Cathode de tube à rayons X et tube ainsi obtenu

Abstract

 L'invention concerne les tubes à rayons X et, plus particulièrement, les cathodes pour de tels tubes.
L'invention réside dans le fait que la cathode, comportant un filament émetteur 26, est réalisée à l'aide d'un corps principal 10 en matériau isolant sur lequel sont disposées des électrodes métalliques 16 à 19 qui sont isolées les unes des autres par le corps principal. Le filament 26 et les électrodes 16 à 19 sont connectés à des conducteurs 27, 21 à 23 qui traversent le corps principal.

Description

[0001] L'invention concerne les tubes à rayons X et, plus particulièrement, une cathode pour tube à rayons X.

[0002] Un tube à rayons X comporte, dans une enceinte sous vide, une cathode constituée d'un filament chauffé qui émet des électrons et d'un dispositif de concentration adossé au filament qui focalise les électrons émis sur une anode portée à un potentiel positif par rapport à la cathode. Le point d'impact du faisceau d'électrons sur l'anode constitue la source de rayonnement X sous la forme d'un faisceau.

[0003] L'évolution des systèmes d'imagerie à rayons X conduit à l'utilisation de tubes à rayons X de plus en plus complexes de manière à obtenir les fonctions souhaitées. C'est ainsi que l'on cherche à contrôler la géométrie du faisceau d'électrons qui frappe l'anode pour obtenir un point d'impact de dimensions précises et présentant une répartition énergétique aussi uniforme que possible.

[0004] Dans certaines applications, il est nécessaire d'obtenir des faisceaux de rayons X qui ont des énergies différentes et/ou des incidences différentes; à cet effet, la cathode peut présenter plusieurs filaments émetteurs dont il faut controler le flux d'électrons en dimensions mais aussi en direction pour obtenir des points d'impact précis du faisceau d'électrons sur l'anode.

[0005] Dans d'autres applications, il est nécessaire de modifier le débit du flux d'électrons et éventuellement le bloquer par une électrode appelée grille.

[0006] Pour réaliser les fonctions qui viennent d'être énumérées, les cathodes ont des formes géométriques compliquées et peuvent comporter plusieurs électrodes métalliques séparées mécaniquement et isolées électriquement les unes des autres.

[0007] Dans le brevet français n^o 2538948 déposé le 3 décembre 1982 et intitulé : "TUBE A RAYONS X A BALAYAGE" ainsi que dans la demande de brevet français n^o 89 03888 déposée le 24 mars 1989 et intitulée : "TUBE A RAYONS X A BALAYAGE AVEC PLAQUES DE DEFLEXION", la demanderesse a décrit des cathodes de tubes à rayons X qui sont réalisées à l'aide d'électrodes multiples dont la fabrication et l'assemblage sont difficiles et d'un prix de revient élevé.

[0008] Un but de la présente invention est donc de réaliser une cathode pour tube à rayons X à électrodes multiples ou non dont la fabrication soit simple et d'un prix de revient réduit.

[0009] L'invention se rapporte à une cathode pour tube à rayons X comportant au moins un filament émetteur d'électrons, caractérisée en ce qu'elle comprend un corps principal qui est réalisé en un matériau isolant, des électrodes métalliques qui sont disposées en des endroits déterminés dudit corps principal et isolées les unes des autres grâce au matériau isolant du corps principal et des conducteurs électriques traversant ledit corps principal pour alimenter ledit filament et appliquer des tensions de polarisation auxdites électrodes métalliques.

[0010] Le corps principal est réalisé en une céramique telle que l'alumine et les électrodes sont en molybdène, manganèse ou tungstène ou un alliage de ces métaux.

[0011] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un exemple particulier de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints dans lesquels :

- la figure 1 est une vue en perspective cavalière d'un exemple, de réalisation selon l'invention d'une cathode de tube à rayons X, et

- la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1.

[0012] Les cathodes de l'art antérieur, notamment celles décrites dans les demandes de brevets français précitées, comportent toujours une partie métallique qui sert d'électrode portée à un potentiel négatif pour éloigner les électrons émis par un filament chauffé et de support audit filament et à d'autres électrodes. Ces autres électrodes sont également métalliques et doivent être isolées électriquement de cette partie métallique de support et l'une par rapport à l'autre.

[0013] L'invention propose une cathode dont le corps principal est en un matériau isolant sur lequel sont réalisées les différentes électrodes, l'isolation entre les différentes électrodes étant obtenue par le matériau isolant du corps principal.

[0014] Plus précisément, le corps principal 10 est, par exemple, un bloc d'alumine qui est convenablement usiné pour obtenir la forme représentée sur les figures 1 et 2, c'est-à-dire un cylindre de révolution dont la partie diamétrale 9 est creusée en forme de marches d'escalier référencées 12 et 13 d'un côté et 14,15 de l'autre. Les électrodes sont obtenues par des dépôts métalliques qui sont disposés à des endroits précis de la surface du corps principal, notamment sur le faces verticales et horizontales des marches d'escalier 12,13,14 et 15. Par exemple, toute la superficie de la face horizontale des marches d'escalier 12 et 14 est recouverte d'un dépôt métallique référencé respectivement 16 et 18. Par ailleurs, pour les marches d'escalier 13 et 15, c'est toute la surface de la face verticale qui est recouverte d'un dépôt métallique référencé 17 et 19 selon la marche concernée.

[0015] Ces dépôts métalliques 16 à 19, formant électrodes, sont polarisés à des potentiels appropriés par l'intermédiaire de conducteurs électriques 20 à 23 qui traversent le corps principal 10 et émergent sur les faces horizontales des marches d'escalier. Dans le cas des marches 12 et 14 les conducteurs 20 et 22 viennent directement abuter sur les dépôts métalliques 16 et 18 auxquels ils sont connectés. Dans le cas des marches 13 et 15, les conducteurs 21 et 23 sont connectés aux dépôts métalliques 17 et 19 par l'intermédiaire de languettes métalliques 24 et 25 qui sont disposées sur les faces horizontales des marches 13 et 15 et sont connectées électriquement aux dépôts métalliques 17 et 19.

[0016] Le ou les filaments de cathode (référence 26) sont disposés de manière classique dans le puits diamétral de manière à dépasser le niveau des dépôts métalliques 16 et 18. Leur alimentation électrique est obtenue par l'intermédiaire de conducteurs (référence 27) qui traversent le corps principal 10.

[0017] Les dépôts métalliques 16 à 19 ainsi que les languettes métalliques 24 et 25 peuvent être obtenus de différentes manières, notamment, par dépôt en couches minces sur le substrat d'alumine du corps principal, ledit substrat étant convenablement dopé pour permettre l'accrochage des couches minces. Les dopants peuvent être des métaux, tels que le molybdène et le manganèse, qui sont déposés en couches liquides aux endroits des électrodes puis l'ensemble est chauffé pour obtenir le dopage de la couche superficielle du corps 10.

[0018] Le matériau des dépôts métalliques doit s'accrocher à l'alumine du corps principal 10 et résister aux hautes températures. Les matériaux appropriés seront, par exemple, le molybdène, le manganèse, le tungstène, ou un alliage de deux de ces matériaux entre eux ou avec d'autres métaux. Le dépôt peut être obtenu par évaporation sous vide, par sublimation des métaux, par bombardement ionique, par torche à plasma.

[0019] On a indiqué que le corps principal 10 était en alumine. La pureté de l'alumine est de l'ordre de 95% à 97%, ce qui est une qualité courante. L'alumine peut être remplacé par une autre céramique.

[0020] Avec une cathode pour tube à rayons X réalisée selon la présente invention, la précision géométrique de la position des électrodes est détérminée par celle de l'usinage du corps principal qui peut être très grande et reproductible. Par rapport aux cathodes de l'art antérieur, on élimine ainsi les opérations de montage dont la précision dépend de la dextérité des opérateurs et dont la reproductibilité n'est pas constante au cours du temps et d'un opérateur à l'autre. Il en résulte, en outre, un coût de fabrication plus faible que celui des cathodes de l'art antérieur.

[0021] Par l'utilisation d'un corps principal 10 d'une seule pièce, on évite les effets des différentiels de dilatation entre les différents éléments, notamment, les électrodes séparées des cathodes de l'art antérieur. Il en résulte que les déformations sont très faibles.

[0022] Enfin, comme le corps principal 10 est isolant, les conducteurs électriques (27) d'alimentation du filament 26 et de polarisation (21 à 23) des électrodes 16 à 19, traversent ledit corps sans gaine autour des conducteurs 21 à 23 et 27 simplifie la fabrication des cathodes et abaisse leur prix de revient.

Revendications

1. Cathode de tube à rayons X comportant au moins un filament (26) émetteur d'électrons, caractérisée en ce qu'elle comprend un corps principal (10) qui est réalisé en un matériau isolant, des électrodes métalliques (16 à 19) qui sont disposées en des endroits déterminés dudit corps principal et isolées les unes des autres grâce au matériau isolant du corps principal et des conducteurs électriques (21 à 23) traversant ledit corps principal (10) pour alimenter ledit filament (26) et appliquer des tensions de polarisation auxdites électrodes métalliques (16 à 19).

2. Cathode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau isolant est une céramique.

3. Cathode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau isolant est de l'alumine.

4. Cathode selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que le matériau isolant du corps principal est dopé en éléments métalliques, au moins aux endroits des électrodes métalliques, de manière à permettre l'accrochage desdites électrodes;

5. Cathode selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le métal des électrodes métalliques (16 à 19) est choisi dans le groupe comportant le molybdène, le manganèse, le tungstène.

6. Tube à rayons X caractérisé en ce qu'il comporte une cathode selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 5.

Dessins