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DISPOSITIF POUR ENGENDRER DES RAYONS X PULSATOIRESo
L'invention concerne un dispositif équipé d'un tube à rayons X à électrode de réglage et à grille-écran, et d'unebobine d'induction, montée en série avec le tube à rayons X et excitée par le courant anodique du tube. On tire parti de l'excitation de la bobine d'induction pour obtenir des rayons X de très forte intensité pendant des périodes de décharge qui se succèdent rapidement et qui sont commandées à l'aide de l'électrode de réglage. A cet effet, le potentiel de l'électrode de réglage est brusquement ramené à une valeur telle que le courant dans le tube à rayons X soit interrompu.
Le courant dans la bobine de selfinduction ne peut pas retomber aussi rapidement à zéro, de sorte qu'aux extrémités de la bobine, se produit une grande différence de potentiel qui fait office de tension anodique pour le tube à rayons X. La tension appliquée à l'électrode de réglage affecte la forme d'une impulsion telle que le courant dans le tube à rayons X ne reste pas interrompu pendant un temps plus long que celui nécessaire pour porter la tension du tube à une valeur telle que des rayons X de la longueur d'onde désirée puissent être émis. La décharge qui se produit alors est très courte et le courant anodique atteint lentement sa valeur de saturation, pour être interrompu à nouveau par une impulsion de tension de commande négative.
Pendant le temps qui s'écoule entre deux éclairs de déchar- ge l'intensité moyenne du courant anodique est approximativement égale à la moitié de celle du courant cathodique. Les électrons en excès se dirigent alcrs vers la grille-écran. Ces électrons provoquent un intense chauffage de la grille-écran et peuvent même endommager cette grille.
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De plus, l'évacuation d'électrons par la grille implique une perte d'éqer- gie.
L'invention obvie à cet inconvénient en prévoyant des moyens pour limiter notablement entre les éclairs de décharge successifs, l'intensité du courant de grille-écran, par le réglage de la puissance de transmission du tube à rayons X.
La naissance de courant de grille-écran de forte intensité dans les dispositifs connus de ce genre peut s'expliquer comme suit. Une partie des électrons qui provoquent ce courant, est captée directement par les fils de grille. La réduction de cette partie nécessiterait une modification de la construction du tube. Dans une construction telle qu'il ne se produise pratiquement pas d'évacuation directe des électrons, la grille- écran doit être montée à l'ombre de l'électrode de réglage. Ceci nécessite une grande précision de parachèvement. En général, on préférera éviter les difficultés y inhérentes, en permettant la circulation d'un certain courant vers la grille-écran.
Pour le reste, le courant de grille-écran est constitué par des électrons qui, sous l'influence de la distribution du champ dans les tubes à rayons X, passent sur leur trajet de la cathode vers l'anode, la grille-écran et rebroussent chemin vers cette dernière. Ce rebroussement est le plus grand au début de la période dite d'amorçage, c'est-à-dire le temps nécessaire pour exciter la bobine d'induction lorsque la tension de l'anode est plus basse que celle de la grille-écran . Pendant la période d'amorçage, l'intensité du courant anodique doit croître depuis zéro jusqu'à la valeur maximum et lorsqu'au début de cette période, le tube est entièrement libéré, par exemple parce que la tension à l'électrode de réglage est suffisamment élevée, tout le courant cathodique se dirige vers la grille-écran.
L'intensité de ce courant diminue constamment à mesure que le potentiel de l'anode augmente jusqu'à ce que le courant anodique ait atteint son intensité maximum et que seuls les électrons qui sont directement captés par la grille-écran soient évacués.
Le dispositif conforme à l'invention présente la particularité que le courant vers la grille-écran règle automatiquement la tension de la grille-écran d'une façon telle que, pendant la période d'amorçage, 1' intensité de ce offrant est suffisamment faible pour ne pas provoquer deper- tes d'énergie notablesou d'endommagement des fils de grille. A cet effet, on a inséré dans le conducteur de grille une résistance et de plus, la gril- le-écran est reliée , par l'intermédiaire d'une diode, à un point à potentiel constant, potentiel qui ne dépasse pas la valeur admissible de la tension de la grille-écran.
Dans la résistance, il se produit une chute de tension, de sorte que cette résistance doit être connectée à un point dont le potentiel est plus élevé que la tension de grille désirée.
La différence de potentiel entre ces deux points doit être approximativement égale à la chute de tension que provoque, dans:la résistance, le courant que l'on obtient lorsque seuls les électrons captés directement sont avacués. Chaque accroissement de l'intensité du courant de grille-écran augmente la chute de tension, de sorte que le potentiel de ces électrodes et la conduction du tube à rayons X diminuent.
La chute de tension provoquée dans la résistance insérée dans le fil de la grille-écran peut également être utilisée d'une autre manière. Dans une forme de réalisation appropriée, cette chute de tension est appliquée par l'intermédiaire d'un amplificateur, de façon à abaisser le potentiel à l'électrode de réglage du tube à rayons X. Dans ce cas, deux possibilités se présentent.
En connectant la résistance au pôle positif de la source de tension qui fournit la tension de grille-écran, on règle le potentiel de l'électrode de réglage d'une façon telle que l'in- , tensité du courant de grille-écran reste pratiquement constante pendant la période d'amorçage. Un réglage de cette tension tel que l'intensité du courant de grille constitue une fraction constante de l'intensité
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du courant anodique dans le tube à rayons X, s'obtient en connectant la résistance au pôle négatif de la source de tension de grille-écran et en la reliant à la cathode du tube à rayons X, alors que, dand le cir= cuit anodique, on insère une résistance cathodique.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de l'invention.
La fig. 1 représente le schéma de principe d'un générateur d'impulsions pour engendre' Ses rayons X.
Les figs. 2 à 5 ainsi que la fig. 7, donnent les variations des tensions et des courants.
Les figs. 6,8,9 et 10 sont des schémas de formes de réalisation de dispositifs conformes à l'invention.
Sur la f ig. l, on applique à l'anode 1 du tube à rayons X 2, la tension d'alimentation Vb, qui peut être de l'ordre de grandeur de
0,5 à 20 kV, par l'intermédiaire de la bobine de self-induction 3. Cet- te bobine présente, outre une self-induction, une certaine capacité qui est représentée par le condensateur 4, condensateur qui englobe la capa- cité du tube, et d'éventuelles capacités additionnelles. Le tube à dé- charge 2 comporte une cathode 5, qui est reliée au pale négatif de la source de tension Vd, et à la terre, ainsi que l'électrode de réglage 6, et la grille-écran 7.
Entre la cathode 5 et l'électrode de réglage 6, est appliquée la tension Vg1, tandis qu'à la grille-écran 7 est appliquée la tension Vg2, qui est constante par rapport à la cathode 5. A l'électrode de réglage 6 est appliquée périodiquement une tension négative tel- le que le courant qui se produit dans le tube à rayons X sous l'effet de la tension d'alimentation, est interrompu/ Le courant dans la bobine d'induction 3 ne peut tomber immédiatement à zéro, et il charge le con- densateur 4. De ce fait, la tension aux bornes du tube à rayons X augmen- te et au moment où la tension a atteint une valeur telle qu'il peut se produire des rayons X de la longueur d'onde requise, la tension de ré- glage est ramenée à sa valeur initiale.
Les variations de la tension de réglage en fonction du temps sont représentées sur la fige 2. Le nombre de fois que l'on peut ainsi commuter par seconde dépend de la grandeur de la self-induction de la bobine 3, de l'intensité 1 du courant du tube, et de la tension d'ali- mentation.
Le courant électronique fourni par la cathode 5 est repré- senté sur la fig. 3. Toutefois, ce courant n'est pas entièrement évacué vers l'anode du tube à rayons X. La valeur instantanée du courant ano- dique est déterminée par les propriétés de la bobine de self-induction et croit linéairement à partir de zéro, jusqu'à la valeur maximum. Les varisations du courant dans la self-induction 3, sont approximativement celles représentées sur la fig. 4, d'où il ressort que pe de temps aprss la libération du tube, le courant atteint son intensité minimum.
Ce temps détermine la durée de l'éclair de décharge.
Les fgs. 3 et 4 permettent de déterminer les variations du courant vers la grille-écran 7. Ces variations sont eprésentées sur la fig. 5. Au moment où le courant du tube est interrompu par le fait.que l'électrode de réglage 6 devient négative, le courant de grille-écran n' est pratiquement constitué que par des électrons qui sont captés direc- tement par les fils de grille.
L'interruption du courant du tube entrai- ne également l'interruption du! courant de grille-écran et lors de la li- bération du tube, au début, le courant électronique directement capté est évacué par la grille, mais après la fin de cet éclair de décharge, l'intensité de ce courant augmente très fortement, par le fait que pour
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la très faible valeur qu'à à ce moment la tension anodique, la grille- écran attire tous les électrons. Pendant la période d'amorçage, le courant anodique augmente progressivement et l'intensité du courant de grille-écran diminue en conséquence. Le courant électronique moyen évacué par la grille-écran a donc approximativement la même intensité que le courant anodique moyen.
Le pouvoir de transmission d'un tube à décharge peut se régler en modifiant la tension à la grille-écran ou bien en appliquant une tension variable à l'électrode de réglage. Un moyen usuel pour limiter l'intensité du courant de grille-écran consiste à insérer une résistance dans le conducteur d'alimentation de cette grille. Toutefois ceci présente un inconvénient. En effet, lorsqu'on désire par exemple limiter la plus forte intensité du courant de grille-écran au double de celle du courant provoqué par les électrons qui touchent directement la grille, un calcul très simple prouve que la tension d'alimen- tation de la grille-écran doit être égale au double de la tension nécessaire pour obtenir le pouvoir de transmission maximum pour lequel le tube à rayons X débite tout le courant anodique.
Cette tension élevée constitue un inconvénient, car lorsqu'on abaisse la tension à l' électrode de réglage jusqu'au moment où le courant du tube est supprimé, par suite de l'absence de courant de grille-écran, il ne se produira pas de chute de tension dand cette résistance. Le phénomène que la tension de grille-écran peut croître jusqu'à une valeur double à la tension de fonctionnement peut provoquer des décharges et des étincelles indésirables. La fig. 6 indique comment on peut obvier à cet inconvénient. La grille-écran est reliée non seulement à la résistance 28, mais également à une diode 29 de la diode est connectée à un point de la source de tension de grille-écran dont le potentiel est approximativement égal à la moitié de celui du point de cette source auquel est connectée la résistance 28.
La diode 29 empêche le potentiel de la grille-écran d'acquérir une valeur plus élevée que celle du potentiel du point où la diode est connectée à la source de tension.
De plus, on peut déterminer la forme que doit affecter la courbe de la tension de commande appliquée à l'électrode de réglage, pour faire en sorte qu'à chaque moment, l'intensité du courant dans le tube ne soit pas beaucoup plus grande que l'intensité du courant anodique. Cette courbe de tension est représentée à la Fig. 7. Elle présente une forme difficilement réalisable. C'est la raison pour laquelle, conformément à l'invention, la tension de commande nécessaire entre deux éclairs de décharge successifs est appliquée séparément. Cette tension de commande peut être une tension en dents de scie qu'il est facile d'obtenir.
Pour appliquer séparément deux tensions de commande à l'électrode de réglage, on peut se servir du montage représenté sur la fig. 8 Sur .cette figure, les éléments correspondant à ceux de la fig. 1 portent les mêmes chiffres de référence que sur cette dernière.
Les impulsions engendrées par un montage générateur, non représenté sur le dessin, et qui commandent la production des rayons X, sont appliquées à l'électrode de réglage 6 par l'intermédiaire de la diode 8 dont l'anode est reliée à l'électrode de réglage 6. Lorsque la cathode devient négative, la diode est conductrice et le condensateur 9 est chargé jusqu'à cette tension négative. Le condensateur 9 est formé par la capacitié entre l'électrode de réglage 6 et la cathode 5 du tube à rayons X; ainsi que par les capacités additionnelles éventuelles. Après la durée de l'impulsion de tension négative, le diode 8 est bloquée. Il faut veiller à ce que le condensateur 9 se décharge assez rapidement pour que, pendant la durée de l'éclair de décharge dans le tube à rayons X, le potentiel de l'électrode de réglage soit ramené à sa valeur initiale.
A cet effet, on utilise la résistance de fuite 10, dont la valeur est déterminée à l'aide du temps R.C. correspondant.
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La variation de potentiel nécessaire pour maintenir le cou- rant électronique dans le tube à rayons X entre deux éclairs de décharge est appliquée, par l'intermédiaire de la diode 11, à l'électrode de ré- giage. La variation de la tension est réglée par la source de tension connectée à la cathode de cette diode, source de tension qui, étant d'une forme connue, n'est pas représentée sur le dessin. Lorsque la cathode de la diode 11 devient négative, la diode 8 reste bloquée de sorte qu'il ne peut se produire de réaction par l'intermédiaire de cette diode sur la source de tension pulsatoire. Il en est de même lorsque la eathode de la diode 8 devient négative pour la diode 11.
Toutefois, il est également possible de prélever la tension de réglage nécessaire pour limiter l'intensité du courant électronique dans le tube à rayons X entre les impulsions de décharge, des variations de tension que le courant de grille-écran provoque dans une résistance insé- rée dans le circui de grille-écran. La source de tension individuelle pour fournir cette tension de réglage est alors superflue et l'intensité du courant de grille-écran est automatiquement limitée à une petite va- leur. Le schéma de montage d'un tel dispositif représenté sur la fig. 9 comporte un amplificateur à.deux étages, dont la sortie est reliée par l'intermédiaire du coidensateur 12, à la cathode du redresseur 11 de la fig. 8.
Des variations de tension qui se produisent aux bornes de la résistance 13 lors d'une variation du courant de grille-écran sont appli- quées , par l'intermédiaire du condensateur 14, à la grille de réglage 15 du premier tube amplificateur 16. La grille 15 est-mise à la terré par la résistance de fuite 17 et est reliée au pôle négatif de la source de tension qui fournit la tension de grille-écran Vg2. Par suite des va= riations de tension, le potentiel de la grille 15 varie, de sorte que le tube 16 laisse passer plus ou moins de courant.
Lorsque la chute de tension dans la résistance anodique 19 augmente, la tension de l'anode 18 du tube 16 augmente également et cette augmentation de tension provoque une augmentation du potentiel de la grille de commande 20 du second tube amplificateur 21 qui est couplé à l'anode 18 du tube 16 par un condensateur 22 et qui est mise à la terre par l'intermédiaire d'une résistance de fuite 30. L'intensité du courant de décharge dans le tube 21 augmente, ainsi que la chute de tension dans la résistance 23 qui est reliée à l'anode 24, et qui de ce fait, est montée en série avec le tube 21. La baisse de tension anodique de ce tube 21 est transmise, par l'intermédiaire du condensateur 12, à la cathode de la diode 11.
Une forte baisse du potentiel de grille du tube amplificateur 16 se produit après la libération du tube à rayons X pour obtenir l'émission de rayons X lorsque la décharge est avancée au point que la tension anodique tombe en deçà de la tension de grille-écran. 1 ce moment, la grille-écran prélève des électrons de la décharge. Cette baisse de potentiel est transmise par l'amplificateur 'et par le condensateur 12, par l'intermédiaire de la diode 11, à l'électrode de réglage 6 du tube à rayons X et abaisse le potentiel de cette électrode, de sorte que l'intensité du courant électronique dans le tube à rayons X diminue.
La baisse exacte est celle pour laquelle l'intensité du couran de grille-écran tombe à une valeur qui n'est que légèrement plus grande que l'intensité du courant électronique capté directement par cette grille.
Le pouvoir de transmission du tube à rayqns X 2 est automatiquement réglé en fonction des variations de tension à la résistance 13, en ce sens qu'un accroissement de l'intensité du courant de grille- écran entraîne une baisse de potentiel de l'électrode de réglage et inversement. Comme, à partir du début de la période d'amorçage, l'intensité du courant anodique dans le tube 2 augmente par suite de l'accroissement du potentiel de l'anode, l'intensité du courant de grille-écran aura tendance à diminuer ce qui entraînera cependant une augmentation du poten-
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tiel de l'électrode de réglage 6. De ce fait, le courant qui se dirige vers la grille-écran conserve pratiquement une intensité constante.
Une modification du montage permet de maintenir constant le rapport de l'intensité du courant de grille-écran et de celle du cou- r ant anodique du tube à rayons X. Ce montage, qui est représenté sur la fig. 10, diffère de celui représenté sur la fig. 9 par le fait que la résistance 13 est reliée au côté négatif de la source de tension Vg2 et à la cathode 5 du tube à rayons X, alors que le courant anodique du tube à rayons X traverse une résistance cathodique 26. Le rapport de cette résis- tance 26 à la résistance 13 est l'inverse du rapport du courant de grille- écran au courant anodique. Lorsque les deux courants ont l'intensité exac- te, le potentiel du noeud de la résistance 13 et de la source de tension Vg2 est exactement égal à zéro.
Le déséquilibre de ce rapport entraîne une variation du potentiel de ce point, variation que l'amplificateur transmet à l'électrode de réglage 6 du tube à rayons X 2, de sorte que lors d'un accroissement du courant de grille-écran., le potentiel de 1' électrode de réglage 6 diminue,alors que lors d'une diminution dudit cou- rant, ce potentiel augmente. Le fonctionnement du dispositif ne diffère guère de celui qui a été décrit à l'aide de la fig. 9 et les organes cor- respondant à ceux du montage représenté sur la fig. 9. portent les mêmes chiffres de référence que sur cette dernière.
Dans les deux schémas représentés sur les figs. 9 et 10, on a inséré entre le condensateur 12 et la diode 11, une résistance 25 qui est reliée à un point 31 du potentiomètre 27, inséré dans la ligne cathodique du tube à décharge 21. Cette résistance sert à régler le point de fonctionnement du tube à rayons X indiqué par 2.
A la résistance 13 il suffit de petites variations de tension pour provoquer, après amplification, la variation nécessaire de tension de réglage pour le tube à rayons X 2. De ce fait, il suffit d'une petite résistance et la chute de tension qui provoque le courant de grille-écran, est donc faible, de sorte que, lors de l'interruption de ce courant, le potentiel de la grille-écran n'augmente pas d'une manière notable.
La tension continue nécessaire pour l'alimentation des tubes amplificateurs se prélève de la source de tension Vg2, pour fournir le potentiel de la grille-écran. On peut également proceder d'autres maniè- res qui ne sont pas décrites dans le mémoire. De plus, dans,les montages, certains éléments tel,s que des condensateurs de filtrage ne sont pas spé- cifiés, car le technicien connaît suffisamment les endroits où ces con- densateurs sont nécessaires.