FR3073702A1 - Systemes permettant d'ameliorer le fonctionnement de generateurs de rayons x - Google Patents

Systemes permettant d'ameliorer le fonctionnement de generateurs de rayons x Download PDF

Info

Publication number
FR3073702A1
FR3073702A1 FR1760588A FR1760588A FR3073702A1 FR 3073702 A1 FR3073702 A1 FR 3073702A1 FR 1760588 A FR1760588 A FR 1760588A FR 1760588 A FR1760588 A FR 1760588A FR 3073702 A1 FR3073702 A1 FR 3073702A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
ray
tube
ray tube
tank
high voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
FR1760588A
Other languages
English (en)
Inventor
Yannick LOUVRIER
Elie Herve
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Priority to FR1760588A priority Critical patent/FR3073702A1/fr
Priority to US15/994,172 priority patent/US10952308B2/en
Priority to US15/994,141 priority patent/US10750602B2/en
Publication of FR3073702A1 publication Critical patent/FR3073702A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
    • H05G1/08—Electrical details
    • H05G1/10—Power supply arrangements for feeding the X-ray tube
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/06—Cathodes
    • H01J35/065—Field emission, photo emission or secondary emission cathodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/08—Anodes; Anti cathodes
    • H01J35/10—Rotary anodes; Arrangements for rotating anodes; Cooling rotary anodes
    • H01J35/101—Arrangements for rotating anodes, e.g. supporting means, means for greasing, means for sealing the axle or means for shielding or protecting the driving
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/04—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for transformers
    • H02H7/042—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for transformers for current transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/001—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection limiting speed of change of electric quantities, e.g. soft switching on or off
    • H02H9/002—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection limiting speed of change of electric quantities, e.g. soft switching on or off limiting inrush current on switching on of inductive loads subjected to remanence, e.g. transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
    • H05G1/08—Electrical details
    • H05G1/26—Measuring, controlling or protecting
    • H05G1/30—Controlling
    • H05G1/46—Combined control of different quantities, e.g. exposure time as well as voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
    • H05G1/08—Electrical details
    • H05G1/26—Measuring, controlling or protecting
    • H05G1/54—Protecting or lifetime prediction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • X-Ray Techniques (AREA)

Abstract

Des systèmes permettant d'améliorer l'efficacité d'un générateur de rayons X sont divulgués, dans lesquels le générateur comprend, entre autres, un sous-système de génération de haute tension comportant un réservoir haute tension (réservoir HV). Dans un système, une tension de décalage est introduite entre une cible du tube à rayons X et un émetteur du tube à rayons X, afin de supprimer une émission de retour non souhaitée depuis l'émetteur. Dans un autre système, une résistance d'amortissement est placée entre une sortie du réservoir HV et le tube à rayons X, et une résistance et un inducteur sont placés en parallèle avec la résistance d'amortissement pour augmenter l'efficacité du sous-système de génération de haute tension. Le générateur de rayons X peut utiliser ou contenir un des systèmes ou les deux pour améliorer son efficacité.

Description

Systèmes permettant d’améliorer le fonctionnement de générateurs de rayons X
Les modes de réalisation décrits ici se rapportent à des générateurs de rayons X et, plus particulièrement, à des systèmes permettant d’améliorer l’efficacité de fonctionnement de générateurs de rayons X.
Au moins un mode de réalisation divulgue un générateur de rayons X. Ledit générateur comprend un tube à rayons X et un soussystème de génération de haute tension, dans lequel une tension de décalage est introduite entre une cible du tube à rayons X et un émetteur du tube à rayons X, afin de supprimer une émission de retour non souhaitée depuis l’émetteur.
D’autre part, au moins un mode de réalisation divulgue un générateur de rayons X comprenant un tube à rayons X et un soussystème de génération de haute tension comportant un réservoir haute tension (réservoir HV). Une résistance d’amortissement est placée entre une sortie du réservoir HV et le tube à rayons X, et une résistance et un inducteur sont montés en parallèle avec la résistance d’amortissement pour augmenter l’efficacité du sous-système de génération de haute tension.
Enfin, au moins un mode de réalisation divulgue un générateur de rayons X comprenant un tube à rayons X et un sous-système de génération de haute tension comportant un réservoir haute tension (réservoir HV). Une tension de décalage est introduite entre une cible du tube à rayons X et un émetteur du tube à rayons X, une résistance d’amortissement est placée entre une sortie du réservoir HV et le tube à rayons X, et une résistance et un inducteur sont placés en parallèle avec la résistance d’amortissement pour augmenter l’efficacité totale du générateur de rayons X.
L’invention sera mieux comprise à l’étude détaillée de la description ci-après de modes de réalisation, pris à titre d’exemple, et des dessins annexés, sur lesquels la figure 1 représente un schéma illustrant la génération de courant entre la cible et le filament d’un tube à rayons X, en raison du champ créé par le courant Iemitter traversant l’émetteur du tube ;
la figure 2 représente un circuit simulé, utilisant une diode Zener pour créer le décalage entre le point central d’un transformateur et une cible de tube, conformément à au moins un mode de réalisation de la présente divulgation ;
la figure 3 représente une variante du circuit simulé montré dans la figure 2, avec des diodes Zener montées en série ;
la figure 4 représente une résistance d’amortissement d’un circuit de générateur de rayons X ; et la figure 5 représente un circuit d’amortissement dynamique selon au moins un mode de réalisation décrit ici.
Les modes de réalisation décrits ici se rapportent à des systèmes destinés à améliorer la performance et l’efficacité d’un générateur de rayons X.
Les générateurs de rayons X sont des systèmes bien connus qui sont utilisés pour produire des faisceaux de rayons X, en général, mais pas exclusivement, dans des environnements médicaux. Les éléments centraux de ces systèmes sont un tube à rayons X, un sous-système de génération de haute tension (réservoir HV) et un dispositif de commande.
Les tubes à rayons X comportent un ou plusieurs émetteurs configurés pour émettre un ou plusieurs faisceaux d’électrons, afin de produire des rayons X. Le courant électrique utilisé pour chauffer ces émetteurs crée un champ entre le filament et la cible du tube à rayons X, provoquant une émission de retour d’électrons depuis le(s) émetteur(s) vers la cible.
La conséquence de ce phénomène d’émission de retour est la génération d’un courant rectifié superposé au courant du tube. La figure 1 est un schéma illustrant la génération de ce courant rectifié entre la cible et le filament du tube, en raison du champ créé par le courant Iemitter s’écoulant dans un émetteur de tube.
Une conséquence de ce courant d’émission de retour, suite à sa superposition au courant du tube, est que ladite émission pose des problèmes pour mesurer de faibles valeurs de courant de tube, notamment dans la plage de 10 mA, ce qui est dû au fait qu’un courant d’émission de retour de 10 à 40 mA s’écoule vers le circuit de mesure. Cela pose un problème supplémentaire pour satisfaire aux exigences auxquelles doit répondre le générateur de rayons X en termes de précision des résultats attendus.
Pour résoudre ce problème d’émission de retour, un mode de réalisation est proposé ici, selon lequel l’émission de retour du/des émetteur(s) du tube à rayons X est supprimée. Dans ce mode de réalisation, une tension de décalage est introduite entre la cible du tube et l’émetteur, afin de supprimer le champ électrique non souhaité. Comme l’émetteur est constitué d’un convertisseur à résonance doté d’un transformateur, pour adapter le gain et pour mesurer le courant du tube à rayons X, la source de tension est ajoutée entre le point central de ce transformateur et la cible du tube. Dans au moins un exemple non limitatif du mode de réalisation précité, la source de tension est configurée pour ajouter un décalage de 20 V entre la cible du tube et le transformateur.
La figure 2 montre qu’une diode Zener est utilisée pour créer le décalage entre le point central du transformateur et la cible. Comme la source de tension est placée entre la cible du tube et le point central du transformateur qui alimente le filament du tube, le courant s’écoulant dans l’alimentation électrique est égal au courant du tube. Pour être moins sensible au courant du tube et pour éviter toute émission thermique, un MOSFET facultatif peut être monté en parallèle avec la diode Zener, et la diode Zener et le MOSFET sont polarisés avec une source de courant composée de Q1 et Q2.
La figure 3 représente un autre mode de réalisation non limitatif qui utilise des diodes Zener montées en série. Ce mode de réalisation offre les mêmes avantages que celui montré dans la figure 2, mais la tension de décalage sera plus sensible à la variation du courant du tube.
Dans au moins un mode de réalisation non limitatif, pour protéger la source de tension du claquage en haute tension, un condensateur luF est ajouté en parallèle avec le circuit, afin de conduire seulement des signaux haute fréquence (la fréquence typique d’un claquage en haute tension dans le tube est de 60 MHz). Ce condensateur est également utilisé pour filtrer la mesure du courant de tube avec une constante de temps de 2,5 us (1 uF x 2,5 ohms = 2,5 us).
Les modes de réalisation décrits ci-dessus permettront d’améliorer le contrôle de la faible valeur de courant de tube par rapport aux spécifications indiquées par les clients pour les tubes à rayons X de la génération suivante, et supprimeront complètement ou substantiellement toute émission de retour produite par le ou les émetteur(s) de tubes à rayons X.
Outre la suppression de l’émission de retour, il est également nécessaire d’augmenter la puissance maximale disponible pour des générateurs de rayons X pour répondre aux besoins d’imagerie médicale, sans solliciter outre mesure l’alimentation électrique principale du générateur. Pour atteindre ces objectifs, il faut augmenter l’efficacité totale du sous-système de génération de haute tension (réservoir HV) des générateurs de rayons X, ce qui est obtenu dans le mode de réalisation non limitatif décrit ci-dessous, en réduisant les pertes à l’intérieur du réservoir transformateur haute tension du réservoir HV.
Pour protéger le réservoir HV contre l’événement d’un claquage en haute tension dans le tube à rayons X, une résistance d’amortissement d’environ 1,5 kohms est placée entre la sortie du réservoir HV et le tube à rayons X. La valeur des pertes dissipées dans cette résistance, pour un courant de tube maximal de 1 300 mA, est de 2,5 kW. Toutefois, cette résistance d’amortissement provoque des pertes de courant pendant toute la durée d’exposition (c’est-à-dire le temps « de marche » des rayons X), alors que l’effet souhaité de cette résistance est uniquement requis lorsque le tube subit ce que l’on appelle parfois une « pointe du tube », qui est un claquage temporaire en haute tension ou un court-circuit limitant le courant de crête à l’intérieur du réservoir HV.
Ce mode de réalisation a pour but d’améliorer l’efficacité du réservoir HV en utilisant une résistance d’amortissement (fïg. 4) avec une valeur d’environ 1,5 kohms à la fréquence de claquage en haute tension (courant alternatif) et de zéro kohm pendant l’exposition (courant continu). Pour créer ce scénario idéal, un inducteur est monté en parallèle avec la résistance d’amortissement.
A mesure que la puissance nécessaire à un tube à rayons X augmente, chaque partie du sous-système de génération de rayons X doit augmenter en efficacité pour réduire les besoins en électricité de l’installation. A l’intérieur du réservoir HV, afin de réduire les pertes dues au courant continu pendant l‘exposition, la valeur de la résistance d’amortissement est réduite en utilisant une résistance avec laquelle un inducteur est monté en parallèle (cf. fig. 5).
Grâce à l’utilisation de ces composants de circuit, l’impédance de l’inducteur augmente avec la fréquence. Pendant l’exposition, en courant continu, le courant de tube s’écoulera du réservoir au tube, en passant par l’inducteur. Les pertes produites dans ce cas seront indiquées par la valeur de courant continu de l’impédance. Lors d’un claquage en haute tension ou d’un court-circuit (pointe de tube), un courant alternatif traversera la résistance et l’inducteur, et l’impédance équivalente sera d’environ 1,5 kohms.
A titre d’illustration, dans un exemple, un réservoir HV est simulé par une source de tension avec un condensateur de sortie de 100 pF. Pour simuler un courant de tube de 700 mA sous 140 kV, on utilise une résistance de 0,2 Meg. Un circuit de résistance d’amortissement est simulé respectivement avec une résistance de 1,8 kohms et un inducteur de 1,3 mH, avec une résistance de 1,8 kohms montée en parallèle. Avec la configuration représentée dans la figure 5, le courant à l’intérieur du réservoir HV est limité de façon avantageuse, et les pertes pendant l’exposition sont réduites à la valeur de la résistance en courant continu de l’inducteur.
Le mode de réalisation proposé offre un amortissement dynamique qui aura pour effet d’améliorer l’efficacité du réservoir HV (par exemple en réduisant les pertes de chaleur et d’énergie) pour augmenter l’efficacité totale du sous-système de génération de rayons X. De ce fait, une plus grande puissance est disponible pour le tube à rayons X, comparé à l’état de la technique, sans nécessiter des branchements de fonctionnalités supplémentaires et/ou des dispositifs de stockage d’énergie supplémentaires ou de plus grande capacité pour répondre aux besoins de pointe du tube en électricité sur les sites d’utilisation, par exemple des hôpitaux ou d’autres environnements médicaux.
Bien qu’ils soient décrits séparément, il convient de noter que les modes de réalisation décrits ci-dessus pour supprimer l’émission de retour et augmenter la puissance de crête sont indépendants et peuvent être intégrés dans des systèmes de générateurs de rayons X individuellement (c’est-à-dire l’un sans l’autre) ou conjointement (c’est-à-dire que les deux peuvent être intégrés dans le même générateur). Il convient de noter que toutes les valeurs numériques indiquées ici le sont uniquement à titre d’exemple et ne sont pas destinées à être limitatives, dans la mesure où d’autres valeurs entrant dans l’esprit et dans le cadre de la présente divulgation peuvent être utilisées pour obtenir les avantages exposés ici.

Claims (2)

  1. REVENDICATIONS
    1. Générateur de rayons X comprenant un tube à rayons X et un sous-système de génération de haute tension, dans lequel ledit générateur comprend une source de tension configurée pour introduire
    5 une tension de décalage entre une cible du tube à rayons X et un émetteur du tube à rayons X, afin de supprimer une émission de retour non souhaitée depuis l’émetteur.
  2. 2. Générateur de rayons X selon la revendication 1, comprenant un tube à rayons X et un sous-système de génération de
    10 haute tension comportant un réservoir haute tension (réservoir HV), dans lequel une résistance d’amortissement est placée entre une sortie du réservoir HV et le tube à rayons X, et une résistance et un inducteur sont placés en parallèle avec la résistance d’amortissement pour augmenter l’efficacité du sous-système de génération de haute tension.
FR1760588A 2017-11-10 2017-11-10 Systemes permettant d'ameliorer le fonctionnement de generateurs de rayons x Pending FR3073702A1 (fr)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1760588A FR3073702A1 (fr) 2017-11-10 2017-11-10 Systemes permettant d'ameliorer le fonctionnement de generateurs de rayons x
US15/994,172 US10952308B2 (en) 2017-11-10 2018-05-31 System and method for protecting a transformer
US15/994,141 US10750602B2 (en) 2017-11-10 2018-05-31 System and method for compensating for back emission current in an X-ray generator

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1760588A FR3073702A1 (fr) 2017-11-10 2017-11-10 Systemes permettant d'ameliorer le fonctionnement de generateurs de rayons x
FR1760588 2017-11-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
FR3073702A1 true FR3073702A1 (fr) 2019-05-17

Family

ID=62528473

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR1760588A Pending FR3073702A1 (fr) 2017-11-10 2017-11-10 Systemes permettant d'ameliorer le fonctionnement de generateurs de rayons x

Country Status (2)

Country Link
US (2) US10952308B2 (fr)
FR (1) FR3073702A1 (fr)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040114722A1 (en) * 2001-08-29 2004-06-17 Takashi Shimono X-ray generator
US20060023841A1 (en) * 2003-01-09 2006-02-02 Walter Beyerlein High-voltage supply for an X-ray device

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4698582A (en) 1986-07-23 1987-10-06 Motorola, Inc. Power driver having short circuit protection
US4868842A (en) 1987-03-19 1989-09-19 Siemens Medical Systems, Inc. Cathode cup improvement
US5689180A (en) * 1995-12-13 1997-11-18 Carlson; Curt S. Isolated electrical power supply
US6212256B1 (en) 1998-11-25 2001-04-03 Ge Medical Global Technology Company, Llc X-ray tube replacement management system
US6985557B2 (en) 2002-03-20 2006-01-10 Minnesota Medical Physics Llc X-ray apparatus with field emission current stabilization and method of providing x-ray radiation therapy
US7668295B2 (en) * 2007-05-14 2010-02-23 General Electric Co. System and method for high voltage transient suppression and spit protection in an x-ray tube
DE102008026634B4 (de) 2008-06-04 2011-01-05 Siemens Aktiengesellschaft Feldemissionskathode sowie Röntgenröhre mit einer Feldemissionskathode

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040114722A1 (en) * 2001-08-29 2004-06-17 Takashi Shimono X-ray generator
US20060023841A1 (en) * 2003-01-09 2006-02-02 Walter Beyerlein High-voltage supply for an X-ray device

Also Published As

Publication number Publication date
US20190150256A1 (en) 2019-05-16
US10952308B2 (en) 2021-03-16
US20190150259A1 (en) 2019-05-16
US10750602B2 (en) 2020-08-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2926443B1 (fr) Convertisseur de tension continu-continu à haute tension avec transistor jfet
FR2864172A1 (fr) Circuit de detection d'ionisation a double etage
CN111226138B (zh) 能够进行噪声操控的辐射检测器
FR3073702A1 (fr) Systemes permettant d'ameliorer le fonctionnement de generateurs de rayons x
EP3051101B1 (fr) Générateur d'allumage à haute énergie notamment pour turbine à gaz
CA2950054A1 (fr) Methode et systeme pour gradateur de lumiere sans scintillement sur un reseau d'alimentation alternatif
WO2020182818A1 (fr) Appareil et procédé permettant de tuer électriquement des plantes
FR3072521A1 (fr) Recuperateur d'energie comprenant un convertisseur a base de materiau piezoelectrique
EP2230027B1 (fr) Générateur pour transducteur piézoélectrique
US9679737B2 (en) Spark gap
Ivanov et al. 4 H-SiC Based Subnanosecond (150 ps) High-Voltage (1600 V) Current Breakers
FR2969417A1 (fr) Alimentation capacitive a limitation de courant d'appel
WO2009101352A1 (fr) Dispositif de generation de haute tension
FR3083926A1 (fr) Dispositif de protection differentielle
TW201833584A (zh) 配置成統計地確定電荷共享的成像系統
EP3238308B1 (fr) Dispositif de contrôle pour ligne d'alimentation électrique
FR2858911A1 (fr) Circuit d'eclairage a lampe a decharge a detection de courant ou de tension
CA2815615C (fr) Circuit d'alimentation pour un aeronef incluant une machine asynchrone
FR2467441A1 (fr) Circuit de commande d'une source lumineuse
FR2781319A1 (fr) Regulateur de tension pour un alternateur a aimant permanent
FR3047084A1 (fr) Dispositif de mesure du courant protege contre les surtensions en cas d'ouverture du circuit
FR2672163A1 (fr) Source d'alimentation electrique pour laser.
FR2928048A1 (fr) Circuit d'alimentation comportant un transformateur d'alimentation
FR3024010A1 (fr) Dispositif incluant une diode electroluminescente et un transformateur associe
Giesselmann et al. Protective networks for high voltage power supplies for pulsed power loads

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20190517

RX Complete rejection

Effective date: 20200312