WO2000025341A1 - Dispositif de controle a rayons x - Google Patents

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Alain Paulus
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Industrial Control Machines S.A.
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    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
    • H05G1/08—Electrical details
    • H05G1/26—Measuring, controlling or protecting
    • H05G1/30—Controlling
    • H05G1/46—Combined control of different quantities, e.g. exposure time as well as voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/14—Arrangements for concentrating, focusing, or directing the cathode ray
    • H01J35/153—Spot position control

Definitions

  • the present invention relates to the field of industrial radiology, and more particularly to its application to
  • Non Destructive Testing It concerns all techniques where X-ray tubes are used to detect faults in materials or assemblies.
  • panoramic X-ray tubes are produced in the following manner.
  • the electron source consists of a more or less circular filament (generally in the form of a spiral), while the target is conical. A cylindrical electron beam is thus emitted, which is supposed to be distributed perfectly around the axis of symmetry of the target.
  • a device for controlling a material or an assembly comprising an X-ray generator, the generator comprising means for producing an electron beam
  • the generator of X-rays further comprises a device for measuring the intensity of X-rays and a device for generating a magnetic field for controlling the trajectory of the electron beam in several axial directions perpendicular to the axis of the electron beam
  • the device further comprises a regulation system arranged to respond to the measurement signals produced by the beam offset measurement device and to produce signals in order to adjust the intensity of the magnetic field produced by the magnetic device in the directions aforementioned axial
  • the device for measuring the intensity of X-rays consists of several sensors arranged in the g X-ray generator at several points and arranged to measure the intensity of the X-ray in several directions.
  • means are further provided for rotating the electron beam regularly around the axis of symmetry of the target.
  • This additional arrangement makes it possible to create a rotating field which displaces the point of impact of the beam around the axis of symmetry of the target.
  • the user can thus use the same generator as well as a device pan (rotating beam) as a directional device (fixed beam). This results in substantial savings for the user.
  • FIG. 1 is an axial sectional view of an X-ray tube, of the panoramic type
  • FIG. 2 shows in cross section an exemplary embodiment of an X-ray generator according to the invention.
  • the reference sign 11 designates the filament of a panoramic X-ray tube 10 in which is housed an anode 13 and a cathode 14, the reference sign 12 designates the trajectory of the electron beam and the sign 13 indicates the target.
  • X-rays are indicated by the reference signs 16 to 18, namely the main axis 17 and the two extreme axes 16 and 18.
  • the position of the point of impact of the beam is difficult to control, and subject to various variations linked to internal and external causes of the X-ray tube. This results in a poor distribution of the emitted dose, which is not homogeneous over the 360 ° of the radiation, which makes the device difficult to use.
  • FIG. 2 shows a cross section in an exemplary embodiment of an X-ray generator according to the invention with the regulation system 29.
  • the regulation system 29 comprises a system for reading sensors 30 connected to a microprocessor 32, connected in turn to a control system 31 of the coils.
  • the axis of symmetry of the generator 20 is noted 100.
  • This axis of symmetry which is also the axis of the electron beam, are arranged several sensors 21-23 to capture the radiation dose. at different points around the electron beam and several electromagnetic coils 25-28 to create a magnetic field when powered by an electric current.
  • the number of sensors and the number of electromagnetic coils may be different from those of the embodiment described here. A larger number of sensors increases the accuracy of the system.
  • it is important that at least one sensor is located outside the plane formed by one of the other sensors and the axis of the electron beam. In particular, the number of sensors can be equal to two.
  • the sensors are preferably arranged so that the angle formed by the first sensor, the axis 100 and the second sensor is equal to 90 degrees.
  • a microprocessor 32 calculates the difference between on the one hand the dose measured by the sensor 21 and on the other hand the average of the doses measured by the sensors 22 and 23. It then corrects the current injected into the coils 25-26 so as to move the beam along the axis 101 in the direction where the dose is the lowest. The correction is proportional to the error measured.
  • the microprocessor calculates the difference between the doses measured by the sensors 22 and 23, and then acts on the current injected into the coils 27 and 28. The parameters of this regulation are then optimized so that this system servo stabilizes at an operating point where the doses measured by the three sensors are of the same value.
  • the magnetic device can be constituted as described above of coils traversed by an adjustable current, but can also be produced using permanent magnets creating a magnetic field whose intensity seen by the electron beam is adjustable.
  • the sensors can consist of any device for measuring ionizing radiation, namely ionization chamber, semiconductor element directly sensitive to ionizing radiation, semiconductor element sensitive to electromagnetic radiation of different wavelength to a converter device (fluorescent element), or any other known device.
  • the control system according to the invention makes it possible to obtain perfect centering of the radiation, whatever the original off-center of the beam in the X-ray tube.
  • a development of the inventive idea makes it possible to create a panoramic radiation whatever the shape of the filament.
  • the coil regulation system in this case injects alternating current with a phase offset of 90 ° between the two pairs of coils. This creates a rotating magnetic field, which moves the point of impact of the electron beam around the axis of the target.
  • the generator can then be used both as a panoramic device (rotating beam) and as a directional device (fixed beam), the operating mode depending solely on the action applied by the magnetic device. The user thus has two devices in one, resulting in substantial savings.
  • the illustrated embodiment is only a non-limiting example.
  • the number of sensors, the number of magnetic field generating devices and their arrangements around the axis of the electron beam may be different from those shown in the drawing.
  • the adjustment device can form an accessory arranged to be housed around an existing X-ray generator.
  • the device according to the invention makes it possible not only to obtain homogeneous radiation over 360 ° but also to deliberately concentrate the radiation in a well-defined direction. In both cases, an effective beam adjustment is obtained.

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Abstract

Dispositif de contrôle d'un matériau ou d'un assemblage, comprenant un générateur de rayons X, le générateur comprenant des moyens pour produire un faisceau d'électrons. Le générateur de rayons X comprend en outre un dispositif (21-23) pour mesurer l'intensité des rayons X et un dispositif générateur de champ magnétique (25-28) pour contrôler la trajectoire du faisceau d'électrons dans plusieurs directions axiales perpendiculaires à l'axe du faisceau d'électrons. Le dispositif comprend en outre un système de régulation agencé pour répondre aux signaux de mesure produits par le dispositif de mesure de décentrage du faisceau (21-23) et pour produire des signaux afin d'ajuster l'intensité du champ magnétique produit par le dispositif magnétique (25-28) dans les directions axiales précitées. Le dispositif pour mesurer l'intensité des rayons X est constitué de plusieurs capteurs (21, 22, 23) disposés dans le générateur de rayons X en plusieurs points et agencés à mesurer l'intensité du rayon X en plusieurs directions.

Description

Dispositif de contrôle à rayons X
La présente invention s'inscrit dans le domaine de la radiologie industrielle, et plus particulièrement à son application au
Contrôle Non Destructif. Elle concerne toutes les techniques où des tubes à rayons X sont utilisés afin de détecter des défauts dans des matériaux ou des assemblages.
Dans ces techniques, suivant l'application concernée on distingue deux types de générateurs de rayons X : d'une part les appareils directionnels qui émettent un rayonnement dans une direction déterminée suivant un certain angle d'ouverture, et d'autre part les générateurs panoramiques qui émettent un rayonnement sur 360° et permettent ainsi, par exemple, de radiographier des éléments cylindriques ou sphériques en plaçant le générateur à l'intérieur et le récepteur à l'extérieur de l'élément en question. Dans l'état actuel de la technique, les tubes à rayons X panoramiques sont réalisés de la façon suivante. La source d'électrons est constituée par un filament de forme plus ou moins circulaire (généralement en forme de spirale), tandis que la cible est de forme conique. On émet ainsi un faisceau d'électrons de forme cylindrique, qui est censé se répartir parfaitement autour de l'axe de symétrie de la cible.
Cette technique présente certains inconvénients. En effet, la position de la zone d'impact du faisceau est difficilement contrôlable, et sujette à diverses variations liées à des causes internes et externes au tube à rayons X. Il en résulte une répartition non contrôlée de la dose de rayons X émise, qui n'est en particulier pas homogène sur les 360° du rayonnement, ce qui rend l'appareil difficile à utiliser.
L'invention a pour but de pallier ces inconvénients. Ce but est atteint grâce à l'invention par un dispositif de contrôle d'un matériau ou d'un assemblage, comprenant un générateur de rayons X, le générateur comprenant des moyens pour produire un faisceau d'électrons, caractérisé en ce que le générateur de rayons X comprend en outre un dispositif pour mesurer l'intensité des rayons X et un dispositif générateur de champ magnétique pour contrôler la trajectoire du faisceau d'électrons dans plusieurs directions axiales perpendiculaires à l'axe du faisceau d'électrons, et en ce que le dispositif comprend en outre un système de régulation agencé pour répondre aux signaux de mesure produits par le dispositif de mesure de décentrage du faisceau et pour produire des signaux afin d'ajuster l'intensité du champ magnétique produit par le dispositif magnétique dans les directions axiales précitées, dans lequel le dispositif pour mesurer l'intensité des rayons X est constitué de plusieurs capteurs disposés dans le générateur de rayons X en plusieurs points et agencés à mesurer l'intensité du rayon X en plusieurs direction. En ajustant l'intensité du champ magnétique de façon appropriée, ce dispositif suivant l'invention permet d'obtenir une parfaite homogénéité du rayonnement quel que soit le décentrage originel du faisceau d'électrons dans le tube à rayons X.
Dans un mode de réalisation particulier, des moyens sont en outre prévus pour faire tourner le faisceau d'électrons de manière régulière autour de l'axe de symétrie de la cible. Cette disposition complémentaire permet de créer un champ tournant qui déplace le point d'impact du faisceau autour de l'axe de symétrie de la cible. L'utilisateur peut ainsi utiliser un même générateur aussi bien en tant qu'appareil panoramique (faisceau tournant) qu'en tant qu'appareil directionnel (faisceau fixe). Il en résulte une économie substantielle pour l'utilisateur.
L'invention est exposée plus en détail dans ce qui suit à l'aide des dessins joints. Dans ces dessins : - La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un tube à rayon X, de type panoramique;
- La figure 2 montre en coupe transversale un exemple de mode de réalisation d'un générateur de rayons X suivant l'invention.
Sur la figure 1 , le signe de référence 11 désigne le filament d'un tube à rayons X panoramique 10 dans lequel est logé une anode 13 et une cathode 14, le signe de référence 12 désigne la trajectoire du faisceau d'électrons et le signe de référence 13 désigne la cible. Les rayons X sont indiqué par les signes de références 16 à 18, à savoir l'axe principal 17 et les deux axes extrêmes 16 et 18. Comme indiqué plus haut, la position du point d'impact du faisceau est difficilement contrôlable, et sujette à diverses variations liées à des causes internes et externes au tube à rayons X. Il en résulte une mauvaise répartition de la dose émise, qui n'est pas homogène sur les 360° du rayonnement, ce qui rend l'appareil difficile à utiliser. Pour remédier à cet inconvénient, l'invention propose un générateur de rayons X nouveau, associé à un système de régulation destiné à réaliser le centrage du faisceau d'électrons. La figure 2 montre une coupe transversale dans un exemple de réalisation d'un générateur de rayons X suivant l'invention avec le système de régulation 29. Le système de régulation 29 comprend un système de lecture 30 des capteurs relié à un microprocesseur 32, relié à son tour à un système de commande 31 des bobines.
L'axe de symétrie du générateur 20 est noté 100. Autour de cet axe de symétrie, qui est aussi l'axe du faisceau d'électrons, sont disposés plusieurs capteurs 21-23 pour capter la dose de rayonnement en différents points autour du faisceau d'électrons et plusieurs bobines électromagnétiques 25-28 pour créer un champ magnétique lorsqu'elles sont alimentées par un courant électrique. Il est bien entendu que le nombre de capteurs et le nombre de bobines électromagnétiques peuvent être différents de ceux que compte le mode de réalisation décrit ici. Un nombre plus grand de capteurs permet d'augmenter la précision du système. Pour capter la dose de rayonnement en différents points, il est important qu'au moins un capteur soit situé en dehors du plan formé par un des autres capteurs et l'axe du faisceau d'électrons. En particulier, le nombre de capteurs peut être égal à deux.
Dans ce cas, les capteurs sont de préférence agencé de sorte que l'angle formé par le premier capteur, l'axe 100 et le deuxième capteur est égal à 90 degré.
Dans l'exemple décrit ici, un microprocesseur 32 calcule l'écart entre d'une part la dose mesurée sur le capteur 21 et d'autre part la moyenne des doses mesurées par les capteurs 22 et 23. Il corrige alors le courant injecté dans les bobines 25-26 de façon à déplacer le faisceau selon l'axe 101 dans la direction où la dose est la plus faible. La correction est proportionnelle à l'erreur mesurée. Dans l'autre axe 102, le microprocesseur calcule la différence entre les doses mesurées par les capteurs 22 et 23, et agit alors sur le courant injecté dans les bobines 27 et 28. Les paramètres de cette régulation sont alors optimisés de manière que ce système asservi se stabilise en un point de fonctionnement où les doses mesurées par les trois capteurs sont de même valeur.
Le dispositif magnétique peut être constitué comme décrit ci-dessus de bobines parcourues par un courant ajustable, mais peut également être réalisé à l'aide d'aimants permanents créant un champ magnétique dont l'intensité vue par le faisceau d'électrons est ajustable. Les capteurs peuvent être constitués de n'importe quel dispositif de mesure de rayonnements ionisants, à savoir chambre d'ionisation, élément semi-conducteur directement sensible aux rayonnements ionisants, élément semi-conducteur sensible à un rayonnement électromagnétique de longueur d'onde différente couplé à un dispositif convertisseur (élément fluorescent), ou tout autre dispositif connu.
Le système de contrôle suivant l'invention permet d'obtenir un parfait centrage du rayonnement, quel que soit le décentrage originel du faisceau dans le tube à rayons X.
Un développement de l'idée inventive permet de créer un rayonnement panoramique quelle que soit la forme du filament. En utilisant le dispositif magnétique décrit ci-dessus, on prévoit de faire tourner le faisceau d'électrons de façon régulière autour de l'axe de symétrie de la cible. Le système de régulations des bobines injecte dans ce cas un courant alternatif avec un décalage de phase de 90° entre les deux paires de bobines. On crée ainsi un champ magnétique tournant, qui déplace le point d'impact du faisceau d'électrons autour de l'axe de la cible. Le générateur peut alors être utilisé aussi bien en tant qu'appareil panoramique (faisceau tournant) qu'en tant qu'appareil directionnel (faisceau fixe), le mode de fonctionnement dépendant uniquement de l'action appliquée par le dispositif magnétique. L'utilisateur dispose ainsi de deux appareils en un, d'où une économie substantielle.
Il est entendu que le mode de réalisation illustré n'est qu'un exemple nullement limitatif. En particulier, le nombre de capteurs, le nombre de dispositifs générateurs de champ magnétique et leurs dispositions autour de l'axe du faisceau d'électrons peuvent être différents de ceux qui sont montrés sur le dessin. En particulier, le dispositif de réglage peut former un accessoire agencé à être logé autour d'un générateur à rayons X existant.
Il est également concevable d'utiliser les moyens agencé à faire tourner le faisceau d'électrons indépendamment du système de réglage de l'intensité des rayons X émis. Ces moyens procurent en effet l'avantage de former un générateur qui peut être utilisé aussi bien en tant qu'appareil panoramique (faisceau tournant) qu'en tant qu'appareil directionnel (faisceau fixe). Il en résulte une économie substantielle pour l'utilisateur.
Le dispositif selon l'invention permet non seulement d'obtenir un rayonnement homogène sur 360° mais également de concentrer volontairement le rayonnement dans une direction bien déterminé. Dans les deux cas, un réglage efficace du faisceau est obtenu.

Claims

REVENDICAT1ONS
1. Dispositif de contrôle d'un matériau ou d'un assemblage, comprenant un générateur de rayons X, le générateur comprenant des moyens pour produire un faisceau d'électrons, caractérisé en ce que le générateur de rayons X comprend en outre un dispositif (21-23) pour mesurer l'intensité des rayons X et un dispositif générateur de champ magnétique (25-28) pour contrôler la trajectoire du faisceau d'électrons dans plusieurs directions axiales perpendiculaires à l'axe du faisceau d'électrons, et en ce que le dispositif comprend en outre un système de régulation agencé pour répondre aux signaux de mesure produits par le dispositif de mesure de décentrage du faisceau (21-23) et pour produire des signaux afin d'ajuster l'intensité du champ magnétique produit par le dispositif magnétique (25-28) dans les directions axiales précitées, dans lequel le dispositif pour mesurer l'intensité des rayons X est constitué de plusieurs capteurs (21 , 22, 23) disposés dans le générateur de rayons X en plusieurs points et agencés à mesurer l'intensité du rayon X en plusieurs direction.
2. Dispositif suivant la revendication 1 , dans lequel les capteurs comprennent un premier capteur et un deuxième capteur, le deuxième capteur étant prévu en dehors du plan formé par le premier capteur et l'axe du faisceau d'électrons.
3. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, dans lequel le dispositif générateur de champ magnétique précité est constitué de plusieurs bobines électromagnétiques (25-28) disposées dans le générateur de rayons X en des points situés de part et d'autre de l'axe du tube à rayons X et suivant chacune desdites directions axiales, lesdites bobines électromagnétiques étant connectées pour être parcourues par un courant électrique ajustable.
4. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, dans lequel le dispositif générateur de champ magnétique précité est constitué de plusieurs aimants permanents agencés pour créer un champ magnétique dont l'intensité, vue par le faisceau d'électrons, est ajustable.
5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le générateur de rayons X comprend en outre des moyens pour faire tourner le faisceau d'électrons de manière régulière autour de l'axe de symétrie de la cible.
6. Générateur de rayons X comprenant un tube à rayons X dans une enceinte, caractérisé en ce qu'il comprend en outre plusieurs capteurs (21-23) disposés en plusieurs points et agencés à mesurer l'intensité du rayon X en plusieurs direction et plusieurs bobines électromagnétiques (25-28) disposées en des points situés de part et d'autre de l'axe du tube à rayons X et suivant plusieurs directions axiales, lesdites bobines électromagnétiques étant connectées pour être parcourues par un courant électrique ajustable.
7. Générateur de rayons X comprenant un tube à rayons X dans une enceinte, caractérisé en ce qu'il comprend en outre plusieurs capteurs (21-23) disposés en plusieurs points et agencés à mesurer l'intensité du rayon X en plusieurs direction et plusieurs aimants permanents agencés pour créer un champ magnétique dont l'intensité, vue par le faisceau d'électrons, est ajustable.
8. Générateur de rayons X suivant la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour faire tourner le faisceau d'électrons de manière régulière autour de l'axe de symétrie de la cible.
9. Dispositif de réglage de la répartition de l'intensité de rayons X agencé à être logé autour d'un générateur à rayons X, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif (21-23) pour mesurer l'intensité des rayons X ; un dispositif générateur de champ magnétique (25-28) pour contrôler la trajectoire du faisceau d'électrons dans plusieurs directions axiales perpendiculaires à l'axe du faisceau d'électrons ; et un système de régulation agencé pour répondre aux signaux de mesure produits par le dispositif de mesure de décentrage du faisceau (21-23) et pour produire des signaux afin d'ajuster l'intensité du champ magnétique produit par le dispositif magnétique (25-28) dans les directions axiales précitées, dans lequel le dispositif pour mesurer l'intensité des rayons X est constitué de plusieurs capteurs (21 , 22, 23) disposés dans le générateur de rayons X en plusieurs points et agencés à mesurer l'intensité du rayon X en plusieurs direction.
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