FR3089748A1 - X-ray source by interaction between a laser beam and a target material - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne une source de rayons X (100) par interaction entre un faisceau d’impulsions laser (40) focalisé et un matériau cible Selon l’invention, la source de rayons X (100) comporte une cassette (10) amovible comprenant une première bobine (11), une deuxième bobine (12) et un ruban (15) de matériau cible, la cassette (10) ayant une ouverture (16, 17) adaptée pour le passage d’une zone intermédiaire du ruban, et la source de rayons X (100) comprenant une pièce d’appui (21) et des moyens de tension (14, 24) adaptés pour appliquer une tension à la zone intermédiaire et à établir un contact entre la pièce d’appui (21) et la zone intermédiaire du ruban, la zone intermédiaire du ruban de matériau cible en contact avec la pièce d’appui (21) étant adaptée pour recevoir le faisceau d’impulsions laser (40) focalisé et pour générer des rayons X (50).Figure pour l’abrégé : Fig. 3The invention relates to an X-ray source (100) by interaction between a focused laser pulse beam (40) and a target material. According to the invention, the X-ray source (100) comprises a removable cassette (10) comprising a first reel (11), a second reel (12) and a ribbon (15) of target material, the cassette (10) having an opening (16, 17) adapted for the passage of an intermediate zone of the ribbon, and the X-ray source (100) comprising a support piece (21) and tensioning means (14, 24) adapted to apply tension to the intermediate area and to establish contact between the support piece (21) and the intermediate zone of the ribbon, the intermediate zone of the ribbon of target material in contact with the support piece (21) being adapted to receive the focused laser pulse beam (40) and to generate X-rays (50). for the abstract: Fig. 3
Description
DescriptionDescription
Titre de l'invention : Source de rayons X par interaction entre un faisceau laser et un matériau cibleTitle of the invention: X-ray source by interaction between a laser beam and a target material
[0001] La présente invention concerne de manière générale le domaine des sources de rayons X.The present invention relates generally to the field of X-ray sources.
[0002] Elle concerne plus particulièrement une source de rayons X par interaction entre un faisceau laser et un matériau cible.It more particularly relates to an X-ray source by interaction between a laser beam and a target material.
[0003] Les sources de rayons X sont notamment utilisées dans des applications d’imagerie médicale.[0003] X-ray sources are used in particular in medical imaging applications.
[0004] La plupart des sources de rayons X comportent un tube à rayons X dans lequel une tension électrique est appliquée entre deux électrodes placées sous vide.Most X-ray sources include an X-ray tube in which an electrical voltage is applied between two electrodes placed under vacuum.
[0005] Plus récemment sont apparues des sources de rayons X basées sur une interaction entre un faisceau laser impulsionnel intense et un matériau cible ou matériau de conversion métallique. Un faisceau laser impulsionnel focalisé sur la surface d’un matériau métallique de manière à atteindre une intensité supérieure à environ 1016 W.cm2 peut être utilisé pour générer un rayonnement X. Dans ces conditions, la zone d’interaction entre le laser et le matériau cible devient un émetteur secondaire de rayons X.More recently, sources of X-rays have appeared based on an interaction between an intense pulse laser beam and a target material or metallic conversion material. A pulsed laser beam focused on the surface of a metallic material so as to reach an intensity greater than about 10 16 W.cm 2 can be used to generate X-radiation. Under these conditions, the area of interaction between the laser and the target material becomes a secondary X-ray emitter.
[0006] A chaque impulsion laser une partie de la cible solide est ablatée sur une surface ayant des dimensions de l’ordre de la tache focale. La cible est donc localement détruite à chaque tir laser. Un système de laser impulsionnel de forte puissance moyenne et de forte puissance crête considéré pour une source de rayons X a une cadence, ou fréquence de répétition, de l’ordre de quelques hertz (Hz) à 104 Hz.[0006] At each laser pulse, part of the solid target is ablated on a surface having dimensions of the order of the focal spot. The target is therefore locally destroyed with each laser shot. A pulse laser system of high average power and high peak power considered for an X-ray source has a rate, or frequency of repetition, of the order of a few hertz (Hz) to 10 4 Hz.
[0007] Une solution pour renouveler le matériau cible dans une source de rayons X laser consiste à déplacer la cible par rapport au faisceau laser de manière à déplacer la zone d’interaction sur la cible tout en maintenant fixe la zone d’émission des rayons X. Le déplacement de la cible est généralement continu avec une vitesse de déplacement adaptée en fonction de la cadence des tirs laser de manière à ce que les impacts des impulsions laser consécutives soient séparés spatialement sur la cible.One solution for renewing the target material in a laser X-ray source consists in displacing the target with respect to the laser beam so as to move the interaction zone on the target while keeping the radiation emission zone fixed. X. The movement of the target is generally continuous with a movement speed adapted as a function of the rate of the laser shots so that the impacts of the consecutive laser pulses are spatially separated on the target.
[0008] On connaît en particulier une source de rayons X comprenant un disque épais de matériau cible. Un faisceau d’impulsions laser est focalisé sur une face du disque pour générer des rayons X en réflexion sur le disque. Le déplacement du disque suivant un mouvement combiné de rotation autour de son axe et de translation transversalement à son axe permet de déplacer la zone de focalisation du faisceau laser suivant une spirale sur la surface du disque cible. Toutefois, pour augmenter la durée de vie du disquecible, il est nécessaire d’augmenter le diamètre du disque, ce qui entraîne une forte augmentation du poids et de l’encombrement de la source de rayons X.We know in particular an X-ray source comprising a thick disc of target material. A beam of laser pulses is focused on one side of the disc to generate X-rays in reflection on the disc. The displacement of the disc according to a combined movement of rotation around its axis and of translation transversely to its axis makes it possible to move the focusing area of the laser beam in a spiral on the surface of the target disc. However, to increase the life of the disc, it is necessary to increase the diameter of the disc, which leads to a large increase in the weight and size of the X-ray source.
[0009] Les sources de rayons X par interaction laser ont des propriétés relatives à la taille de la tache focale laser. De plus, les sources de rayons X par interaction laser permettent d’accorder le spectre de rayons X émis en fonction du matériau cible. Enfin, l’aspect impulsionnel de ces sources de rayons X ouvre la voie à des applications en laboratoire de recherche, par exemple pour des études dynamiques en physique des matériaux, en imagerie médicale ou encore dans le contrôle industriel non-destructif.[0009] X-ray sources by laser interaction have properties relating to the size of the laser focal spot. In addition, X-ray sources by laser interaction make it possible to tune the X-ray spectrum emitted according to the target material. Finally, the impulse aspect of these X-ray sources opens the way to applications in research laboratories, for example for dynamic studies in materials physics, medical imaging or even in non-destructive industrial control.
[0010] Toutefois, les sources de rayons X par interaction laser disponibles actuellement ne sont pas adaptées pour des applications industrielles ou des applications médicales en dehors de la recherche scientifique.However, the X-ray sources by laser interaction currently available are not suitable for industrial applications or medical applications outside of scientific research.
[0011] Pour de telles applications, il est souhaitable de disposer d’une source de rayons X offrant une durée d’utilisation allongée, avant de remplacer le matériau cible, sans augmenter l’encombrement de la source.For such applications, it is desirable to have an X-ray source offering an extended period of use, before replacing the target material, without increasing the size of the source.
[0012] Il est souhaitable de proposer une source de rayons X de fabrication industrielle, d’utilisation aisée et de moindre coût.It is desirable to propose a source of X-rays of industrial manufacture, of easy use and of low cost.
[0013] Afin de remédier aux inconvénients précités de l’état de la technique, la présente invention propose une source de rayons X par interaction entre un faisceau d’impulsions laser focalisé et un matériau cible.In order to remedy the aforementioned drawbacks of the prior art, the present invention provides an X-ray source by interaction between a focused laser pulse beam and a target material.
[0014] Plus particulièrement, on propose selon l’invention une source de rayons X comportant une cassette amovible comprenant une première bobine, une deuxième bobine et un ruban de matériau cible, des moyens d’entraînement de la première bobine et de la deuxième bobine adaptés pour enrouler une première partie du ruban autour de la première bobine tout en déroulant une deuxième partie du ruban de la deuxième bobine et vice versa, la cassette ayant une ouverture adaptée pour le passage d’une zone intermédiaire du ruban entre la première partie et la deuxième partie de ruban, et la source de rayons X comprenant une pièce d’appui et des moyens de tension adaptés pour appliquer une tension à la zone intermédiaire et à établir un contact entre la pièce d’appui et la zone intermédiaire du ruban, tout en autorisant un glissement de la zone intermédiaire du ruban sur la pièce d’appui lors de l’enroulement du ruban autour de la première bobine ou de la deuxième bobine, la zone intermédiaire du ruban de matériau cible en contact avec la pièce d’appui étant adaptée pour recevoir le faisceau d’impulsions laser focalisé et pour générer des rayons X.More particularly, there is provided according to the invention an X-ray source comprising a removable cassette comprising a first coil, a second coil and a ribbon of target material, means for driving the first coil and the second coil adapted to wind a first part of the ribbon around the first reel while unwinding a second part of the ribbon from the second reel and vice versa, the cassette having an opening suitable for the passage of an intermediate zone of the ribbon between the first part and the second part of tape, and the X-ray source comprising a support piece and tensioning means adapted to apply a tension to the intermediate area and to establish contact between the support piece and the intermediate area of the tape, while allowing a sliding of the intermediate zone of the ribbon on the support piece during the winding of the ribbon around the first reel or the second reel, the intermediate zone of the ribbon of target material in contact with the support being adapted to receive the focused laser pulse beam and to generate X-rays.
[0015] D’autres caractéristiques non limitatives et avantageuses de la source de rayons X conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :Other non-limiting and advantageous characteristics of the X-ray source according to the invention, taken individually or in any technically possible combination, are the following:
[0016] - les moyens de tension comprennent au moins un rouleau de guidage fixe ou mobile en translation et/ou en rotation, disposé transversalement à une face du ruban dans la zone intermédiaire, ledit au moins un rouleau de guidage étant inclus dans la cassette ;- The tensioning means comprise at least one fixed or movable guide roller in translation and / or rotation, arranged transversely to one face of the strip in the intermediate zone, said at least one guide roller being included in the cassette ;
[0017] - les moyens de tension comprennent un chariot mobile par rapport à la cassette, le chariot comprenant la pièce d’appui et au moins deux rouleaux de guidage ;- The tensioning means comprise a carriage movable relative to the cassette, the carriage comprising the support piece and at least two guide rollers;
[0018] - la source de rayons X comprend un système de détection adapté pour détecter une extrémité de la deuxième partie du ruban provenant de la deuxième bobine et/ou de la première partie du ruban provenant de la première bobine ;- The X-ray source comprises a detection system adapted to detect one end of the second part of the ribbon coming from the second reel and / or from the first part of the ribbon coming from the first reel;
[0019] - les moyens d’entraînement de la première bobine et de la deuxième bobine comprennent un premier moteur couplé mécaniquement à l’axe de la première bobine et un deuxième moteur couplé mécaniquement à l’axe de la deuxième bobine ;- the drive means of the first coil and the second coil comprise a first motor mechanically coupled to the axis of the first coil and a second motor mechanically coupled to the axis of the second coil;
[0020] - la source de rayons X comprend un système électronique adapté pour asservir en vitesse l’un parmi les premier et deuxième moteur et pour asservir en couple l’autre parmi les premier et deuxième moteur ;- The X-ray source includes an electronic system adapted to control one of the first and second motors in speed and to slave the other in the first and second motors;
[0021] - la source de rayons X comprend des moyens de déplacement latéral de la cassette par rapport au faisceau d’impulsions laser transversalement à une direction de défilement de la zone intermédiaire du ruban ;- The X-ray source comprises means for lateral displacement of the cassette relative to the beam of laser pulses transversely to a direction of travel of the intermediate zone of the ribbon;
[0022] - le ruban comporte au moins un matériau métallique ;- The ribbon comprises at least one metallic material;
[0023] - le ruban comporte au moins deux bandes, par exemple parallèles, de matériaux cible différents.- The ribbon comprises at least two strips, for example parallel, of different target materials.
[0024] L’invention propose également une cassette pour source de rayons X comprenant une première bobine, une deuxième bobine et un ruban de matériau cible, le ruban ayant une extrémité fixée sur la première bobine et une autre extrémité fixée sur la deuxième bobine, la cassette étant adaptée pour recevoir des moyens d’entraînement de la première bobine et de la deuxième bobine adaptés pour enrouler une première partie du ruban autour de la première bobine tout en déroulant une deuxième partie du ruban de la deuxième bobine et vice versa, et la cassette comprenant au moins une ouverture adaptée pour le passage d’une zone intermédiaire du ruban entre la première partie et la deuxième partie de ruban, la cassette étant adaptée pour que des moyens de tension appliquent une tension à la zone intermédiaire du ruban lorsque la zone intermédiaire est en contact avec une pièce d’appui, et la zone intermédiaire du ruban de matériau cible étant adaptée pour recevoir un faisceau d’impulsions laser focalisé et pour générer des rayons X.The invention also provides a cassette for an X-ray source comprising a first coil, a second coil and a ribbon of target material, the ribbon having one end fixed to the first coil and another end fixed to the second coil, the cassette being adapted to receive means for driving the first reel and the second reel adapted to wind a first part of the ribbon around the first reel while unwinding a second part of the ribbon from the second reel and vice versa, and the cassette comprising at least one opening adapted for the passage of an intermediate zone of the ribbon between the first part and the second part of ribbon, the cassette being adapted so that tensioning means apply tension to the intermediate zone of the ribbon when the intermediate zone is in contact with a support piece, and the intermediate zone of the ribbon of target material being adapted to receive a beam of lase pulses r focused and to generate X-rays.
[0025] Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.Of course, the different characteristics, variants and embodiments of the invention can be associated with each other in various combinations as long as they are not incompatible or mutually exclusive of each other.
[0026] La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée.The description which follows with reference to the accompanying drawings, given by way of nonlimiting examples, will make it clear what the invention consists of and how it can be carried out.
[0027] De plus, diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description annexée effectuée en référence aux dessins qui illustrent des formes, non limitatives, de réalisation de l'invention et où :In addition, various other characteristics of the invention appear from the appended description made with reference to the drawings which illustrate non-limiting forms of embodiment of the invention and where:
[fig.l] représente schématiquement une source de rayons X par interaction laser selon un premier mode de réalisation,[fig.l] schematically represents a source of X-rays by laser interaction according to a first embodiment,
[fig.2] illustre schématiquement les déplacements relatifs entre un ruban de matériau cible et un faisceau laser impulsionnel dans la zone d’interaction,[fig.2] schematically illustrates the relative displacements between a ribbon of target material and a pulsed laser beam in the interaction zone,
[fig.3] représente schématiquement une cassette comprenant un ruban de matériau cible pour interaction avec un faisceau laser selon le premier mode de réalisation, [fig.4] représente schématiquement une cassette comprenant un ruban de matériau cible selon un deuxième mode de réalisation,[fig.3] schematically represents a cassette comprising a ribbon of target material for interaction with a laser beam according to the first embodiment, [fig.4] schematically represents a cassette comprising a ribbon of target material according to a second embodiment,
[fig.5] représente schématiquement en vue de côté une source de rayons X selon le deuxième mode de réalisation dans une configuration au repos,[Fig.5] schematically shows a side view of an X-ray source according to the second embodiment in an idle configuration,
[fig.6] représente schématiquement en vue de côté la source de rayons X selon le deuxième mode de réalisation dans une configuration de mise sous tension du ruban, [fig.7] représente schématiquement en vue de côté la source de rayons X selon le deuxième mode de réalisation, le ruban cible étant en position pour interagir avec un faisceau d’impulsions laser, [fig.8] représente schématiquement une vue en perspective de la source de rayons X selon le deuxième mode de réalisation en configuration d’interaction entre un faisceau d’impulsions laser et le ruban cible.[fig.6] schematically shows in side view the x-ray source according to the second embodiment in a tensioning configuration of the ribbon, [fig.7] schematically shows in side view the x-ray source according to the second embodiment, the target ribbon being in position for interacting with a beam of laser pulses, [fig.8] schematically represents a perspective view of the X-ray source according to the second embodiment in the configuration of interaction between a laser pulse beam and the target ribbon.
[0028] Il est à noter que sur ces figures les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différentes variantes peuvent présenter les mêmes références.It should be noted that in these figures the structural and / or functional elements common to the different variants may have the same references.
[0029] Dans le présent document, on considère une source laser adaptée pour générer un faisceau laser impulsionnel ayant des impulsions de durée comprise entre 10 fs et 100 ps, de préférence entre 20 fs et 10 ps et de manière encore plus préférentielle entre 100 fs et 5 ps. L’énergie par impulsion est comprise en 1 mJ et 10 J et de manière préférentielle entre 20mJ et IJ. La puissance laser est comprise entre 10W et lOkW et de manière préférentielle entre 100W et 5kW. Enfin la longueur d’onde du laser est de préférence comprise entre 800 et 1200nm. Dans la suite du document, on utilise de manière synonyme les termes de faisceau laser, faisceau d’impulsions laser et faisceau laser impulsionnel. Le faisceau laser impulsionnel est focalisé de manière à atteindre une intensité supérieure à environ 1016 W.cm2 pour générer un rayonnement X par interaction entre le laser et un matériau cible.In this document, we consider a laser source suitable for generating a pulsed laser beam having pulses of duration between 10 fs and 100 ps, preferably between 20 fs and 10 ps and even more preferably between 100 fs and 5 ps. The energy per pulse is between 1 mJ and 10 J and preferably between 20mJ and IJ. The laser power is between 10W and 10kW and preferably between 100W and 5kW. Finally, the wavelength of the laser is preferably between 800 and 1200nm. In the remainder of the document, the terms laser beam, laser pulse beam and pulse laser beam are used in a synonymous manner. The pulsed laser beam is focused so as to reach an intensity greater than approximately 10 16 W.cm 2 to generate X-radiation by interaction between the laser and a target material.
[0030] Sur les figures 1 à 8, des signes de référence identiques désignent des éléments analogues ou similaires.In Figures 1 to 8, identical reference signs denote analogous or similar elements.
[0031] Sur la figure 1, on a représenté une source de rayons X 100 comprenant une cassette 10. La cassette 10 contient un ruban 15 déroulant de matériau cible. La cassette 10 est disposée dans un boîtier 60. Le boîtier 60 est de préférence une enceinte à vide. Un système de pompage permet de placer le boîtier et la cassette sous vide primaire ou se condaire. Le boîtier 60 est fabriqué de préférence en matériau de blindage par exemple en plomb ou en tungstène adapté pour absorber les rayons X. Le boîtier 60 comporte une première ouverture 61 munie d’un hublot adapté pour recevoir un faisceau d’impulsions laser 40. Un système optique 41, par exemple à lentille, focalise le faisceau d’impulsions laser 40 à travers le hublot dans une zone d’interaction sur une face avant du ruban 15 de matériau cible. Le boîtier 60 comporte une deuxième ouverture 62 munie d’un autre hublot adapté pour le passage d’un faisceau 50 de rayons X émis par la face arrière du ruban 15.In Figure 1, there is shown an X-ray source 100 comprising a cassette 10. The cassette 10 contains a ribbon 15 drop of target material. The cassette 10 is placed in a housing 60. The housing 60 is preferably a vacuum enclosure. A pumping system makes it possible to place the case and the cassette under primary vacuum or to condense. The housing 60 is preferably made of a shielding material, for example lead or tungsten suitable for absorbing X-rays. The housing 60 has a first opening 61 provided with a window adapted to receive a beam of laser pulses 40. A optical system 41, for example with a lens, focuses the beam of laser pulses 40 through the window in an interaction zone on a front face of the ribbon 15 of target material. The housing 60 has a second opening 62 provided with another porthole adapted for the passage of a beam 50 of X-rays emitted by the rear face of the ribbon 15.
[0032] Le matériau du ruban cible peut être constitué en métal ou alliage métallique brut ou déposé sur un substrat. Le matériau du ruban cible est de préférence choisi parmi du cuivre, molybdène, argent, tantale ou du tungstène ou un alliage métallique comprenant au moins un de ces matériaux.The target tape material can be made of metal or raw metal alloy or deposited on a substrate. The material of the target ribbon is preferably chosen from copper, molybdenum, silver, tantalum or tungsten or a metal alloy comprising at least one of these materials.
[0033] Selon les lois de la physique d’interaction laser-matière, l’émission de rayons X est isotrope si les effets de réabsorption dans la cible sont négligeables. L’épaisseur du ruban de matériau cible est choisie suffisamment fine pour que son absorption dans la gamme d’intérêt du spectre de rayons X soit faible. L’épaisseur du ruban est généralement comprise entre 10 micromètres et 200 micromètres (pm), par exemple de 50 pm et dépend du matériau utilisé. La largeur du ruban est généralement comprise entre 1 mm et 10 cm. La longueur du ruban est généralement comprise entre 10 m et 500 m, par exemple de 150 m.According to the laws of physics of laser-matter interaction, the emission of X-rays is isotropic if the effects of reabsorption in the target are negligible. The thickness of the target material ribbon is chosen to be thin enough so that its absorption in the range of interest of the X-ray spectrum is low. The thickness of the tape is generally between 10 micrometers and 200 micrometers (pm), for example 50 pm and depends on the material used. The width of the ribbon is generally between 1 mm and 10 cm. The length of the ribbon is generally between 10 m and 500 m, for example 150 m.
[0034] La cassette de ruban 15 de matériau cible permet de faire défiler le ruban transversalement au faisceau laser. Un moteur entraîne le défilement du ruban. Dans ce premier mode de réalisation, l’angle d’incidence du faisceau laser 40 sur le ruban 15 est compris entre 10 degrés et 60 degrés de préférence de 45 degrés.The ribbon cassette 15 of target material makes it possible to scroll the ribbon transversely to the laser beam. A motor drives the ribbon. In this first embodiment, the angle of incidence of the laser beam 40 on the ribbon 15 is between 10 degrees and 60 degrees, preferably 45 degrees.
[0035] Le ruban 15 est disposé en contact avec une pièce d’appui 21, aussi appelée pièce d’usure, disposée précisément dans la zone d’interaction avec le faisceau d’impulsions laser 40. La pièce d’appui 21 détermine ainsi précisément la position de la face avant du ruban par rapport à la zone de focalisation du faisceau d’impulsions laser 40, suivant l’axe optique du faisceau d’impulsions laser. La pièce d’appui 21 peut prendre la forme d’un galet roulant ou d’un palier de glissement. Pour un faisceau laser de type gaussien, l’étendue de la zone de focalisation du faisceau laser 40 transversalement à l’axe optique du faisceau laser est comprise entre 1 pm et 50 pm.The ribbon 15 is disposed in contact with a support part 21, also called a wear part, precisely arranged in the zone of interaction with the beam of laser pulses 40. The support part 21 thus determines precisely the position of the front face of the ribbon with respect to the focusing zone of the laser pulse beam 40, along the optical axis of the laser pulse beam. The support piece 21 can take the form of a roller or a sliding bearing. For a Gaussian type laser beam, the extent of the focal area of the laser beam 40 transversely to the optical axis of the laser beam is between 1 μm and 50 μm.
[0036] Simultanément avec les impulsions laser, un système d’entrainement déroule le ruban tout en le maintenant sous tension contre la pièce d’appui 21.Simultaneously with the laser pulses, a drive system unwinds the ribbon while keeping it under tension against the support piece 21.
[0037] Cette action peut être réalisée dans les deux sens de déroulement du ruban. Le ruban peut également être décalé pour réaliser des trous sur une ligne parallèle.This action can be performed in both directions of unwinding of the ribbon. The ribbon can also be offset to make holes on a parallel line.
[0038] Lorsque le ruban d’une cassette est entièrement consommé, le boîtier 60 est mis à l’air, la cassette 10 est extraite du boîtier 60. Une nouvelle cassette est introduite avant de faire à nouveau le vide dans le boîtier 60.When the tape of a cassette is completely consumed, the housing 60 is vented, the cassette 10 is extracted from the housing 60. A new cassette is introduced before again creating a vacuum in the housing 60.
[0039] De façon avantageuse, l’enceinte à vide comporte plusieurs cassettes et des moyens automatiques pour remplacer la cassette dans la zone d’interaction avec le faisceau laser. A titre d’exemple, ces différentes cassettes peuvent contenir chacune un ruban de matériau différent, chaque matériau étant adapté pour émettre dans une partie spécifique du spectre de rayons X. Par exemple, une cassette contient un ruban de cuivre et une autre cassette un ruban de molybdène ou encore de tungstène.Advantageously, the vacuum enclosure has several cassettes and automatic means for replacing the cassette in the area of interaction with the laser beam. For example, these different cassettes can each contain a ribbon of different material, each material being adapted to emit in a specific part of the X-ray spectrum. For example, a cassette contains a copper ribbon and another cassette a ribbon molybdenum or tungsten.
[0040] Le déroulement du ruban en contact avec la pièce d’appui permet de déterminer précisément la position de la face avant du ruban par rapport à la zone de focalisation du faisceau laser. Ce positionnement précis limite les vibrations du ruban dans la zone de focalisation. L’amplitude des vibrations du ruban est limitée de préférence dans la longueur Rayleigh de focalisation, de préférence à environ 20 pm dans la direction OX dans la zone de focalisation. La cassette combinée à la pièce d’appui évite une défocalisation du faisceau laser par rapport au ruban et limite ainsi les instabilités d’émission de la source de rayons X.The unwinding of the ribbon in contact with the support part makes it possible to precisely determine the position of the front face of the ribbon with respect to the focusing zone of the laser beam. This precise positioning limits the vibrations of the ribbon in the focusing zone. The amplitude of the vibrations of the ribbon is preferably limited in the Rayleigh focusing length, preferably about 20 μm in the direction OX in the focusing zone. The cassette combined with the support piece avoids defocusing the laser beam relative to the ribbon and thus limits the emission instabilities of the X-ray source.
[0041] Le ruban défile suivant une direction OZ dans un repère orthonormé (ΟΧ, ΟΥ, OZ), la direction latérale étant la direction OY. Dans ce repère, les rayons X sont émis préférentiellement autour de la direction OX. Dans la zone d’interaction, le ruban est localement dans un plan YZ.The ribbon travels in an OZ direction in an orthonormal coordinate system (ΟΧ, ΟΥ, OZ), the lateral direction being the OY direction. In this coordinate system, the X-rays are emitted preferentially around the direction OX. In the interaction area, the ribbon is locally in a YZ plane.
[0042] La figure 2 illustre l’impact des impulsions d’un faisceau laser sur un ruban de matériau cible en fonction du déplacement du ruban. Chaque impulsion laser produit un trou 5 dans le ruban 15. Le système d’entrainement induit un déplacement longitudinal 33 du ruban dans le sens de la longueur du ruban dans la zone d’interaction. Le déplacement longitudinal 33 s’effectue généralement à une vitesse constante, par exemple de 10 cm/s. La cadence des tirs laser détermine la durée entre deux impulsions consécutives. On en déduit la distance D entre deux trous 5 dans le ruban 15. Le positionnement du ruban contre la pièce d’appui permet de maintenir le ruban dans la zone de focalisation du faisceau d’impulsions laser. Ainsi, les trous 5 ont tous à peu près les mêmes dimensions et la distance D entre trous reste aussi constante. Le positionnement précis des trous 5 sur le ruban 15 évite un chevauchement des trous 5 susceptible de fragiliser le ruban 15 et d’entraîner une rupture du ruban lorsqu’il est sous tension et/ou de faire interagir le laser avec une surface déjà ablatée.FIG. 2 illustrates the impact of the pulses of a laser beam on a ribbon of target material as a function of the displacement of the ribbon. Each laser pulse produces a hole 5 in the ribbon 15. The drive system induces a longitudinal displacement 33 of the ribbon in the direction of the length of the ribbon in the interaction zone. The longitudinal movement 33 is generally carried out at a constant speed, for example 10 cm / s. The rate of the laser shots determines the duration between two consecutive pulses. The distance D between two holes 5 in the ribbon 15 is deduced therefrom. The positioning of the ribbon against the support piece makes it possible to maintain the ribbon in the focusing zone of the laser pulse beam. Thus, the holes 5 are all roughly the same dimensions and the distance D between holes also remains constant. The precise positioning of the holes 5 on the ribbon 15 avoids an overlap of the holes 5 which could weaken the ribbon 15 and cause the ribbon to break when it is under tension and / or cause the laser to interact with an already ablated surface.
[0043] Selon une variante, la source de rayons X comporte en outre un actionneur adapté pour produire un déplacement latéral 34 du ruban. Ce déplacement permet d’utiliser une surface maximum du ruban, avant de changer de cassette. Par exemple, on utilise un déplacement longitudinal 33 pour faire défiler le ruban dans un sens d’une première extrémité à l’autre extrémité du ruban. Puis, on applique un déplacement latéral 34, par exemple de lOOpm, et on fait défiler le ruban en sens inverse. Ainsi, les trous 5 formés dans le sens aller sont décalés par rapport aux trous formés dans le sens retour. Selon la largeur du ruban 15 et les dimensions des trous 5, il est possible de faire deux allerretours ou plus en utilisant le même ruban 15. Cette configuration permet d’allonger la durée d’utilisation d’une cassette. Selon une variante particulière, le ruban 15 est constitué de deux ou plusieurs bandes de matériaux différents disposées côte à côte dans le sens de la longueur du ruban. Ainsi, un déplacement latéral 34 permet de changer le matériau cible sans changer de cassette. L’utilisation de deux ou plusieurs matériaux cibles permet d’accorder le spectre de rayons X. Le ruban peut comporter plusieurs bandes de matériaux différents qui peuvent être disposés de plusieurs façons par exemple parallèles ou transverses. La bande peut être réalisée dans le(s) matériau(x) métallique(s) choisi(s) ou fabriquée par dépôt d’une ou de plusieurs couches minces du ou des matériaux choisis sur un même substrat.Alternatively, the X-ray source further includes an actuator adapted to produce lateral displacement 34 of the ribbon. This displacement makes it possible to use a maximum surface of the tape, before changing the cassette. For example, a longitudinal displacement 33 is used to scroll the ribbon in a direction from a first end to the other end of the ribbon. Then, a lateral displacement 34 is applied, for example 100 μm, and the strip is scrolled in the opposite direction. Thus, the holes 5 formed in the forward direction are offset with respect to the holes formed in the return direction. Depending on the width of the tape 15 and the dimensions of the holes 5, it is possible to make two or more round trips using the same tape 15. This configuration makes it possible to extend the duration of use of a cassette. According to a particular variant, the ribbon 15 consists of two or more strips of different materials arranged side by side in the direction of the length of the ribbon. Thus, a lateral displacement 34 makes it possible to change the target material without changing the cassette. The use of two or more target materials makes it possible to tune the X-ray spectrum. The ribbon can comprise several strips of different materials which can be arranged in several ways, for example parallel or transverse. The strip can be made of the metallic material (s) chosen or made by depositing one or more thin layers of the chosen material (s) on the same substrate.
[0044] La figure 3 représente en perspective et par transparence une cassette 10 selon un premier mode de réalisation. La cassette comporte un boîtier de forme générale parallélépipédique rectangle. Les dimensions de la cassette sont d’environ 35 cm x 20 cm x 2 à 3 cm de préférence.Figure 3 shows in perspective and by transparency a cassette 10 according to a first embodiment. The cassette has a generally rectangular rectangular housing. The dimensions of the cassette are preferably about 35 cm x 20 cm x 2 to 3 cm.
[0045] La cassette 10 comporte une première bobine 11, une deuxième bobine 12 et un ruban 15 d’un ou plusieurs matériaux cibles. Une extrémité du ruban 15 est fixée sur la première bobine 11 et une autre extrémité du ruban 15 est fixée sur la deuxième bobine 12. La source de rayons X comprend un système de motorisation adapté pour entraîner l’enroulement du ruban autour de l’axe 111 de la première bobine 11 et simultanément le déroulement du ruban autour de l’axe 121 de la deuxième bobine 12.The cassette 10 comprises a first reel 11, a second reel 12 and a ribbon 15 of one or more target materials. One end of the ribbon 15 is fixed to the first reel 11 and another end of the ribbon 15 is fixed to the second reel 12. The X-ray source comprises a motorization system adapted to drive the winding of the ribbon around the axis 111 of the first reel 11 and simultaneously the unwinding of the ribbon around the axis 121 of the second reel 12.
[0046] De façon avantageuse, la source de rayons X comporte un moteur couplé mécaniquement à chaque axe de bobine de la cassette. Les moteurs sont de préférence bidirectionnels. Un système électronique contrôle chaque moteur en couple et/ou en vitesse. Dans un exemple de réalisation, les moteurs sont disposés dans l’enceinte à vide et déportés par rapport à l’axe des bobines. En variante, les moteurs sont disposés à l’extérieur de l’enceinte à vide et couplés mécaniquement à l’axe des bobines. Selon une autre variante, la cassette 10 intègre un premier moteur dont l’arbre est sur l’axe de la première bobine 11 et de préférence un deuxième moteur dont l’arbre est sur l’axe de la deuxième bobine 12.Advantageously, the X-ray source comprises a motor mechanically coupled to each axis of the reel of the cassette. The motors are preferably bidirectional. An electronic system controls each engine in torque and / or speed. In an exemplary embodiment, the motors are arranged in the vacuum enclosure and offset relative to the axis of the coils. Alternatively, the motors are arranged outside the vacuum enclosure and mechanically coupled to the axis of the coils. According to another variant, the cassette 10 incorporates a first motor whose shaft is on the axis of the first coil 11 and preferably a second motor whose shaft is on the axis of the second coil 12.
[0047] La cassette 10 comporte aussi une ouverture 17 disposée sur un bord de la cassette et un système de guidage comprenant des galets de roulement 13, aussi appelés ici rouleaux de guidage. De façon particulièrement avantageuse, le système de guidage comporte en outre deux autres rouleaux de guidage 14, disposés de part et d’autre de l’ouverture 17 et mobiles en translation parallèlement à la direction OX. La face avant du ruban 15 est en contact avec les deux rouleaux de guidage 13 et les deux autres rouleaux de guidage 14. La combinaison des rouleaux de guidage 13 et 14 permet de guider le ruban pendant le déplacement longitudinal du ruban à travers l’ouverture 17. Plus précisément, les rouleaux de guidage 14 sont montés mobiles en translation dans des ouvertures 16 orientées suivant la direction OX, autrement dit transversalement à la surface du ruban, ce qui permet de plaquer la face arrière du ruban contre la pièce d’appui 21 qui est fixée au bâti de la source de rayons X. Ainsi, les rouleaux de guidage 14 appliquent une tension sur la partie intermédiaire du ruban en contact avec la pièce d’appui. La pièce d’appui 21 n’est pas fixée à la cassette 10. La position de la pièce d’appui 21 reste indépendante de la position de la cassette 10.The cassette 10 also has an opening 17 disposed on an edge of the cassette and a guide system comprising rollers 13, also called here guide rollers. Particularly advantageously, the guide system further comprises two other guide rollers 14, arranged on either side of the opening 17 and movable in translation parallel to the direction OX. The front face of the ribbon 15 is in contact with the two guide rollers 13 and the other two guide rollers 14. The combination of the guide rollers 13 and 14 makes it possible to guide the ribbon during the longitudinal displacement of the ribbon through the opening 17. More specifically, the guide rollers 14 are mounted movable in translation in openings 16 oriented in the direction OX, in other words transversely to the surface of the ribbon, which enables the rear face of the ribbon to be pressed against the support piece. 21 which is fixed to the frame of the X-ray source. Thus, the guide rollers 14 apply tension to the intermediate part of the strip in contact with the support piece. The support piece 21 is not fixed to the cassette 10. The position of the support piece 21 remains independent of the position of the cassette 10.
[0048] Dans l’exemple illustré en figure 3, la pièce d’appui 21 comporte une ouverture conique 22 de section circulaire ayant un sommet tronqué de diamètre compris entre 100 pm et 1 mm, de préférence entre 100 pm et 200 pm. L’ouverture conique 22 de la pièce d’appui 21 est transparente aux rayons X. La surface de contact de la pièce d’appui est généralement plane ou en portion de cylindre convexe.In the example illustrated in Figure 3, the support piece 21 has a conical opening 22 of circular section having a truncated apex with a diameter between 100 µm and 1 mm, preferably between 100 µm and 200 µm. The conical opening 22 of the support piece 21 is transparent to X-rays. The contact surface of the support piece is generally flat or in a portion of a convex cylinder.
[0049] Le positionnement de la cassette 10 dans la source de rayons X peut être réalisé au dixième de mm ou au mm près. Toutefois, le système de guidage du ruban contre la pièce d’appui 21 permet d’obtenir une précision de positionnement de la zone intermédiaire du ruban avec une incertitude inférieure à 20 pm le long de l’axe optique du faisceau laser par rapport à la zone de focalisation du faisceau laser.The positioning of the cassette 10 in the X-ray source can be achieved to the tenth of a mm or to the nearest mm. However, the system for guiding the ribbon against the support piece 21 makes it possible to obtain positioning accuracy for the intermediate zone of the ribbon with an uncertainty of less than 20 μm along the optical axis of the laser beam relative to the laser beam focusing area.
[0050] Le ou les moteurs permettent le défilement du ruban à une vitesse adaptée en fonction de la cadence de tir du laser pour assurer le renouvellement continu du matériau cible tout en exploitant une surface optimale du ruban cible. Chaque tir laser ablate une surface en forme de disque ou d’ellipse en fonction de l’angle d’incidence entre la normale à la face avant du ruban et l’axe optique du faisceau laser incident. Dans la direction Z, la tache focale ablate une surface sur une hauteur d’environ 5 pm. La cadence du laser est généralement comprise entre 100 Hz et 1 kHz. La vitesse du défilement est ajustée entre environ 10 mm/s et 1000 mm/s de manière à ce que la distance D entre deux surfaces ablatées consécutives soit comprise entre 0,1 mm et 1 mm. Par exemple, la longueur du ruban est de 150 m, on peut effectuer 3xl05 trous espacés de 1x0,5 mm, ce qui correspond à une durée d’utilisation en continu de 300 s pour une cadence de tir laser de 1 kHz. En déplaçant latéralement le ruban il est possible de faire une autre ligne et d’augmenter la durée de vie du ruban.Or the motors allow the ribbon to scroll at a speed adapted according to the rate of fire of the laser to ensure the continuous renewal of the target material while exploiting an optimal surface of the target ribbon. Each laser shot ablates a disc or elliptical surface depending on the angle of incidence between the normal to the front of the ribbon and the optical axis of the incident laser beam. In the Z direction, the focal spot ablates a surface to a height of about 5 µm. The laser rate is generally between 100 Hz and 1 kHz. The scrolling speed is adjusted between approximately 10 mm / s and 1000 mm / s so that the distance D between two consecutive ablated surfaces is between 0.1 mm and 1 mm. For example, the length of the ribbon is 150 m, 3 × 10 5 holes can be made, spaced 1x0.5 mm apart, which corresponds to a continuous use time of 300 s for a laser shooting rate of 1 kHz. By moving the ribbon sideways it is possible to make another line and increase the life of the ribbon.
[0051] Dans une autre variante non illustrée, la cassette 10, la pièce d’appui et le ruban sont disposés dans un volume étanche sous vide. Dans cette variante, le volume étanche comporte un hublot d’entrée pour le faisceau laser, un système optique de focalisation et un hublot de sortie pour le faisceau de rayons X. Plus précisément, l’ensemble formé de la cassette, du ruban, de la pièce d’appui, du système optique de focalisation et de la fenêtre de sortie des rayons X est disposé dans un même boîtier sous vide statique. Cet ensemble est remplacé en entier lorsque le ruban est consommé. Dans ce cas, les moteurs d’entrainement sont disposés à l’extérieur du boîtier et sont couplés mécaniquement avec le boîtier sans casser le vide. Une telle cassette peut être manipulée à l’air ambiant et remplacée sans opération de mise à l’air puis de pompage d’une enceinte à vide.In another variant not shown, the cassette 10, the support piece and the ribbon are arranged in a vacuum-tight volume. In this variant, the sealed volume includes an inlet port for the laser beam, an optical focusing system and an outlet port for the X-ray beam. More precisely, the assembly formed by the cassette, ribbon, the support piece, the focusing optical system and the x-ray exit window is placed in the same housing under static vacuum. This set is replaced in its entirety when the ribbon is consumed. In this case, the drive motors are arranged outside the housing and are mechanically coupled with the housing without breaking the vacuum. Such a cassette can be handled in ambient air and replaced without the operation of venting and then pumping a vacuum enclosure.
[0052] Les figures 4 à 8 illustrent un deuxième mode de réalisation d’une cassette 10 et d’une source de rayons X intégrant cette cassette.Figures 4 to 8 illustrate a second embodiment of a cassette 10 and an X-ray source incorporating this cassette.
[0053] La figure 4 montre la cassette selon le deuxième mode de réalisation vue de l’extérieur. La cassette a une forme générale parallélépipédique et comporte une large ouverture rectangulaire 16 qui donne accès à la zone intermédiaire du ruban située entre la première partie du ruban enroulée autour de l’axe 111 de la première bobine 11 et la deuxième partie du ruban enroulée autour de l’axe 121 de la deuxième bobine 12. Les dimensions de la cassette 10 sont d’environ 35x20x3 cm. Les dimensions de l’ouverture rectangulaire 16 sont d’environ 8x4x3 cm. La face avant 151 du ruban est disposée face à l’ouverture 16 de la cassette, la face arrière 152 du ruban étant opposée à la face avant 151.Figure 4 shows the cassette according to the second embodiment seen from the outside. The cassette has a generally parallelepiped shape and has a large rectangular opening 16 which gives access to the intermediate zone of the ribbon situated between the first part of the ribbon wound around the axis 111 of the first reel 11 and the second part of the ribbon wound around of the axis 121 of the second reel 12. The dimensions of the cassette 10 are approximately 35x20x3 cm. The dimensions of the rectangular opening 16 are approximately 8x4x3 cm. The front face 151 of the ribbon is arranged facing the opening 16 of the cassette, the rear face 152 of the ribbon being opposite the front face 151.
[0054] La figure 5 montre une vue de côté d’une cassette dans une source de rayons X selon le deuxième mode de réalisation lors du chargement de la cassette dans la source de rayons X. La source de rayons X comporte un bâti, comprenant une plaque support 63 et une plateforme 64 sur laquelle sont fixées deux équerres 65. Un système de guidage linéaire 26 avec vis sans fin et deux axes de guidage parallèles est monté entre les deux équerres. Un chariot 20 est monté mobile en translation au moyen du système de guidage linéaire 26 et d’un actionneur 25 comprenant un petit moteur entraînant une courroie dans l’exemple de la figure 5. L’ensemble de la source de rayons X sur la plaque support 63 est placé dans une enceinte à vide.FIG. 5 shows a side view of a cassette in an X-ray source according to the second embodiment when the cassette is loaded into the X-ray source. The X-ray source comprises a frame, comprising a support plate 63 and a platform 64 on which two brackets 65 are fixed. A linear guide system 26 with worm screw and two parallel guide pins is mounted between the two brackets. A carriage 20 is mounted movable in translation by means of the linear guide system 26 and an actuator 25 comprising a small motor driving a belt in the example of FIG. 5. The whole of the X-ray source on the plate support 63 is placed in a vacuum enclosure.
[0055] Un système de motorisation comportant par exemple deux moteurs 31, 32 est fixé sur une des équerres 65. La cassette 10 est mise en place de manière à ce que l’arbre du moteur 31 soit couplé avec l’axe 111 de la première bobine 11 et l’arbre du moteur 32 soit couplé avec l’axe de la deuxième bobine 12.A motorization system comprising for example two motors 31, 32 is fixed on one of the brackets 65. The cassette 10 is placed so that the motor shaft 31 is coupled with the axis 111 of the first coil 11 and the motor shaft 32 is coupled with the axis of the second coil 12.
[0056] La source de rayons X comporte aussi une monture 42 par exemple de type traitpoint-plan. La monture 42 est fixée au bâti de la source de rayons X. Un système optique 41 par exemple à lentille est disposé dans la monture 42. La monture est ajustée de manière à focaliser précisément le faisceau d’impulsions laser 40 sur la face avant du ruban.The X-ray source also includes a frame 42, for example of the point-plane type. The mount 42 is fixed to the frame of the X-ray source. An optical system 41, for example with a lens, is arranged in the mount 42. The mount is adjusted so as to precisely focus the beam of laser pulses 40 on the front face of the ribbon.
[0057] Au repos, le ruban 15 est tendu, par exemple au moyen de rouleaux de guidage 13 à travers l’ouverture 16 de la cassette 10. Sur la figure 5, le ruban 15 est tendu parallèlement à l’axe OZ à travers l’ouverture 16 de la cassette 10. Comme illustré sur la figure 8, la cassette 10 comporte par exemple des rouleaux de guidage 13. Au repos, les rouleaux de guidage 13 sont disposés de façon à maintenir le ruban 15 dans un plan fixe à travers l’ouverture 16. De façon avantageuse, la cassette comporte un système de détection 19 d’extrémité de ruban à proximité de chaque bobine.At rest, the ribbon 15 is stretched, for example by means of guide rollers 13 through the opening 16 of the cassette 10. In FIG. 5, the ribbon 15 is stretched parallel to the axis OZ through the opening 16 of the cassette 10. As illustrated in FIG. 8, the cassette 10 comprises, for example, guide rollers 13. At rest, the guide rollers 13 are arranged so as to hold the ribbon 15 in a fixed plane at through the opening 16. Advantageously, the cassette includes a tape end detection system 19 near each reel.
[0058] La source de rayons X comporte ici un chariot 20 mobile en translation le long de deux axes parallèles. Le système de guidage linéaire 26 est par exemple constitué de deux rails de guidage linéaires ou d’une vis sans fin et d’un rail de guidage linéaire. Le chariot 20 supporte une pièce d’appui 21 et deux rouleaux de guidage 24 disposés de part et d’autre de la pièce d’appui 21. Le chariot 20, la pièce d’appui 21 et les deux rouleaux de guidage 24 sont mécaniquement solidaires.The X-ray source here comprises a carriage 20 movable in translation along two parallel axes. The linear guide system 26 is for example made up of two linear guide rails or a worm screw and a linear guide rail. The carriage 20 supports a support piece 21 and two guide rollers 24 arranged on either side of the support piece 21. The carriage 20, the support piece 21 and the two guide rollers 24 are mechanically united.
[0059] De façon avantageuse, la pièce d’appui 21 comporte une ouverture conique de section circulaire et de sommet tronqué dont l’ouverture au sommet a un diamètre compris entre 50 pm et 5 mm et de préférence entre 100 à 200 pm, l’ouverture au sommet étant disposée ici du côté du faisceau laser incident.Advantageously, the support piece 21 has a conical opening of circular section and truncated top, the aperture at the top has a diameter between 50 pm and 5 mm and preferably between 100 to 200 pm, l aperture at the top being arranged here on the side of the incident laser beam.
[0060] Lorsqu’on charge (ou décharge) la cassette dans la source de rayons X, le chariot 20 est placé à une extrémité du système de guidage linéaire 26, de manière à ce que la pièce d’appui 21 et les deux rouleaux de guidage 24 soient situés dans l’ouverture 16 de la cassette entre la face avant 151 du ruban et le boîtier de la cassette, sans contact avec le ruban, comme illustré sur la figure 5.When loading (or unloading) the cassette in the X-ray source, the carriage 20 is placed at one end of the linear guide system 26, so that the support piece 21 and the two rollers guide 24 are located in the opening 16 of the cassette between the front face 151 of the ribbon and the casing of the cassette, without contact with the ribbon, as illustrated in FIG. 5.
[0061] La figure 6 illustre une étape intermédiaire de mise en place du ruban dans la source de rayons X. Sur cette figure 6, l’actionneur 25 entraîne la rotation d’une vis sans fin du système de guidage linéaire 26, qui entraîne le déplacement du chariot 20 avec la pièce d’appui 21 et les deux rouleaux de guidage 24 parallèlement à l’axe OX en direction de l’autre extrémité du système de guidage linéaire 26. Du fait de ce déplacement, la face avant 151 du ruban est mise en contact avec la pièce d’appui 21 et les deux rouleaux de guidage 24. Le déplacement du chariot 20 entraîne ensuite un déroulement d’une partie du ruban enroulée autour de la première bobine 11 et d’une autre partie du ruban enroulée autour de la deuxième bobine 12. Le ruban est alors tendu entre les rouleaux de guidage 24 et la pièce d’appui 21. La surface de la pièce d’appui en contact avec le ruban peut être plane, en portion de sphère ou de cylindre ou encore en forme de dièdre. Afin de limiter les frottements, la surface de contact entre le ruban et la pièce d’appui est la plus petite possible, par exemple de 100 pmx 3 cm.FIG. 6 illustrates an intermediate step of placing the ribbon in the X-ray source. In this FIG. 6, the actuator 25 drives the rotation of a worm screw of the linear guide system 26, which drives the movement of the carriage 20 with the support piece 21 and the two guide rollers 24 parallel to the axis OX in the direction of the other end of the linear guide system 26. As a result of this movement, the front face 151 of the the ribbon is brought into contact with the support piece 21 and the two guide rollers 24. The movement of the carriage 20 then causes a portion of the ribbon wound around the first reel 11 and another part of the ribbon to unwind wound around the second reel 12. The ribbon is then stretched between the guide rollers 24 and the support piece 21. The surface of the support piece in contact with the ribbon can be flat, in a portion of a sphere or cylinder or dihedral. In order to limit friction, the contact surface between the tape and the support piece is as small as possible, for example 100 pmx 3 cm.
[0062] La figure 7 représente le ruban de matériau cible en position de fonctionnement dans la source de rayons X selon le deuxième mode de réalisation. Sur cette figure 7, le système de guidage linéaire 26 est en butée à l’extrémité des axes de guidage la plus éloignée de la cassette. La face avant 151 du ruban reste en contact simultanément avec la pièce d’appui 21 et les deux rouleaux de guidage 24 en dehors de l’ouverture 16 de la cassette. Le ruban 15 formant un angle au sommet supérieur à 45 degrés entre les deux rouleaux de guidage 24 et la pièce d’appui 21.Figure 7 shows the target material ribbon in the operating position in the X-ray source according to the second embodiment. In this FIG. 7, the linear guide system 26 is in abutment at the end of the guide axes furthest from the cassette. The front face 151 of the tape remains in contact simultaneously with the support piece 21 and the two guide rollers 24 outside the opening 16 of the cassette. The ribbon 15 forming an apex angle greater than 45 degrees between the two guide rollers 24 and the support piece 21.
[0063] Les rouleaux de guidage 23, 24 permettent de conserver le même angle du ruban sur la pièce d’appui 21, quelle que soit la portion de ruban utilisée en début ou fin du ruban.The guide rollers 23, 24 make it possible to keep the same angle of the ribbon on the support piece 21, whatever the portion of ribbon used at the start or end of the ribbon.
[0064] Dans cette position, la pièce d’appui se trouve dans la zone de focalisation du faisceau laser 40. Plus précisément, la face avant du ruban en projection face à l’ouverture 22 dans la pièce d’appui est située dans la zone de focalisation du faisceau laser 40. Le système optique 41 est ajusté de manière à focaliser précisément le faisceau laser 40 sur la face avant du ruban.In this position, the support piece is located in the focusing area of the laser beam 40. More specifically, the front face of the ribbon projecting opposite the opening 22 in the support piece is located in the laser beam focusing area 40. The optical system 41 is adjusted so as to precisely focus the laser beam 40 on the front face of the ribbon.
[0065] De façon avantageuse, comme illustré sur les figures 5 à 7, un système d’imagerie forme l’image des trous réalisés sur le ruban métallique lorsque celui-ci se trouve dans la zone de focalisation du faisceau laser 40. Le système d’imagerie comporte par exemple une autre source lumineuse émettant un faisceau d’éclairage 45 et un système optique 46 adapté pour former une image de la zone de focalisation du faisceau laser sur un détecteur d’image, par exemple une caméra de visualisation. Un tel système d’imagerie permet de contrôler la position du faisceau laser par rapport au ruban en position de fonctionnement.Advantageously, as illustrated in FIGS. 5 to 7, an imaging system forms the image of the holes made on the metal strip when the latter is in the focusing zone of the laser beam 40. The system imaging comprises for example another light source emitting an illumination beam 45 and an optical system 46 adapted to form an image of the focusing area of the laser beam on an image detector, for example a display camera. Such an imaging system makes it possible to control the position of the laser beam relative to the ribbon in the operating position.
[0066] Ce système de source à cassette amovible combiné à une pièce d’appui permet d’obtenir une grande précision de positionnement du faisceau laser focalisé par rapport au ruban cible et de réduire fortement les vibrations dans le ruban.This removable cassette source system combined with a support piece makes it possible to obtain high positioning accuracy of the focused laser beam relative to the target ribbon and to greatly reduce the vibrations in the ribbon.
[0067] De plus, la cassette permet de fournir une quantité importante de matériau cible dans un volume très compact. La cassette est amovible et constitue un consommable pour la source de rayons X. Le remplacement de la cassette de matériau cible est aisé.In addition, the cassette makes it possible to provide a large quantity of target material in a very compact volume. The cassette is removable and constitutes a consumable for the X-ray source. The replacement of the cassette of target material is easy.
[0068] En fonctionnement, comme illustré sur la figure 8, la face avant du ruban est en appui contre l’ouverture conique 22 de la pièce d’appui. Le moteur 31 entraîne la rotation de la première bobine 11 sur son axe 111, ce qui entraîne le défilement du ruban suivant l’axe OZ, vers le haut ou vers le bas, par glissement sur la pièce d’appui 21. De même, le moteur 32 entraîne la rotation de la deuxième bobine 12 sur son axe 112, ce qui entraîne le défilement du ruban suivant l’axe OZ, vers le haut ou vers le bas, par glissement sur la pièce d’appui 21. De façon avantageuse, le ou les moteur(s) 31, 32 sont pilotés à distance. Les moteurs 31, 32 tournent dans le même sens lors du défilement du ruban. Les moteurs 31, 32 sont adaptés pour tourner en sens inverse pour inverses le sens de défilement du ruban. Les moteurs 31, 32 sont de préférence contrôlés en couple et en vitesse. Plus précisément, le moteur 31 est contrôlé en vitesse et le moteur 32 contrôlé en couple, et vice versa. Par exemple, la source comporte un détecteur 18 en appui sur un rouleau de guidage 13 au voisinage de la deuxième bobine 12. Ce détecteur 18 permet de mesurer la vitesse de défilement du ruban. Ce système de contrôle permet de déterminer à la fois la vitesse de défilement du ruban et la tension du ruban dans la zone intermédiaire entre la première bobine et la deuxième bobine. Le système de contrôle électronique permet aussi de détecter automatiquement la fin du ruban. De façon alternative, la cassette comporte un ou plusieurs détecteurs optiques ou mécaniques 19 adaptés pour détecter une marque de fin sur le ruban.In operation, as illustrated in Figure 8, the front face of the ribbon bears against the conical opening 22 of the support piece. The motor 31 drives the rotation of the first coil 11 on its axis 111, which causes the ribbon to travel along the axis OZ, up or down, by sliding on the support piece 21. Similarly, the motor 32 drives the rotation of the second coil 12 on its axis 112, which causes the ribbon to travel along the axis OZ, up or down, by sliding on the support piece 21. Advantageously , the motor or motors 31, 32 are remotely controlled. The motors 31, 32 rotate in the same direction when the ribbon runs. The motors 31, 32 are adapted to turn in the opposite direction to reverse the direction of travel of the ribbon. The motors 31, 32 are preferably controlled in terms of torque and speed. More specifically, the motor 31 is speed controlled and the motor 32 torque controlled, and vice versa. For example, the source comprises a detector 18 bearing on a guide roller 13 in the vicinity of the second coil 12. This detector 18 makes it possible to measure the speed of travel of the ribbon. This control system makes it possible to determine both the speed of travel of the ribbon and the tension of the ribbon in the intermediate zone between the first reel and the second reel. The electronic control system also automatically detects the end of the tape. Alternatively, the cassette includes one or more optical or mechanical detectors 19 adapted to detect an end mark on the tape.
[0069] La source de rayons X peut aussi comporter un détecteur de température. Lorsque la source de rayons X est placée dans l’enceinte à vide, les moteurs ne sont pas refroidis par convection. De façon avantageuse, les moteurs sont déportés hors de l’enceinte à vide.The X-ray source can also include a temperature detector. When the X-ray source is placed in the vacuum chamber, the engines are not cooled by convection. Advantageously, the motors are deported outside the vacuum enclosure.
[0070] Le faisceau laser étant focalisé précisément dans l’ouverture 22 de la pièce d’appui 21, la face arrière du ruban 15 émet un rayonnement X. Cette disposition permet de positionner la source de rayons X au plus près de l’objet à étudier, par exemple pour former une image en rayons X.The laser beam being precisely focused in the opening 22 of the support piece 21, the rear face of the ribbon 15 emits X-rays. This arrangement makes it possible to position the source of X-rays as close as possible to the object to study, for example to form an X-ray image.
[0071] Dans les exemples illustrés sur les figures 5 à 8, le faisceau laser 40 est disposé sur un côté de la cassette et le faisceau d’imagerie de l’autre côté. De façon particulièrement avantageuse, le faisceau laser 40 et le faisceau d’imagerie sont disposés du même côté de la cassette, par exemple celui du faisceau laser 40. Cette disposition permet un accès à la cassette pour le chargement et déchargement. De plus, cette disposition permet de réduire l’encombrement de la source de rayons X.In the examples illustrated in Figures 5 to 8, the laser beam 40 is arranged on one side of the cassette and the imaging beam on the other side. Particularly advantageously, the laser beam 40 and the imaging beam are arranged on the same side of the cassette, for example that of the laser beam 40. This arrangement allows access to the cassette for loading and unloading. In addition, this arrangement makes it possible to reduce the size of the X-ray source.
[0072] De façon avantageuse, la source de rayons X comporte des moyens d’ajustement fin de la position de la zone de focalisation du faisceau laser 40 au sommet de l’ouverture 22 de la pièce d’appui.Advantageously, the X-ray source includes means for fine adjustment of the position of the focusing area of the laser beam 40 at the top of the opening 22 of the support piece.
[0073] De façon optionnelle, la source comporte un actionneur 35 de précision micrométrique adapté pour déplacer latéralement la cassette par rapport à la pièce d’appui 21 et la zone de focalisation du faisceau laser. Comme indiqué plus haut, l’actionneur 35 peut être utilisé lorsqu’on atteint une extrémité de ruban, pour utiliser une autre partie du ruban en défilant en sens inverse. L’actionneur 35 peut aussi être utilisé pour placer une bande de ruban en un autre matériau cible dans la zone de focalisation du faisceau laser afin d’accorder le spectre de rayons X émis.Optionally, the source includes an actuator 35 of micrometric precision adapted to laterally move the cassette relative to the support piece 21 and the focusing area of the laser beam. As indicated above, the actuator 35 can be used when reaching one end of the ribbon, to use another part of the ribbon by scrolling in reverse. The actuator 35 can also be used to place a strip of ribbon of another target material in the focusing area of the laser beam in order to tune the spectrum of X-rays emitted.
[0074] Sur la figure 8, on a représenté une vue en coupe de la cassette lors du fonctionnement de la source de rayons X avec un faisceau laser 40 focalisé sur la face avant 151 du ruban 15. Comme indiqué plus haut, le faisceau laser 40 et le faisceau d‘imagerie 45 sont toutefois de préférence disposés sur un même côté de manière à laisser libre le côté de la source où se trouve la cassette.In Figure 8, there is shown a sectional view of the cassette during operation of the X-ray source with a laser beam 40 focused on the front face 151 of the ribbon 15. As indicated above, the laser beam 40 and the imaging beam 45 are however preferably arranged on the same side so as to leave free the side of the source where the cassette is located.
[0075] La figure 8 représente aussi le système pour décaler latéralement le ruban 15 par rapport au faisceau laser 40. La plateforme 64 repose sur quatre supports 37 montés mobiles en translation sur deux rails de guidage linéaires 36. Les deux rails de guidage linéaires 36 sont fixés sur la plaque support 63 et orientés parallèlement à l’axe OY. La position du faisceau laser 40 reste fixe par rapport à la plaque support 63. Une vis micrométrique 35 motorisée est montée entre une équerre 38 fixée à la plaque support 63 et une autre équerre fixée à la plateforme 64. Lorsque la vis micrométrique 35 tourne, elle entraîne le déplacement de l’ensemble de la plateforme 64 le long des rails de guidage 36, tandis que la plaque support 63 et le faisceau laser 40 reste fixe. Ainsi, la plateforme entraîne le déplacement de la cassette et du ruban le long de l’axe OY. Lors de ce déplacement latéral, le ruban reste dans un plan YZ fixe dans la zone de focalisation du faisceau laser. Ainsi, le faisceau laser peut être focalisé successivement sur différentes zones du ruban disposées latéralement.Figure 8 also shows the system for laterally shifting the ribbon 15 relative to the laser beam 40. The platform 64 rests on four supports 37 mounted movable in translation on two linear guide rails 36. The two linear guide rails 36 are fixed on the support plate 63 and oriented parallel to the axis OY. The position of the laser beam 40 remains fixed relative to the support plate 63. A motorized micrometric screw 35 is mounted between a bracket 38 fixed to the support plate 63 and another bracket fixed to the platform 64. When the micrometric screw 35 rotates, it causes the entire platform 64 to move along the guide rails 36, while the support plate 63 and the laser beam 40 remain fixed. Thus, the platform causes the cassette and the ribbon to move along the OY axis. During this lateral displacement, the ribbon remains in a fixed YZ plane in the focusing zone of the laser beam. Thus, the laser beam can be successively focused on different areas of the ribbon arranged laterally.
[0076] Le déplacement de la vis micrométrique peut être synchronisé avec la détection de fin du ruban, de manière à appliquer un décalage latéral prédéterminé au ruban et à inverser simultanément le sens de rotation des deux moteurs 31, 32 pour faire défiler le même ruban en sens inverse et avec le décalage latéral prédéterminé. En fonction de la largeur du ruban, et des dimensions des trous dans le ruban, le décalage et l’inversion du sens de défilement du ruban peut être effectué une ou plusieurs fois.The movement of the micrometric screw can be synchronized with the detection of the end of the ribbon, so as to apply a predetermined lateral offset to the ribbon and simultaneously reverse the direction of rotation of the two motors 31, 32 to scroll the same ribbon. in the opposite direction and with the predetermined lateral offset. Depending on the width of the ribbon, and the dimensions of the holes in the ribbon, the ribbon can be shifted and reversed in one or more times.
[0077] La source de rayons X de la présente divulgation permet d’envisager de nouvelles applications à l’imagerie médicale, par exemple à la mammographie. Une telle source de rayons X trouve d’autres applications dans le contrôle industriel non destructif, dans la cristallographie et toute autre application utilisant des rayons X.The X-ray source of this disclosure makes it possible to envisage new applications in medical imaging, for example in mammography. Such a source of X-rays finds other applications in non-destructive industrial control, in crystallography and any other application using X-rays.
[0078] Bien entendu, diverses autres modifications peuvent être apportées à l’invention dans le cadre des revendications annexées.Of course, various other modifications can be made to the invention in the context of the appended claims.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1872703A FR3089748B1 (en) | 2018-12-11 | 2018-12-11 | X-ray source by interaction between a laser beam and a target material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1872703A FR3089748B1 (en) | 2018-12-11 | 2018-12-11 | X-ray source by interaction between a laser beam and a target material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| FR3089748B1 FR3089748B1 (en) | 2021-11-12 |
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ID=66867218
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| FR1872703A Active FR3089748B1 (en) | 2018-12-11 | 2018-12-11 | X-ray source by interaction between a laser beam and a target material |
Country Status (1)
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Citations (6)
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2018
- 2018-12-11 FR FR1872703A patent/FR3089748B1/en active Active
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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