blindage vis-à-vis de rayonnements ionisants parasites 82 générés à l’intérieur de l’enceinte à vide 12 et éventuellement un écrantage électrostatique du champ électrique généré entre la cathode 14 et l’anode 76. Le rayonnement X 22 forme le rayonnement utile émis par la source 75. Cependant, un rayonnement X parasite peut sortir de la cible 20 par la face interne 84. Ce rayonnement parasite est inutile et indésirable. Habituellement, des écrans de blindage s’opposant à ce type de rayonnement parasite sont disposés autour des générateurs à rayons X. Ce type de réalisation présente cependant un inconvénient. En effet, plus les écrans de blindages sont disposés loin de la source de rayonnement X, c'est-à-dire loin de la cible 20, plus les écrans nécessite de surface de matière du fait de leur éloignement. Cet aspect de l’invention propose de disposer de tels écrans au plus près de la source parasite, ce qui permet de les miniaturiser.

L’anode 76 et en particulier les parois de la cavité 80 sont avantageusement réalisées dans un matériau à fort numéro atomique comme par exemple dans un alliage à base de tungstène ou de molybdène afin d’arrêter le rayonnement parasite 82.

Les parois de la cavité 80 entourent le faisceau d’électrons 18 au voisinage de la cible 20.

Avantageusement, les parois de la cavité 80 forment une partie de l’enceinte à vide 12.

Avantageusement, les parois de la cavité 80 sont disposées coaxialement de l’axe 19 afin de se situer radialement autour de l’axe 19 à distance constante et donc au plus près du rayonnement parasite. Au niveau de l’extrémité 88a, la partie cylindrique 88 peut entourer partiellement ou totalement la cible 20, empêchant ainsi un éventuel rayonnement parasite X de s’échapper de la cible 20 radialement par rapport à l’axe 19.

Ainsi l’anode 76 remplit plusieurs fonctions, sa fonction électrique bien entendu, de plus, une fonction cage de faraday entourant des ions parasites pouvant être émis par la cible 20 à l’intérieur de l’enceinte à vide 12, une fonction d’écrantage contre le rayonnement X parasite et, de plus encore, une paroi de l’enceinte à vide 12. En remplissant plusieurs fonctions au moyen d’une seule pièce mécanique, en l’occurrence l’anode 76, la source 75 gagne en compacité et en poids.

Par ailleurs, autour de la cavité 80, il est possible de disposer au moins un aimant ou électro aimant 94 permettant de focaliser le faisceau d’électrons 18 vers la cible 20. Avantageusement, la disposition de l’aimant ou électro aimant 94 peut être définie également de façon à dévier les ions 91 parasites vers le ou les sorbeurs 92 afin d’éviter que les ions parasites ne puissent sortir de la cavité par le trou 89 de la partie 90 ou au minimum soient déviés par rapport à l’axe 19 passant par la cathode 14. A cet effet, l’aimant ou l’électro aimant 94 génère un champ magnétique B orienté selon l’axe 19. Sur la figure 4a, les ions 91 déviés vers le sorbeur 92 suivent une trajectoire 91a et les ions sortant de la cavité 80 suivent une trajectoire 91b.

Les moyens pour piéger les ions parasites 91 pouvant être émis par la cible 20, sont multiples : cage de faraday formée par les parois de la cavité 80, présence de sorbeurs 92 dans la cavité 80 et présence d’un aimant ou électro aimant 94 pour dévier les ions parasites. Ces moyens peuvent être mis en œuvre indépendamment ou en complément de la fonction d’écrantage contre le rayonnement X parasite et de la fonction de paroi de l’enceinte à vide 12.

L’anode 76 est avantageusement réalisée sous forme d’une pièce mécanique monobloc de révolution autour de l’axe 19. La cavité 80 forme une partie tubulaire centrale de l’anode 76. L’aimant ou électro aimant 94 est disposé autour de la cavité 80 dans un espace annulaire 95 avantageusement situé hors de l’enceinte à vide 12. Pour que le flux magnétique de l’aimant ou électro aimant 94 affecte le faisceau d’électrons 18 ainsi que les ions dégazés par la cible 20 à l’intérieur de l’enceinte 12, les parois de la cavité 80 sont réalisées en matériau amagnétique. Plus généralement, toute l’anode 76 est réalisée dans le même matériau par exemple par usinage.

Le sorbeur 92 est situé dans la cavité 80 et l’aimant ou l’électro aimant 94 est situé à l’extérieur de la cavité. Avantageusement un support mécanique 97 du sorbeur 92 assure le maintient du sorbeur 92 et est réalisé en matériau magnétique. Le support 97 est disposé dans la cavité de façon à guider le flux magnétique issu de l’aimant ou de l’électro aimant 94. Dans le cas d’un électroaimant 94, il peut être formé autour d’un circuit magnétique 99. Le support 97 est avantageusement disposé dans le prolongement du circuit magnétique 99. Le fait d’utiliser le support mécanique 97 pour remplir deux fonctions : le maintient du sorbeur 92 et le guidage d’un flux magnétique permet de réduire encore les dimensions de l’anode 76 et donc de la source 75.

En périphérie de l’espace annulaire 95, l’anode comprend une zone d’appui 96 sur la pièce mécanique 28. La zone d’appui 96 a par exemple la forme d’une rondelle plate s’étendant perpendiculairement à l’axe

19.

Sur la figure 4a, on définit un repère orthogonal X, Y, Z. Z est une direction portée par l’axe 19. Le champ Bz, porté par l’axe Z permet de focaliser le faisceau d’électrons 18 sur la cible 20. La taille du spot électronique 18a sur la cible 20 est représentée à proximité de la cible 20 dans le plan XY. Le spot électronique 18a est circulaire. La taille du spot de rayons X 22a émis par la cible 20 est également représenté à proximité de la cible 20 dans le plan XY. La cible 20 étant perpendiculaire à l’axe 19, le spot de rayons X 22a est également circulaire.

La figure 4b représente une variante de l’anode 76 dans laquelle, une cible 21 est inclinée par rapport à au plan XY perpendiculaire à l’axe 19. Cette inclinaison permet d’agrandir la surface de la cible 20 bombardée par le faisceau d’électrons 18. En agrandissant cette surface, l’augmentation de température de la cible 20 due à l’interaction avec les électrons est mieux répartie. Lorsque la source 75 est mise en œuvre pour de l’imagerie, il est utile de conserver un spot de rayons X 22a le plus ponctuel possible ou tout au moins circulaire comme dans la variante de la figure 4a. Pour conserver ce spot 22a, avec une cible 21 inclinée, il est utile de modifier la forme du spot électronique dans le plan XY. Pour la variante de la figure 4b, le spot électronique porte le repère 18b et est représenté à proximité de la cible 21 dans son repère XY. Le spot est avantageusement de forme elliptique. Une telle forme de spot peut être obtenue à partir de zones émettrices de la cathode réparties dans le plan de la cathode selon une forme semblable à la forme souhaitée pour le spot 18b. Alternativement ou en complément, il est possible de modifier la forme de la section du faisceau d’électrons 18 au moyen d’un champ magnétique By orienté suivant l’axe Y et par exemple généré par un quadripôle possédant des enroulements 98 également situés dans l’espace annulaire 95. Le quadripôle forme un système magnétique actif générant un champ magnétique transverse à l’axe 19 permettant d’obtenir la forme attendue pour le spot électronique 18b. Par exemple, pour une cible inclinée par rapport à la direction X, le faisceau électronique 18 est étalé selon la direction X et est concentré selon la direction Y afin de conserver un spot de rayons X 22a circulaire. Le système magnétique actif peut aussi être piloté de façon à obtenir d’autres formes de spot électronique et éventuellement d’autres formes de spot de rayons X. Le système magnétique actif présente un intérêt particulier lorsque la cible 21 est inclinée. Le système magnétique actif peut également être employé avec une cible 20 perpendiculaire à l’axe 19.

Les anodes 16 et 76 dans toutes leurs variantes, peuvent être mises en œuvre indépendamment de la réalisation de l’électrode 24 sous forme d’une surface conductrice disposée sur la face concave 26 du matériau diélectrique et indépendamment de la mise en œuvre du bouchon

32.

Dans les variantes proposées à l’aide des figures 1 à 4, tous les composants peuvent être assemblés par translation de chacun suivant un même axe, en l’occurrence l’axe 19. Cela permet de simplifier la réalisation d’une source conforme à l’invention en automatisant sa fabrication.

Plus précisément, la pièce mécanique 28 réalisée en matériau diélectrique et sur laquelle différentes métallisations ont été réalisées, notamment la métallisation formant l’électrode 24, forme un support monolithique. II est possible d’assembler d’un coté de ce support, la cathode 14 et le bouchon 32. De l’autre coté de ce support, il est possible d’assembler l’anode 16 ou 76. La fixation de l’anode 16 ou 76 et du bouchon 32 sur la pièce mécanique 28 peut être réalisée par brasage sous ultra vide. La cible 20 ou 21 peut également être assemblée par translation selon l’axe 19 sur l’anode 76.

La figure 5 représente deux sources 75 identiques montées dans un même support 100. Cet exemple de montage peut être employé pour le montage de plus de deux sources. Cet exemple s’applique également aux sources 10. Des sources 10 telles que représentées sur les figures 1 et 2 peuvent également être montées dans le support 100. La description du support 100 et des pièces complémentaires peut s’appliquer quelque soit le nombre de sources. La pièce mécanique 28 présente avantageusement une surface extérieure à l’enceinte à vide 12 présentant deux formes tronconiques 102 et 104 s’étendant autour de l’axe 19. La forme 102 est un tronc de cône extérieur s’évasant vers l’anode 16. La forme 104 est un tronc de cône intérieur s’évasant depuis de la cathode 14 et plus précisément à partir de la face externe 43 du bouchon 32. Les deux troncs de cône 102 et 104 se rejoignent sur une couronne 106 également centrée sur l’axe 19. La couronne 106 forme le plus petit diamètre du tronc de cône 102 et le plus grand diamètre du tronc de cône 104. La couronne 106 a par exemple une forme d’une portion de tore permettant un raccordement sans angle vif des deux troncs de cône 102 et 104. La forme de la surface extérieure de la pièce mécanique 28 facilite la mise en place de la source 75 dans le support

100 qui présente une surface complémentaire présentant également deux formes tronconiques 108 et 110. Le tronc de cône 108 du support 100 est complémentaire du tronc de cône 102 de la pièce mécanique 28. De même, le tronc de cône 110 du support 100 est complémentaire du tronc de cône 104 de la pièce mécanique 28. Le support 100 présente une couronne 112 complémentaire de la couronne 106 de la pièce mécanique 28.

Afin d’éviter toute lame d’air à l’interface haute tension entre le support 100 et la pièce mécanique 28, un joint souple 114, par exemple à base de silicone, est disposé entre le support 100 et la pièce mécanique 28 et plus précisément entre les troncs de cônes et couronnes complémentaires. Avantageusement, le tronc de cône 108 du support 100 présente un angle au sommet plus ouvert que celui du tronc de cône 102 de la pièce mécanique 28. De même le tronc de cône 110 du support 100 présente un angle au sommet plus ouvert que celui du tronc de cône 104 de la pièce mécanique 28. La différence de valeur d’angle au sommet entre les troncs de cône peut être inférieure à 1 degré, par exemple de l’ordre de 0,5 degré. Ainsi lors du montage de la source 75 dans son support 100, et plus précisément lorsque le joint 114 est écrasé entre le support 100 et la pièce mécanique 28, l’air peut s’échapper à partir de l’interface entre les couronnes 106 et 112 d’une part vers la partie la plus évasée des deux troncs de cône 102 et 108 en direction de l’anode 16 et d’autre part vers la partie la plus resserrée des deux troncs de cône 104 et 110 en direction de la cathode 14 et plus précisément en direction du bouchon 32. L’air situé entre les deux troncs de cône 102 et 108 s’échappe vers l’air ambiant et l’air situé entre deux troncs de cône 104 et 110 s’échappe vers le bouchon 32. Afin d’éviter que de l’air piégé soit soumis à un champ électrique important, la source 75 et son support 100 sont configurés pour que l’air situé entre deux troncs de cône 104 et 110 s’échappe à l’intérieur de la liaison coaxiale formée par les deux contacts 70 et 71 et alimentant la cathode 14. Pour ce faire, le contact extérieur 71 assurant l’alimentation de l’électrode 24 vient au contact de la zone métallisée 43b au moyen d’un ressort 116 permettant un jeu fonctionnel entre le contact 71 et le bouchon 32. De plus le bouchon 32 peut comprendre une gorge annulaire 118 séparant les deux zones métallisée 43a et 43b. Ainsi l’air s’échappant entre les troncs de cônes 104 et 110 traverse le jeu fonctionnel entre le contact 71 et le bouchon 32 pour atteindre une cavité 120 située entre les contacts 70 et 71. Cette cavité 120 est protégée du champ électrique important car étant située à l’intérieur du contact coaxial 71.

Autrement dit, la cavité 120 est écrantée du champ électrique principal de la source 10, champ électrique du à la différence de potentiel entre l’anode 16 et l’électrode cathodique 24.

Après montage de la pièce mécanique 28 équipée de sa cathode 14 et de son anode 76, une plaque de fermeture 130 peut assurer le maintien de la pièce mécanique 28, équipée de sa cathode 14 et de son anode 76, dans le support 100. La plaque 130 peut être réalisée en matériau conducteur ou comprendre une face métallisée pour assurer le raccordement électrique de l’anode 76. La plaque 130 peut permettre le refroidissement de l’anode 76. Le refroidissement peut être assuré pour conduction au moyen d’un contact entre l’anode 76 et par exemple la partie cylindrique 88 de la cavité 80 de l’anode 76. Pour renforcer ce refroidissement, il est possible de prévoir un canal 132 disposé dans la plaque 130 et entourant la partie cylindrique 88. Un fluide caloporteur circule dans le canal 132 pour refroidir l’anode 76.

Sur la figure 5, les sources 75 possèdent toutes des pièces mécaniques 28 distinctes. La figure 6a représente une variante d’un ensemble multi source 150 dans lequel une pièce mécanique 152 commune à plusieurs sources 75, quatre dans l’exemple représenté, remplit toutes les fonctions de la pièce mécanique 28. L’enceinte à vide 153 est commune aux différentes sources 75. Le support 152 est avantageusement formé en matériau diélectrique dans lequel, pour chacune des sources 75, une face concave 26 est réalisée. Pour chacune des sources, une électrode 24 (non représentée) est disposée sur la face concave 26 correspondante. Pour ne pas surcharger la figure, les cathodes 14 des différentes sources 75 ne sont pas représentées.

Dans la variante de la figure 6a, les anodes de toutes les sources 75 sont avantageusement communes et portent ensemble la référence 154. Pour faciliter leur réalisation, les anodes comprennent une plaque 156 en contact avec la pièce mécanique 152 et percées de 4 trous 158 permettant chacun le passage d’un faisceau d'électrons 18 issu de chacune des cathodes des sources 75. La plaque 156 remplit, pour chacune des sources

75, la fonction de la partie 90 décrite plus haut. Au dessus de chaque orifice

158, sont disposées une cavité 80 limitée par sa paroi 88 et une cible

20.Alternativement, il est possible de conserver des anodes séparées ce qui permet de dissocier leur raccordement électrique.

La figure 6b représente une autre variante d’un ensemble multi source 160 dans lequel une pièce mécanique 162 est également commune à plusieurs sources dont les cathodes respectives 14 sont alignées sur un axe 164 passant par chacune des cathodes 14. L’axe 164 est perpendiculaire à l’axe 19 de chacune des sources. Une électrode 166 permettant de focaliser les faisceaux d’électrons émis par les différentes cathodes 14 est commune à toutes les cathodes 14. La variante de la figure 6b permet de réduire encore la distance séparant deux sources voisines.

Dans l’exemple représenté, la pièce mécanique 162 est réalisée en matériau diélectrique et comprend une face concave 168 disposée au voisinage des différentes cathodes 14. L’électrode 166 est formée d’une surface conductrice disposée sur la face concave 168. L’électrode 166 remplit toutes les fonctions de l’électrode 24 décrite précédemment.

Alternativement, il est possible de mettre en oeuvre une électrode commune à plusieurs sources sous forme d’une électrode métallique sans présence de matériau diélectrique, c’est à dire possédant une interface métal/vide. De même les cathodes peuvent être thermoïoniques. Dans ce mode de réalisation, l’électrode métallique commune forme le support aux différentes cathodes des différentes sources. Cette électrode étant de dimension importante, il est avantageux de la raccorder à la masse du générateur de l’ensemble multi source. La ou les anodes sont alors raccordées à un ou des potentiels positifs du générateur.

L’ensemble multi source 160 peut comprendre un bouchon 170 commun à toutes les sources. Le bouchon 170 peut remplir toutes les fonctions du bouchon 32 décrit précédemment. Le bouchon 170 peut notamment être fixé à la pièce mécanique 162 au moyen d’un film de brasure 172 conducteur utilisé pour raccorder électriquement l’électrode 166.

Comme dans la variante de la figure 6a, l’ensemble multi source 160 peut comprendre une anode 174 commune aux différentes sources. L’anode 174 est semblable à l’anode 154 de la variante de la figure 6a. L’anode 174 comprend une plaque 176 remplissant toutes les fonctions de la plaque 156 décrite à l’aide de la figure 6a. Pour éviter de surcharger la figure

6b, pour l’anode 174, seule la plaque 176 est représentée.

Sur la figure 6b, l’axe 164 est rectiligne. II est également possible de disposer les cathodes sur un axe courbe, comme par exemple un arc de cercle tel que représenté sur la figure 6c permettant de focaliser les rayonnements X 22 de toutes les sources en un point situé au centre de l’arc de cercle. D’autres formes d’axe courbe, notamment une courbe parabolique, permettent également la focalisation des rayonnements X en un point. L’axe courbe reste localement perpendiculaire à chacun des axes 19 autour desquels se développe le faisceau d’électrons de chaque source.

La disposition des cathodes 14 sur un axe permet d’obtenir des sources réparties selon une direction. II est également possible de réaliser un ensemble multi source dans lequel les cathodes sont réparties selon plusieurs axes concourants. II est par exemple possible de disposer les sources selon plusieurs axes courbes, chacun réalisé dans un plan et les plans étant sécants. A titre d’exemple, comme représenté sur la figure 6d, il est par exemple de possible de disposer plusieurs axes 180 et 182 répartis sur une surface parabolique de révolution 184. Ceci permet de focaliser les rayonnements X 22 de toutes les sources au foyer de la surface parabolique. Sur la figure 6e, les différents axes 190, 192 et 194 sur lesquels sont réparties les différentes cathodes 14 de l’ensemble multi source sont parallèles entre eux.

Les figures 7a et 7b représentes deux modes de réalisation de l’alimentation électrique de l’ensemble représenté sur la figure 6a. Les figures 7a et 7b sont représentées en coupe dans un plan passant par plusieurs axes 19 de différentes sources 75. Deux sources apparaissent sur la figure 7a, et trois sources sur la figure 7b. II est bien entendu que la description de l’ensemble multi source 150 peut être mis en œuvre quelque soit le nombre de sources 75 ou éventuellement 10.

Dans ces deux modes de réalisation, les anodes 114 sont communes à toutes les sources 75 de l’ensemble 150 et leur potentiel est le même, par exemple celui de la terre 52. Le pilotage de chacune des sources 10 peut être distinct dans les deux modes de réalisation. Sur la figure7a, deux sources haute tension V1 et V2 alimentent séparément les électrodes de chacune des sources 10. La nature isolante de la pièce mécanique

152 permet de séparer les deux sources hautes tensions V1 et V2 qui peuvent par exemple être pulsées à deux énergie différentes. De même des sources de courant 11 et I2 séparées assure chacune la commande des différentes cathodes 14.

Dans le mode de réalisation de la figure 7b, les électrodes 24 de toutes les sources 75 sont reliées entre elles par exemple au moyen d’une métallisation réalisées sur la pièce mécanique 152. Une source haute tension V_Commun alimente toutes électrodes 24. Le pilotage des différentes cathodes 14 reste assuré par des sources de courant 11 et I2 séparées. L’alimentation électrique de l’ensemble multi source décrit à l’aide de la figure 7b est bien adaptée à la variante décrite à l’aide des figures 6b, 6d et 6e.

Les figures 8a, 8b et 8c représentent plusieurs exemples d’ensembles de génération de rayons ionisants comprenant chacun plusieurs sources 10 ou 75. Dans ces différents exemples, le support, tel que décrit à l’aide de la figure 5 est commun à toutes les sources 10. Un connecteur haute tension 140 permet l’alimentation les différentes sources 10. Un connecteur de pilotage 142 permet de relier chacun des ensembles à un module de pilotage non représenté et configuré pour commuter chacune des sources 10 selon une séquence prédéterminée.

Sur la figure 8a le support 144 a une forme en arc de cercle et les différentes sources 10 sont alignées sur la forme en arc de cercle. Ce type de disposition est par exemple utile dans un scanner médical afin d’éviter de déplacer la source de rayonnement X autour du patient. Les différentes sources 10 émettent chacune leur tour un rayonnement X. Le scanner comprend également un détecteur de rayonnement et un module permettant de reconstituer une image en 3 dimensions à partir des informations captées par le détecteur. Pour ne pas surcharger la figure, le détecteur et le module de reconstitution ne sont pas représentés. Sur la figure 8b, le support 146 et les sources 10 suivent un segment de droite. Sur la figure 8c, le support 148 a une forme de plaque et les sources sont réparties selon deux directions sur le support 148. Pour les ensembles de génération de rayons ionisants représentés sur les figures 8a et 8b, la variante de la figure 6b est particulièrement intéressante. Cette variante permet de réduire le pas entre les différentes sources.

Claims (21)

1. REVENDICATIONS

   1. Source génératrice de rayons ionisants comprenant :

   • une enceinte à vide (12 ; 153), • une cathode (14) pouvant émettre un faisceau d’électrons (18) dans l’enceinte à vide (12 ; 153), • une anode (16 ; 76 ; 154 ; 174) recevant le faisceau d’électrons (18) et comprenant une cible (20 ; 21) pouvant générer un rayonnement ionisant (22) à partir de l’énergie reçu du faisceau d’électrons (18), • une électrode (24 ; 166) disposée au voisinage de la cathode (14) et permettant de focaliser le faisceau d’électrons (18), caractérisée en ce que l’électrode (24) est formée d’une surface conductrice disposée sur une face concave (26 ; 168) d’un matériau diélectrique.
2. 2. Source selon la revendication 1, caractérisée en ce qu’elle comprend une pièce mécanique (28 ; 152 ; 162) réalisée dans le matériau diélectrique, et comprenant la face concave (26 ; 168).
3. 3. Source selon la revendication 2, caractérisée en ce que la surface conductrice est formée d’un dépôt métallique disposé sur la face concave (26 ; 168).
4. 4. Source selon l’une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que la pièce mécanique (28 ; 152 ; 162) comprend une face interne (30) présentant une résistivité de surface comprise entre 1.10⁹Ω.carré et 1.10¹³Q.carré.
5. 5. Source selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le matériau diélectrique est formé d’une céramique à base de nitrure.
6. 6. Source selon les revendications 4 et 5, caractérisée en ce que la résistivité de surface de la face interne (30) est obtenue par dépôt, sur le matériau diélectrique de la pièce mécanique (28 ; 152 ; 162), d’un matériau semi-conducteur.
7. 7. Source selon les revendications 4 et 5, caractérisée en ce que la résistivité de surface de la face interne (30) est obtenue par ajout dans le volume de la céramique à base nitrure d’un matériau permettant de réduire la résistivité intrinsèque de la céramique à base nitrure.
8. 8. Source selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la cathode (14) émet le faisceau d’électrons (18) par effet de champ et en ce que l’électrode (24 ; 166) est disposée au contact de la cathode (14).
9. 9. Source selon l’une des revendications 2 à 8 en tant que revendication dépendante de la revendication 2, caractérisée en ce que la pièce mécanique (28 ; 152 ; 162) forme un support de la cathode (14).
10. 10. Source selon l’une des revendications 2 à 9 en tant que revendication dépendante de la revendication 2, caractérisée en ce que la pièce mécanique (28 ; 152 ; 162) forme une partie de l’enceinte à vide (12).
11. 11. Source selon l’une des revendications 2 à 10 en tant que revendication dépendante de la revendication 2, caractérisée en ce que la pièce mécanique (28 ; 152 ; 162) forme un support de l’anode (16 ; 76 ; 154).
12. 12. Source selon l’une des revendications 2 à 11 en tant que revendication dépendante de la revendication 2, caractérisée en ce que la pièce mécanique (28 ; 152 ; 162) comprend une surface extérieure en forme de tronc de cône intérieur (104), en ce que la source (10; 76; 154) comprend un support (100) dont une surface (110) en forme de tronc de cône extérieur est complémentaire de la surface extérieure en forme de tronc de cône intérieur (104) et au moins un contact (71) haute tension alimentant la cathode (14) et en ce que le contact et les surfaces (104, 110) en forme de tronc de cône forment un connecteur haute tension de la source (10 ; 76 ; 154).
13. 13. Source selon la revendication 12, caractérisée en ce qu’elle comprend un joint souple (114) disposé entre la surface (110) en forme de tronc de cône du support (100) et la surface (104) en forme de tronc de cône de la pièce mécanique (28 ; 152), en ce que la surface (110) en forme de tronc de cône du support (100) présente un angle au sommet plus ouvert que la surface (104) en forme de tronc de cône de la pièce mécanique (28 ; 152) et en ce que le connecteur haute tension est configuré pour que de l’air situé entre les deux surfaces en forme de tronc de cône (104, 110) s’échappe à l’intérieur du connecteur haute tension dans une cavité (120) non soumise à un champ électrique généré par une haute tension véhiculée par le connecteur.
14. 14. Source selon l’une des revendications 12 ou 13, caractérisée en ce que la pièce mécanique (28; 152; 162) comprend une surface extérieure en forme de tronc de cône extérieur (102), en ce que le support (100) comprend dont une surface (108) en forme de tronc de cône intérieur complémentaire de la surface extérieure en forme de tronc de cône extérieur (102).
15. 15. Source selon l’une des revendications 2 à 14 en tant que revendication dépendante de la revendication 2, caractérisée en ce que l’anode (16 ; 76 ; 154 ; 174) est fixée de façon étanche à la pièce mécanique (28 ; 152 ; 162).
16. 16. Source selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le matériau diélectrique présente une rigidité diélectrique supérieure à 30MV/m.
17. 17. Ensemble de génération de rayons ionisant caractérisé en ce qu’il comprend :

    • plusieurs sources (10, 75) selon l’une des revendications précédentes, les sources étant juxtaposées et immobiles dans l’ensemble, • un module de pilotage configuré pour commuter chacune des sources selon une séquence prédéterminée.
18. 18. Ensemble selon la revendication 17 et comprenant plusieurs sources selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pièce mécanique (152 ; 162) est commune à toutes les sources (10, 75).
19. 19. Ensemble selon la revendication 18, caractérisé en ce que les sources sont alignées sur un axe passant par chacune des cathodes (14) et en ce que l’électrode (166) est commune aux différentes sources.
20. 20. Ensemble selon l’une des revendications 17 à 19, caractérisé en ce que les anodes (154 ; 174) de toutes les sources (10, 75) sont communes.
21. 21. Procédé de réalisation d’une source selon les revendications 4 et 6, caractérisé en ce qu’il consiste à assembler sur la pièce mécanique (28; 152; 162) par translation selon un axe (19) du faisceau d’électrons (18), d’une part l’anode (16 ; 76 ; 154 ; 174) et d’autre part la cathode (14), une cavité (34) formé par la face concave (26), étant fermée par un bouchon (32 ; 170).