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(11) | EP 0 003 946 A1 |
| (12) | DEMANDE DE BREVET EUROPEEN |
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| (54) | Appareil de radiologie compact |
| (57) Appareil de radiologie comprenant un tube à rayons X et un générateur de haute tension
conçus pour rendre l'ensemble compact et léger. Le tube, de type cascade, a son enveloppe
cylindrique constituée par l'assemblage, par liaison étanche, d'un nombre voulu d'anneaux
cylindriques métalliques (7-7" ") alignés en alternance avec des anneaux cylindriques
diélectriques (8-8" '), les extrémités de l'assem- hlage étant fermées par des plateaux
soudés portant l'un (6), la cathode et l'autre (4), l'anode..La surface intérieure
des anneaux métallique- est garnie d'électrodes de contrôle annulaires (9'-9" ").
Les anneaux métalliques intermédiaires sont reliés à des potentiels électriques éleves
croissant de l'anode vers la cathode. Ces potentiels électriques élevés croissant
de l'anode vers la cathode. Ces potentiels électriques eleves croissants'sont avantageusement
prélevés sur un dispositif générateur de haute tension (20, 30) monté en une configuration
toroidale entourant coaxialement le tube à rayons X, formant avec celui-ci un ensemble
particulièrement compact. (Figure 2). |
[0002] Un appareil de radiologie utilise un tube à rayons X comme source de rayonnement pénétrant pour l' examen de divers objets, y compris le corps humain. Un tel tube est alimenté en tension élevée, généralement obtenue au départ du réseau de. distribution d'énergie électrique deitension alternative et par l'intermédiaire d'un transformateur,.élévateur de tension. Dans l'utilisation des appareils à rayons X pour l'inspection de réseaux de transport d'hydrocarbures ou de gaz, de charpentes ou de réservoirs sous pression, par exemple, les appareils doivent être manipulés sur chantiers et une des difficultés de leur construction est de les rendre aussi compacts et légers que possible tout en conservant les performances qu'ils doivent assurer.
[0003] Un des moyens qui a été utilisé pour construire des appareils plus légers est de les alimenter avec une fréquence élevée. A puissance égale, un transformateur est d'autant plus léger que la fréquence est plus élevée, de sorte qu'il est possible de gagner du poids sur les transformateurs. Pour ce faire, un changeur de fréquence est prévu en amont du primaire du transformateur. Un inconvénient de ce système est que les tubes à rayons X ne supportent pas sans problème d'être alimentés à fréquence élevée, à cause de phénomènes de fatigue diélectrique dans l'enveloppe du tube, déjà durement sollicité par le champ électrique élevé qui règne autour du tube.
[0004] Un autre moyen utilisé pour alléger les appareils à rayons X portables est de mettre l'anode du tube à rayons X directement à la terre. En effet, ce qui limite la puissance d'un appareil à rayons X, en première approximation, est la capacité de refroidissement de l' anode. Pour des raisons d'isolement, les tubes à rayons X sont généralement alimentés symétriquement par rapport à la terre. Par exemple, un tube qui fonctionne sous une tension de 30C kV, est alimenté de façon telle que la cathode et l'anode soient respectivement soumises à des tensions de 150 kV de polarité opposées. Cela rend plus facile l'isolement par rapport à la terre, mais rend plus difficile le refroidissement de l'anode puisque cette dernière est portée à une tension élevée. Si on pouvait alimenter le tube en appliquant la pleine tension à la cathode, l'anode pourrait dès lors être mise à la terre, de sorte que le refroidissement s'en trouverait considérablement facilité. De plus, le montage avec anode à la terre permet de placer le matériau de blindage, généralement du plomb, directement au contact de l'anode, ce qui permet encore un gain de poids important pour un degré donné de blindage contre les radiations de fuite.
[0005] Dans ce cas, la difficulté pour réaliser un appareil portable léger se trouve reportée d'une part sur la construction du tube et d'autre part sur le générateur de haute tension. En ce qui concerne le tube, il est connu d'utiliser un mode de construction dit en cascade, pour construire des tubes à rayons X supportant des tensions supérieures au million de volts. Le tube cascade comporte une enveloppe formée par un assemblage d'anneaux en verre, à bords rodés, séparés par des disques métalliques. Les différents disques sont alimentés par des sources de tension ou par l'intermédiaire d'un diviseur de tension, par exemple un diviseur résistif.
[0006] Ce mode de construction ne peut cependant être appliqué aux appareils à rayons X industriels portables car l'ensemble ne peut être facilement étanche a vide, ce qui nécessite de prévoir habituellement une pempe pour entretenir le vide permanent.
[0007] En ce qui concerne le générateur de haute tension, si l'on veut utiliser une fréquence élevée pour rendre le transformateur aussi léger que possible, la construction de celui-ci devient très difficile car il n'est pas possible d'éviter que le bobinage secondaire de ce transformateur présente une capacité élevée. Plus haute est la fréquence, plus le courant débité par ce transformateur sur sa propre capacité devient élevé, au peint d'être parfois considérablement supérieur au courant débité dans la charge.
[0008] Pour limiter le courant débité par le transformateur, on peut utiliser un circuit multiplicateur de tension qui permet d'obtenir des tensions élevées à partir d'un transformateur délivrant une tension moins élevée. Avec un circuit multiplicateur classique tel que décrit par Cockroft et Walton, comportant par exemple quatre étages doubleurs de tension, on pourrait obtenir une tension à vide de l'ordre de 360 kV à partir d'une tension de crête de quelque 45 kV au secondaire du transformateur d'alimentation. Mais pour utiliser un tel dispositif dans un appareil compact il est nécessaire de concevoir, pour ce dispositif, un mode de réalisation compatible avec un tube à rayons X cascade compact tout en préservant une borne distribution du champ électrique dans le tube.
[0009] Ainsi donc, pour pouvoir réaliser de façon économique un appareil de radiologie industrielle portable, il était nécessaire de concevoir un nouveau mode de construction du tube à rayons X et un dispositif générateur de haute tension compatible avec ce tube compact. En outre, il était nécessaire de concevoir le tube à rayons X et le dispositif générateur de haute tension en sorte de favoriser au maximum la distribution régulière du champ électrique le long de l'axe du tube.
[0010] L'invention, telle que caractérisée dans les revendications, résout le problème de la réalisation d'un appareil de radiologie compact et de faible poids, convenant comme appareil portable en radiologie irdus- trielle. Elle résout également le problème de la fabrication économique d'un tube à rayons X, de type cascade, étanche au vide poussé.
[0011] Les avantages résultant de l'invention sont essentiellement qu'elle élimine les inconvénients des réalisations d'appareils à rayons X connues sans en sacrifier les avantages et qu'elle peut être mise en oeuvre sans nécessiter d'outillages compliqués et coûteux.
[0012] Un exemple de mode d'exécution de l'invention est décrit dans ce qui suit avec référence aux dessins annexés.
La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un tube à rayons X suivant l'invention;
la figure 2 montre en coupe axiale un appareil de radiologie réalisé suivant l'invention.
[0013] Le mode de réalisation illustré est celui d'un appareil de radiologie d'une tension nominale de 300 kV. Le tube à rayons X 10; de forme générale cylindrique comporte une anode 1 montée sur un plateau circulaire 4 à une extrémité du tube et une cathode 5 montée sur un plateau circulaire 6 à l'autre extrémité du tube. L'anode est reliée à la terre. Elle contient une pastille de tungstène 2 et est pourvue de canaux de refroidissement 3 parcourus par une circulation d'eau afin de refroidir la pastille 2.
[0014] L'enveloppe cylindrique du tube est constituée d'une succession d'anneaux cylindriques métalliques 7 à 7"" alternant avec des anneaux cylindriques en céramique 8 à 8"', les anneaux étant unis les uns aux autres par liaison étanche. Les plateaux 4 et 6 sont soudés sur les anneaux métalliques terminaux.
L'anneau métallique 7 est connecté à l'anode et les anneaux intermédiaires 7', 7", 7"' sont reliés à des potentiels électriques croissants.
[0015] Aux anneaux métalliques 7' à 7"" sont fixéesdes électrodes annulaires de contrôle 9', 9", 9"' , 9"" ayant pour fonction de protéger la paroi intérieure des anneaux de céramique 8, 8', 8", 8"' contre les électrons vagabonds qui y créeraient un danger de per- oement. Les électrodes de contrôle s'étendent en sorte de pratiquement se recouvrir. Le nombre d'anneaux sera fonction de la tension totale sur le tube 10.
[0016] Pour construire ce tube, l'invention propose un procédé de fabrication pratique et économique. En effet, si l'utilisation de la céramique présente un certain nombre d'avantages tant du point de vue mécanique que du point de vue diélectrique, la construction d'une pièce déterminée en céramique nécessite de créer des outillages compliqués et coûteux. De plus, la mise au point d'un tube à rayons X donné impose un grand nombre d'essais, et l'on est ainsi amené à réaliser de nombreux outillages coûteux pour les tubes expérimentaùx.
[0017] Suivant l'invention, le tube à rayons X est construit en utilisant des manchettes en céramique 8 pourvues de collerettes métalliques 7 scellées à une extrémité. Les électrodes annulaires de contrôle 9 sont soudées sur la paroi intérieure des collerettes. Le nombre voulu de manchettes de céramique sont empilées, collerettes métalliques vers le haut et les collerettes sont brasées au bord inférieur de la manchette en céramique qu'elle supporte, pour former ainsi l'enveloppe cylindrique du tube. Aux extrémités de l'assemblage sont ensuite soudés d'un côté le plateau portant la cathode et de l'autre côté, le plateau portant l'anode. Le tube à rayons X étanche est ainsi construit simplement et économiquement.
[0018] Le tube étanche est alors prêt à être monté dans une cuve avec le dispositif générateur de haute tension et le dispositif de chauffage de la cathode.
[0019] La figure 2 montre un mode d'exécution de l'ensemble d'un appareil monté dans une cuve 12. Le tube 10 est fixé dans cette cuve par la bride 11 que présente l'anode 1.
[0020] Le dispositif générateur de haute tension comprend un transformateur d'alimentation 20 dont le primaire est à raccorder à une source de tension, de préférence à haute fréquence, et un dispositif multiplicateur de tension 30 connecté au secondaire du transformateur 20. Le dispositif multiplicateur de tension 30 comprend plusieurs étages doubleurs de tension en série constitués chacun de condensateurs et de diodes en un montage décrit par Cochckroft et Wallon. Suivant l'invention, les condensateurs sont disposés en une double configuration toroidale entourant coaxialement l'enveloppe cylindrique du tube 10. Les condensateurs 13, 13', 13", 13 '" sont disposés autour du tube 10 et les condensateurs 14, 14', 14", 14 '" sont disposés autour des condensateurs 13 à 13"' en ménageant entre les deux ensembles coaxiaux un espace annulaire 16 dans lequel sont disposés les diodes redresseuses 15. Les points de jonction entre les condensateurs de l'ensemble intérieur 13 sont connectés aux anneaux métalliques du tube 10. Les condensateurs 14-14"' se chargent à chaque alternance de la tension fournie par le transformateur d'alimentation 20 et ils se déchargent à l'alternance suivante dans les condensateurs 13-13"'. Aux points de jonction des condensateurs 13-13"' existent des potentiels élevés continus progressivement croissants de l'anode vers la cathode.
[0021] Le transformateur d'alimentation 20 est avantageusement réalisé sous la forme d'un anneau. Sur un noyau toroidal 17 est bobiné un enroulement primaire 18 sur lequel sont disposées des galettes 19 qui, mises en série, constituent l'enroulement haute tension. Ce mode de construction permet d'obtenir, toutes choses égales, une capacité secondaire faible.
[0022] Le chauffage du tube peut se faire par l'intermédiaire d'un dispositif connu quelconque. Dans un mode de réalisation suivant l'invention, le dispositif comprend une barre conductrice 21 qui traverse la cuve suivant un diamètre et deux noyaux toroldaux 22 et 23, pourvus d'enroulements d'excitation qui constituent le primaire d'un transformateur. La barre 21 conjointement avec la cuve constituent un secondaire fermé sur lui-même. La barre 21 constitue le primaire d'un second transformateur et l'enroulement 25 entourant le noyau 24 alimente le filament de la cathode 5. Lorsqu'un courant circule dans la barre 21, il crée un flux dans le noyau toroldal 24 et ce flux induit dans l'enroulement secondaire 25 le courant de chauffage du filament de la cathode 5.
1. Appareil de radiologie comprenant un tube à rayons X contenant une cathode émettrice
et une anode reliée à la terre, un dispositif de chauffage de la cathode et un générateur
de haute tension, caractérisé en ce que le tube à rayons X est constitué de plusieurs
anneaux cylindriques métalliques (7-7"") alignés axialement et séparés par des anneaux
cylindriques en matériau diélectrique (8-8"'), les différents anneaux étant assemblés
par liaison étanche, les anneaux métal- ligues intermédiaires étam: connectés à des
potentiels électriques élevés croissant de l'anode vers la cathode; de plusieurs électrodes
de contrôle de forme annulaire (9'-9"'' ) fixées sur les anneaux cylindriques métalliques
et alignées coaxialement en sorte de pratiquement se recouvrir; d'un plateau circulaire
(6) portant la cathode, ce plateau étant soudé à l'anneau cylindrique métallique à
une extrémité de l'assemblage; et d'un plateau circulaire (4) portant l'anode, ce
plateau étant soudé à l'anneau cylindrique métallique à l'autre extrémité de l'assemblage.
2. Appareil selon la revendication 1, dans lequel le générateur de haute tension comprend
un dispositif multiplicateur de tension disposé en une double configuration toroldele
coaxiale au tube à rayons X.
3. Appareil selon la revendication 1, dans lequel le générateur de haute tension comprend
uhn transformateur d'alimentation disposé en une configuration toroïdale coaxiale
à l'anode du tube à rayons X.
4. Procédé de fabrication d'un tube à rayons X, de type cascade, caractérisé par les
phases suivantes:
(a) sélection d'un nombre voulu de manchettes annulaires en matériau diélectrique pourvues chacune d'une collerette annulaire métallique scellée à une extrémité,
(b) soudage d'une électrode de contrôle annulaire sur la paroi intérieure de chaque collerette,
(c) empilage du nombre voulu de manchettes avec leurs collerettes toutes tournées dans le même sens et brasage de chaque collerette au bors de la manchette juxtaposée, et
(d) soulage aux deux extrémités de l'assemblage de deux plateaux, l'un portant la cathode et l'autre portant l'anode.