FR3137812A1

FR3137812A1 - X-ray transmitting antenna comprising a plurality of X-ray sources

Info

Publication number: FR3137812A1
Application number: FR2206946A
Authority: FR
Inventors: Guillaume Royer; Christophe Bourat; Michel CAPLOT; Mickaël JOINET; Pierre Ribault; Gilles Gallet
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2022-07-07
Filing date: 2022-07-07
Publication date: 2024-01-12
Also published as: WO2024008692A1

Abstract

Antenne (1) à rayons X comprenant : une pluralité de sources (S) de rayons X comprenant chacune :une enceinte à vide (EV) ;une cathode (Cat) contrôlée par un interrupteur (I) pour émettre un faisceau d’électrons (FE) au sein de l’enceinte à vide ;une anode (A) comprenant une cible (C) agencée pour que le faisceau d’électrons impacte la cible de manière à générer un rayonnement X (FX) ;un élément d’interconnexion (EI) métallique assurant le support mécanique des sources de rayons X de manière à les maintenir dans une position prédéterminée, ledit élément étant adapté pour transmettre une haute tension et à l’anode de chaque source de rayons X pour appliquer une différence de tension entre l’anode et la cathode de chaque source de rayons X et ainsi accélérer le faisceau d’électrons dans l’enceinte à vide, ledit élément d’interconnexion encapsulant partiellement l’anode et l’enceinte à vide de chaque source de rayons X et présentant une pluralité d’évidements, chacun des évidements (TF) débouchant en regard d’une anode respective de manière à collimater le rayonnement X généré par ladite anode respective, en formant un faisceau collimaté à rayons X ;un matériau diélectrique (MD) encapsulant les sources de rayons X et l’élément d’interconnexion ;une couche métallique (CM) autour du matériau diélectrique en contact avec la cathode de chaque source de rayons X. Fig.2]X-ray antenna (1) comprising: a plurality of X-ray sources (S) each comprising: a vacuum enclosure (EV); a cathode (Cat) controlled by a switch (I) to emit a beam of electrons ( FE) within the vacuum enclosure; an anode (A) comprising a target (C) arranged so that the electron beam impacts the target so as to generate X-ray radiation (FX); an interconnection element ( EI) metallic providing mechanical support for the X-ray sources so as to maintain them in a predetermined position, said element being adapted to transmit a high voltage and to the anode of each X-ray source to apply a voltage difference between the the anode and the cathode of each X-ray source and thus accelerate the electron beam in the vacuum enclosure, said interconnection element partially encapsulating the anode and the vacuum enclosure of each X-ray source and presenting a plurality of recesses, each of the recesses (TF) opening out facing a respective anode so as to collimate the X-ray radiation generated by said respective anode, forming a collimated X-ray beam; a dielectric material (MD) encapsulating the X-ray sources and the interconnecting element; a metal layer (CM) around the dielectric material in contact with the cathode of each X-ray source. Fig.2]

Description

X-ray transmitting antenna comprising a plurality of X-ray sources

La présente invention concerne le domaine des sources à rayons X.The present invention relates to the field of X-ray sources.

Les rayons X ont aujourd'hui de nombreuses applications dans l’imagerie, notamment dans le domaine médical, dans l'industrie pour réaliser des contrôles non destructifs et dans la sécurité pour détecter des objets ou des matériaux dangereux.X-rays today have many applications in imaging, particularly in the medical field, in industry to carry out non-destructive tests and in security to detect dangerous objects or materials.

Les sources les plus couramment utilisées sont les tubes à rayons X. Un tube à rayons X est généralement constitué d'une enceinte sous vide. L'enveloppe est formée d'une structure métallique et d'un isolant électrique. Dans cette enveloppe, sont disposées deux électrodes. Pour un tube mono-polaire, une électrode cathodique, portée à un potentiel négatif, est équipée d'un émetteur d'électrons. Une seconde électrode anodique, portée à un potentiel positif par rapport à la première électrode est associée à une cible. Les électrons accélérés par la différence de potentiel entre les deux électrodes, viennent produire un spectre continu de rayons ionisants par freinage (bremsstrahlung) lorsqu'ils frappent la cible. Les électrodes métalliques sont généralement de grande taille et possèdent des rayons de courbure suffisamment grands afin de minimiser les champs électriques sur leur surface.The most commonly used sources are X-ray tubes. An X-ray tube generally consists of a vacuum enclosure. The envelope is made up of a metal structure and an electrical insulator. Two electrodes are placed in this envelope. For a mono-polar tube, a cathode electrode, brought to a negative potential, is equipped with an electron emitter. A second anode electrode, brought to a positive potential relative to the first electrode, is associated with a target. The electrons, accelerated by the potential difference between the two electrodes, produce a continuous spectrum of ionizing rays by braking (bremsstrahlung) when they strike the target. Metal electrodes are generally large and have sufficiently large radii of curvature to minimize electric fields on their surface.

De façon connue, la tomodensitométrie, également appelée scanographie met en œuvre un système équipé d’un tube à rayons X émettant un faisceau collimaté en forme d’éventail connu en anglais sous le nom de « fan beam ». Le tube à rayons X est associé à un détecteur disposé en regard du faisceau. Le tube et le détecteur tournent autour d’une table recevant le patient. A chaque tour, la table avance en suivant l’axe de rotation du tube à rayons X et du détecteur d’un petit décalage correspondant à l’épaisseur d’une coupe patient. Un traitement informatique permet de reconstruire des coupes 2D ou des volume 3D des structures anatomiques du patient. Ce système est connu sous le nom de « CT-scanner », « CT » étant l’acronyme anglais de « Computer Tomography ».In a known manner, computed tomography, also called scanography, uses a system equipped with an X-ray tube emitting a collimated fan-shaped beam known in English as a “fan beam”. The X-ray tube is associated with a detector placed facing the beam. The tube and the detector rotate around a table receiving the patient. At each revolution, the table advances following the axis of rotation of the X-ray tube and the detector by a small offset corresponding to the thickness of a patient section. Computer processing makes it possible to reconstruct 2D sections or 3D volumes of the patient's anatomical structures. This system is known under the name “CT-scanner”, “CT” being the English acronym for “Computer Tomography”.

Les équipements mécaniques permettant de faire tourner le tube et le détecteur sont volumineux et lourds. : de plus, ils génèrent vibrations et bruits.The mechanical equipment used to rotate the tube and the detector is bulky and heavy. : in addition, they generate vibrations and noise.

Afin de surmonter ce problème, il existe des sources ou antennes d’émission à balayage électronique à rayons X (voir par exemple FR N°2010947 ou encore WO 2019/011980 A1). Au lieu d’avoir un tube à rayons X conventionnel et un ou des détecteurs tournant autour de la table recevant le patient ou l’objet à inspecter comme dans un CT scanner conventionnel, ces sources comprennent une pluralité de sources ponctuelles disposées autour d’un axe qui est par exemple l’axe de translation de la table et un ou des détecteurs disposés en regard des faisceaux de rayons X émis par les sources. Ainsi, ces sources sont moins volumineuses.In order to overcome this problem, there are X-ray electronic scanning emission sources or antennas (see for example FR N°2010947 or WO 2019/011980 A1). Instead of having a conventional X-ray tube and one or more detectors rotating around the table receiving the patient or the object to be inspected as in a conventional CT scanner, these sources include a plurality of point sources arranged around a axis which is for example the translation axis of the table and one or more detectors arranged facing the X-ray beams emitted by the sources. Thus, these sources are less voluminous.

La conception d’une antenne d’émission à balayage électronique à rayons X pour scanner stationnaire à rayons X présente un très fort intérêt pour de multiples applications (sécurité, médical, contrôle non destructif …).The design of an X-ray electronic scanning transmitting antenna for a stationary X-ray scanner is of very high interest for multiple applications (security, medical, non-destructive testing, etc.).

Pour concevoir une antenne d’émission à balayage électronique à rayons X, il est impératif de placer des sources ponctuelles de rayons X autour ou le long des zones à imager de sorte à couvrir cette zone avec le rayonnement des sources. En multipliant les sources, on augmente la capacité de balayage électronique. Ces sources fonctionnent à très haute tension (typiquement entre 0 et 500 kV), avec des courants émis variables, permettent l’émission de rayons X par freinage d’un faisceau d‘électrons dans un matériau induisant un échauffement rapide et élevé de leur anode. Elles requièrent un positionnement mécanique précis dans l’espace et nécessitent une possibilité de changement rapide d’une source ponctuelle en cas de problème (MTTR rapide (Mean Time To Repair)). Elles ne doivent émettre que dans un angle solide défini par l’imagerie et donc leur rayonnement ne doit passer qu’au travers d’un collimateur, le reste de ce rayonnement doit être absorbée dans un blindage pour des raisons de sécurité.To design an X-ray electronically scanned transmit antenna, it is imperative to place X-ray point sources around or along the areas to be imaged so as to cover this area with the radiation from the sources. By multiplying the sources, we increase the electronic scanning capacity. These sources operate at very high voltage (typically between 0 and 500 kV), with variable emitted currents, allow the emission of X-rays by braking an electron beam in a material inducing rapid and high heating of their anode . They require precise mechanical positioning in space and require the possibility of rapid change of a point source in the event of a problem (rapid MTTR (Mean Time To Repair)). They must only emit in a solid angle defined by the imaging and therefore their radiation must only pass through a collimator, the rest of this radiation must be absorbed in shielding for security reasons.

Concevoir une source ponctuelle ne suffit donc pas au développement d’une antenne d’émission à balayage électronique à rayons X satisfaisante.Designing a point source is therefore not enough to develop a satisfactory X-ray electronically scanned transmitting antenna.

A ce jour, il n’existe aucune antenne d’émission à balayage électronique à rayons X présentant un fonctionnement pleinement satisfaisant. Par exemple, certaines solutions existantes utilisent un seul tube à rayons X comprenant plus d’une dizaine de cathodes et une anode commune à toutes ces cathodes (voir par exemple US 2020/0312601 A1). Cependant, lorsqu’une cathode ne fonctionne plus, il est nécessaire de remplacer l’ensemble complet ce qui est coûteux et suboptimal. La compacité de cette solution est limitée. Elle nécessite l’utilisation de pompes ioniques afin d’obtenir et de maintenir un vide poussé dans le tube à rayons X compte tenu de la dimension de ce dernier.To date, there is no X-ray electronically scanned transmitting antenna with fully satisfactory operation. For example, some existing solutions use a single X-ray tube comprising more than ten cathodes and an anode common to all these cathodes (see for example US 2020/0312601 A1). However, when a cathode no longer works, it is necessary to replace the entire assembly, which is costly and suboptimal. The compactness of this solution is limited. It requires the use of ionic pumps in order to obtain and maintain a high vacuum in the X-ray tube given its size.

L’invention vise à pallier certains problèmes de l’art antérieur. A cet effet, un objet de l’invention est une antenne d’émission à balayage électronique à rayons X comprenant une pluralité de sources de rayons X et un élément d’interconnexion métallique assurant le support mécanique des sources de rayons X de manière à les maintenir dans une position prédéterminée. L’élément d’interconnexion est relié électriquement à une alimentation haute tension et à l’anode de chaque source de rayons X pour appliquer une différence de tension entre l’anode et la cathode de chaque source de rayons X et ainsi accélérer le faisceau d’électrons dans l’enceinte à vide. De plus, cet élément d’interconnexion permet la collimation du rayonnement X généré par l’anode de chaque source.The invention aims to overcome certain problems of the prior art. For this purpose, an object of the invention is an X-ray electronic scanning transmitting antenna comprising a plurality of X-ray sources and a metallic interconnection element providing mechanical support for the X-ray sources so as to maintain in a predetermined position. The interconnection element is electrically connected to a high voltage power supply and to the anode of each X-ray source to apply a voltage difference between the anode and the cathode of each X-ray source and thus accelerate the beam electrons in the vacuum chamber. In addition, this interconnection element allows the collimation of the X-ray radiation generated by the anode of each source.

Ainsi, l’antenne d’émission de l’invention présente l’avantage d’être aisément réparable lorsqu’une source de rayons X ne fonctionne plus. De plus, l’antenne permet une identification rapide de la source défaillante et son remplacement dans un temps extrêmement rapide sans aucune autre intervention sur les autres sources. L’antenne d’émission de l’invention est donc plus robuste, présente un coût de maintenance et un temps de réparation beaucoup moins élevés que les antennes à balayage électronique à rayons X de l’art antérieur.Thus, the transmitting antenna of the invention has the advantage of being easily repairable when an X-ray source no longer works. In addition, the antenna allows rapid identification of the faulty source and its replacement in an extremely rapid time without any other intervention on the other sources. The transmitting antenna of the invention is therefore more robust, has a much lower maintenance cost and a much lower repair time than the X-ray electronic scanning antennas of the prior art.

A cet effet, un objet de l’invention est une antenne d’émission à rayons X comprenant :

une pluralité de sources de rayons X comprenant chacune :
une enceinte à vide;
une cathode contrôlée par un interrupteur pour émettre un faisceau d’électrons au sein de l’enceinte à vide ;
une anode comprenant une cible agencée pour que le faisceau d’électrons impacte la cible de manière à générer un rayonnement X;
un élément d’interconnexion métallique assurant le support mécanique des sources de rayons X de manière à les maintenir dans une position prédéterminée, ledit élément étant adapté pour transmettre une haute tension à au moins l’anode de chaque source de rayons X de manière à appliquer une différence de tension entre l’anode et la cathode de chaque source de rayons X et ainsi accélérer le faisceau d’électrons dans l’enceinte à vide, ledit élément d’interconnexion encapsulant partiellement l’anode et l’enceinte à vide de chaque source de rayons X et présentant une pluralité d’évidements, chacun des évidements débouchant en regard d’une anode respective de manière à collimater le rayonnement X généré par ladite anode respective, en formant un faisceau collimaté à rayons X ;
un matériau diélectrique encapsulant les sources de rayons X et l’élément d’interconnexion ;
une couche métallique autour du matériau diélectrique en contact avec la cathode de chaque source de rayons X.

For this purpose, an object of the invention is an X-ray transmitting antenna comprising:

a plurality of X-ray sources each comprising:
a vacuum chamber;
a cathode controlled by a switch to emit a beam of electrons within the vacuum chamber;
an anode comprising a target arranged so that the electron beam impacts the target so as to generate X-ray radiation;
a metallic interconnection element providing mechanical support for the X-ray sources so as to maintain them in a predetermined position, said element being adapted to transmit a high voltage to at least the anode of each X-ray source so as to apply a voltage difference between the anode and the cathode of each X-ray source and thus accelerate the electron beam in the vacuum enclosure, said interconnection element partially encapsulating the anode and the vacuum enclosure of each X-ray source and having a plurality of recesses, each of the recesses opening opposite a respective anode so as to collimate the X-ray generated by said respective anode, forming a collimated X-ray beam;
a dielectric material encapsulating the X-ray sources and the interconnect element;
a metallic layer around the dielectric material in contact with the cathode of each X-ray source.

De manière préférentielle, l’élément d’interconnexion est adapté pour que les sources soient disposées de manière à ce qu’une direction de propagation des faisceaux d’électrons dans leur enceinte soit sensiblement parallèle, un sens de propagation du faisceau d’électrons dans leur enceinte étant sensiblement opposé entre deux sources adjacentes.Preferably, the interconnection element is adapted so that the sources are arranged so that a direction of propagation of the electron beams in their enclosure is substantially parallel, a direction of propagation of the electron beam in their enclosure being substantially opposite between two adjacent sources.

De manière préférentielle, l’élément d’interconnexion est adapté pour que les sources soient disposées en trois rangées, les faisceaux d’électrons des sources de chacune des rangées présentant une direction de propagation dans leur enceinte parallèles entre elles et dans le même sens. De manière encore préférentielle, les directions de propagation des faisceaux d’électrons d’une première rangée forment un angle de 90° avec les directions de propagation des faisceaux d’électrons d’une deuxième rangée et les directions de propagation des faisceaux d’électrons de la deuxième rangée forment un angle de 90° avec les directions de propagation des faisceaux d’électrons d’une troisième rangée.Preferably, the interconnection element is adapted so that the sources are arranged in three rows, the electron beams from the sources of each of the rows having a direction of propagation in their enclosure parallel to each other and in the same direction. More preferably, the directions of propagation of the electron beams of a first row form an angle of 90° with the directions of propagation of the electron beams of a second row and the directions of propagation of the electron beams of the second row form an angle of 90° with the directions of propagation of the electron beams of a third row.

De manière préférentielle, l’antenne comprend un module de pilotage configuré pour commuter l’interrupteur de chacune des sources de rayons X selon une séquence prédéterminée.Preferably, the antenna comprises a control module configured to switch the switch of each of the X-ray sources according to a predetermined sequence.

De manière préférentielle, les cathodes sont configurées pour émettre le faisceau d’électrons en régime impulsionnel par effet de champ.Preferably, the cathodes are configured to emit the electron beam in pulse mode by field effect.

De manière préférentielle, l’élément d’interconnexion permet une évacuation d’une portion d’une puissance thermique générée par les anodes lors de leur fonctionnement, éventuellement par un refroidissement liquide.Preferably, the interconnection element allows evacuation of a portion of thermal power generated by the anodes during their operation, possibly by liquid cooling.

De manière préférentielle, le matériau diélectrique est solide, ladite antenne comprenant une pluralité de joints souples en matériau diélectrique disposés entre le matériau diélectrique et l’enceinte à vide de chaque source à rayons X. Alternativement, le matériau diélectrique est liquide, gazeux ou sous la forme de gel.Preferably, the dielectric material is solid, said antenna comprising a plurality of flexible joints made of dielectric material arranged between the dielectric material and the vacuum enclosure of each X-ray source. Alternatively, the dielectric material is liquid, gaseous or under gel form.

De manière préférentielle, l’élément d’interconnexion est dans un matériau conducteur métallique, par exemple en cuivre ou en aluminium.Preferably, the interconnection element is in a metallic conductive material, for example copper or aluminum.

De manière préférentielle, la couche métallique présente une épaisseur comprise entre 50 et 250 microns. Alternativement, la couche métallique présente une épaisseur supérieure à 500 microns, et présente une pluralité d’ouvertures adaptées pour effectuer une collimation additionnelle des faisceaux collimatés à rayons XPreferably, the metal layer has a thickness of between 50 and 250 microns. Alternatively, the metal layer has a thickness greater than 500 microns, and has a plurality of openings adapted to carry out additional collimation of the collimated X-ray beams

De manière préférentielle, la couche métallique est en plomb, en tungstène ou encore en molybdène.Preferably, the metal layer is made of lead, tungsten or even molybdenum.

De manière préférentielle, l’élément d’interconnexion est en outre adapté pour transmettre une haute tension à la cathode de chaque source.Preferably, the interconnection element is further adapted to transmit a high voltage to the cathode of each source.

Une autre objet de l’invention est un dispositif scanner à rayons X comprenant une antenne selon l’invention et un ou des détecteurs de rayons X disposés en regard de ladite antenne afin de détecter les faisceaux collimaté à rayons X émis par ladite antenne après qu’ils aient traversés une zone à imager, ledit scanner comprenant un générateur de haute tension relié électriquement audit élément d’interconnexion par l’intermédiaire d’un connecteur haute tension CN, permettant la fixation mécanique du générateur de haute tension à ladite antenne.Another object of the invention is an X-ray scanner device comprising an antenna according to the invention and one or more X-ray detectors arranged opposite said antenna in order to detect the collimated X-ray beams emitted by said antenna after they have crossed an area to be imaged, said scanner comprising a high voltage generator electrically connected to said interconnection element via a high voltage connector CN, allowing the mechanical attachment of the high voltage generator to said antenna.

D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d’exemple et qui représentent, respectivement :Other characteristics, details and advantages of the invention will emerge on reading the description made with reference to the appended drawings given by way of example and which represent, respectively:

et des vues schématiques d’une antenne d’émission à rayons X à balayage électronique selon l’invention, And schematic views of an electronically scanned X-ray transmitting antenna according to the invention,

une vue schématique d’une antenne d’émission à rayons X à balayage électronique selon un mode de réalisation de l’invention, a schematic view of an electronically scanned X-ray transmitting antenna according to one embodiment of the invention,

, une vue en coupe selon le plan d’une antenne d’émission selon un mode de réalisation de l’invention dans lequel le matériau diélectrique est solide, , a sectional view according to the plan a transmitting antenna according to one embodiment of the invention in which the dielectric material is solid,

une vue schématique d’une antenne d’émission à rayons X à balayage électronique selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, a schematic view of an electronically scanned X-ray transmitting antenna according to a second embodiment of the invention,

, une représentation schématique d’une vue de face selon le plan d’un dispositif scanner à rayons X comprenant l’antenne de l’invention, , a schematic representation of a front view according to the plan an X-ray scanner device comprising the antenna of the invention,

Dans les figures, sauf contre-indication, les éléments ne sont pas à l’échelle.In the figures, unless contraindicated, the elements are not to scale.

Les figures 1A et 1B sont des vues schématiques d’une antenne d’émission à rayons X 1 à balayage électronique selon l’invention. Plus précisément, la figure 1A est une représentation en perspective de la structure interne de l’antenne 1. La figure 1B est une représentation schématique en coupe selon un plan de la structure interne de l’antenne d’émission 1. Afin d’effectuer un balayage électronique de la zone à contrôler, l’antenne d’émission 1 selon l’invention comprend une pluralité de sources S de rayons X. De manière connue en soi, chaque source S comprend trois éléments principaux :

une enceinte à vide EV ;
une cathode Cat contrôlée par un interrupteur I pour émettre un faisceau d’électrons FE au sein de l’enceinte à vide ;
une anode A comprenant une cible C agencée pour que le faisceau d’électrons impacte la cible de manière à générer un rayonnement X (noté F dans la ).

Figures 1A and 1B are schematic views of an X-ray transmitting antenna 1 with electronic scanning according to the invention. More precisely, Figure 1A is a perspective representation of the internal structure of the antenna 1. Figure 1B is a schematic representation in section along a plane of the internal structure of the transmitting antenna 1. In order to carry out an electronic scanning of the area to be monitored, the transmitting antenna 1 according to the invention comprises a plurality of X-ray sources S. In known manner in itself, each source S includes three main elements:

an EV vacuum enclosure;
a Cat cathode controlled by a switch I to emit an FE electron beam within the vacuum enclosure;
an anode A comprising a target C arranged so that the electron beam impacts the target so as to generate X radiation (denoted F in the ).

L’interrupteur I de la cathode de chaque source est adapté pour contrôler l’émission du faisceau d’électrons FE dans l’enceinte EV de cette source par exemple selon un mode « on/off ». Alternativement, il est possible de contrôler le niveau d’émission du faisceau d’électrons FE. Dans l’invention, chaque cathode et chaque anode sont fixées à l’enceinte à vide EV de leur source S. La cible C est de préférence dans un matériau à fort numéro atomique tel que le tungstène (pur ou un alliage de tungstène) afin de produire le meilleur rendement de génération de rayons X, ou dans des matériaux à plus faible numéro atomique, pour des sources utilisées dans le cadre de la diffraction des rayons X.The switch I of the cathode of each source is adapted to control the emission of the FE electron beam in the EV enclosure of this source, for example in an “on/off” mode. Alternatively, it is possible to control the emission level of the FE electron beam. In the invention, each cathode and each anode are fixed to the vacuum enclosure EV of their source S. The target C is preferably in a material with a high atomic number such as tungsten (pure or a tungsten alloy) in order to to produce the best X-ray generation efficiency, or in materials with lower atomic numbers, for sources used in the context of X-ray diffraction.

Selon le mode de réalisation illustré en figures 1A et 1B, l’anode comprend un support cible SC ayant pour rôle de dissiper l’énergie thermique produite par la cible lors du freinage du faisceau d’électrons. Aussi, le matériau du support cible SC est de préférence un bon conducteur thermique.According to the embodiment illustrated in Figures 1A and 1B, the anode comprises a target support SC whose role is to dissipate the thermal energy produced by the target during braking of the electron beam. Also, the material of the target support SC is preferably a good thermal conductor.

De manière préférentielle, comme cela est illustré dans la , la cible et le support cible SC présentent chacun une forme adaptée pour permettre un emboitement de la cible C dans le support cible SC. Cette caractéristique permet un assemblage plus aisé du support cible SC avec la cible C.Preferentially, as illustrated in the , the target and the target support SC each have a shape adapted to allow nesting of the target C in the target support SC. This characteristic allows easier assembly of the target support SC with the target C.

A la différence des antennes d’émission à balayage électronique à rayons X de l’art antérieur, l’antenne de l’invention comprend un élément d’interconnexion EI métallique qui réalise une pluralité de fonctions :

une fonction d’alimentation très haute tension des sources S de rayons X
une fonction de maintien mécanique des sources S
une fonction de collimation du rayonnement X généré par chaque source S et le blindage du rayonnement X en dehors de cette collimation
une fonction thermique, pour refroidir l’anode des sources S
une fonction de sécurité des personnes afin d’éviter toute décharge électrique à son contact.

Unlike the X-ray electronic scanning transmitting antennas of the prior art, the antenna of the invention comprises a metallic interconnection element EI which performs a plurality of functions:

a very high voltage power supply function for X-ray sources S
a mechanical maintenance function for sources S
a collimation function of the X-ray generated by each source S and the shielding of the X-ray outside this collimation
a thermal function, to cool the anode of the sources S
a personal safety function to avoid any electric shock upon contact.

En effet, l’élément EI assure le support mécanique des sources de rayons X de manière à les maintenir dans une position prédéterminée. Pour cela, les enceintes à vide sont fixées à l’élément EI, ce dernier formant la structure mécanique principale de l’antenne d’émission. L’élément EI est une structure rigide adaptée pour supporter mécaniquement l’ensemble des composants de l’antenne. A titre d’exemple, l’élément est un barreau en cuivre ou en aluminium.Indeed, the EI element provides mechanical support for the X-ray sources so as to maintain them in a predetermined position. For this, the vacuum enclosures are attached to the EI element, the latter forming the main mechanical structure of the transmitting antenna. The EI element is a rigid structure adapted to mechanically support all of the antenna components. For example, the element is a copper or aluminum bar.

La position prédéterminée des sources S dans l’antenne dépend de l’application visée par l’utilisateur. A titre d’exemple, les sources S dans l’antenne sont agencées de manière à former une barrette droite, un arc de cercle, un polygone (voir par exemple ) ou encore un polyèdre quelconque.The predetermined position of the sources S in the antenna depends on the application targeted by the user. For example, the sources S in the antenna are arranged so as to form a straight bar, an arc of a circle, a polygon (see for example ) or even any polyhedron.

De plus, l’élément EI est adapté pour transmettre une haute tension à l’anode de chaque source de rayons X pour appliquer une différence de tension entre l’anode et la cathode de chaque source de rayons X et ainsi accélérer le faisceau d’électrons dans l’enceinte à vide. Pour cela, l’élément EI est en contact mécanique avec l’anode (la cible ou le support cible) et la partie d’interconnexion entre les anodes est un matériau conducteur électrique. En effet, les cathodes de chaque source S sont toutes reliées au plan de masse CM de l’antenne (voir plus loin) de manière à être à un potentiel électrique nul alors que l’anode de chaque source, lors de leur mise sous tension, est à un potentiel électrique élevé par l’élément EI. La source de haute tension GHT reliée à l’élément EI et générant la haute tension est représentée dans la mais elle n’est pas comprise dans l’antenne 1 de l’invention.In addition, the EI element is adapted to transmit a high voltage to the anode of each X-ray source to apply a voltage difference between the anode and the cathode of each X-ray source and thus accelerate the beam of electrons in the vacuum chamber. For this, the EI element is in mechanical contact with the anode (the target or the target support) and the interconnection part between the anodes is an electrically conductive material. Indeed, the cathodes of each source S are all connected to the ground plane CM of the antenna (see below) so as to be at zero electrical potential while the anode of each source, when they are powered up , is at a high electric potential by the element EI. The high voltage source GHT connected to the element EI and generating the high voltage is represented in the but it is not included in antenna 1 of the invention.

Comme illustré dans les figures 1A et 1B, l’élément EI encapsule partiellement l’anode et l’enceinte à vide de chaque source S de rayons X. Ceci permet d’une part le support mécanique des sources et d’autre part un blindage du rayonnement X généré par freinage par la cible C. L’élément permet de plus la tenue en tension entre l’intérieur de l’antenne et l’extérieur. De manière connue, le rayonnement X est généré de manière isotrope par la cible C. Pour effectuer de l’imagerie par rayons X avec ce rayonnement X, il est nécessaire de le collimater. Pour cela, l’élément EI présente une pluralité d’évidements TF, chacun des évidements débouchant en regard d’une anode respective. Plus précisément l’évidemment TF forme un canal dans lequel les rayons X peuvent se propager et non pas être bloqué par le blindage que réalise l’élément EI de par la nature même du matériau qui le compose. L’évidement permet ainsi de collimater le rayonnement X généré par chaque anode, en formant un faisceau FX collimaté à rayons X. La forme des évidements est adaptée pour obtenir un faisceau à rayons X avec une ouverture prédéterminée en fonction de l’application visée.As illustrated in Figures 1A and 1B, the element EI partially encapsulates the anode and the vacuum enclosure of each X-ray source S. This allows on the one hand the mechanical support of the sources and on the other hand shielding of the X-radiation generated by braking by the target C. The element also allows tension to be maintained between the inside of the antenna and the outside. In known manner, the X-ray is generated isotropically by the target C. To perform X-ray imaging with this X-ray, it is necessary to collimate it. For this, the element EI has a plurality of recesses TF, each of the recesses opening opposite a respective anode. More precisely, the TF obviously forms a channel in which the The recess thus makes it possible to collimate the X-ray radiation generated by each anode, forming a collimated X-ray FX beam. The shape of the recesses is adapted to obtain an

Compte tenu du contact mécanique entre l’élément d’interconnexion EI métallique et l’anode, l’élément EI permet une évacuation d’une portion d’une puissance thermique générée par les anodes lors de leur fonctionnement. En effet, les anodes chauffent considérablement lors du freinage du faisceau d’électrons entrainant la génération des rayons X -typiquement à une température supérieure à 600°C- et le matériau métallique de l’élément EI constitue un excellent conducteur thermique. La chaleur évacuée par l’élément EI est dissipée par des moyens connus de l’homme de l’art, par exemple par un dissipateur thermique passif.Taking into account the mechanical contact between the metallic interconnection element EI and the anode, the element EI allows evacuation of a portion of thermal power generated by the anodes during their operation. Indeed, the anodes heat up considerably when braking the electron beam causing the generation of X-rays - typically at a temperature above 600°C - and the metallic material of the EI element constitutes an excellent thermal conductor. The heat evacuated by the element EI is dissipated by means known to those skilled in the art, for example by a passive heat sink.

Préférentiellement, comme illustré en , selon un mode de réalisation de l’invention, l’élément EI comprend un système de refroidissement liquide. Plus précisément, l’élément EI comprend au moins un canal CR dans lequel circule un fluide F évacuant la chaleur ou une portion de la chaleur générée par les anodes.Preferably, as illustrated in , according to one embodiment of the invention, the element EI comprises a liquid cooling system. More precisely, the element EI comprises at least one channel CR in which circulates a fluid F evacuating the heat or a portion of the heat generated by the anodes.

L’antenne 1 comprend en outre, une couche métallique CM qui est reliée électriquement à la cathode de chaque source de rayons X. Cette couche métallique CM forme l’enveloppe externe et est le plan de masse de l’antenne 1. En outre, cette couche est adaptée pour permettre une focalisation électrostatique du faisceau d’électrons lors de sa propagation dans l’enceinte à vide dans le cas où la distance cathode/anode le requiert. En effet, si le gap entre cathode et anode est court (par exemple quelques centimètres), alors l’impact de la couche CM sur la focalisation est faible. A l’inverse, si ce gap est important, alors la couche CM joue un rôle important de focalisation. Ces caractéristiques permettent un meilleur rendement de génération de rayons X. Plus précisément, cette focalisation électrostatique est contrôlée par la disposition de la couche CM et son épaisseur, par rapport à sa distance aux enceintes à vide. De manière préférentielle, comme illustré en figure 1B, une distance minimale entre l’enceinte à vide d’une source S et une portion de la couche CM sensiblement parallèle à une direction de propagation du faisceau d’électrons dans cette enceinte à vide est constante afin d’avoir un contrôle optimal de la focalisation électrostatique du faisceau d’électrons lors de sa propagation dans l’enceinte à vide. Dans ce mode de réalisation, de manière préférentielle, la couche CM présente une épaisseur comprise entre 10 et 50 pour une distance de 20 mm typiquement.The antenna 1 further comprises a metal layer CM which is electrically connected to the cathode of each X-ray source. This metal layer CM forms the external envelope and is the ground plane of the antenna 1. In addition, this layer is adapted to allow electrostatic focusing of the electron beam during its propagation in the vacuum chamber in the case where the cathode/anode distance requires it. Indeed, if the gap between cathode and anode is short (for example a few centimeters), then the impact of the CM layer on the focusing is low. Conversely, if this gap is large, then the CM layer plays an important focusing role. These characteristics allow better X-ray generation efficiency. More precisely, this electrostatic focusing is controlled by the arrangement of the CM layer and its thickness, in relation to its distance from the vacuum chambers. Preferably, as illustrated in Figure 1B, a minimum distance between the vacuum enclosure of a source S and a portion of the layer CM substantially parallel to a direction propagation of the electron beam in this vacuum enclosure is constant in order to have optimal control of the electrostatic focusing of the electron beam during its propagation in the vacuum enclosure. In this embodiment, preferably, the CM layer has a thickness of between 10 and 50 for a distance 20 mm typically.

De plus, l’antenne de l’invention comprend un matériau diélectrique MD encapsulant les sources S et l’élément EI. Le matériau MD est disposé entre ces éléments et l’enveloppe externe de l’antenne, c’est-à-dire la couche CM. Autrement dit, la couche CM est agencée autour du matériau diélectrique MD. Le matériau MD est agencé ainsi pour assurer une isolation électrique entre la couche CM de potentiel électrique nul et l’élément EI qui est porté à un potentiel électrique élevé lors du fonctionnement de l’antenne. Plus précisément, une distance minimale entre la couche CM et l’élément EI est supérieure à une distance de claquage électrique au travers du matériau diélectrique MD. Cette distance de claquage est déterminée par des règles standards bien connues de l’homme de l’art.In addition, the antenna of the invention comprises a dielectric material MD encapsulating the sources S and the element EI. The MD material is placed between these elements and the external envelope of the antenna, that is to say the CM layer. In other words, the layer CM is arranged around the dielectric material MD. The MD material is thus arranged to ensure electrical insulation between the layer CM of zero electric potential and the element EI which is brought to a high electric potential during operation of the antenna. More precisely, a distance minimum between the layer CM and the element EI is greater than an electrical breakdown distance through the dielectric material MD. This breakdown distance is determined by standard rules well known to those skilled in the art.

La structure de l’antenne de l’invention permet une dégradation douce de la fonction d’émission. En effet, si une des sources S de rayons X n’est plus fonctionnelle, le choix de la structure permet de fonctionner avec les autres sources restantes avant toute maintenance. De plus, l’utilisation d’une connexion très haute tension distribuée à toutes les sources et d’un interrupteur I marche/arrêt pour chaque source S permet une identification rapide de la source de rayons X défaillante et son remplacement dans un temps extrêmement rapide sans aucune intervention sur les autres sources. L’antenne de l’invention est donc plus robuste, et présente un coût de maintenance et un temps réparation beaucoup moins élevé que les antennes d’émission à balayage électronique à rayons X de l’art antérieur.The structure of the antenna of the invention allows gentle degradation of the transmission function. Indeed, if one of the X-ray sources S is no longer functional, the choice of structure makes it possible to operate with the other remaining sources before any maintenance. In addition, the use of a very high voltage connection distributed to all sources and an on/off switch I for each source S allows rapid identification of the faulty X-ray source and its replacement in an extremely rapid time without any intervention on other sources. The antenna of the invention is therefore more robust, and has a much lower maintenance cost and repair time than the X-ray electronic scanning transmitting antennas of the prior art.

Comme évoqué précédemment, l’élément EI joue un rôle de support mécanique des sources pour les maintenir dans une position prédéterminée. Dans l’antenne de l’invention, toutes les positions relatives des sources les unes par rapport aux autres sont possibles, à condition que le faisceau FX de rayons X émis par chaque source se propage de manière à illuminer une même zone à imager ZI (voir figure 4). La seule limitation physique à l’agencement des sources les unes par rapport aux autres est la nécessité d’avoir un contact mécanique entre l’anode de chaque source et l’élément d’interconnexion EI. Selon un mode de réalisation, comme illustré en figure 1A, les sources sont aménagées de manière à former une barrette droite, c’est-à-dire que la direction de propagation des faisceaux d’électrons dans leur enceinte EV respective sont sensiblement parallèles. De manière préférentielle, dans ce mode de réalisation, les sources sont agencées pour que le sens de propagation du faisceau d’électrons soit sensiblement opposé entre deux sources adjacentes. Autrement, dit, les sources S sont disposées en deux rangées. Dans chacune des rangées, les faisceaux d’électrons sont émis dans des directions parallèles entre elles et dans le même sens. Cette disposition permet de réduire la distance entre les faisceaux FX émis par des sources adjacentes dans l’antenne (aussi appelée « pas de l’antenne »). Ceci permet d’obtenir une meilleure résolution d’image dans un dispositif d’imagerie comprenant l’antenne de l’invention. Par « sensiblement opposé » ou « sensiblement parallèle », on entend ici opposé ou parallèle à Le pas de l’antenne est représenté par la distance dans la . Plus précisément, le fait d’alterner les sens de propagation du faisceau d’électrons entre deux sources S adjacentes permet de rapprocher la position des cibles C le long de l’élément EI. En effet, les sources S occupent un volume important, dû notamment à la présence du matériau diélectrique MD dont les dimensions doivent être suffisantes pour encaisser la différence de potentiel entre la cathode CAT et l’anode A. Ces dimensions imposent un pas minimum entre deux sources S adjacentes et appartenant à une même rangée. Le fait de disposer les sources en deux rangées permet de diviser par deux le pas entre deux cibles C adjacentes.As mentioned previously, the element EI plays a role of mechanical support for the sources to maintain them in a predetermined position. In the antenna of the invention, all the relative positions of the sources with respect to each other are possible, provided that the X-ray beam FX emitted by each source propagates so as to illuminate the same zone to be imaged ZI ( see figure 4). The only physical limitation to the arrangement of the sources relative to each other is the need to have mechanical contact between the anode of each source and the interconnecting element EI. According to one embodiment, as illustrated in Figure 1A, the sources are arranged so as to form a straight strip, that is to say that the direction of propagation of the electron beams in their respective EV enclosure are substantially parallel. Preferably, in this embodiment, the sources are arranged so that the direction of propagation of the electron beam is substantially opposite between two adjacent sources. In other words, the sources S are arranged in two rows. In each of the rows, the electron beams are emitted in directions parallel to each other and in the same direction. This arrangement makes it possible to reduce the distance between the FX beams emitted by adjacent sources in the antenna (also called “antenna pitch”). This makes it possible to obtain better image resolution in an imaging device comprising the antenna of the invention. By “substantially opposite” or “substantially parallel”, we mean here opposite or parallel to The pitch of the antenna is represented by the distance in the . More precisely, alternating the directions of propagation of the electron beam between two adjacent sources S makes it possible to bring the position of the targets C closer together along the element EI. Indeed, the sources S occupy a large volume, due in particular to the presence of the dielectric material MD whose dimensions must be sufficient to absorb the potential difference between the cathode CAT and the anode A. These dimensions impose a minimum step between two sources S adjacent and belonging to the same row. Arranging the sources in two rows makes it possible to halve the pitch between two adjacent targets C.

De façon plus générale, il est possible de prévoir plus de deux rangées de sources afin de réduire encore le pas entre les cibles. Par exemple, lorsque trois rangées sont prévues, il est possible de décaler les directions des faisceaux d'électrons d’environ 90°. Plus précisément, dans ce cas, les directions de propagation des faisceaux d’électrons d’une première rangée forment un angle de 90° avec les directions de propagation des faisceaux d’électrons d’une deuxième rangée et les directions de propagation des faisceaux d’électrons de la deuxième rangée forment un angle de 90° avec les directions de propagation des faisceaux d’électrons d’une troisième rangée.More generally, it is possible to provide more than two rows of sources in order to further reduce the spacing between targets. For example, when three rows are provided, it is possible to shift the directions of the electron beams by approximately 90°. More precisely, in this case, the directions of propagation of the electron beams of a first row form an angle of 90° with the directions of propagation of the electron beams of a second row and the directions of propagation of the beams d The electrons of the second row form an angle of 90° with the directions of propagation of the electron beams of a third row.

Certaines rangées peuvent posséder des cibles émettant un faisceau FX par réflexion, comme représenté notamment sur les figures 1B et 1C. d’autres rangées peuvent posséder des cibles émettant un faisceau FX par transmission, c’est-à-dire que le faisceau d’électrons frappe la cible sur une de ses faces et le faisceau de rayons X FX est émis à parti de la face opposée.Certain rows may have targets emitting an FX beam by reflection, as shown in particular in Figures 1B and 1C. other rows may have targets emitting an FX beam by transmission, i.e. the electron beam strikes the target on one of its faces and the FX X-ray beam is emitted from the face opposite.

De manière préférentielle, l’antenne 1 comprend un module de pilotage (non représenté) configuré pour commuter l’interrupteur de chacune des sources de rayons X selon une séquence prédéterminée. Ainsi, un utilisateur programmant ce module de pilotage peut adapter la séquence prédéterminée en fonction de l’application visée. Ce module permet aussi de facilement identifier une source défectueuse et ainsi simplifie la maintenance de l’antenne.Preferably, the antenna 1 comprises a control module (not shown) configured to switch the switch of each of the X-ray sources according to a predetermined sequence. Thus, a user programming this control module can adapt the predetermined sequence according to the intended application. This module also makes it easy to identify a faulty source and thus simplifies antenna maintenance.

De manière préférentielle, les sources S sont des sources à rayons X de type cathode froide. Pour clarification, par « une source à rayons X de type cathode froide », on entend ici une source comprenant une cathode émettant un faisceau d'électrons par effet de champ. Ce type de cathode est par exemple décrit dans le document WO 2006/063982 A1. Les cathodes froides n'ont pas les inconvénients des cathodes chaudes -ou cathode thermoïoniques- (dilatation ou évaporation d’éléments conducteurs électriques), elles permettent des commutations très rapides entre émission d’électrons et arrêt, et sont surtout beaucoup plus compactes. L’utilisation des sources à rayons X de type cathode froide permet donc une plus grande compacité des sources, ce qui permet de réduire le pas de l’antenne de l’invention. Ceci permet une amélioration de la résolution d’un dispositif scanner comprenant l’antenne de l’invention, comme celui présenté en par exemple.Preferably, the sources S are cold cathode type X-ray sources. For clarification, by “a cold cathode type X-ray source”, we mean here a source comprising a cathode emitting a beam of electrons by field effect. This type of cathode is for example described in document WO 2006/063982 A1. Cold cathodes do not have the disadvantages of hot cathodes - or thermionic cathode - (expansion or evaporation of electrical conductive elements), they allow very rapid switching between electron emission and shutdown, and above all are much more compact. The use of cold cathode type X-ray sources therefore allows greater compactness of the sources, which makes it possible to reduce the pitch of the antenna of the invention. This allows an improvement in the resolution of a scanner device comprising the antenna of the invention, such as that presented in For example.

De manière préférentielle, les cathodes sont configurées pour émettre le faisceau d’électrons en régime impulsionnel par effet de champ. L’utilisation du régime impulsionnel permet un balayage électronique rapide et variable en commutant rapidement d’une source à l’autre, à l’inverse d’un scanner conventionnel en rotation où la vitesse est mécanique et non électronique. En outre, cela permet de limiter la puissance thermique sur l’anode de chaque source. En effet, pour un scanner conventionnel comprenant une source de rayons-X, la source fonctionne en continu dès lors que le scanner est mis en marche. A l’inverse, dans le cas de l’invention, si l’antenne d’émission comporte n sources, chacune de ces sources fonctionne 1/n % du temps d’utilisation du scanner.Preferably, the cathodes are configured to emit the electron beam in pulse mode by field effect. The use of pulse speed allows rapid and variable electronic scanning by quickly switching from one source to another, unlike a conventional rotating scanner where the speed is mechanical and not electronic. In addition, this makes it possible to limit the thermal power on the anode of each source. Indeed, for a conventional scanner including an X-ray source, the source operates continuously as soon as the scanner is turned on. Conversely, in the case of the invention, if the transmitting antenna has n sources, each of these sources operates 1/n% of the time the scanner is used.

Selon un mode de réalisation, l’enceinte EV de chaque source S est partiellement ou complétement formée à partir de céramique afin de faciliter une isolation électrique entre l'anode et la cathode.According to one embodiment, the EV enclosure of each source S is partially or completely formed from ceramic in order to facilitate electrical insulation between the anode and the cathode.

Selon une variante de l’invention, l’élément d’interconnexion EI est en outre adapté pour transmettre une haute tension à la cathode de chaque source, en plus. Ainsi, chaque source de rayons-X est bipolaire. Cette variante n’est pas préférée car elle nécessite que les interrupteurs des cathodes soient portés à la haute tension ce qui est bien plus complexe techniquement que la variante dans laquelle seules les anodes sont portés à haute tension par l’élément d’interconnexion EI.According to a variant of the invention, the interconnection element EI is also adapted to transmit a high voltage to the cathode of each source, in addition. Thus, each X-ray source is bipolar. This variant is not preferred because it requires that the cathode switches be brought to high voltage, which is much more technically complex than the variant in which only the anodes are brought to high voltage by the interconnection element EI.

Comme illustré la , de manière préférentielle, la cible C présente une face inclinée FI. Cette inclinaison est préférablement obtenue pour des sources à rayons X fonctionnant en réflexion en réalisant un compromis sur différents paramètres physiques de la source : la thermique de l’anode, l’angle d’incidence du faisceau d’électrons, la qualité du faisceau de photons X et la tâche focale requise.As illustrated in , preferably, the target C has an inclined face FI. This inclination is preferably obtained for X-ray sources operating in reflection by making a compromise on different physical parameters of the source: the thermal of the anode, the angle of incidence of the electron beam, the quality of the beam of X-ray photons and the required focal task.

De manière préférentielle, les évidements présentent une forme adaptée pour que le faisceau FX soit un faisceau collimaté en forme d’éventail (ou « fan beam » en anglais). Cette forme de faisceau combinée à un ou des détecteurs linéaires est avantageuse en imagerie médicale par exemple car elle permet une meilleure résolution dans l’image reconstruite.Preferably, the recesses have a shape adapted so that the FX beam is a collimated beam in the shape of a fan (or “fan beam” in English). This beam shape combined with one or more linear detectors is advantageous in medical imaging for example because it allows better resolution in the reconstructed image.

Alternativement, les évidements présentent une forme adaptée pour que le faisceau FX soit un faisceau collimaté en forme de cône afin de réaliser de la « Cone Beam Computer Tomgraphy ».Alternatively, the recesses have a shape adapted so that the FX beam is a cone-shaped collimated beam in order to carry out “Cone Beam Computer Tomgraphy”.

Selon un premier mode de réalisation, comme illustré en figures 1B-2, afin de permettre un blindage additionnel de l’antenne 1 aux rayons X générés par les sources S, la couche métallique CM présente une épaisseur comprise entre 50 et 250 microns. Dans ce mode de réalisation, la couche CM est dans un métal à numéro atomique Z élevé comme du plomb, du tungstène ou du molybdène.According to a first embodiment, as illustrated in Figures 1B-2, in order to allow additional shielding of the antenna 1 to X-rays generated by the sources S, the metal layer CM has a thickness of between 50 and 250 microns. In this embodiment, the CM layer is in a metal with a high atomic number Z such as lead, tungsten or molybdenum.

Selon un deuxième mode de réalisation illustré en , en plus des fonctions de blindage additionnel et de focalisation électrostatique du faisceau d’électrons réalisées dans le premier mode de réalisation, la couche CM est adaptée pour effectuer une collimation additionnelle des faisceaux FX. Pour cela, dans le second mode de réalisation, la couche CM présente une épaisseur supérieure à 500 microns, et présente une pluralité d’ouvertures OF agencées en regard des évidements TF. La forme et la dimension de ces ouvertures OF est adaptée pour effectuer la collimation additionnelle des faisceaux FX. De préférence, la forme et la dimension de ces ouvertures OF est telle que, après la collimation additonnelle, chacun des faisceaux FX soit un faisceau collimaté en forme d’éventail (ou « fan beam » en anglais) ou de cône (ou « cone beam » en anglais).According to a second embodiment illustrated in , in addition to the functions of additional shielding and electrostatic focusing of the electron beam carried out in the first embodiment, the CM layer is adapted to carry out additional collimation of the FX beams. For this, in the second embodiment, the layer CM has a thickness greater than 500 microns, and has a plurality of openings OF arranged opposite the recesses TF. The shape and size of these OF openings is adapted to carry out additional collimation of the FX beams. Preferably, the shape and size of these openings OF is such that, after the additional collimation, each of the FX beams is a collimated beam in the shape of a fan (or “fan beam” in English) or cone (or “cone beam” in English).

Dans l’antenne de l’invention, le matériau diélectrique MD est liquide (voir ) y compris les gels, solide ou gazeux. Dans le mode de réalisation dans lequel le matériau MD est gazeux, le matériau MD est par exemple de l’hexafluorure de soufre. Un isolant gazeux présente l’avantage de pouvoir revenir à l’état initial (« auto-réparant ») en cas d’arcs électriques dans l’enceinte sous pression.In the antenna of the invention, the dielectric material MD is liquid (see ) including gels, solid or gas. In the embodiment in which the MD material is gaseous, the MD material is for example sulfur hexafluoride. A gaseous insulator has the advantage of being able to return to the initial state (“self-repairing”) in the event of electric arcs in the pressure vessel.

La figure 2 illustre schématiquement une vue en coupe selon le plan d’une antenne 1 selon mode de réalisation dans lequel le matériau MD est solide. Un isolant solide présente l’avantage de pouvoir connecter et déconnecter une source de l’antenne sans avoir à gérer la problématique de perte d’étanchéité de l’enceinte dans le cas d’un isolant liquide ou gazeux. L’utilisation d’un matériau MD requiert l’utilisation de joints J isolants électriques, souples, et disposés entre le matériau diélectrique MD et l’enceinte à vide de chaque source à rayons X. Ces joints J permettent d’éviter l’apparition de lames d’air entre les enceintes et le matériau diélectrique MD solide qui sont susceptibles de former des chemins de claquage électrique entre l’anode à la haute tension et l’extérieur de l’antenne à la masse.Figure 2 schematically illustrates a sectional view according to the plan of an antenna 1 according to embodiment in which the MD material is solid. A solid insulator has the advantage of being able to connect and disconnect a source from the antenna without having to deal with the problem of loss of sealing of the enclosure in the case of a liquid or gaseous insulator. The use of an MD material requires the use of flexible, electrically insulating J joints placed between the MD dielectric material and the vacuum enclosure of each X-ray source. These J joints make it possible to avoid the appearance of air blades between the enclosures and the solid MD dielectric material which are likely to form electrical breakdown paths between the anode at high voltage and the exterior of the antenna at ground.

En plus des éléments représentés dans les figures 1A et 1B, chaque source de l’antenne 1 du mode de réalisation de la comprend un queusot Q qui est un élément tubulaire permettant de faire le vide dans l’enceinte EV. Préférentiellement, comme illustré dans la , chaque source S comprend un Wehnelt W, qui est une électrode circulaire permettant de contrôler l’intensité et de focaliser le faisceau d’électrons généré dans l’enceinte EV de la source par la cathode Cat.In addition to the elements shown in Figures 1A and 1B, each source of the antenna 1 of the embodiment of the includes a tail Q which is a tubular element used to create a vacuum in the EV enclosure. Preferably, as illustrated in the , each source S includes a Wehnelt W, which is a circular electrode making it possible to control the intensity and focus the electron beam generated in the EV enclosure of the source by the Cat cathode.

La figure 4 est une représentation schématique d’une vue de face selon le plan d’un dispositif scanner 2 à rayons X comprenant l’antenne 1 de l’invention. On note que les figures 1B à 3 sont des vues schématiques de l’antenne 1 selon la coupe PP’ représentée en figure 4. Le fonctionnement détaillé d’un tel scanner sort du cadre de l’invention et peut être retrouvée en détail dans la demande FR N°2010947 par exemple. Brièvement, on précise que le scanner 2 comprend un ou des détecteurs Det disposés en regard de l’antenne 1 afin de détecter les faisceaux FX émis par l’antenne après qu’ils aient traversé un objet à imager Obj compris dans la zone à imager ZI. La zone à imager correspond au champ de vue couvert par les faisceaux FX et détectés par les détecteurs. En outre, le scanner comprend typiquement une table TD déplaçable par translation par rapport à l’antenne 1 et au détecteur Det selon une direction perpendiculaire à la zone à image (qui est selon le plan dans l’exemple de la ), afin de reconstruire une image tomographique de l’objet à imager Obj. Préférentiellement, pour une meilleure reconstruction, les sources S de l’antenne sont disposées autour de l’axe de translation de la table. Enfin, l’élément EI de l’antenne 1 est relié à un générateur de haute tension GHT par l’intermédiaire d’un connecteur haute tension CN qui permet aussi la fixation mécanique du générateur GHT à l’antenne 1.Figure 4 is a schematic representation of a front view according to the plan of an X-ray scanner device 2 comprising the antenna 1 of the invention. Note that Figures 1B to 3 are schematic views of the antenna 1 according to the section PP' shown in Figure 4. The detailed operation of such a scanner goes beyond the scope of the invention and can be found in detail in the request FR N°2010947 for example. Briefly, it is specified that the scanner 2 comprises one or more detectors Det arranged opposite the antenna 1 in order to detect the FX beams emitted by the antenna after they have passed through an object to be imaged Obj included in the area to be imaged ZI. The area to be imaged corresponds to the field of view covered by the FX beams and detected by the detectors. In addition, the scanner typically comprises a table TD movable by translation relative to the antenna 1 and to the detector Det in a direction perpendicular to the image zone (which is according to the plane in the example of the ), in order to reconstruct a tomographic image of the object to be imaged Obj. Preferably, for better reconstruction, the sources S of the antenna are arranged around the translation axis of the table. Finally, the element EI of the antenna 1 is connected to a high voltage generator GHT via a high voltage connector CN which also allows the mechanical attachment of the generator GHT to the antenna 1.

A titre d’exemple, dans l’illustration de la , l’élément EI est adapté pour que l’antenne présente cinq sections SE distinctes chacune comprenant sept sources S disposées de manière à former une barrette droite dans la section SE. Dans le mode de réalisation de la , les sections SE sont agencées de manière à former un demi-cercle polygonal (nommé « arche » ci après). Cet aménagement est avantageux afin de couvrir un champ de vue plus important de la zone à imager ZI. Il est entendu que le nombre de section, le nombre de source S dans chaque section et la forme globale de l’antenne 1 sont donnés à titre d’exemples non limitatifs. Ainsi, le scanner comprenant l’antenne de l’invention présente une grande modularité (nombre de sources, forme de l’antenne, pas de l’antenne), est moins coûteux à entretenir et présente une dégradation plus douce que les scanners comprenant des antennes à balayage électronique à rayons X de l’art antérieur.For example, in the illustration of the , the element EI is adapted so that the antenna has five distinct sections SE each comprising seven sources S arranged so as to form a straight bar in the section SE. In the embodiment of the , the SE sections are arranged so as to form a polygonal semi-circle (called “arch” hereinafter). This arrangement is advantageous in order to cover a larger field of view of the area to be imaged ZI. It is understood that the number of sections, the number of sources S in each section and the overall shape of the antenna 1 are given as non-limiting examples. Thus, the scanner comprising the antenna of the invention has great modularity (number of sources, shape of the antenna, pitch of the antenna), is less expensive to maintain and has smoother degradation than scanners comprising antennas. prior art X-ray electronic scanning antennas.

L’antenne de d’émission l’invention n’est pas nécessairement planaire. C’est-à-dire que selon certains modes de réalisation de l’invention, l’élément EI est adapté pour que l’antenne soit scindée en sous-ensembles non coplanaires. Aussi, l’antenne peut comporter plusieurs sections similaires à celles de la , de manière à former plusieurs arches distinctes. Dans ce cas, l’élément EI est sensiblement perpendiculaire aux arches. Il est cependant essentiel que, quelque soit la structure spatiale de l’antenne, les sources et leur tâches focales soient à égales distances de l’axe de translation du scanner.The transmitting antenna of the invention is not necessarily planar. That is to say that according to certain embodiments of the invention, the element EI is adapted so that the antenna is split into non-coplanar subassemblies. Also, the antenna can have several sections similar to those of the , so as to form several distinct arches. In this case, the element EI is substantially perpendicular to the arches. It is however essential that, whatever the spatial structure of the antenna, the sources and their focal spots are at equal distances from the translation axis of the scanner.

Claims

X-ray transmitting antenna (1) comprising:

a plurality of X-ray sources (S) each comprising:
- a vacuum enclosure (EV);
- a cathode (Cat) controlled by a switch (I) to emit an electron beam (FE) within the vacuum chamber;
- an anode (A) comprising a target (C) arranged so that the electron beam impacts the target so as to generate X-ray radiation (X);
a metallic interconnection element (EI) providing mechanical support for the X-ray sources so as to maintain them in a predetermined position, said element being adapted to transmit a high voltage to at least the anode of each X-ray source of so as to apply a voltage difference between the anode and the cathode of each X-ray source and thus accelerate the electron beam in the vacuum enclosure, said interconnection element partially encapsulating the anode and the enclosure at vacuum of each X-ray source and having a plurality of recesses, each of the recesses (TF) opening opposite a respective anode so as to collimate the X-ray generated by said respective anode, forming a collimated beam (FX) X-ray;
a dielectric material (MD) encapsulating the X-ray sources and the interconnect element;
a metallic layer (CM) around the dielectric material in contact with the cathode of each X-ray source.

Antenna according to claim 1, in which the interconnection element is adapted so that the sources are arranged so that a direction of propagation of the electron beams in their enclosure (EV) are substantially parallel, a direction of propagation of the electron beam in their enclosure (EV) being substantially opposite between two adjacent sources.

Antenna according to claim 1 or 2, in which the interconnection element is adapted so that the sources (S) are arranged in three rows, the electron beams from the sources of each of the rows having a direction of propagation in their enclosure (EV) parallel to each other and in the same direction.

Antenna according to the preceding claim, in which the directions of propagation of the electron beams of a first row form an angle of 90° with the directions of propagation of the electron beams of a second row and the directions of propagation of the beams of electrons in the second row form an angle of 90° with the directions of propagation of the electron beams in a third row.

Antenna according to any one of the preceding claims, comprising a control module configured to switch the switch of each of the X-ray sources according to a predetermined sequence.

Antenna according to any one of the preceding claims, in which the cathodes are configured to emit the electron beam in pulse mode by field effect.

Antenna according to any one of the preceding claims, in which the interconnection element allows evacuation of a portion of thermal power generated by the anodes during their operation, possibly by liquid cooling.

Antenna according to any one of the preceding claims, in which the dielectric material is solid, said antenna comprising a plurality of flexible joints made of dielectric material arranged between the dielectric material and the vacuum enclosure of each X-ray source.

Antenna according to any one of claims 1 to 7, in which the dielectric material is liquid, gaseous or in the form of gel.

Antenna according to any one of the preceding claims, in which the interconnection element is in a metallic conductive material, for example copper or aluminum.

Antenna according to any one of the preceding claims, in which the metal layer has a thickness of between 50 and 250 microns.

Antenna according to any one of claims 1 to 10, in which the metal layer has a thickness greater than 500 microns, and has a plurality of openings adapted to carry out additional collimation of the collimated X-ray beams

Antenna according to any one of the preceding claims, in which the metal layer is made of lead, tungsten or even molybdenum.

Antenna according to any one of the preceding claims, in which the interconnection element (EI) is further adapted to transmit a high voltage to the cathode of each source.

X-ray scanner device (2) comprising an antenna according to any one of the preceding claims and one or more X-ray detectors (Det) arranged opposite said antenna in order to detect the collimated X-ray beams (FX) emitted by said antenna after they have crossed a zone to be imaged (ZI), said scanner comprising a high voltage generator (GHT) electrically connected to said interconnection element via a high voltage connector CN, allowing mechanical fixing from the high voltage generator to said antenna.