EP0110734A2 - Tube à rayons X produisant un faisceau à haut rendement, notamment en forme de pinceau - Google Patents

Tube à rayons X produisant un faisceau à haut rendement, notamment en forme de pinceau Download PDF

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EP0110734A2 EP83401889A EP83401889A EP0110734A2 EP 0110734 A2 EP0110734 A2 EP 0110734A2 EP 83401889 A EP83401889 A EP 83401889A EP 83401889 A EP83401889 A EP 83401889A EP 0110734 A2 EP0110734 A2 EP 0110734A2
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ray
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André Plessis
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    • H01J35/24—Tubes wherein the point of impact of the cathode ray on the anode or anticathode is movable relative to the surface thereof
    • H01J35/30—Tubes wherein the point of impact of the cathode ray on the anode or anticathode is movable relative to the surface thereof by deflection of the cathode ray
    • H—ELECTRICITY
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    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/08—Anodes; Anti cathodes
    • H01J35/112—Non-rotating anodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/32—Tubes wherein the X-rays are produced at or near the end of the tube or a part thereof which tube or part has a small cross-section to facilitate introduction into a small hole or cavity

Definitions

  • the present invention relates to an X-ray tube producing a high-efficiency beam, in particular in the form of a brush, applicable to the fields of radiology.
  • An X-ray tube generally has an anode and a cathode, which emits electrons; these electrons will bombard part of the anode called the anode target, and the impact of these electrons on the surface of the anode target determines a focus from which X-rays are emitted in all directions.
  • a useful beam of X-rays is determined; such a useful beam being in any case weaker than the totality of the X-rays emitted at the focus.
  • the useful X-ray beam represents around 5% of the X-ray emitted at the focus, and in the case of CT tubes, this percentage is of the order of 1%.
  • an electrical power supply of the tube, as well as a heat loss will be all the more important that, for a useful beam of given intensity, necessary for a type of examination for example, the collimation will have been stronger in order to give this useful beam a geometry required by the examination.
  • a useful beam in the form of a brush can be obtained by means of strong collimation; in this case the useful beam represents a negligible fraction of the X-rays emitted at the focus, for a considerable energy expended in the electrical supply of this X-ray tube.
  • the present invention relates to a high efficiency X-ray tube, arranged to provide an X-ray beam containing a proportion of the total X-ray emitted much more important than with a conventional X-ray tube. This makes it possible to considerably improve the efficiency of an installation using such an X-ray tube, in particular in the case where the desired useful beam is in the form of a brush.
  • an X-ray tube producing a high-efficiency beam in particular in the form of a brush, is characterized in that it comprises an anode, provided with a rectilinear hole having internal walls constituting an anodic target and, a cathode generating an electron beam directed towards the hole, this electron beam penetrating through a first end of the hole substantially axially to the latter, so as to bombard these walls in order to cause at least one X-ray beam containing a percentage important of the total X-ray, this beam of X-ray emerging by one of the ends of the hole.
  • Such X-ray radiation can give rise to a first and a second X-ray beam each emerging from the hole by one end of the latter. This being partly due to a lower absorption of X-rays in the wall itself, which makes it possible to obtain more X-rays emitted in directions parallel or almost to this axis; whereby, these X-rays are not absorbed by the walls in their path out of the hole.
  • the beams X thus obtained can be shaped by the hole in which they originated, in particular as regards the beam emerging from the end opposite to that of entry of the electron beam.
  • Figure 1 shows schematically in a perspective view, an X-ray tube 1 according to the invention; this representation being limited to characteristic elements shown in an envelope 2, thanks to an opening made in the design of this envelope.
  • the envelope 2 supports a cathode 3, and by conventional means not shown, an anode 4.
  • this anode 4 is a cylinder provided with a hole 5 having a section S identical to it - even over an entire length L 2 of this hole. Inner walls 9 of the hole 5 are thus parallel to a longitudinal axis 6 of this hole 5.
  • the section S of the hole 5 is circular, having a diameter D, so that only the first and second ends 7.8 of hole 5; in Figure 1, the hole 5 and the second end 8 being shown in dotted lines.
  • the walls 9 are constituted by a metal or a metallic compound, preferably of high atomic number such as tungsten for example.
  • the cathode 3 is located in the longitudinal axis 6 of the hole 5 and, generates an electron beam 10 with axial symmetry and low divergence, along substantially the longitudinal axis 6; the electron beam 10 penetrating the hole 5 through the first end 7, bombards the walls 9 over a length L 1 shorter in the nonlimiting example described, at the length L 2 of the hole 5, the walls 9 thus constituting a anodic target.
  • This length L and its position relative to the length L 2 of the hole 5, being a function of the divergence of the electron beam 10 and of its homogeneity, as well as of the diameter D of the hole 5.
  • this bombardment causes X-ray radiation whose emission is favored in a direction A, and which constitutes a first beam of X-ray radiation 1 .
  • This beam FX emerges through the second end 8, opposite to that through which the electron beam enters. 10, along an axis identical to the longitudinal axis 6, and leaves the tube 1 through an outlet window 14, shown in dotted lines.
  • This arrangement is remarkable in that it makes it possible in particular to obtain a beam of X-ray radiation FX 1 , containing a very large proportion of the total X-ray radiation (not shown).
  • Another important characteristic is that the walls 9 being parallel, the radiation beam FX is shaped by the hole 5 in the shape of a brush, the limits 15, 16 of which are parallel or almost parallel to the longitudinal axis 6; the beam of radiation FX in the form of a brush having the same section S as that of the hole 5.
  • a fraction of the total X-ray radiation determines a second beam FX 2 which leaves the hole 5 through the first end 7, that is to say the one through which the electron beam 10 enters.
  • an X-ray tube 1 in which the cathode 3 emits the electron beam 10 along the longitudinal axis 6, is not limiting; the cathode 3 can be placed differently and emit the electron beam 10 along an axis coincident or not with the longitudinal axis 6.
  • the electron beam can also have no axis and follow a curved or arbitrary path thanks to conventional deflection means (not shown), the only condition being that the electrons are present at the entrance to the hole 5, along substantially the longitudinal axis 6 of the latter in order to bombard the walls 9 as uniformly as possible.
  • the second end 8 of the hole 5 opaque to X-ray; this can be obtained, for example, by closing this second end 8 with a plug (not shown), made of an appropriate material, which then prevents the exit of the first beam FX 1 .
  • the anode 4 may have a different shape than that shown in Figure 1, as well as the section S of the hole 5; the main thing being to obtain a beam of radiation FX 1 in the form of a brush, that the walls 9 are constituted by a standardized surface, where the generators of this surface (not shown) are parallel to the longitudinal axis 6 of the hole 5.
  • the anode 4 can be made of the same material as that forming, as previously explained, the walls 9 of the hole 5; in this case, machining the hole 5 directly offers walls 9 ready to play the role of anodic target.
  • the anode 4 may also be made of a different material, and the walls 9 coated on part or over the entire length L 2 of the hole 5, with the appropriate material.
  • FIG. 2 Another embodiment of an X-ray tube 1 according to the invention is shown in Figure 2 where, elements of the latter are shown in an axial section.
  • a deflection lens 20 electrostatic or magnetic as well as in the example described, of the conventional type.
  • This deflection lens is arranged on the path of the electron beam emitted by the cathode 3, this electron beam being in FIG. 2 represented by trajectories T 1 , T2, T 3 , T 4 , T 5 , .. .T n of electrons.
  • the deflection lens 20 is centered in the non-limiting example described, on the longitudinal axis 6 of the hole 5, and can either be part of the anode 4 itself, or as in the example described, be located at its neighborhood.
  • This deflection lens 20 allows, by virtue of a magnetic field (not shown) which it creates, to focus the electrons and to determine these electrons trajectories T 1 , T 2 , ... T n such that they are at slight divergences in order to penetrate the hole 5 and bombard the walls 9; the X FX 1 radiation beam, not shown in FIG. 2, being identical to FIG. 1.
  • Such a deflection lens 20 also makes it possible, by adjusting the strength of the magnetic field which it creates or, by adjusting its position along the longitudinal axis 6, to adjust the length L I over which the bombardment of the walls 9, and the position of this length L I with respect to the length L 2 of the hole 5. This makes it possible to adjust the characteristics of the first beam FX 1 , and possibly of the second beam FX2.
  • the anode 4 is made of copper and has passages 35, intended to allow the passage of a cooling fluid, the walls 9 being coated with tungsten 36.
  • An X-ray tube 1 produces in particular at least one FX beam in the form of a brush, making it possible to obtain a useful beam (not shown) such that an X-ray emission efficiency in this useful beam with respect to to a traditional solution, is increased in a very sensitive ratio.
  • such an X-ray tube is particularly well suited to scanning techniques, and very particularly to digital radiology.

Abstract

L'invention concerne un tube à rayons X produisant un faisceau à haut rendement, notamment en forme de pinceau, applicable au domaine de la radiologie, et plus particulièrement à celui de la radiologie numérique. Un tube à rayons X (1) selon l'invention, comporte une anode (4) munie d'un trou (5) rectiligne et, une cathode (3) générant un faisceau d'électrons (10) pénétrant dans ce trou (5). Des parois (9) intérieures de ce trou (5) constituent une cible anodique bombardée par le faisceau d'électrons (10), de manière à produire au moins un faisceau de rayonnement (FX1) émergeant par une des extrémités (7, 8) du trou (5).

Description

  • La présente invention concerne un tube à rayons X produisant un faisceau à haut rendement, notamment en forme de pinceau, applicable aux domaines de la radiologie.
  • Un tube à rayons X comporte généralement une anode et une cathode, laquelle émet des électrons ; ces électrons vont bombarder une partie de l'anode appelée cible anodique, et l'impact de ces électrons sur la surface de la cible anodique détermine un foyer d'où sont émis des rayons X dans toutes les directions. En limitant ce rayonnement X à une direction donnée, par des systèmes de collimation soit partiellement interne au tube, soit extérieur à ce dernier, on détermine un faisceau utile de rayons X ; un tel faisceau utile étant dans tous les cas plus faibles que la totalité du rayonnement X émis au foyer. Ainsi par exemple pour un tube de radiodiagnostic, le faisceau utile de rayonnement X représente environ 5 % du rayonnement X émis au foyer, et dans le cas des tubes pour tomodensitome, ce pourcentage est de l'ordre de 1 %.
  • Aussi une puissance électrique d'alimentation du tube, ainsi qu'une perte en chaleur seront d'autant plus importantes que, pour un faisceau utile d'intensité donnée, nécessaire à un type d'examen par exemple, la collimation aura été plus forte afin de donner à ce faisceau utile une géométrie requise par l'examen.
  • En partant d'un tube à rayons X de construction classique, un faisceau utile en forme de pinceau peut être obtenu grâce à une forte collimation ; dans ce cas le faisceau utile représente une fraction négligeable du rayonnement X émis au foyer, pour une énergie considérable dépensée dans l'alimentation électrique de ce tube à rayons X.
  • La présente invention concerne un tube à rayons X à haut rendement, agencé de manière à fournir un faisceau de rayonnement X contenant une proportion du rayonnement X total émis beaucoup plus importante qu'avec un tube à rayons X classique. Ceci permettant d'améliorer considérablement le rendement d'une installation utilisant un tel tube à rayons X, notamment dans le cas où le faisceau utile désiré est en forme de pinceau. "
  • Selon l'invention, un tube à rayons X produisant un faisceau à haut rendement, notamment en forme de pinceau, est caractérisé en ce qu'il comporte une anode, munie d'un trou rectiligne ayant de parois intérieures constituant une cible anodique et, une cathode générant un faisceau d'électrons dirigé vers le trou, ce faisceau d'électrons pénétrant par une première extrémité du trou sensiblement axialement à ce dernier, de manière à bombarder ces parois afin de provoquer au moins un faisceau de rayonnement X contenant un pourcentage important du rayonnement X total, ce faisceau de rayonnement X émergeant par une des extrémités du trou.
  • Nous pensons qu'un faisceau d'électrons pénétrant par une extrémité d'un trou rectiligne et, bombardant les parois intérieures de ce trou sous une faible incidence, tend à favoriser l'émission d'un rayonnement X selon un axe identique à celui du trou. Un tel rayonnement X peut donner naissance à un premier et à un second faisceau X émergeant chacun du trou par une extrémité de celui-ci. Ceci étant du pour une part à une moindre absorbtion des rayons X dans la paroi elle-même, qui permet d'obtenir davantage de rayons X émis dans des directions parallèles ou presque à cet axe ; grâce à quoi, ces rayons X ne sont pas absorbés par les parois dans leur trajet pour sortir du trou. De plus les faisceaux X ainsi obtenus peuvent être conformés par le trou dans lequel ils ont pris naissance, notamment en ce qui concerne le faisceau émergeant par l'extrémité opposée à celle d'entrée du faisceau d'électrons.
  • L'invention sera mieux comprise grâce à la description suivante et des deux figures annexées parmi lesquelles :
    • - la figure 1 montre par une vue en perspective un tube à rayons X conforme à l'invention ;
    • - la figure 2 montre des éléments caractéristiques d'un tube à rayons X selon l'invention dans une seconde version de ce tube.
  • La figure 1 représente schématiquement par une vue en perspective, un tube 1 à rayons X selon l'invention ; cette représentation étant limitée à des éléments caractéristiques montrés dans une enveloppe 2, grâce à une ouverture réalisée dans le dessin de cette enveloppe.
  • L'enveloppe 2 supporte une cathode 3, et par des moyens classiques non représentés, une anode 4. Dans l'exemple non limitatif de la description, cette anode 4 est un cylindre muni d'un trou 5 ayant une section S identique à elle-même sur toute une longueur L2 de ce trou. Des parois 9 intérieurs du trou 5 sont ainsi parallèles à un axe longitudinal 6 de ce trou 5. Dans l'exemple non limitatif décrit, la section S du trou 5 est circulaire, ayant un diamètre D, ainsi donc, que des première et seconde extrémités 7,8 du trou 5 ; sur la figure 1, le trou 5 et la seconde extrémité 8 étant représentés en traits pointillés.
  • Les parois 9 sont constituées par un métal ou un composé métallique, de préférence de numéro atomique élevé comme du tungstène par exemple.
  • Dans l'exemple non limitatif décrit, la cathode 3 est située dans l'axe longitudinal 6 du trou 5 et, génère un faisceau d'électrons 10 à symétrie axiale et faible divergence, selon sensiblement l'axe longitudinal 6 ; le faisceau d'électrons 10 pénétrant dans le trou 5 par la première extrémité 7, bombarde les parois 9 sur une longueur L1 inférieure dans l'exemple non limitatif décrit, à la longueur L2 du trou 5, les parois 9 constituant ainsi une cible anodique. Cette longueur L et sa position par rapport à la longueur L2 du trou 5, étant fonction de la divergence du faisceau d'électrons 10 et de son homogénéité, ainsi que du diamètre D du trou 5.
  • Dans cette disposition et compte tenu de la faible incidence (non représentée) sous laquelle les électrons bombardent les parois 9, ce bombardement provoque un rayonnement X dont l'émission est favorisée dans une direction A, et qui constitue un premier faisceau de rayonnement X FX1. Ce faisceau FX émerge par la seconde extrémité 8, opposée à celle par où pénètre le faisceau d'électrons 10, selon un axe identique à l'axe longitudinal 6, et sort du tube 1 par une fenêtre de sortie 14, représentée en traits pointillés.
  • Cette disposition est remarquable en ce qu'elle permet notamment d'obtenir un faisceau de rayonnement X FX1, contenant une proportion très importante du rayonnement X total (non représenté). Une autre caractéristique importante est que les parois 9 étant parallèles, le faisceau de rayonnement FX est conformé par le trou 5 à la forme d'un pinceau, dont des limites 15, 16 sont parallèles ou presque à l'axe longitudinal 6 ; le faisceau de rayonnement FX en forme de pinceau ayant une même section S que celle du trou 5.
  • Une fraction du rayonnement X total détermine un second faisceau FX2 qui sort du trou 5 par la première extrémité 7, c'est-à-dire celle par où pénètre le faisceau d'électrons 10.
  • Cette description d'un tube 1 à rayons X, dans laquelle la cathode 3 émet le faisceau d'électrons 10 selon l'axe longitudinal 6, n'est pas limitative ; la cathode 3 pouvant être placé différement et émettre le faisceau d'électrons 10 selon un axe confondu ou non avec l'axe longitudinal 6. Le faisceau d'électron pouvant également n'avoir pas d'axe et suivre une trajectoire courbe ou quelconque grâce à des moyens de déviation classiques (non représentés), la seule condition étant que les électrons se présentent à l'entreé du trou 5, selon sensiblement l'axe longitudinal 6 de ce dernier pour bombarder aussi uniformément que possible les parois 9.
  • Dans le cas où seul le second faisceau FX2 doit être exploité, il est possible de rendre opaque au rayonnement X la seconde extrémité 8 du trou 5 ; ceci peut être obtenu par exemple en réalisant une fermeture de cette seconde extrémité 8 par un bouchon (non représenté), réalisé en un matériau approprié, qui empêche alors la sortie du premier faisceau FX1.
  • De même l'anode 4 peut avoir une forme différente que celle montrée sur la figure 1, ainsi que la section S du trou 5 ; l'essentiel étant pour obtenir un faisceau de rayonnement FX1 en forme de pinceau, que les parois 9 soient constituées par une surface normée, où les génératrices de cette surface (non représentées) sont des parallèles à l'axe longitudinal 6 du trou 5.
  • L'anode 4 peut être constituée dans un même matériau que celui formant, ainsi que précédemment expliqué, les parois 9 du trou 5 ; dans ce cas, un usinage du trou 5 offre directement des parois 9 prêtes à jouer le rôle de cible anodique. L'anode 4 peut être également dans un matériau différent, et les parois 9 revêtues sur une partie ou sur toute la longueur L2 du trou 5, du matériau approprié.
  • Une autre réalisation d'un tube 1 à rayons X selon l'invention est montré sur la figure 2 où, des éléments de ce dernier sont représentés selon une coupe axiale.
  • On trouve dans cette version de l'invention, une lentille de déflexion 20, électrostatique ou magnétique ainsi que dans l'exemple décrit, de type classique. Cette lentille de déflexion est disposée sur le parcours du faisceau d'électrons émis par la cathode 3, ce faisceau d'électrons étant sur la figure 2 représenté par des trajectoires T1, T2, T3, T4, T5, ...Tn d'électrons. La lentille de déflexion 20 est centrée dans l'exemple non limitatif décrit, sur l'axe longitudinal 6 du trou 5, et peut soit faire partie de l'anode 4 elle-même, ou ainsi que dans l'exemple décrit être située à son voisinage.
  • Cette lentille de déflexion 20 permet, grâce à un champ magnétique (non représenté) qu'elle crée, de focaliser les électrons et de déterminer à ces électrons des trajectoires T1, T2, ...Tn telles qu'elles soient à faibles divergences, afin de pénétrer dans le trou 5 et de bombarder les parois 9 ; le faisceau de rayonnement X FX1, non représenté sur la figure 2, étant identique à la figure 1.
  • Une telle lentille de déflexion 20, permet également en ajustant la force du champ magnétique qu'elle crée ou, en ajustant sa position le long de l'axe longitudinal 6, d'ajuster la longueur LI sur laquelle s'effectue le bombardement des parois 9, et la position de cette longueur LI par rapport à la longueur L2 du trou 5. Ceci permettant d'ajuster les caractéristiques du premier faisceau FX1, et éventuellement du second faisceau FX2.
  • Dans l'exemple non limitatif décrit, l'anode 4 est en cuivre et comporte des passages 35, destinés à permettre le passage d'un fluide de refroidissement, les parois 9 étant revêtues de tungstène 36.
  • Un tube 1 à rayons X conforme à l'invention produit notamment au moins un faisceau FX en forme de pinceau, permettant d'obtenir un faisceau utile (non représenté) tel, qu'un rendement d'émissions X dans ce faisceau utile par rapport à une solution traditionnelle, est augmenté dans un rapport très sensible.
  • Par ses caractéristiques, un tel tube à rayons X est particulièrement bien adapté aux techniques par balayage, et tout particulièrement à la radiologie numérique.

Claims (9)

1. Tube à rayons X produisant un faisceau à haut rendement notamment en forme de pinceau, caractérisé en ce qu'il comporte une anode (4) munie d'un trou (5) rectiligne ayant des parois (9) intérieures constituant une cible anodique et, une cathode (3) générant un faisceau d'électrons (10) dirigé vers le trou (5), ce faisceau d'électrons (10) pénétrant par une première extrémité (7) du trou (5) sensiblement axialement à ce dernier, de manière à bombarder ces parois (9) afin de provoquer au moins un faisceau de rayonnement X (FX 1) contenant un pourcentage important du rayonnement X total, ce faisceau de rayonnement X (FX1) émergeant par une des extrémités (7, 8) du trou (5).
2. Tube à rayons X selon la revendication 1, caractérisé en ce que le trou (5) comporte un axe longitudinal (6) selon lequel est émis le faisceau de rayonnement X (FX1).
3. Tube à rayons X selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le trou (5) à une section (S) identique à elle-même sur toute sa longueur (L2) permettant d'obtenir un faisceau de rayonnement (FX 1) en forme de pinceau.
4. Tube à rayons X selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cathode (3) est située dans l'axe longitudinal (6) du trou (5) et génère le faisceau d'électrons (10) selon cet axe.
5. Tube à rayons X selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la cathode (3) n'étant pas située dans l'axe longitudinal (6) du trou (5), il comporte en outre des moyens de déviation du faisceau d'électrons (10), permettant d'amener ce dernier à pénétrer dans le trou (5) selon un axe sensiblement confondu avec l'axe longitudinal (6).
6. Tube à rayons X selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un second faisceau de rayonnement (FX2) émerge du trou (5) par la première extrémité (7) de ce dernier.
7. Tube à rayons X selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le faisceau de rayonnement plus particulièrement exploité est le permier faisceau (FX.), émergeant du trou (5) par la seconde extrémité (8), opposée à celle où pénètre le faisceau d'électrons (10).
8. Tube à rayons X selon les revendications 5, 6, caractérisé en ce qu'un unique faisceau de rayonnement constitué par le second faisceau (FX2) émerge du trou (5), grâce à la fermeture de la seconde extrémité (8).
9. Tube à rayons X selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une lentille de déflexion (20) située sur le trajet du faisceau d'électrons (10), permettant de focaliser les électrons afin de leur définir des trajectoires (T1,...Tn) à faible divergence pour pénétrer dans le trou (5).
EP83401889A 1982-10-05 1983-09-27 Tube à rayons X produisant un faisceau à haut rendement, notamment en forme de pinceau Expired - Lifetime EP0110734B1 (fr)

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FR8216681 1982-10-05

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