WO2019011980A1 - Source génératrice de rayons ionisants compacte, ensemble comprenant plusieurs sources et procédé de réalisation de la source - Google Patents

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

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Definitions

  • Source generating compact ionizing radiation, set comprising several sources and method of producing the source
  • the invention relates to a source generating ionizing rays and in particular X-rays, an assembly comprising a plurality of sources and a method for producing the source.
  • X-rays today have many uses, especially in imaging and radiotherapy. X-ray imaging is widely used especially in the medical field, in industry to perform non-destructive testing and in security to detect dangerous objects or materials.
  • Linear accelerators and X-ray tubes use an accelerated electron beam bombarding a target.
  • the braking of the beam of the electric fields of the nuclei of the target can generate by braking X-radiation.
  • An X-ray tube generally consists of an envelope in which the vacuum is produced.
  • the envelope is formed of a metal structure and an electrical insulator made of alumina or glass.
  • two electrodes are arranged.
  • a cathode electrode brought to a negative potential, is equipped with an electron emitter.
  • a second anode electrode brought to a positive potential with respect to the first electrode, is associated with a target.
  • the electrons accelerated by the potential difference between the two electrodes come to produce a continuous spectrum of ionizing radiation by braking (bremsstralung) when hit the target.
  • Metal electrodes are necessarily large and have large radii of curvature to minimize electric fields on their surface.
  • X-ray tubes Depending on the power of X-ray tubes, these can be equipped with either a fixed anode or a rotating anode for spreading thermal power.
  • Fixed anode tubes have a power of a few kilowatts and are particularly used in industrial, safety and medical applications of low power.
  • Rotating anode tubes can exceed 100 kilowatts and are mainly used in the medical field for imaging requiring significant X-ray fluxes to improve contrast.
  • the diameter of an industrial tube is of the order of 150 mm at 450 kV, 100 mm at 220 kV and 80 mm at 1 60 kV.
  • the indicated voltage corresponds to the potential difference applied between the two electrodes.
  • the diameter varies from 150 to 300 mm depending on the power to be dissipated on the anode.
  • Electrical insulators must be of sufficient size to ensure good electrical isolation from high voltages of 30 kV to 300 kV.
  • Sintered alumina often used to produce these insulators, typically has a dielectric strength of the order of 18 MV / m.
  • the radius of curvature of the metal electrodes should not be too low to maintain a static electric field applied to the surface below an acceptable limit, typically 25 MV / m. Beyond parasitic electron emissions by tunnel effect become difficult to control resulting in wall heating, unwanted X-ray emissions and micro discharges. Because of this, for As seen in X-ray tubes, the dimensions of the cathode electrodes are important in order to limit the parasitic emission of electrons.
  • Thermoinic cathodes are often used in conventional tubes.
  • the anode forming the target must dissipate a significant thermal power. This dissipation can be achieved by circulating a coolant or by producing a large rotating anode. The need for this dissipation also requires increasing the dimensions of the X-ray tubes.
  • the invention aims to overcome all or part of the problems mentioned above by proposing a source of ionizing radiation, for example under as a diode or a high voltage triode whose dimensions are much smaller than those of conventional X-ray tubes.
  • a source of ionizing radiation for example under as a diode or a high voltage triode whose dimensions are much smaller than those of conventional X-ray tubes.
  • the principle of ionizing radiation generation remains similar to that implemented in the known tubes, namely an electron beam bombarding a target.
  • the electron beam is accelerated between a cathode and an anode between which is applied a potential difference, for example greater than 100 kV.
  • the invention makes it possible to significantly reduce the dimensions of the source according to the invention with respect to the known tubes.
  • the invention exceeds a significant electric field level stress on the surface of the cathode electrode or wehnelt.
  • the constraint mentioned above is related to the metallic nature of the interface between the electrode and the vacuum present in the chamber in which the electron beam propagates.
  • the invention mainly consists in replacing at the level of the electrode, the metal / vacuum interface by a dielectric / vacuum material interface which does not allow parasitic emission of electrons by tunnel effect. It is then possible to accept electric fields well above those acceptable with a metal / vacuum interface. Initial internal tests have shown that it is possible to reach static fields well above 30 MV / m without parasitic emission of electrons.
  • This dielectric / vacuum interface can for example be obtained by replacing the metal electrode whose external surface is subjected to the electric field by an electrode made of a dielectric material whose surface is subjected to the electric field and whose internal surface is coated with perfectly adherent conductive deposit ensuring the function of electrostatic wehnelt. It is also possible to cover the outer surface of a metal electrode subjected to the electric field by a dielectric material to replace the metal / vacuum interface of the known electrodes by a dielectric / vacuum interface where the electric field is important. This arrangement makes it possible to significantly increase the maximum electric field below which the parasitic emission of electrons does not occur.
  • the subject of the invention is a source generating ionizing rays comprising:
  • a cathode capable of emitting an electron beam into the vacuum chamber A cathode capable of emitting an electron beam into the vacuum chamber
  • An anode receiving the electron beam and comprising a target capable of generating ionizing radiation from the energy received from the electron beam,
  • the electrode is formed of a conductive surface adhering to a concave face of a dielectric material.
  • the source comprises a mechanical part made of the dielectric material, and comprising the concave face.
  • the conductive surface is formed of a metal deposit disposed on the concave face.
  • the mechanical part comprises an internal face having a surface resistivity of between 1 .10 9 ⁇ . square and 1 .10 13 Q.carred.
  • the dielectric material is formed of a nitride-based ceramic.
  • the surface resistivity of the inner face may be obtained by depositing a semiconductor material on the dielectric material of the mechanical part.
  • the surface resistivity of the inner face can be obtained by adding nitride-based ceramic to the volume of a material which makes it possible to reduce the intrinsic resistivity of the nitride-based ceramic.
  • the cathode emits the electron beam by field effect and in that the electrode is disposed in contact with the cathode.
  • the mechanical part forms a support for the cathode.
  • the mechanical part forms part of the vacuum chamber.
  • the mechanical part forms a support of the anode.
  • the mechanical part comprises an outer surface in the form of an inner truncated cone.
  • the source comprises a support having an outer cone-shaped surface thereof complementary to the outer conical frustum-shaped outer surface and at least one high-voltage contact feeding the cathode.
  • the contact and the frustoconical surfaces form a high voltage connector of the source.
  • the source comprises a flexible seal disposed between the conical frustoconical surface of the support and the truncated cone-shaped surface of the mechanical part.
  • the cone-shaped surface of the support has a more open aperture angle than the truncated cone-shaped surface of the mechanical part.
  • the high voltage connector is configured to vent air between the two cone-shaped surfaces within the high-voltage connector in a non-electric field cavity generated by a high voltage carried by the connector.
  • the mechanical part comprises an outer surface in the form of an outer cone frustum.
  • the support includes an inner cone-shaped truncated surface complementary to the outer cone-shaped outer surface.
  • the anode is sealed to the mechanical part.
  • the dielectric material has a dielectric strength greater than 30MV / m.
  • the subject of the invention is also an ionizing radiation generation assembly comprising:
  • a control module configured to switch each of the sources according to a predetermined sequence.
  • the mechanical part is common to all sources.
  • the sources can be aligned on an axis passing through each of the cathodes.
  • the electrode is then advantageously common to the different sources.
  • Anodes from all sources are advantageously common.
  • the subject of the invention is also a method for producing a source consisting in assembling the translation of the mechanical part along an axis of the electron beam, on the one hand the anode and on the other hand the cathode, a cavity formed by the concave face, being closed by a plug.
  • Figure 1 shows schematically the main elements of an X-ray generating source according to the invention
  • FIG. 2 represents a variant of the source of FIG. 1 allowing other modes of electrical connection;
  • Figure 3 is a partial and enlarged view of the source of Figure 1 around its cathode
  • Figures 4a and 4b are partial and enlarged views of the source of Figure 1 around its anode according to two variants;
  • FIG. 5 represents in section an integration mode comprising several sources in accordance with the invention
  • Figures 6a and 6b show variants of an assembly comprising several sources in the same vacuum chamber
  • Figures 7a and 7b show several electrical connection modes of a set comprising several sources.
  • FIGS. 8a, 8b and 8c show three examples of assemblies comprising several sources in accordance with the invention and which can be made according to the variants proposed in FIG. 5 or 6.
  • FIG. 1 is a sectional view of an X-ray generating source 10.
  • the source 10 comprises a vacuum chamber 12 in which a cathode 14 and anode 1 6 are disposed.
  • the cathode 14 is intended to emit an electron beam 18 into the chamber 12 towards the anode 1 6.
  • the anode 16 comprises a target 20 bombarded by the beam 18 and emitting X-radiation 22 depending on the energy of the electron beam 18.
  • the beam 18 is developing around an axis 19 passing through the cathode 14 and the anode 1 6.
  • X-ray generating tubes conventionally implement a thermionic cathode operating at high temperature, typically around 1000 ° C.
  • This type of cathode is commonly called hot cathode.
  • This type of cathode composed of a metal matrix or metal oxides emits a flow of electrons caused by the vibrations of atoms due to thermal energy.
  • the hot cathodes suffer from several disadvantages, such as a weak temporal dynamics of the current control related to the time constants of the thermal processes, the need to use grids located between the cathode and the anode and polarized at high voltages in order to to be able to control the current.
  • the grids are therefore located in an area of very high electric fields, they are subjected to high operating temperatures around 1000 ° C. All of these constraints greatly limit the possibilities of integration and lead to significant dimensions of the electron gun.
  • cathodes operating on the principle of field emission have been developed. These cathodes operate at room temperature and are commonly referred to as cold cathodes. Most of them consist of a conductive flat surface with relief structures, on which an electric field is concentrated. These relief structures are emitters of electrons when the field at the top is sufficiently high. The emitters in relief can be formed of carbon nanotubes. Such embodiments are for example described in the patent application published under No. WO 2006/063982 A1 and filed in the name of the applicant. Cold cathodes do not have the disadvantages of hot cathodes and are especially much more compact. In the example shown, the cathode 14 is a cold cathode and thus emits the electron beam 18 by field effect. The control of the cathode 14 is not shown in FIG. This control can be performed electrically or optically as also described in WO 2006/063982 A1.
  • the electron beam 18 is accelerated and strikes the target 20 comprising for example a membrane 20a for example made of diamond or beryllium coated with a thin layer 20b made of an alloy based on high atomic number material such as in particular tungsten or molybdenum.
  • the layer 20b may have a variable thickness, for example between 1 and 12 ⁇ depending on the energy of the electrons of the beam 18.
  • the interaction between the electrons of the electron beam 18 accelerated at high speed and the material of the thin layer 20b allows the production of X-rays 22.
  • the target 20 forms a window of the vacuum chamber 12. In other words, the target 20 forms part of the wall of the vacuum enclosure 12.
  • the membrane 20a is formed of a low atomic number material, such as diamond or beryllium for its X-ray transparency 22.
  • the membrane 20a is configured to ensure with the anode 1 6, the seal at empty of the enclosure 12.
  • the target 20, or at least the layer made of an alloy with a high atomic number can be placed completely inside the vacuum chamber 12 and the X radiation emerges from the chamber 12 while passing through a window forming part of the wall of the vacuum chamber 12.
  • This provision is particularly implemented for a target operating in reflection.
  • the target is then distinct from the window.
  • the layer in which X-radiation is produced can be thick.
  • the target may be fixed or rotating allowing a spread of the thermal power generated during the interaction with the electrons of the beam 18.
  • the source 10 comprises an electrode 24 disposed in the vicinity of the cathode 14 and for focusing the electron beam 18.
  • the electrode 24 forms a wehnelt.
  • the invention is advantageously implemented with a so-called cold cathode. It is a cathode emitting a beam of electrons by field effect. This type of cathode is for example described in WO 2006/063982 A1 filed in the name of the applicant.
  • the electrode 24 is disposed in contact with the cathode 14.
  • the mechanical part 28 advantageously forms a support for the cathode 14.
  • the electrode 24 is formed of a continuous conductive surface disposed on a concave face 26 of a dielectric material.
  • the concave face 26 of the dielectric material forms a convex face of the electrode 24 facing the anode 1 6.
  • the electrode 24 has a substantially convex shape.
  • the outside of the concavity of the face 26 is oriented towards the anode 1 6.
  • the convexity of the electrode 24 may be zero or slightly reversed.
  • the source 10 comprises a mechanical part 28 formed in the dielectric material.
  • One of the faces of the mechanical part 28 is the concave face 26.
  • the electrode 24 is, in this case, constituted by a deposit of a conductive material perfectly adherent to the concave face 26.
  • Various techniques can be implemented to achieve this deposit, such as in particular the physical vapor deposition (known in the English literature by the acronym PVD for Physical Vapor Deposition) or chemical phase (CVD) possibly assisted by plasma (PECVD).
  • dielectric material it is possible to perform a deposition of dielectric material on the surface of a massive metal electrode.
  • the deposition of dielectric material, adhering to the massive metal electrode allows always avoid any air gap or vacuum at the electrode / dielectric material interface.
  • This deposition of dielectric material is chosen to withstand high electric fields, typically greater than 30 MV / m, and to have a sufficient flexibility compatible with any thermal expansion of the massive metal electrode.
  • the opposite arrangement implementing the deposition of a conductive material on the internal face of a solid piece of dielectric material has other advantages, in particular that of allowing the use of the mechanical part 28 to fulfill other functions. .
  • the mechanical part 28 can form a part of the vacuum chamber 12. This part of the vacuum chamber can even be a preponderant part of the vacuum chamber 12.
  • the mechanical part 28 on the one hand forms a support for the cathode 14 and on the other hand a support for the anode 16.
  • the part 28 provides the electrical isolation between the anode 1 6 and the cathode electrode 24.
  • the use of conventional dielectric materials such as, for example, sintered alumina already makes it possible to avoid any metal / vacuum interface.
  • the dielectric strength of this type of material of the order of 18 MV / m, further limits the miniaturization of the source 10.
  • a dielectric material having a dielectric strength greater than 20MV / m and advantageously greater than 30 MV / m is for example maintained above 30 MV / m in a temperature range between 20 and 200 ° C.
  • Composite ceramics of the nitride type make it possible to fulfill this criterion. In-house tests have shown that a ceramic of this nature even allowed to exceed 60 MV / m.
  • the inner face 30 has a surface resistivity measured at room temperature of between 1 .10 9 ⁇ . square and 1 .10 13 ⁇ . square and typically close to 1 .10 11 ⁇ . square.
  • Such resistivity can be obtained by the addition on the surface of a conductive or semiconductor material compatible with the material dielectric. As a semiconductor material, it is for example possible to deposit silicon on the inner face 30.
  • the source 10 comprises a plug 32 sealing the vacuum chamber 12.
  • the mechanical part 28 comprises a cavity 34 in which is disposed the cathode 14.
  • the cavity 34 is delimited by the concave face 26.
  • the cap 32 closes the cavity 34.
  • the electrode 24 comprises two ends 36 and 38 spaced along the axis 19. The first end 36 is in contact with the cathode 14 and in electrical continuity therewith. The second end 38 is opposite to the first.
  • the mechanical part 28 comprises an inner cone trunk 40 with circular section disposed around the axis 19 of the beam 18.
  • the truncated cone 40 is located at the second end 38 of the electrode 24.
  • the truncated cone 40 s opens up away from the cathode 14.
  • the plug 32 comprises a shape complementary to the truncated cone 40 to be disposed therein.
  • the truncated cone 40 ensures the positioning of the plug 32 in the mechanical part 28.
  • the plug 32 can be implemented independently of the embodiment of the electrode 24 in the form of a conductive surface disposed on the concave face 26 of the dielectric material .
  • the plug 32 is made of the same dielectric material as the mechanical part 28. This makes it possible to limit any differential thermal expansion phenomena between the mechanical part 28 and the plug 32 when using the source 10.
  • the plug 32 is for example fixed to the mechanical part 28 by means of a solder film 42 made in the truncated cone 40 and more generally in an interface zone between the plug 32 and the mechanical part 28. It is possible to metallize the surfaces to be brazed of the plug 32 and the mechanical part 28 and then to make the solder by means of a metal alloy which the melting point is greater than the maximum temperature of use of the source 10. The metallization and the solder film 42 come into electrical continuity with the end 38 of the electrode 24.
  • the frustoconical shape of the metallized interface between the plug 32 and the mechanical part 28 makes it possible to avoid too pronounced angular shapes for the electrode 24 and for the conductive zones prolonging the electrode 24 in order to limit any peak effects of the electric field.
  • the solder alloy an active element that reacts with the material of the plug 32 and that of the mechanical part 28.
  • the titanium is embedded in the solder alloy. Titanium is a metal reactive with nitrogen and can create a strong chemical bond with the ceramic. Other reactive metals may be used such as vanadium, niobium or zirconium.
  • the solder film 42 is conductive and is used to electrically connect the electrode 24 to a supply of the source 10.
  • the electrical connection of the electrode 24 by means of the solder film 42 may be used for other types of electrodes, in particular metal electrodes covered with a deposit of dielectric material.
  • the electrical connection of the electrode 24 is provided by this electrical contact.
  • the metallization of the surface 43 is in electrical contact with the solder film 42. It is it is possible to braze the surface metallization 43 with a contact that can be electrically connected to a supply of the source 10.
  • the solder film 42 extends the revolution form of the electrode 24 and contributes to the main function of the electrode 24. This is particularly interesting when the electrode 24 is formed of a conductive surface disposed on the concave face 26.
  • the solder film 42 extends the conductive surface forming the electrode 24 directly and without discontinuity or angular point away from the axis 19.
  • the electrode 24, associated with the solder film 42 when it is conducting, form an equipotential surface which contributes to the focusing of the electron beam 18 and to the setting of the potential of the cathode 14. This makes it possible to minimize local electric fields to increase the compactness of the source 10.
  • the face 26 may have locally convex zones, such as for example at its junction with the truncated cone 40. In practice, the face 26 is at least partially concave. The face 26 is generally concave.
  • the source 10 is biased by means of a high voltage source 50, a negative terminal of which is connected to the electrode 24, for example through the metallization of the solder film 42 and of which a positive terminal is connected. at the anode 1 6.
  • This type of connection is characteristic of a monopolar operation of the source 10 in which the potential of the anode 1 6 is grounded 52.
  • the High voltage source may include an output transformer driven in half bridge H.
  • the bipolar operation can be done by connecting the common point of the generators 56 and 58 to the earth 52.
  • Bipolar operation of a source as described in Figure 1 is made by keeping floating the common point of two high voltage sources connected in series.
  • this common point can be used to polarize another electrode of the source 10 as shown in Figure 2.
  • the source 10 comprises an intermediate electrode 54 splitting into two parts 28a and 28b the mechanical part 28.
  • the intermediate electrode 54 extends perpendicularly the axis 19 of the beam 18 and is traversed by the beam 18.
  • the presence of the electrode 54 allows bipolar operation by connecting the electrode 54 to the common point of the two high voltage sources 56 and 58 connected in series.
  • the assembly formed by the two high-voltage sources 56 and 58 is floating relative to earth 52.
  • FIG. 3 is a partial and enlarged view of the source 10 around the cathode 14.
  • the cathode 14 is disposed in the cavity 34 bearing against the end 36 of the electrode 24.
  • a support 60 makes it possible to center the cathode 14 relative to the electrode 24.
  • the electrode 24 being of revolution about the axis 19, the cathode 14 is centered on the axis 19 allowing it to emit the electron beam 18 along the axis 19.
  • the support 60 comprises a countersink 61 centered on the axis 19 and in which the cathode 14 is disposed.
  • the support 60 comprises an annular zone 63 centered in the electrode 24.
  • a spring 64 presses on the support 60 of to hold the cathode 14 against the electrode 24.
  • the support 60 is made of insulating material.
  • the spring 64 may have an electrical function for conveying a control signal to the cathode 14. More specifically, the cathode 14 emits the electron beam 18 by a face 65, said front face and oriented toward the anode 1 6.
  • the electrical control of the cathode 14 is by its rear face 66 opposite to the front face 65.
  • the support 60 may comprise an opening 67 with a circular section centered on the axis 19.
  • the opening 67 may be metallized with way to electrically connect the spring 64 and the rear face 66 of the cathode 14.
  • the plug 32 can provide the electrical connection of the control of the cathode 14 by means of a metallized via 68 therethrough and a contact 69 secured to the plug 32.
  • the contact 69 presses the spring 64 along the axis 19 to maintain the cathode 14 bearing against the electrode 24.
  • the contact 69 provides electrical continuity between the via 68 and the spring 64.
  • the surface 43 of the plug 32 situated outside the vacuum chamber 12, can be metallized into two distinct zones: a zone 43a centered on the axis 19 and a peripheral annular zone 43b around the axis 19.
  • the metallized zone 43a is in electrical continuity with the metallic via 68.
  • the metallized zone 43b is in electrical continuity with the solder film 42.
  • a central contact 70 bears against the zone 43a and a peripheral contact 71 bears against the area 43b.
  • the two contacts 70 and 71 form a coaxial connector ensuring the electrical connection of the cathode 14 and the electrode 24 via the metallized zones 43a and 43b and via the metallized via 68 and the solder film 42.
  • the cathode 14 may comprise several separately addressable transmitting zones.
  • the rear face 66 then has several separate electrical contact zones.
  • the support 60 and the spring 64 are adapted accordingly.
  • Several contacts similar to the contact 69 and several metallic vias similar to via 68 make it possible to connect the different zones of the rear face 66.
  • the surface 43 of the plug 32, the contact 69 and the spring 64 are sectored accordingly to provide for several zones. similar to the zone 43a and electrical continuity with each metallized vias.
  • At least one sorbiner 35 may be placed in the cavity 34, between the cathode 14 and the stopper 32, in order to trap any particle that may alter the quality of the vacuum of the chamber 12.
  • the sorbeur 35 is generally chemisorption. Alloys based on zirconium or titanium can be used to trap any particles emitted by the various components of the source 10 surrounding the cavity 34.
  • the sorber 35 is, in the example shown, fixed to the plug 32.
  • the sorber 35 is made from stacked annular discs surrounding the contact 69.
  • FIG. 4a represents a variant of ionizing radiation source 75 in which an anode 76 replaces the anode 16 described above.
  • FIG. 4a is a partial and enlarged view of the source 75 around the anode 76.
  • the anode 76 comprises a target 20 bombarded by the beam 18 and emitting X-ray radiation 22.
  • the anode 76 comprises a cavity 80 in which the electron beam 18 penetrates to reach the target 20. More specifically, the electron beam 18 strikes the target 20 by its inner face 84 carrying the thin layer 20b and emits X-radiation 22 by its outer face 86.
  • the walls of the cavity 80 have a cylindrical portion 88 about the axis 19 extending between two ends 88a and 88b.
  • the end 88a is in contact with the target 20 and the end 88b is close to the cathode 14.
  • the walls of the cavity 80 also have a portion 90 in the form of a washer having a hole 89 and closing the cylindrical portion at the level of the end 88b.
  • the electron beam 18 enters the cavity 80 through the hole 89 of the portion 90.
  • the temperature rise of the target 20 may result in molecular outgassing of the target 20 which, under the effect of X-radiation 22, is ionized.
  • Ions 91 appearing on the inner face 84 of the target 20 can damage the cathode if they return to the accelerating electric field between the anode and the cathode.
  • the walls of the cavity 80 can be used to trap the ions 91.
  • the walls 88 and 90 of the cavity 80 are electrical conductors and form a faraday cage vis-à-vis parasitic ions that can be emitted by the target 20 inside the vacuum chamber 12
  • the ions 91 possibly emitted by the target 20 towards the interior of the vacuum chamber 12 are largely trapped in the cavity 80.
  • At least one sorbeur 92 is disposed in the cavity 80.
  • the sorbeur 92 is distinct from the walls 88 and 90 of the cavity 80.
  • the sorbeur 92 is a component Specifically disposed in the cavity 80.
  • the sorbeur 92 generally acts by chemisorption. Alloys based on zirconium or titanium can be used to trap the emitted 91 ions.
  • the walls of the cavity 80 may form a shielding shield with respect to parasitic ionizing radiation 82 generated inside the vacuum enclosure 12 and possibly electrostatic shielding of the electric field. generated between the cathode 14 and the anode 76.
  • the X-radiation 22 forms the useful radiation emitted by the source 75.
  • a parasitic X-ray can emerge from the target 20 via the internal face 84. This parasitic radiation is unnecessary and undesirable. .
  • shielding screens opposing this type of unwanted radiation are arranged around the X-ray generators. This type of embodiment, however, has a disadvantage.
  • the anode 76 and in particular the walls of the cavity 80 are advantageously made of a material with a high atomic number such as, for example, in a tungsten or molybdenum-based alloy in order to stop the parasitic radiation 82. Tungsten or molybdenum have virtually no effect of trapping parasitic ions.
  • the separator 92 By making the separator 92 distinctly from the walls of the cavity 80, this makes it possible to free the choice of materials in order to best ensure the parasitic ion trapping functions for the sorbeur 92 and the vis-à-vis screen parasitic radiation 92 for the walls of the cavity 80 without compromise between the two functions.
  • the sorbeur 92 and the walls of the cavity 80 are made of different materials each adapted to the function assigned to it. It is the same for the sorbeur 35 vis-à-vis the walls of the cavity 34.
  • the walls of the cavity 80 surround the electron beam 18 in the vicinity of the target 20.
  • the walls of the cavity 80 form part of the vacuum enclosure 12.
  • the walls of the cavity 80 are arranged coaxially with the axis 19 so as to be located radially around the axis 19 at a constant distance and therefore closer to the parasitic radiation.
  • the cylindrical portion 88 may partially or completely surround the target 20, thus preventing any parasitic radiation X from escaping from the target 20 radially with respect to the axis 19.
  • the anode 76 performs several functions, its electrical function of course, in addition, a faraday cage function surrounding parasitic ions that can be emitted by the target 20 inside the vacuum chamber 12, a function of screening against parasitic X-radiation and, moreover Again, a wall of the vacuum chamber 12.
  • the source 75 increases in compactness and weight.
  • the disposition of the magnet or electromagnet 94 may be also defined so as to deflect the parasitic ions 91 to the or the sorbeurs 92 in order to prevent the parasitic ions can not leave the cavity through the hole 89 of the part 90 or at least be deflected with respect to the axis 19 passing through the cathode 14.
  • the magnet or the electromagnet 94 generates a magnetic field B oriented along the axis 19.
  • the ions 91 deflected towards the sorber 92 follow a trajectory 91 a and the ions leaving the cavity 80 follow a trajectory 91 b.
  • the means for trapping the parasitic ions 91 that can be emitted by the target 20, are multiple: faraday cage formed by the walls of the cavity 80, presence of sorbers 92 in the cavity 80 and presence of a magnet or electromagnet 94 for divert the parasitic ions. These means can be implemented independently or in addition to the parasitic X-ray shielding function and the wall function of the vacuum enclosure 12.
  • the anode 76 is advantageously made in the form of a one-piece mechanical part of revolution about the axis 19.
  • the cavity 80 forms a central tubular part of the anode 76.
  • the magnet or electromagnet 94 is arranged around the cavity 80 in an annular space 95 advantageously located outside the vacuum chamber 12.
  • the walls of the cavity 80 are made of non-magnetic material. More generally, the entire anode 76 is made of the same material, for example by machining.
  • the sorbeur 92 is located in the cavity 80 and the magnet or the electromagnet 94 is located outside the cavity.
  • a mechanical support 97 of the sorbeur 92 ensures the maintenance of the sorbeur 92 and is made of magnetic material.
  • the support 97 is disposed in the cavity so as to guide the magnetic flux from the magnet or the electromagnet 94. In the case of an electromagnet 94, it can be formed around a magnetic circuit 99.
  • the support 97 is advantageously arranged in the extension of the magnetic circuit 99.
  • the anode comprises a bearing zone 96 on the mechanical part 28.
  • the bearing zone 96 has for example the shape of a flat washer extending perpendicularly to the axis 19 .
  • an orthogonal coordinate system X, Y, Z is defined.
  • Z is a direction carried by the axis 19.
  • the field Bz carried by the Z axis makes it possible to focus the electron beam 18 on the target 20
  • the size of the electronic spot 18a on the target 20 is shown near the target 20 in the XY plane.
  • the electronic spot 18a is circular.
  • the size of the X-ray spot 22a emitted by the target 20 is also shown near the target 20 in the XY plane. Since the target 20 is perpendicular to the axis 19, the X-ray spot 22a is also circular.
  • FIG. 4b represents a variant of the anode 76 in which a target 21 is inclined with respect to the XY plane perpendicular to the axis 19. This inclination makes it possible to enlarge the surface of the target 20 bombarded by the beam of Electrons 18. By enlarging this surface, the temperature increase of the target 20 due to the interaction with the electrons is better distributed.
  • the source 75 is implemented for imaging, it is useful to keep an X-ray spot 22a as punctual as possible or at least circular as in the variant of Figure 4a. To keep this spot 22a, with an inclined target 21, it is useful to modify the shape of the electronic spot in the XY plane.
  • the electronic spot is marked 18b and is shown near the target 21 in its XY mark.
  • the spot is advantageously of elliptical shape.
  • Such a spot shape can be obtained from cathode emitting zones distributed in the cathode plane in a shape similar to the desired shape for spot 18b.
  • the quadrupole forms an active magnetic system generating a magnetic field transverse to the axis 19 to obtain the expected shape for the electronic spot 18b.
  • the electron beam 18 is spread in the X direction and is concentrated in the Y direction to maintain a circular X-ray spot 22a.
  • the active magnetic system can also be controlled to obtain other forms of electronic spot and possibly other forms of X-ray spot.
  • the active magnetic system is of particular interest when the target 21 is inclined.
  • the active magnetic system may also be employed with a target perpendicular to the axis 19.
  • the anodes 1 6 and 76 in all their variants can be implemented independently of the embodiment of the electrode 24 in the form of a conductive surface disposed on the concave face 26 of the dielectric material and independently of the implementation of the plug 32.
  • all the components can be assembled by translation of each along the same axis, in this case the axis 19. This makes it possible to simplify the production of a source according to the invention by automating its manufacture.
  • the mechanical part 28 made of dielectric material and on which different metallizations have been made, in particular the metallization forming the electrode 24, forms a monolithic support. It is possible to assemble on one side of this support, the cathode 14 and the plug 32. On the other side of this support, it is possible to assemble the anode 1 6 or 76.
  • the attachment of the anode 1 6 or 76 and the plug 32 on the mechanical part 28 can be performed by ultra-vacuum brazing.
  • the target 20 or 21 can also be assembled by translation along the axis 19 on the anode 76.
  • FIG. 5 represents two identical sources 75 mounted in the same support 100.
  • This mounting example can be used for the assembly of more than two sources.
  • This example also applies to the sources 10.
  • the sources 10 as represented in FIGS. 1 and 2 can also be mounted in the support 100.
  • the description of the support 100 and the complementary parts can be applied regardless of the number of sources .
  • the mechanical part 28 advantageously has an outer surface to the vacuum chamber 12 having two frustoconical shapes 102 and 104 extending around the axis 19.
  • the form 102 is an outer truncated cone flaring towards the anode 1 6.
  • the shape 104 is an inner truncated cone flaring from the cathode 14 and more precisely from the outer face 43 of the plug 32.
  • the two truncated cones 102 and 104 meet on a ring 106 also centered on the axis 19.
  • the ring 106 forms the smallest diameter of the truncated cone 102 and the largest diameter of the truncated cone 104.
  • the ring 106 has for example a shape of a torus portion allowing a connection without sharp angle of two truncated cones 102 and 104.
  • the shape of the outer surface of the mechanical part 28 facilitates the establishment of the source 75 in the support 100 which has a complementary surface also having two frustoconical shapes 108 and 1 10.
  • the tr onc cone 108 of the support 100 is complementary to the truncated cone 102 of the mechanical part 28.
  • the truncated cone 1 10 of the support 100 is complementary to the truncated cone 104 of the mechanical part 28.
  • the support 100 has a crown 1 12 complementary to the ring 106 of the mechanical part 28.
  • the truncated cone 108 of the support 100 has a more open apex angle than that of the truncated cone 102 of the mechanical part 28.
  • the truncated cone 1 10 of the support 100 has a more open aperture angle than the the truncated cone 104 of the mechanical part 28.
  • the difference in the angle value at the apex between the truncated cones may be less than 1 degree, for example of the order of 0.5 degree.
  • the air can escape from the interface between the rings 106 and 1 12 on the one hand towards the widest part of the two truncated cones 102 and 108 in the direction of the anode 1 6 and on the other hand towards the narrowest part of the two truncated cones 104 and 1 10 in the direction of the cathode 14 and more precisely in the direction of the plug 32.
  • the air located between the two truncated cones 102 and 108 escapes towards the ambient air and the air located between two truncated cones 104 and 10 escapes towards the plug 32.
  • the source 75 and its support 100 are configured so that the air situated between two truncated cones 104 and 110 escapes inside the coaxial connection formed by the two contacts 70 and 71 and supplying the cathode 14.
  • the external contact 71 supplying the electrode 24 comes into contact with the metallized zone 43b by means of a spring 1 1 6 allowing a functional clearance between the contact 71 and the plug 32.
  • the plug 32 may comprise an annular groove 1 18 separating the two metallized zones 43a and 43b.
  • the air escaping between the truncated cones 104 and 1 10 passes through the functional clearance between the contact 71 and the plug 32 to reach a cavity 120 located between the contacts 70 and 71.
  • This cavity 120 is protected from the important electric field because it is located inside the coaxial contact 71. In other words, the cavity 120 is shielded from the main electric field of the source 10, the electric field of the potential difference between the anode 16 and the cathode electrode 24.
  • a closure plate 130 can ensure the maintenance of the mechanical part 28, equipped with its cathode 14 and its anode 76, in the support 100.
  • plate 130 may be made of conductive material or comprise a metallized face to ensure the electrical connection of the anode 76.
  • the plate 130 may allow the cooling of the anode 76.
  • the cooling may be provided for conduction by means of a contact between the anode 76 and for example the cylindrical portion 88 of the cavity 80 of the anode 76. To reinforce this cooling, it is possible to provide a channel 132 disposed in the plate 130 and surrounding the cylindrical portion 88.
  • FIG. 6a represents a variant of a multi-source assembly 150 in which a mechanical part 152 common to several sources 75, four in the example represented, fulfills all the functions of the mechanical part 28.
  • the vacuum enclosure 153 is common
  • the support 152 is advantageously formed of dielectric material in which, for each of the sources 75, a concave face 26 is formed. For each of the sources, an electrode 24 (not shown) is disposed on the corresponding concave face 26. In order not to overload the figure, the cathodes 14 of the different sources 75 are not represented.
  • the anodes of all the sources 75 are advantageously common and together bear the reference 154.
  • the anodes comprise a plate 156 in contact with the mechanical part 152 and pierced with 4 holes 158 enabling each passing an electron beam 18 from each of the cathodes of the sources 75.
  • the plate 156 fills, for each of the sources 75, the function of the portion 90 described above.
  • each orifice 158 are disposed a cavity 80 bounded by its wall 88 and a target 20. Alternatively, it is possible to keep separate anodes, which makes it possible to separate their electrical connection.
  • FIG. 6b represents another variant of a multi-source assembly 1 60 in which a mechanical part 1 62 is also common to several sources whose respective cathodes 14 are aligned on an axis 1 64 passing through each of the cathodes 14.
  • the axis 1 64 is perpendicular to the axis 19 of each of the sources.
  • An electrode 1 66 for focusing the electron beams emitted by the different cathodes 14 is common to all the cathodes 14.
  • the variant of Figure 6b further reduces the distance between two neighboring sources.
  • the mechanical part 1 62 is made of dielectric material and comprises a concave face 1 68 disposed in the vicinity of the different cathodes 14.
  • the electrode 166 is formed of a conductive surface disposed on the concave face 1 68.
  • the electrode 1 66 fulfills all the functions of the electrode 24 described above.
  • the cathodes may be thermo-nic.
  • the multi-source set 1 60 may comprise a plug 170 common to all sources.
  • the plug 170 can fulfill all the functions of the cap 32 described above.
  • the plug 170 may in particular be fixed to the mechanical part 1 62 by means of a conductive solder film 172 used to electrically connect the electrode 1 66.
  • the multi-source set As in the variant of FIG. 6a, the multi-source set
  • the 160 may include an anode 174 common to different sources.
  • the anode 174 is similar to the anode 154 of the variant of Figure 6a.
  • the anode 174 comprises a plate 176 fulfilling all the functions of the plate 156 described with reference to FIG. 6a. To avoid overloading Figure 6b, for the anode 174, only the plate 176 is shown.
  • the axis 1 64 is rectilinear. It is also possible to arrange the cathodes on a curved axis, such as for example an arc of a circle making it possible to focus the X-rays 22 of all the sources at a point located at the center of the arc of a circle. Other forms of curved axis, in particular a parabolic curve, also make it possible to focus the X-rays at a point.
  • the curved axis remains locally perpendicular to each of the axes 19 around which develops the electron beam of each source.
  • the arrangement of the cathodes 14 on an axis makes it possible to obtain sources distributed in one direction. It is also possible to make a multi-source assembly in which the cathodes are distributed along several intersecting axes. It is for example possible to arrange the sources according to several curved axes, each realized in a plane and the planes being secant. For example, it is for example possible to have several axes distributed on a parabolic surface of revolution. This makes it possible to focus X-rays 22 from all sources to the focus of the parabolic surface.
  • Figures 7a and 7b show two embodiments of the power supply of the assembly shown in Figure 6a.
  • the Figures 7a and 7b are shown in section in a plane passing through several axes 19 of different sources 75. Two sources appear in Figure 7a, and three sources in Figure 7b. It is understood that the description of the multi-source set 150 can be implemented regardless of the number of sources 75 or possibly 10.
  • the anodes 114 are common to all the sources 75 of the assembly 150 and their potential is the same, for example that of the earth 52.
  • the control of each of the sources 10 can be distinct in the two embodiments.
  • two high voltage sources V1 and V2 supply the electrodes 24 of each of the sources 10 separately.
  • the insulating nature of the mechanical part 152 makes it possible to separate the two high voltage sources V1 and V2, which can for example be pulsed with two energy sources. different.
  • separate current sources 11 and 12 each provide control of the different cathodes 14.
  • the electrodes 24 of all the sources 75 are interconnected for example by means of a metallization carried out on the mechanical part 152.
  • a high voltage source V Co mmun supplies all the electrodes 24. control of the different cathodes 14 remains assured by separate current sources 11 and 12.
  • the power supply of the multi-source assembly described with reference to FIG. 7b is well adapted to the variant described with reference to FIG. 6b.
  • FIGS. 8a, 8b and 8c represent several examples of sets of ionizing radiation generators each comprising several sources 10 or 75.
  • the support as described using FIG. 5, is common to all Sources 10.
  • a high voltage connector 140 allows the supply of the different sources 10.
  • a control connector 142 makes it possible to connect each of the sets to a control module that is not shown and configured to switch each of the sources 10 in a predetermined sequence.
  • the support 144 has an arcuate shape and the various sources 10 are aligned with the arcuate shape.
  • This type of arrangement is for example useful in a medical scanner to avoid moving the X-ray source around the patient.
  • the different Sources 10 each emit an X-ray radiation.
  • the scanner also comprises a radiation detector and a module for reconstituting a 3-dimensional image from the information captured by the detector. In order not to overload the figure, the detector and the reconstitution module are not represented.
  • the support 146 and the sources 10 follow a line segment.
  • the support 148 has a plate shape and the sources are distributed in two directions on the support 148.
  • the variant of FIG. 6b is particularly interesting. This variant makes it possible to reduce the pitch between the different sources.

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Abstract

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

Description

Source génératrice de rayons ionisants compacte, ensemble comprenant plusieurs sources et procédé de réalisation de la source
L'invention concerne une source génératrice de rayons ionisants et en particulier de rayons X, un ensemble comprenant plusieurs sources et un procédé de réalisation de la source.
Les rayons X ont aujourd'hui de nombreuses utilisations notamment dans l'imagerie et en radiothérapie. L'imagerie par rayons X est largement employée notamment dans le domaine médical, dans l'industrie pour réaliser des contrôles non destructifs et dans la sécurité pour détecter des objets ou des matériaux dangereux.
La réalisation d'images à partir de rayons X a beaucoup progressé. A l'origine seuls des films photosensibles étaient utilisés. Depuis, des détecteurs numériques sont apparus. Ces détecteurs, associés à des logiciels, permettent la reconstruction rapide d'image en deux dimensions ou en trois dimensions au moyen de scanners.
Par contre depuis la découverte des rayons X par Rôntgen en 1895, les générateurs de rayons X ont très peu évolué. Les synchrotrons apparus après la deuxième guerre mondiale permettent de générer un rayonnement intense et bien focalisé. Le rayonnement est du à des accélérations ou décélération de particules chargées et se déplaçant éventuellement dans un champ magnétique.
Les accélérateurs linéaires et les tubes à rayons X mettent en œuvre un faisceau d'électrons accéléré bombardant une cible. Le freinage du faisceau du aux champs électriques des noyaux de la cible permettent de générer par freinage un rayonnement X.
Un tube à rayons X est généralement constitué d'une enveloppe dans laquelle le vide est réalisé. L'enveloppe est formée d'une structure métallique et d'un isolant électrique en alumine ou en verre. Dans cette enveloppe, sont disposées deux électrodes. Une électrode cathodique, portée à un potentiel négatif, est équipée d'un émetteur d'électrons. Une seconde électrode anodique, portée à un potentiel positif par rapport à la première électrode est associée à une cible. Les électrons accélérés par la différence de potentiel entre les deux électrodes, viennent produire un spectre continu de rayons ionisants par freinage (bremsstralung) lorsqu'ils frappent la cible. Les électrodes métalliques sont obligatoirement de grande taille et possèdent des rayons de courbure importants afin de minimiser les champs électriques sur leur surface.
Suivant la puissance des tubes à rayons X, ceux-ci peuvent être équipés soit d'une anode fixe soit d'une anode tournante permettant un étalement de la puissance thermique. Les tubes à anode fixe ont une puissance de quelques kilowatts et sont notamment utilisés dans des applications industrielles, de sûreté et médicales de faible puissance. Les tubes à anode tournante peuvent dépasser les 100 kilowatts et sont principalement mis en œuvre dans le milieu médical pour l'imagerie nécessitant des flux de rayons X importants permettant d'améliorer le contraste. A titre d'exemple, le diamètre d'un tube industriel est de l'ordre de 150 mm à 450 kV, de 100 mm à 220 kV et de 80 mm à 1 60 kV. La tension indiquée correspond à la différence de potentiel appliquée entre les deux électrodes. Pour les tubes médicaux à anode tournante, le diamètre varie de 150 à 300 mm suivant la puissance à dissiper sur l'anode.
Les dimensions des tubes à rayons X connus restent donc importantes, de l'ordre de plusieurs centaines de mm. Les systèmes d'imagerie ont vu l'apparition des détecteurs numériques avec des logiciels de reconstruction 3D de plus en plus rapides et performants alors que dans le même temps, les technologies des tubes à rayons X n'ont pratiquement pas évoluées depuis un siècle et ceci est une limitation technologique majeure des systèmes d'imagerie à rayons X.
Plusieurs facteurs font obstacle à la miniaturisation des tubes à rayons X actuels.
Les isolants électriques doivent avoir des dimensions suffisantes pour garantir un bon isolement électrique vis-à-vis des hautes tensions de 30 kV à 300 kV. L'alumine frittée, souvent utilisée pour réaliser ces isolants, a typiquement une rigidité diélectrique de l'ordre de 18 MV/m.
Le rayon de courbure des électrodes métalliques ne doit pas être trop faible afin de maintenir un champ électrique statique appliqué à la surface en dessous d'une limite acceptable, typiquement de 25 MV/m. Au- delà les émissions parasites d'électrons par effet tunnel deviennent difficiles à maîtriser entraînant des échauffements de parois, des émissions de rayons X indésirables ainsi des micro décharges. De ce fait, pour des tensions élevées, comme rencontrées dans les tubes à rayons X, les dimensions des électrodes cathodiques sont importantes afin de limiter l'émission parasite d'électrons.
Des cathodes thermoïniques sont souvent utilisées dans les tubes conventionnels. Les dimensions de ce type de cathodes et leurs températures de fonctionnement, typiquement supérieure à 1000°C, génèrent des problèmes de dilatation ainsi que l'évaporation d'éléments conducteurs électriques tel que le baryum. Ceci rend la miniaturisation et l'intégration de ce type de cathode au contact d'un isolant diélectrique difficile.
Des phénomènes de charges superficielles liés à l'interaction coulombienne apparaissent à la surface des matériaux diélectriques utilisés (Alumine ou verre) lorsque cette surface est au voisinage d'un faisceau d'électrons. Afin d'éviter la proximité entre le faisceau d'électrons et la surface des matériaux diélectriques, on réalise soit un écrantage électrostatique à l'aide d'un écran métallique placé devant le diélectrique, soit l'éloignement du faisceau d'électrons du diélectrique. La présence d'écrans ou l'éloignement tendent également à augmenter les dimensions des tubes à rayons X.
L'anode formant la cible doit dissiper une puissance thermique importante. Cette dissipation peut être réalisée par circulation d'un fluide caloporteur ou par la réalisation d'une anode tournante de grandes dimensions. La nécessité de cette dissipation impose aussi d'augmenter les dimensions des tubes à rayons X.
Parmi les solutions technologiques émergentes, la littérature décrit l'utilisation de cathodes froides à nanotubes de carbone dans des structures de tube à rayons X, mais les solutions proposées actuellement restent basées sur des structures conventionnelles de tubes à rayons X mettant en œuvre un wehnelt métallique entourant la cathode froide. Ce wehnelt est une électrode portée à une haute tension et est toujours soumise à des contraintes dimensionnelles importantes pour limiter les émissions parasites d'électrons.
L'invention vise à pallier tout ou partie des problèmes cités plus haut en proposant une source de rayonnements ionisants, par exemple sous forme d'une diode ou d'une triode haute tension dont les dimensions sont beaucoup plus réduites que celles des tubes à rayons X classiques. Le principe de génération de rayonnements ionisants reste semblable à celui mis en œuvre dans les tubes connus, à savoir un faisceau d'électrons bombardant une cible. Le faisceau d'électrons est accéléré entre une cathode et une anode entre lesquelles est appliquée une différence de potentiel, par exemple supérieure à 100 kV. Pour une même différence de potentiel, l'invention permet de réduire de façon importante les dimensions de la source selon l'invention par rapport aux tubes connus.
Pour atteindre ce but, l'invention dépasse une contrainte importante de niveau champ électrique à la surface de l'électrode cathodique ou wehnelt. La contrainte citée plus haut est liée à la nature métallique de l'interface entre l'électrode et le vide présent dans l'enceinte dans laquelle se propage le faisceau d'électrons. L'invention consiste principalement à remplacer au niveau de l'électrode, l'interface métal/vide par une interface matériau diélectrique/vide qui ne permet pas d'émission parasite d'électrons par effet tunnel. Il est alors possible d'accepter des champs électriques bien supérieurs à ceux acceptables avec une interface métal/vide. Des premiers essais en interne ont montré qu'il était possible d'atteindre des champs statiques bien supérieurs à 30 MV/m sans émission parasite d'électrons. Cette interface diélectrique/vide peut être par exemple obtenue en remplaçant l'électrode métallique dont la surface externe est soumise au champ électrique par une électrode constituée d'un matériau diélectrique dont la surface est soumise au champ électrique et dont la surface interne est revêtue du dépôt conducteur parfaitement adhérent assurant la fonction de wehnelt électrostatique. Il est également possible de recouvrir la surface externe d'une électrode métallique soumise au champ électrique par un matériau diélectrique afin de remplacer l'interface métal/vide des électrodes connues par une interface diélectrique/vide là où le champ électrique est important. Cet arrangement permet d'augmenter notablement le champ électrique maximum en deçà duquel les émissions parasites d'électrons ne se produisent pas.
L'augmentation des champs électriques admissibles permet une miniaturisation des sources de rayonnement X et plus généralement des sources de rayonnements ionisants. Plus précisément, l'invention a pour objet une source génératrice de rayons ionisants comprenant :
• une enceinte à vide,
• une cathode pouvant émettre un faisceau d'électrons dans l'enceinte à vide,
• une anode recevant le faisceau d'électrons et comprenant une cible pouvant générer un rayonnement ionisant à partir de l'énergie reçu du faisceau d'électrons,
• une électrode disposée au voisinage de la cathode et formant un wehnelt,
caractérisée en ce que l'électrode est formée d'une surface conductrice adhérant à une face concave d'un matériau diélectrique.
Avantageusement, la source comprend une pièce mécanique réalisée dans le matériau diélectrique, et comprenant la face concave.
Avantageusement, la surface conductrice est formée d'un dépôt métallique disposé sur la face concave.
Avantageusement, la pièce mécanique comprend une face interne présentant une résistivité de surface comprise entre 1 .109Ω. carré et 1 .1013Q.carré.
Avantageusement, le matériau diélectrique est formé d'une céramique à base de nitrure.
La résistivité de surface de la face interne peut être obtenue par dépôt, sur le matériau diélectrique de la pièce mécanique, d'un matériau semi-conducteur. Alternativement, la résistivité de surface de la face interne peut être obtenue par ajout dans le volume de la céramique à base nitrure d'un matériau permettant de réduire la résistivité intrinsèque de la céramique à base nitrure.
Avantageusement, la cathode émet le faisceau d'électrons par effet de champ et en ce que l'électrode est disposée au contact de la cathode.
Avantageusement, la pièce mécanique forme un support de la cathode.
Avantageusement, la pièce mécanique forme une partie de l'enceinte à vide. Avantageusement, la pièce mécanique forme un support de l'anode.
Avantageusement, la pièce mécanique comprend une surface extérieure en forme de tronc de cône intérieur. La source comprend un support dont une surface en forme de tronc de cône extérieur est complémentaire de la surface extérieure en forme de tronc de cône intérieur et au moins un contact haute tension alimentant la cathode. Le contact et les surfaces en forme de tronc de cône forment un connecteur haute tension de la source.
Avantageusement, la source comprend un joint souple disposé entre la surface en forme de tronc de cône du support et la surface en forme de tronc de cône de la pièce mécanique. La surface en forme de tronc de cône du support présente un angle au sommet plus ouvert que la surface en forme de tronc de cône de la pièce mécanique. Le connecteur haute tension est configuré pour que de l'air situé entre les deux surfaces en forme de tronc de cône s'échappe à l'intérieur du connecteur haute tension dans une cavité non soumise à un champ électrique généré par une haute tension véhiculée par le connecteur.
Avantageusement, la pièce mécanique comprend une surface extérieure en forme de tronc de cône extérieur. Le support comprend dont une surface en forme de tronc de cône intérieur complémentaire de la surface extérieure en forme de tronc de cône extérieur.
Avantageusement, l'anode est fixée de façon étanche à la pièce mécanique.
Avantageusement, le matériau diélectrique présente une rigidité diélectrique supérieure à 30MV/m.
L'invention a également pour objet un ensemble de génération de rayons ionisant comprenant :
· plusieurs sources juxtaposées et immobiles dans l'ensemble,
• un module de pilotage configuré pour commuter chacune des sources selon une séquence prédéterminée.
Avantageusement, dans l'ensemble comprenant plusieurs sources, la pièce mécanique est commune à toutes les sources. Les sources peuvent être alignées sur un axe passant par chacune des cathodes. L'électrode est alors avantageusement commune aux différentes sources.
Les anodes de toutes les sources sont avantageusement communes.
L'invention a également pour objet un procédé de réalisation d'une source consistant à assembler sur la pièce mécanique par translation selon un axe du faisceau d'électrons, d'une part l'anode et d'autre part la cathode, une cavité formé par la face concave, étant fermée par un bouchon.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel :
la figure 1 représente schématiquement les principaux éléments d'une source génératrice de rayons X selon l'invention ;
la figure 2 représente une variante de la source de la figure 1 permettant d'autres modes de raccordement électrique ;
la figure 3 est une vue partielle et agrandie de la source de la figure 1 autour de sa cathode ;
les figures 4a et 4b sont des vues partielles et agrandie de la source de la figure 1 autour de son anode selon deux variantes ;
la figure 5 représente en coupe un mode d'intégration comprenant plusieurs sources conformes à l'invention ;
les figures 6a et 6b représentent des variantes d'un ensemble comprenant plusieurs sources dans une même enceinte à vide ;
les figures 7a et 7b représentent plusieurs modes de raccordement électrique d'un ensemble comprenant plusieurs sources.
les figures 8a, 8b et 8c représentent trois exemples d'ensembles comprenant plusieurs sources conformes à l'invention et pouvant être réalisés suivant les variantes proposées sur les figures 5 ou 6.
Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures. La figure 1 représente en coupe une source 10 génératrice de rayons X. La source 10 comprend une enceinte à vide 12 dans laquelle sont disposées une cathode 14 et une anode 1 6. La cathode 14 est destinée à émettre un faisceau d'électrons 18 dans l'enceinte 12 en direction de l'anode 1 6. L'anode 16 comprend une cible 20 bombardée par le faisceau 18 et émettant un rayonnement X 22 fonction de l'énergie du faisceau d'électrons 18. Le faisceau 18 se développe autour d'un axe 19 passant par la cathode 14 et l'anode 1 6.
Les tubes générateurs de rayons X mettent en œuvre conventionnellement une cathode thermoïonique fonctionnant à haute température, typiquement autour de 1000°C. Ce type de cathode est couramment appelé cathode chaude. Ce type de cathode composée d'une matrice métallique ou d'oxydes métalliques émet un flux d'électrons provoqué par les vibrations des atomes dues à l'énergie thermique. Cependant les cathodes chaudes souffrent de plusieurs inconvénients, comme une faible dynamique temporelle de contrôle du courant liée aux constantes de temps des processus thermiques, la nécessité d'utiliser des grilles situées entre la cathode et l'anode et polarisées à des tensions élevées afin de pouvoir contrôler le courant. Les grilles sont de ce fait situées dans une zone de très forts champs électriques, elles sont soumises à des températures de fonctionnement élevées autour de 1000°C. L'ensemble de ces contraintes limitent fortement les possibilités d'intégration et conduisent à des dimensions importantes du canon à électrons.
Plus récemment des cathodes fonctionnant sur le principe de l'émission de champ ont été développées. Ces cathodes fonctionnent à température ambiante et sont couramment appelées cathodes froides. Elles sont pour la plupart constituées d'une surface plane conductrice munie de structures en relief, sur lesquelles se concentre un champ électrique. Ces structures en relief sont des émetteurs d'électrons lorsque le champ au sommet est suffisamment élevé. Les émetteurs en relief peuvent être formés de nanotubes de carbone. De telles réalisations sont par exemple décrites dans la demande de brevet publiée sous le n° WO 2006/063982 A1 et déposée au nom de la demanderesse. Les cathodes froides n'ont pas les inconvénients des cathodes chaudes et sont surtout beaucoup plus compactes. Dans l'exemple représenté, la cathode 14 est une cathode froide et émet donc le faisceau d'électrons 18 par effet de champ. La commande de la cathode 14 n'est pas représentée sur la figure 1 . Cette commande peut être réalisée de façon électrique ou optique comme également décrit dans le document WO 2006/063982 A1
Sous l'effet d'une différence de potentiel entre la cathode 14 et l'anode 1 6, le faisceau d'électrons 18 est accéléré et frappe la cible 20 comprenant par exemple une membrane 20a par exemple réalisée en diamant ou béryllium revêtue d'une couche mince 20b réalisée dans alliage à base de matériau à fort numéro atomique tel que notamment le tungstène ou le molybdène. La couche 20b peut avoir une épaisseur variable par exemple comprise entre 1 et 12 μηι suivant l'énergie des électrons du faisceau 18. L'interaction entre les électrons du faisceau d'électrons 18 accélérés à grande vitesse et le matériau de la couche mince 20b permet la production du rayonnement X 22. Avantageusement, dans l'exemple représenté, la cible 20 forme une fenêtre de l'enceinte à vide 12. Autrement dit, la cible 20 forme une partie de la paroi de l'enceinte à vide 12. Cette disposition est notamment mise en œuvre pour une cible fonctionnant en transmission. Pour cette disposition, la membrane 20a est formée d'un matériau à faible numéro atomique, comme le diamant ou le béryllium pour sa transparence au rayonnement X 22. La membrane 20a est configurée pour assurer avec l'anode 1 6, l'étanchéité au vide de l'enceinte 12.
Alternativement, la cible 20, ou tout au moins la couche réalisée dans un alliage à fort numéro atomique, peut être disposée complètement à l'intérieur de l'enceinte à vide 12 et le rayonnement X sort de l'enceinte 12 en traversant une fenêtre formant une partie de la paroi de l'enceinte à vide 12. Cette disposition est notamment mise en œuvre pour une cible fonctionnant en réflexion. La cible est alors distincte de la fenêtre. La couche dans laquelle le rayonnement X est produit peut être épaisse. La cible peut être fixe ou tournante permettant un étalement de la puissance thermique générée lors de l'interaction avec les électrons du faisceau 18.
La source 10 comprend une électrode 24 disposée au voisinage de la cathode 14 et permettant de focaliser le faisceau d'électrons 18. L'électrode 24 forme un wehnelt. L'invention est avantageusement mise en œuvre avec une cathode dite froide. Il s'agit d'une cathode émettant un faisceau d'électrons par effet de champ. Ce type de cathode est par exemple décrit dans le document WO 2006/063982 A1 déposé au nom de la demanderesse. Dans le cas d'une cathode froide, l'électrode 24 est disposée au contact de la cathode 14. La pièce mécanique 28 forme avantageusement un support de la cathode 14. L'électrode 24 est formée d'une surface conductrice continue disposée sur une face concave 26 d'un matériau diélectrique. La face concave 26 du matériau diélectrique forme une face convexe de l'électrode 24 faisant face à l'anode 1 6. Pour assurer la fonction de wehnelt, l'électrode 24 possède une forme essentiellement convexe. L'extérieur de la concavité de la face 26 est orienté vers l'anode 1 6. Localement au niveau du contact entre la cathode 14 et l'électrode, la convexité de l'électrode 24 peut être nulle voire légèrement inversée.
C'est à partir de cette face convexe de l'électrode 24 que se développe des champs électriques importants. Dans l'art antérieur, une interface métal/vide existe sur cette face convexe de l'électrode. En conséquence, cette interface peut être le siège d'émission d'électrons sous l'effet du champ électrique à l'intérieur de l'enceinte à vide. Cette interface de l'électrode avec le vide de l'enceinte est supprimée en la remplaçant par une interface diélectrique/vide. Un matériau diélectrique, ne disposant pas de charge libre, ne peut donc être siège d'une émission d'électrons entretenue.
II est important d'éviter toute lame d'air ou de vide entre l'électrode
24 et la face concave 26 du matériau diélectrique. En effet, en cas de contact incertain entre l'électrode 24 et le matériau diélectrique, une très forte amplification du champ électrique apparaîtrait à l'interface et des émissions d'électrons ou le développement d'un plasma pourraient s'y produire. A cet effet, la source 10 comprend une pièce mécanique 28 formée dans le matériau diélectrique. Une des faces de la pièce mécanique 28 est la face concave 26. L'électrode 24 est, dans ce cas, constituée par un dépôt d'un matériau conducteur parfaitement adhérent à la face concave 26. Différentes techniques peuvent être mises en œuvre pour réaliser ce dépôt, comme notamment le dépôt physique en phase vapeur (connu dans la littérature anglo-saxonne sous l'acronyme PVD pour Physical Vapor Déposition) ou en phase chimique (CVD) éventuellement assisté par plasma (PECVD).
Alternativement, il est possible de réaliser un dépôt de matériau diélectrique à la surface d'une électrode métallique massive. Le dépôt de matériau diélectrique, adhérent à l'électrode métallique massive, permet toujours d'éviter toute lame d'air ou de vide à l'interface électrode/matériau diélectrique. Ce dépôt de matériau diélectrique est choisi pour supporter des champs électriques élevés, typiquement supérieurs à 30 MV/m, et pour posséder une souplesse suffisante compatible d'éventuelles dilatations thermiques de l'électrode métallique massive. Cependant la disposition inverse mettant en œuvre le dépôt d'un matériau conducteur sur la face interne d'une pièce massive en matériau diélectrique présente d'autres avantages, notamment celui de permettre l'utilisation de la pièce mécanique 28 pour remplir d'autres fonctions.
Plus précisément, la pièce mécanique 28 peut former une partie l'enceinte à vide 12. Cette partie de l'enceinte à vide peut même être une partie prépondérante de l'enceinte à vide 12. Dans l'exemple représenté, la pièce mécanique 28 forme d'une part un support de la cathode 14 et d'autre part un support de l'anode 16. La pièce 28 assure l'isolement électrique entre l'anode 1 6 et l'électrode cathodique 24.
Pour la réalisation de la pièce mécanique 28, l'emploi de matériaux diélectriques classiques tels que par exemple de l'alumine frittée, permet déjà d'éviter toute interface métal/vide. Cependant, la rigidité diélectrique de ce type de matériau, de l'ordre de 18 MV/m, limite encore la miniaturisation de la source 10. Pour miniaturiser encore plus la source 10, on choisit un matériau diélectrique possédant une rigidité diélectrique supérieure à 20MV/m et avantageusement supérieure à 30 MV/m. La valeur de la rigidité diélectrique est par exemple maintenue au dessus de 30 MV/m dans une gamme de température comprise entre 20 et 200°C. Des céramiques composites de type nitrure permettent de remplir ce critère. Des essais en interne ont montré qu'une céramique de cette nature permettait même de dépasser les 60 MV/m.
En miniaturisant la source 10, des charges de surface peuvent s'accumuler sur une face interne 30 de l'enceinte à vide 12, et notamment la face interne de la pièce mécanique 28, lorsque le faisceau d'électrons 18 est établi. Il est utile de pouvoir drainer ces charges et à cet effet, la face interne 30 présente une résistivité de surface mesurée à température ambiante comprise entre 1 .109Ω. carré et 1 .1013Ω. carré et typiquement voisine de 1 .1011 Ω. carré. Une telle résistivité peut être obtenue par l'ajout en surface d'un matériau conducteur ou semi-conducteur compatible avec le matériau diélectrique. Comme matériau semi-conducteur, il est par exemple possible de déposer du silicium sur la face interne 30. Afin d'obtenir la bonne plage de résistivité, par exemple pour une céramique à base de nitrure, il est possible de modifier ses propriétés intrinsèques en y ajoutant quelques pourcent (typiquement moins de 10%) d'une poudre de nitrure de titane connue pour ses propriétés de faible résistivité de l'ordre de 4 .10"3Q.m. ou de matériaux semi-conducteurs tel que le carbure de silicium SiC.
Il est possible de disperser le nitrure de titane dans le volume du matériau diélectrique afin d'obtenir une résistivité homogène dans le matériau de la pièce mécanique 28. Alternativement, il est possible d'obtenir un gradient de résistivité en faisant diffuser du nitrure de titane à partir de la face interne 30 par un traitement thermique haute température supérieur à 1500°C.
La source 10 comprend un bouchon 32 assurant l'étanchéité de l'enceinte à vide 12. La pièce mécanique 28 comprend une cavité 34 dans laquelle est disposée la cathode 14. La cavité 34 est délimitée par la face concave 26. Le bouchon 32 referme la cavité 34. L'électrode 24 comprend deux extrémités 36 et 38 distantes le long de l'axe 19. La première extrémité 36 est au contact de la cathode 14 et en continuité électrique avec celle-ci. La seconde extrémité 38 est opposée à la première. La pièce mécanique 28 comprend un tronc de cône intérieur 40 à section circulaire disposé autour l'axe 19 du faisceau 18. Le tronc de cône 40 est situé au niveau de la seconde extrémité 38 de l'électrode 24. Le tronc de cône 40 s'ouvre en s'éloignant de la cathode 14. Le bouchon 32 comprend une forme complémentaire au tronc de cône 40 pour y être disposé. Le tronc de cône 40 assure le positionnement du bouchon 32 dans la pièce mécanique 28. Le bouchon 32 peut être mis en œuvre indépendamment de la réalisation de l'électrode 24 sous forme d'une surface conductrice disposée sur la face concave 26 du matériau diélectrique.
Avantageusement, le bouchon 32 est réalisé dans le même matériau diélectrique que la pièce mécanique 28. Cela permet de limiter d'éventuels phénomènes de dilatation thermique différentielle entre la pièce mécanique 28 et le bouchon 32 lors de l'utilisation de la source 10.
Le bouchon 32 est par exemple fixé à la pièce mécanique 28 au moyen d'un film de brasure 42 réalisé dans le tronc de cône 40 et plus généralement dans une zone d'interface entre le bouchon 32 et la pièce mécanique 28. Il est possible de métalliser les surfaces destinées à être brasées du bouchon 32 et de la pièce mécanique 28 puis de réaliser la brasure au moyen d'un alliage métallique dont le point de fusion est supérieur à la température maximum d'utilisation de la source 10. La métallisation et le film de brasure 42 viennent en continuité électrique avec l'extrémité 38 de l'électrode 24. La forme tronconique de l'interface métallisée entre le bouchon 32 et la pièce mécanique 28 permet d'éviter des formes anguleuses trop prononcées pour l'électrode 24 et pour les zones conductrices prolongeant l'électrode 24 afin de limiter d'éventuels effets de pointe du champ électrique.
Alternativement, il est possible d'éviter la métallisation des surfaces en intégrant à l'alliage de brasure un élément actif qui réagit avec le matériau du bouchon 32 et celui de la pièce mécanique 28. Pour des céramiques à base de nitrure, le titane est intégré à l'alliage de brasure. Le titane est un métal réactif avec l'azote et permet de créer une liaison chimique forte avec la céramique. D'autres métaux réactifs peuvent être utilisés tels que le vanadium, le niobium ou le zirconium.
Avantageusement, le film de brasure 42 est conducteur et est utilisé pour raccorder électriquement l'électrode 24 à une alimentation de la source 10. Le raccordement électrique de l'électrode 24 au moyen du film de brasure 42 peut être mis en œuvre pour d'autres types d'électrodes, notamment des électrodes métalliques recouvertes d'un dépôt de matériau diélectrique. Pour renforcer la connexion avec l'électrode 24, il est possible de noyer dans le film de brasure 42 un contact métallique. Ce contact est avantageux pour raccorder une électrode métallique massive recouverte d'un dépôt de matériau diélectrique. Le raccordement électrique de l'électrode 24 est assuré par ce contact électrique. Alternativement, il est possible de métalliser partiellement une surface 43 du bouchon 32 La surface 43 est située à l'extérieure de l'enceinte à vide 12. La métallisation de la surface 43 est en contact électrique avec le film de brasure 42. Il est possible de braser sur la métallisation de la surface 43 un contact que l'on peut raccorder électriquement à une alimentation de la source 10.
Le film de brasure 42 prolonge la forme de révolution de l'électrode 24 et contribue de fait à la fonction principale de l'électrode 24. Ceci est particulièrement intéressant lorsque l'électrode 24 est formée d'une surface conductrice disposée sur la face concave 26. Le film de brasure 42 prolonge la surface conductrice formant l'électrode 24 directement et sans discontinuité ni point anguleux s'éloignant de l'axe 19. L'électrode 24, associée au film de brasure 42 lorsqu'il est conducteur, forment une surface équipotentielle qui contribue à la focalisation du faisceau d'électrons 18 et à la mise au potentiel de la cathode 14. Cela permet de minimiser les champs électriques locaux pour gagner en compacité de la source 10.
La face 26 peut présenter des zones localement convexes, comme par exemple au niveau de sa jonction avec le tronc de cône 40. Dans la pratique, la face 26 est au moins en partie concave. La face 26 est globalement concave.
Sur la figure 1 , la source 10 est polarisée au moyen d'une source haute tension 50 dont une borne négative est raccordée à l'électrode 24, par exemple au travers de la métallisation du film de brasure 42 et dont une borne positive est raccordée à l'anode 1 6. Ce type de raccordement est caractéristique d'un fonctionnement monopolaire de la source 10 dans lequel le potentiel de l'anode 1 6 est mis à la terre 52. Il est également possible de remplacer la source haute tension 50 par deux sources haute tension 56 et 58 en série pour faire fonctionner la source 10 de façon bipolaire comme le montre la figure 2. Ce type de fonctionnement est intéressant pour simplifier la réalisation du générateur haute tension associée. Par exemple dans le cas d'un mode de fonctionnement en haute tension puisée à haute fréquence, il peut être intéressant d'abaisser la tension absolue en sommant les deux demi tensions positives et négatives au niveau de la source 10. A cet effet, la source haute tension peut comprendre un transformateur de sortie piloté en demi pont H.
Avec une source 10 telle que représentée sur la figure 1 , le fonctionnement bipolaire peut se faire en raccordant le point commun des générateurs 56 et 58 à la terre 52. Alternativement, il est également possible de conserver la source haute tension 50 flottante par rapport à la terre 52 comme sur la figure 2.
Le fonctionnement bipolaire d'une source telle que décrite sur la figure 1 se fait en conservant flottant le point commun de deux sources haute tension raccordées en série. Alternativement, ce point commun peut être utilisé pour polariser une autre électrode de la source 10 comme représenté sur la figure 2. Dans cette variante, la source 10 comprend une électrode intermédiaire 54 scindant en deux parties 28a et 28b la pièce mécanique 28. L'électrode intermédiaire 54 s'étend perpendiculairement l'axe 19 du faisceau 18 et est traversée par le faisceau 18. La présence de l'électrode 54 permet un fonctionnement bipolaire en raccordant l'électrode 54 au point commun des deux sources haute tension 56 et 58 raccordées en série. Sur la figure 2, l'ensemble formé par les deux sources haute tension 56 et 58 est flottant par rapport à la terre 52. Comme montré sur la figure 1 , il est également possible de raccorder à la terre 52, l'une des électrodes de la source 10, par exemple l'électrode intermédiaire 54.
La figure 3 est une vue partielle et agrandie de la source 10 autour de la cathode 14. La cathode 14 est disposée dans la cavité 34 en appui contre l'extrémité 36 de l'électrode 24. Un support 60 permet de centrer la cathode 14 par rapport à l'électrode 24. L'électrode 24 étant de révolution autour de l'axe 19, la cathode 14 est donc centrée sur l'axe 19 lui permettant d'émettre le faisceau d'électrons 18 selon l'axe 19. Le support 60 comprend un lamage 61 centré sur l'axe 19 et dans lequel est disposée la cathode 14. En sa périphérie, le support 60 comprend une zone annulaire 63 centrée dans l'électrode 24. Un ressort 64 appuie sur le support 60 de façon à maintenir la cathode 14 en appui contre l'électrode 24. Le support 60 est réalisé en matériau isolant. Le ressort 64 peut avoir une fonction électrique permettant d'acheminer un signal de commande à la cathode 14. Plus précisément, la cathode 14 émet le faisceau d'électrons 18 par une face 65, dite face avant et orientée en direction de l'anode 1 6. La commande électrique de la cathode 14 se fait par sa face arrière 66 opposée à la face avant 65. Le support 60 peut comprendre une ouverture 67 à section circulaire centrée sur l'axe 19. L'ouverture 67 peut être métallisée de façon à connecter électriquement le ressort 64 et la face arrière 66 de la cathode 14. Le bouchon 32 peut assurer la connexion électrique de la commande de la cathode 14 au moyen d'un via métallisé 68 le traversant et d'un contact 69 solidaire du bouchon 32. Le contact 69 appuie sur le ressort 64 suivant l'axe 19 pour maintenir la cathode 14 en appui contre l'électrode 24. Le contact 69 assure une continuité électrique entre le via 68 et le ressort 64. La surface 43 du bouchon 32, située à l'extérieur de l'enceinte à vide 12, peut être métallisée en deux zones distinctes : une zone 43a centrée sur l'axe 19 et une zone 43b annulaire périphérique autour de l'axe 19. La zone métallisée 43a est en continuité électrique avec le via métallisé 68. La zone métallisée 43b est en continuité électrique avec le film de brasure 42. Un contact central 70 vient en appui contre la zone 43a et un contact périphérique 71 vient en appui contre la zone 43b. Les deux contacts 70 et 71 forment un connecteur coaxial assurant le raccordement électrique de la cathode 14 et de l'électrode 24 par l'intermédiaire des zones métallisées 43a et 43b et par l'intermédiaire du via métallisé 68 et du film de brasure 42.
La cathode 14 peut comprendre plusieurs zones émettrices distinctes adressables séparément. La face arrière 66 dispose alors de plusieurs zones de contact électriques séparées. Le support 60 et le ressort 64 sont adaptés en conséquence. Plusieurs contacts semblables au contact 69 et plusieurs vias métallisés semblables au via 68 permettent de raccorder les différentes zones de la face arrière 66. La surface 43 du bouchon 32, le contact 69 ainsi que le ressort 64 sont sectorisés en conséquence pour y prévoir plusieurs zones semblables à la zone 43a et en continuité électrique avec chacun des vias métallisés.
Au moins un sorbeur 35 (connu dans la littérature anglo-saxonne sous le nom de « getter ») peut être disposé dans la cavité 34, entre la cathode 14 et le bouchon 32, afin de piéger toute particule susceptible d'altérer la qualité du vide de l'enceinte 12. Le sorbeur 35 agit généralement par chimisorption. Des alliages à base de zirconium ou de titane peuvent être mis en œuvre pour piéger d'éventuelles particules émises par les différents composants de la source 10 entourant la cavité 34. Le sorbeur 35 est, dans l'exemple représenté, fixé au bouchon 32. Le sorbeur 35 est réalisé à partir de disques de forme annulaire empilés et entourant le contact 69.
La figure 4a représente une variante de source de rayonnement ionisant 75 dans laquelle une anode 76 remplace l'anode 16 décrite précédemment. La figure 4a est une vue partielle et agrandie de la source 75 autour de l'anode 76. Comme pour l'anode 1 6, l'anode 76 comprend une cible 20 bombardée par le faisceau 18 et émettant un rayonnement X 22. A la différence de l'anode 1 6, l'anode 76 comprend une cavité 80 dans laquelle le faisceau d'électrons 18 pénètre pour atteindre la cible 20. Plus précisément, le faisceau d'électrons 18 frappe la cible 20 par sa face interne 84 portant la couche mince 20b et émet un rayonnement X 22 par sa face externe 86. Dans l'exemple représenté, les parois de la cavité 80 ont une partie cylindrique 88 autour de l'axe 19 s'étendant entre deux extrémités 88a et 88b. L'extrémité 88a est au contact de la cible 20 et l'extrémité 88b se rapproche de la cathode 14. Les parois de la cavité 80 ont également une partie 90 en forme de rondelle présentant un trou 89 et refermant la partie cylindrique au niveau de l'extrémité 88b. Le faisceau d'électrons 18 pénètre dans la cavité 80 par le trou 89 de la partie 90.
Lors du bombardement de la cible 20 par le faisceau d'électrons
18, l'élévation de température de la cible 20 peut entraîner des dégazages moléculaires de la cible 20 qui, sous l'effet du rayonnement X 22, sont ionisés. Des ions 91 apparaissant à la face intérieure 84 de la cible 20 peuvent endommager la cathode s'ils reviennent dans le champ électrique accélérateur situé entre l'anode et la cathode. Avantageusement, les parois de la cavité 80 peuvent être utilisées pour piéger les ions 91 . A cet effet, les parois 88 et 90 de la cavité 80 sont des conducteurs électriques et forment une cage de faraday vis-à-vis d'ions parasites pouvant être émis par la cible 20 à l'intérieur de l'enceinte à vide 12. Les ions 91 éventuellement émis par la cible 20 vers l'intérieur de l'enceinte à vide 12 sont en grande partie piégés dans la cavité 80. Seul le trou 89 de la partie 90 permet aux ions de sortir de la cavité 80 et pourraient être accélérés vers la cathode 14. Pour mieux piéger les ions dans la cavité 80, au moins un sorbeur 92 est disposé dans la cavité 80. Le sorbeur 92 est distinct des parois 88 et 90 de la cavité 80. Le sorbeur 92 est un composant spécifique disposé dans la cavité 80. Comme le sorbeur 35, le sorbeur 92 agit généralement par chimisorption. Des alliages à base de zirconium ou de titane peuvent être mis en œuvre pour piéger les ions 91 émis.
En complément du piégeage d'ions, les parois de la cavité 80 peuvent former un écran de blindage vis-à-vis de rayonnements ionisants parasites 82 générés à l'intérieur de l'enceinte à vide 12 et éventuellement un écrantage électrostatique du champ électrique généré entre la cathode 14 et l'anode 76. Le rayonnement X 22 forme le rayonnement utile émis par la source 75. Cependant, un rayonnement X parasite peut sortir de la cible 20 par la face interne 84. Ce rayonnement parasite est inutile et indésirable. Habituellement, des écrans de blindage s'opposant à ce type de rayonnement parasite sont disposés autour des générateurs à rayons X. Ce type de réalisation présente cependant un inconvénient. En effet, plus les écrans de blindages sont disposés loin de la source de rayonnement X, c'est-à-dire loin de la cible 20, plus les écrans nécessite de surface de matière du fait de leur éloignement. Cet aspect de l'invention propose de disposer de tels écrans au plus près de la source parasite, ce qui permet de les miniaturiser.
L'anode 76 et en particulier les parois de la cavité 80 sont avantageusement réalisées dans un matériau à fort numéro atomique comme par exemple dans un alliage à base de tungstène ou de molybdène afin d'arrêter le rayonnement parasite 82. Le tungstène ou le molybdène n'ont quasiment aucun effet de piégeage d'ions parasites. En réalisant le sorbeur 92 de façon distincte des parois de la cavité 80, cela permet de libérer le choix de matériaux afin d'assurer au mieux les fonctions de piégeage d'ions parasites pour le sorbeur 92 et d'écran vis-à-vis du rayonnement parasite 92 pour les parois de la cavité 80 sans compromis entre les deux fonctions. A cet effet, le sorbeur 92 et les parois de la cavité 80 sont réalisés dans des matériaux distincts chacun adapté à la fonction qui lui est assigné. Il en est de même pour le sorbeur 35 vis-à-vis des parois de la cavité 34.
Les parois de la cavité 80 entourent le faisceau d'électrons 18 au voisinage de la cible 20.
Avantageusement, les parois de la cavité 80 forment une partie de l'enceinte à vide 12.
Avantageusement, les parois de la cavité 80 sont disposées coaxialement de l'axe 19 afin de se situer radialement autour de l'axe 19 à distance constante et donc au plus près du rayonnement parasite. Au niveau de l'extrémité 88a, la partie cylindrique 88 peut entourer partiellement ou totalement la cible 20, empêchant ainsi un éventuel rayonnement parasite X de s'échapper de la cible 20 radialement par rapport à l'axe 19.
Ainsi l'anode 76 remplit plusieurs fonctions, sa fonction électrique bien entendu, de plus, une fonction cage de faraday entourant des ions parasites pouvant être émis par la cible 20 à l'intérieur de l'enceinte à vide 12, une fonction d'écrantage contre le rayonnement X parasite et, de plus encore, une paroi de l'enceinte à vide 12. En remplissant plusieurs fonctions au moyen d'une seule pièce mécanique, en l'occurrence l'anode 76, la source 75 gagne en compacité et en poids. Par ailleurs, autour de la cavité 80, il est possible de disposer au moins un aimant ou électro aimant 94 permettant de focaliser le faisceau d'électrons 18 vers la cible 20. Avantageusement, la disposition de l'aimant ou électro aimant 94 peut être définie également de façon à dévier les ions 91 parasites vers le ou les sorbeurs 92 afin d'éviter que les ions parasites ne puissent sortir de la cavité par le trou 89 de la partie 90 ou au minimum soient déviés par rapport à l'axe 19 passant par la cathode 14. A cet effet, l'aimant ou l'électro aimant 94 génère un champ magnétique B orienté selon l'axe 19. Sur la figure 4a, les ions 91 déviés vers le sorbeur 92 suivent une trajectoire 91 a et les ions sortant de la cavité 80 suivent une trajectoire 91 b.
Les moyens pour piéger les ions parasites 91 pouvant être émis par la cible 20, sont multiples : cage de faraday formée par les parois de la cavité 80, présence de sorbeurs 92 dans la cavité 80 et présence d'un aimant ou électro aimant 94 pour dévier les ions parasites. Ces moyens peuvent être mis en œuvre indépendamment ou en complément de la fonction d'écrantage contre le rayonnement X parasite et de la fonction de paroi de l'enceinte à vide 12.
L'anode 76 est avantageusement réalisée sous forme d'une pièce mécanique monobloc de révolution autour de l'axe 19. La cavité 80 forme une partie tubulaire centrale de l'anode 76. L'aimant ou électro aimant 94 est disposé autour de la cavité 80 dans un espace annulaire 95 avantageusement situé hors de l'enceinte à vide 12. Pour que le flux magnétique de l'aimant ou électro aimant 94 affecte le faisceau d'électrons 18 ainsi que les ions dégazés par la cible 20 à l'intérieur de l'enceinte 12, les parois de la cavité 80 sont réalisées en matériau amagnétique. Plus généralement, toute l'anode 76 est réalisée dans le même matériau par exemple par usinage.
Le sorbeur 92 est situé dans la cavité 80 et l'aimant ou l'électro aimant 94 est situé à l'extérieur de la cavité. Avantageusement un support mécanique 97 du sorbeur 92 assure le maintien du sorbeur 92 et est réalisé en matériau magnétique. Le support 97 est disposé dans la cavité de façon à guider le flux magnétique issu de l'aimant ou de l'électro aimant 94. Dans le cas d'un électroaimant 94, il peut être formé autour d'un circuit magnétique 99. Le support 97 est avantageusement disposé dans le prolongement du circuit magnétique 99. Le fait d'utiliser le support mécanique 97 pour remplir deux fonctions : le maintien du sorbeur 92 et le guidage d'un flux magnétique permet de réduire encore les dimensions de l'anode 76 et donc de la source 75.
En périphérie de l'espace annulaire 95, l'anode comprend une zone d'appui 96 sur la pièce mécanique 28. La zone d'appui 96 a par exemple la forme d'une rondelle plate s'étendant perpendiculairement à l'axe 19.
Sur la figure 4a, on définit un repère orthogonal X, Y, Z. Z est une direction portée par l'axe 19. Le champ Bz, porté par l'axe Z permet de focaliser le faisceau d'électrons 18 sur la cible 20. La taille du spot électronique 18a sur la cible 20 est représentée à proximité de la cible 20 dans le plan XY. Le spot électronique 18a est circulaire. La taille du spot de rayons X 22a émis par la cible 20 est également représenté à proximité de la cible 20 dans le plan XY. La cible 20 étant perpendiculaire à l'axe 19, le spot de rayons X 22a est également circulaire.
La figure 4b représente une variante de l'anode 76 dans laquelle, une cible 21 est inclinée par rapport à au plan XY perpendiculaire à l'axe 19. Cette inclinaison permet d'agrandir la surface de la cible 20 bombardée par le faisceau d'électrons 18. En agrandissant cette surface, l'augmentation de température de la cible 20 due à l'interaction avec les électrons est mieux répartie. Lorsque la source 75 est mise en œuvre pour de l'imagerie, il est utile de conserver un spot de rayons X 22a le plus ponctuel possible ou tout au moins circulaire comme dans la variante de la figure 4a. Pour conserver ce spot 22a, avec une cible 21 inclinée, il est utile de modifier la forme du spot électronique dans le plan XY. Pour la variante de la figure 4b, le spot électronique porte le repère 18b et est représenté à proximité de la cible 21 dans son repère XY. Le spot est avantageusement de forme elliptique. Une telle forme de spot peut être obtenue à partir de zones émettrices de la cathode réparties dans le plan de la cathode selon une forme semblable à la forme souhaitée pour le spot 18b. Alternativement ou en complément, il est possible de modifier la forme de la section du faisceau d'électrons 18 au moyen d'un champ magnétique By orienté suivant l'axe Y et par exemple généré par un quadripole possédant des enroulements 98 également situés dans l'espace annulaire 95. Le quadripole forme un système magnétique actif générant un champ magnétique transverse à l'axe 19 permettant d'obtenir la forme attendue pour le spot électronique 18b. Par exemple, pour une cible inclinée par rapport à la direction X, le faisceau électronique 18 est étalé selon la direction X et est concentré selon la direction Y afin de conserver un spot de rayons X 22a circulaire. Le système magnétique actif peut aussi être piloté de façon à obtenir d'autres formes de spot électronique et éventuellement d'autres formes de spot de rayons X. Le système magnétique actif présente un intérêt particulier lorsque la cible 21 est inclinée. Le système magnétique actif peut également être employé avec une cible 20 perpendiculaire à l'axe 19.
Les anodes 1 6 et 76 dans toutes leurs variantes, peuvent être mises en œuvre indépendamment de la réalisation de l'électrode 24 sous forme d'une surface conductrice disposée sur la face concave 26 du matériau diélectrique et indépendamment de la mise en œuvre du bouchon 32. Dans les variantes proposées à l'aide des figures 1 à 4, tous les composants peuvent être assemblés par translation de chacun suivant un même axe, en l'occurrence l'axe 19. Cela permet de simplifier la réalisation d'une source conforme à l'invention en automatisant sa fabrication.
Plus précisément, la pièce mécanique 28 réalisée en matériau diélectrique et sur laquelle différentes métallisations ont été réalisées, notamment la métallisation formant l'électrode 24, forme un support monolithique. Il est possible d'assembler d'un coté de ce support, la cathode 14 et le bouchon 32. De l'autre coté de ce support, il est possible d'assembler l'anode 1 6 ou 76. La fixation de l'anode 1 6 ou 76 et du bouchon 32 sur la pièce mécanique 28 peut être réalisée par brasage sous ultra vide. La cible 20 ou 21 peut également être assemblée par translation selon l'axe 19 sur l'anode 76.
La figure 5 représente deux sources 75 identiques montées dans un même support 100. Cet exemple de montage peut être employé pour le montage de plus de deux sources. Cet exemple s'applique également aux sources 10. Des sources 10 telles que représentées sur les figures 1 et 2 peuvent également être montées dans le support 100. La description du support 100 et des pièces complémentaires peut s'appliquer quelque soit le nombre de sources. La pièce mécanique 28 présente avantageusement une surface extérieure à l'enceinte à vide 12 présentant deux formes tronconiques 102 et 104 s'étendant autour de l'axe 19. La forme 102 est un tronc de cône extérieur s'évasant vers l'anode 1 6. La forme 104 est un tronc de cône intérieur s'évasant depuis de la cathode 14 et plus précisément à partir de la face externe 43 du bouchon 32. Les deux troncs de cône 102 et 104 se rejoignent sur une couronne 106 également centrée sur l'axe 19. La couronne 106 forme le plus petit diamètre du tronc de cône 102 et le plus grand diamètre du tronc de cône 104. La couronne 106 a par exemple une forme d'une portion de tore permettant un raccordement sans angle vif des deux troncs de cône 102 et 104. La forme de la surface extérieure de la pièce mécanique 28 facilite la mise en place de la source 75 dans le support 100 qui présente une surface complémentaire présentant également deux formes tronconiques 108 et 1 10. Le tronc de cône 108 du support 100 est complémentaire du tronc de cône 102 de la pièce mécanique 28. De même, le tronc de cône 1 10 du support 100 est complémentaire du tronc de cône 104 de la pièce mécanique 28. Le support 100 présente une couronne 1 12 complémentaire de la couronne 106 de la pièce mécanique 28.
Afin d'éviter toute lame d'air à l'interface haute tension entre le support 100 et la pièce mécanique 28, un joint souple 1 14, par exemple à base de silicone, est disposé entre le support 100 et la pièce mécanique 28 et plus précisément entre les troncs de cônes et couronnes complémentaires. Avantageusement, le tronc de cône 108 du support 100 présente un angle au sommet plus ouvert que celui du tronc de cône 102 de la pièce mécanique 28. De même le tronc de cône 1 10 du support 100 présente un angle au sommet plus ouvert que celui du tronc de cône 104 de la pièce mécanique 28. La différence de valeur d'angle au sommet entre les troncs de cône peut être inférieure à 1 degré, par exemple de l'ordre de 0,5 degré. Ainsi lors du montage de la source 75 dans son support 100, et plus précisément lorsque le joint 1 14 est écrasé entre le support 100 et la pièce mécanique 28, l'air peut s'échapper à partir de l'interface entre les couronnes 106 et 1 12 d'une part vers la partie la plus évasée des deux troncs de cône 102 et 108 en direction de l'anode 1 6 et d'autre part vers la partie la plus resserrée des deux troncs de cône 104 et 1 10 en direction de la cathode 14 et plus précisément en direction du bouchon 32. L'air situé entre les deux troncs de cône 102 et 108 s'échappe vers l'air ambiant et l'air situé entre deux troncs de cône 104 et 1 10 s'échappe vers le bouchon 32. Afin d'éviter que de l'air piégé soit soumis à un champ électrique important, la source 75 et son support 100 sont configurés pour que l'air situé entre deux troncs de cône 104 et 1 10 s'échappe à l'intérieur de la liaison coaxiale formée par les deux contacts 70 et 71 et alimentant la cathode 14. Pour ce faire, le contact extérieur 71 assurant l'alimentation de l'électrode 24 vient au contact de la zone métallisée 43b au moyen d'un ressort 1 1 6 permettant un jeu fonctionnel entre le contact 71 et le bouchon 32. De plus le bouchon 32 peut comprendre une gorge annulaire 1 18 séparant les deux zones métallisée 43a et 43b. Ainsi l'air s'échappant entre les troncs de cônes 104 et 1 10 traverse le jeu fonctionnel entre le contact 71 et le bouchon 32 pour atteindre une cavité 120 située entre les contacts 70 et 71 . Cette cavité 120 est protégée du champ électrique important car étant située à l'intérieur du contact coaxial 71 . Autrement dit, la cavité 120 est écrantée du champ électrique principal de la source 10, champ électrique du à la différence de potentiel entre l'anode 16 et l'électrode cathodique 24.
Après montage de la pièce mécanique 28 équipée de sa cathode 14 et de son anode 76, une plaque de fermeture 130 peut assurer le maintien de la pièce mécanique 28, équipée de sa cathode 14 et de son anode 76, dans le support 100. La plaque 130 peut être réalisée en matériau conducteur ou comprendre une face métallisée pour assurer le raccordement électrique de l'anode 76. La plaque 130 peut permettre le refroidissement de l'anode 76. Le refroidissement peut être assuré pour conduction au moyen d'un contact entre l'anode 76 et par exemple la partie cylindrique 88 de la cavité 80 de l'anode 76. Pour renforcer ce refroidissement, il est possible de prévoir un canal 132 disposé dans la plaque 130 et entourant la partie cylindrique 88. Un fluide caloporteur circule dans le canal 132 pour refroidir l'anode 76. Sur la figure 5, les sources 75 possèdent toutes des pièces mécaniques 28 distinctes. La figure 6a représente une variante d'un ensemble multi source 150 dans lequel une pièce mécanique 152 commune à plusieurs sources 75, quatre dans l'exemple représenté, remplit toutes les fonctions de la pièce mécanique 28. L'enceinte à vide 153 est commune aux différentes sources 75. Le support 152 est avantageusement formé en matériau diélectrique dans lequel, pour chacune des sources 75, une face concave 26 est réalisée. Pour chacune des sources, une électrode 24 (non représentée) est disposée sur la face concave 26 correspondante. Pour ne pas surcharger la figure, les cathodes 14 des différentes sources 75 ne sont pas représentées.
Dans la variante de la figure 6a, les anodes de toutes les sources 75 sont avantageusement communes et portent ensemble la référence 154. Pour faciliter leur réalisation, les anodes comprennent une plaque 156 en contact avec la pièce mécanique 152 et percées de 4 trous 158 permettant chacun le passage d'un faisceau d'électrons 18 issu de chacune des cathodes des sources 75. La plaque 156 remplit, pour chacune des sources 75, la fonction de la partie 90 décrite plus haut. Au dessus de chaque orifice 158, sont disposées une cavité 80 limitée par sa paroi 88 et une cible 20. Alternativement, il est possible de conserver des anodes séparées ce qui permet de dissocier leur raccordement électrique.
La figure 6b représente une autre variante d'un ensemble multi source 1 60 dans lequel une pièce mécanique 1 62 est également commune à plusieurs sources dont les cathodes respectives 14 sont alignées sur un axe 1 64 passant par chacune des cathodes 14. L'axe 1 64 est perpendiculaire à l'axe 19 de chacune des sources. Une électrode 1 66 permettant de focaliser les faisceaux d'électrons émis par les différentes cathodes 14 est commune à toutes les cathodes 14. La variante de la figure 6b permet de réduire encore la distance séparant deux sources voisines.
Dans l'exemple représenté, la pièce mécanique 1 62 est réalisée en matériau diélectrique et comprend une face concave 1 68 disposée au voisinage des différentes cathodes 14. L'électrode 166 est formée d'une surface conductrice disposée sur la face concave 1 68. L'électrode 1 66 remplit toutes les fonctions de l'électrode 24 décrite précédemment. Alternativement, il est possible de mettre en œuvre une électrode commune à plusieurs sources sous forme d'une électrode métallique sans présence de matériau diélectrique, c'est à dire possédant une interface métal/vide. De même les cathodes peuvent être thermoïoniques.
L'ensemble multi source 1 60 peut comprendre un bouchon 170 commun à toutes les sources. Le bouchon 170 peut remplir toutes les fonctions du bouchon 32 décrit précédemment. Le bouchon 170 peut notamment être fixé à la pièce mécanique 1 62 au moyen d'un film de brasure 172 conducteur utilisé pour raccorder électriquement l'électrode 1 66.
Comme dans la variante de la figure 6a, l'ensemble multi source
160 peut comprendre une anode 174 commune aux différentes sources. L'anode 174 est semblable à l'anode 154 de la variante de la figure 6a. L'anode 174 comprend une plaque 176 remplissant toutes les fonctions de la plaque 156 décrite à l'aide de la figure 6a. Pour éviter de surcharger la figure 6b, pour l'anode 174, seule la plaque 176 est représentée.
Dans l'exemple représenté, l'axe 1 64 est rectiligne. Il est également possible de disposer les cathodes sur un axe courbe, comme par exemple un arc de cercle permettant de focaliser les rayonnements X 22 de toutes les sources en un point situé au centre de l'arc de cercle. D'autres formes d'axe courbe, notamment une courbe parabolique, permettent également la focalisation des rayonnements X en un point. L'axe courbe reste localement perpendiculaire à chacun des axes 19 autour desquels se développe le faisceau d'électrons de chaque source.
La disposition des cathodes 14 sur un axe permet d'obtenir des sources réparties selon une direction. Il est également possible de réaliser un ensemble multi source dans lequel les cathodes sont réparties selon plusieurs axes concourants. Il est par exemple possible de disposer les sources selon plusieurs axes courbes, chacun réalisé dans un plan et les plans étant sécants. A titre d'exemple, il est par exemple de possible de disposer plusieurs axes répartis sur une surface parabolique de révolution. Ceci permet de focaliser les rayonnements X 22 de toutes les sources au foyer de la surface parabolique.
Les figures 7a et 7b représentes deux modes de réalisation de l'alimentation électrique de l'ensemble représenté sur la figure 6a. Les figures 7a et 7b sont représentées en coupe dans un plan passant par plusieurs axes 19 de différentes sources 75. Deux sources apparaissent sur la figure 7a, et trois sources sur la figure 7b. Il est bien entendu que la description de l'ensemble multi source 150 peut être mis en œuvre quelque soit le nombre de sources 75 ou éventuellement 10.
Dans ces deux modes de réalisation, les anodes 1 14 sont communes à toutes les sources 75 de l'ensemble 150 et leur potentiel est le même, par exemple celui de la terre 52. Le pilotage de chacune des sources 10 peut être distinct dans les deux modes de réalisation. Sur la figure7a, deux sources haute tension V1 et V2 alimentent séparément les électrodes 24 de chacune des sources 10. La nature isolante de la pièce mécanique 152 permet de séparer les deux sources hautes tensions V1 et V2 qui peuvent par exemple être puisées à deux énergie différentes. De même des sources de courant 11 et 12 séparées assure chacune la commande des différentes cathodes 14.
Dans le mode de réalisation de la figure 7b, les électrodes 24 de toutes les sources 75 sont reliées entre elles par exemple au moyen d'une métallisation réalisées sur la pièce mécanique 152. Une source haute tension VCommun alimente toutes électrodes 24. Le pilotage des différentes cathodes 14 reste assuré par des sources de courant 11 et 12 séparées. L'alimentation électrique de l'ensemble multi source décrit à l'aide de la figure 7b est bien adaptée à la variante décrite à l'aide de la figure 6b.
Les figures 8a, 8b et 8c représentent plusieurs exemples d'ensembles de génération de rayons ionisants comprenant chacun plusieurs sources 10 ou 75. Dans ces différents exemples, le support, tel que décrit à l'aide de la figure 5 est commun à toutes les sources 10. Un connecteur haute tension 140 permet l'alimentation les différentes sources 10. Un connecteur de pilotage 142 permet de relier chacun des ensembles à un module de pilotage non représenté et configuré pour commuter chacune des sources 10 selon une séquence prédéterminée.
Sur la figure 8a le support 144 a une forme en arc de cercle et les différentes sources 10 sont alignées sur la forme en arc de cercle. Ce type de disposition est par exemple utile dans un scanner médical afin d'éviter de déplacer la source de rayonnement X autour du patient. Les différentes sources 10 émettent chacune leur tour un rayonnement X. Le scanner comprend également un détecteur de rayonnement et un module permettant de reconstituer une image en 3 dimensions à partir des informations captées par le détecteur. Pour ne pas surcharger la figure, le détecteur et le module de reconstitution ne sont pas représentés. Sur la figure 8b, le support 146 et les sources 10 suivent un segment de droite. Sur la figure 8c, le support 148 a une forme de plaque et les sources sont réparties selon deux directions sur le support 148. Pour les ensembles de génération de rayons ionisants représentés sur les figures 8a et 8b, la variante de la figure 6b est particulièrement intéressante. Cette variante permet de réduire le pas entre les différentes sources.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Source génératrice de rayons ionisants comprenant :
• une enceinte à vide (12 ; 153),
• une cathode (14) pouvant émettre un faisceau d'électrons (18) dans l'enceinte à vide (12 ; 153),
· une anode (1 6 ; 76 ; 154 ; 174) recevant le faisceau d'électrons (18) et comprenant une cible (20 ; 21 ) pouvant générer un rayonnement ionisant (22) à partir de l'énergie reçu du faisceau d'électrons (18),
• une électrode (24 ; 166) disposée au voisinage de la cathode (14) et formant un wehnelt,
caractérisée en ce que l'électrode (24) est formée d'une surface conductrice adhérant à une face concave (26 ; 1 68) d'un matériau diélectrique.
2. Source selon la revendication 1 , caractérisée en ce qu'elle comprend une pièce mécanique (28 ; 152 ; 1 62) réalisée dans le matériau diélectrique, et comprenant la face concave (26 ; 1 68).
3. Source selon la revendication 2, caractérisée en ce que la surface conductrice est formée d'un dépôt métallique disposé sur la face concave (26 ; 168).
4. Source selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que la pièce mécanique (28 ; 152 ; 162) comprend une face interne (30) présentant une résistivité de surface comprise entre 1 .109Ω. carré et 1 .1013Q.carré.
5. Source selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le matériau diélectrique est formé d'une céramique à base de nitrure.
6. Source selon les revendications 4 et 5, caractérisée en ce que la résistivité de surface de la face interne (30) est obtenue par dépôt, sur le matériau diélectrique de la pièce mécanique (28 ; 152 ; 1 62), d'un matériau semi-conducteur.
7. Source selon les revendications 4 et 5, caractérisée en ce que la résistivité de surface de la face interne (30) est obtenue par ajout dans le volume de la céramique à base nitrure d'un matériau permettant de réduire la résistivité intrinsèque de la céramique à base nitrure.
8. Source selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la cathode (14) émet le faisceau d'électrons (18) par effet de champ et en ce que l'électrode (24 ; 1 66) est disposée au contact de la cathode (14).
9. Source selon l'une des revendications 2 à 8 en tant que revendication dépendante de la revendication 2, caractérisée en ce que la pièce mécanique (28 ; 152 ; 162) forme un support de la cathode (14).
10. Source selon l'une des revendications 2 à 9 en tant que revendication dépendante de la revendication 2, caractérisée en ce que la pièce mécanique (28 ; 152 ; 162) forme une partie de l'enceinte à vide (12).
1 1 . Source selon l'une des revendications 2 à 10 en tant que revendication dépendante de la revendication 2, caractérisée en ce que la pièce mécanique (28 ; 152 ; 162) forme un support de l'anode (1 6 ; 76 ; 154).
12. Source selon l'une des revendications 2 à 1 1 en tant que revendication dépendante de la revendication 2, caractérisée en ce que la pièce mécanique (28 ; 152 ; 162) comprend une surface extérieure en forme de tronc de cône intérieur (104), en ce que la source (10 ; 76 ; 154) comprend un support (100) dont une surface (1 10) en forme de tronc de cône extérieur est complémentaire de la surface extérieure en forme de tronc de cône intérieur (104) et au moins un contact (71 ) haute tension alimentant la cathode (14) et en ce que le contact et les surfaces (104, 1 10) en forme de tronc de cône forment un connecteur haute tension de la source (10 ; 76 ; 154).
13. Source selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'elle comprend un joint souple (1 14) disposé entre la surface (1 10) en forme de tronc de cône du support (100) et la surface (104) en forme de tronc de cône de la pièce mécanique (28 ; 152), en ce que la surface (1 10) en forme de tronc de cône du support (100) présente un angle au sommet plus ouvert que la surface (104) en forme de tronc de cône de la pièce mécanique (28 ; 152) et en ce que le connecteur haute tension est configuré pour que de l'air situé entre les deux surfaces en forme de tronc de cône (104, 1 10) s'échappe à l'intérieur du connecteur haute tension dans une cavité (120) non soumise à un champ électrique généré par une haute tension véhiculée par le connecteur.
14. Source selon l'une des revendications 12 ou 13, caractérisée en ce que la pièce mécanique (28 ; 152 ; 1 62) comprend une surface extérieure en forme de tronc de cône extérieur (102), en ce que le support (100) comprend dont une surface (108) en forme de tronc de cône intérieur complémentaire de la surface extérieure en forme de tronc de cône extérieur (102).
15. Source selon l'une des revendications 2 à 14 en tant que revendication dépendante de la revendication 2, caractérisée en ce que l'anode (16 ; 76 ; 154 ; 174) est fixée de façon étanche à la pièce mécanique (28 ; 152 ; 162).
16. Source selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le matériau diélectrique présente une rigidité diélectrique supérieure à 30MV/m.
17. Ensemble de génération de rayons ionisant caractérisé en ce qu'il comprend :
• plusieurs sources (10, 75) selon l'une des revendications précédentes, les sources étant juxtaposées et immobiles dans l'ensemble,
• un module de pilotage configuré pour commuter chacune des sources selon une séquence prédéterminée.
18. Ensemble selon la revendication 17 et comprenant plusieurs sources selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pièce mécanique (152 ; 1 62) est commune à toutes les sources (10, 75).
19. Ensemble selon la revendication 18, caractérisé en ce que les sources sont alignées sur un axe passant par chacune des cathodes (14) et en ce que l'électrode (1 66) est commune aux différentes sources.
20. Ensemble selon l'une des revendications 17 à 19, caractérisé en ce que les anodes (154 ; 174) de toutes les sources (10, 75) sont communes.
21 . Procédé de réalisation d'une source selon les revendications 4 et 6, caractérisé en ce qu'il consiste à assembler sur la pièce mécanique (28 ; 152 ; 1 62) par translation selon un axe (19) du faisceau d'électrons (18), d'une part l'anode (1 6 ; 76 ; 154 ; 174) et d'autre part la cathode (14), une cavité (34) formé par la face concave (26), étant fermée par un bouchon (32 ; 170).
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