CH695644A5 - Générateur de rayons X à dissipation thermique améliorée et procédé de réalisation du générateur. - Google Patents

Générateur de rayons X à dissipation thermique améliorée et procédé de réalisation du générateur. Download PDF

Info

Publication number
CH695644A5
CH695644A5 CH00782/05A CH7822005A CH695644A5 CH 695644 A5 CH695644 A5 CH 695644A5 CH 00782/05 A CH00782/05 A CH 00782/05A CH 7822005 A CH7822005 A CH 7822005A CH 695644 A5 CH695644 A5 CH 695644A5
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
target
electron beam
generator
evaporator
ray
Prior art date
Application number
CH00782/05A
Other languages
English (en)
Inventor
Philippe Fillion
Gerard Muffat
Original Assignee
Thales Sa
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thales Sa filed Critical Thales Sa
Publication of CH695644A5 publication Critical patent/CH695644A5/fr

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00X-ray tubes
    • H01J35/02Details
    • H01J35/04Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/08Anodes; Anti cathodes
    • H01J35/12Cooling non-rotary anodes
    • H01J35/13Active cooling, e.g. fluid flow, heat pipes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2235/00X-ray tubes
    • H01J2235/12Cooling
    • H01J2235/1225Cooling characterised by method
    • H01J2235/1262Circulating fluids
    • H01J2235/1287Heat pipes

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • X-Ray Techniques (AREA)

Description

CH 695 644 A5
Description
[0001] L'invention se rapporte à un générateur de rayons X et à un procédé de réalisation de ce générateur. Les rayons X sont notamment utilisés dans le milieu médical pour l'imagerie ou la radiothérapie et dans le milieu industriel pour le contrôle de pièces mécaniques ou pour le traitement local par irradiation.
[0002] Des générateurs de rayons X connus comportent généralement, à l'intérieur d'une enceinte fermée ou tube électronique, une cathode émettant un faisceau d'électrons en direction d'une anode ou cible. Le faisceau est accéléré et focalisé au moyen d'électrodes situées entre la cathode et la cible. Lorsque le faisceau d'électrons bombarde la cible, une petite partie de son énergie génère un rayonnement X et le reste de son énergie est transformé en énergie calorifique qu'il est nécessaire de dissiper hors de l'enceinte fermée.
[0003] On peut réaliser la dissipation de cette énergie calorifique au moyen d'un barreau réalisé en cuivre. Le barreau est alors fixé à l'une de ses extrémités à la cible et à une autre extrémité à un radiateur formant une paroi du tube. Le radiateur peut comporter des ailettes situées à l'extérieur du tube en fonction de la quantité d'énergie calorifique à évacuer. On peut faire circuler entre ces ailettes un fluide colloporteur assurant le refroidissement de celle-ci par convection naturelle ou forcée.
[0004] La puissance du rayonnement X est principalement limitée par la capacité de la cible à dissiper l'énergie calorifique qui y est générée. L'invention trouve une utilité particulière pour les tubes générateurs de rayons X à microfoyer. Ce type de tube est principalement utilisé dans l'imagerie où on cherche à réaliser une source de rayonnement X la plus ponctuelle possible. En effet, la netteté de l'image obtenue par irradiation dépend de la finesse de la source de rayonnement X. Plus la source sera petite, plus on pourra distinguer les détails dans l'image réalisée. On sait par exemple réaliser une source de rayonnement X à l'aide d'un faisceau électronique de 10 W accéléré à une énergie de 130 KeV et générant une tache d'environ 7 pm sur une cible réalisée en tungstène. Lorsque la puissance est réduite par exemple à 0,5 W, la tache peut être réduite à environ 1 pm sur la cible. Pour une même dimension de tache, le fait d'augmenter la puissance du faisceau électronique entraînerait des dommages sur la cible dus à un échauffement trop important de celle-ci.
[0005] L'invention a pour but d'améliorer la dissipation thermique de la cible, ce qui permet notamment soit d'augmenter la puissance pour une dimension de tache donnée, soit de réduire la dimension de la tache pour une puissance donnée.
[0006] Il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée aux générateurs de rayons X à microfoyer et elle peut être mise en œuvre dans d'autres types de générateurs pour lesquels on cherche à améliorer la dissipation thermique de la cible.
[0007] Pour atteindre ce but, l'invention a pour objet un générateur de rayons X comportant les caractéristiques énoncées à la revendication 1.
[0008] L'invention a également pour objet un procédé de réalisation d'un générateur de rayons X comportant les caractéristiques énoncées à la revendication 6.
[0009] 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, mode de réalisation donné à titre d'exemple, et illustré par le dessin joint dans lequel:
la fig. 1 représente schématiquement un premier mode de réalisation d'un tube générateur de rayons X conforme à l'invention;
la fig. 2 représente un second mode de réalisation d'un tube générateur de rayons X conforme à l'invention.
[0010] Pour ne pas surcharger la description, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les deux modes de réalisation.
[0011] Le générateur 1 de rayons X représenté sur la fig. 1 comporte un tube 2 formant une enceinte fermée à l'intérieur de laquelle règne un vide suffisant pour permettre le déplacement d'un faisceau d'électrons. Une cathode 3 génère un faisceau d'électrons 4 en direction d'une cible 5 qui transforme l'énergie reçue par le faisceau d'électrons 4 en partie en rayonnement X 6 sortant du tube 2 par une fenêtre 7 et en partie en énergie thermique qu'il est nécessaire d'évacuer. Le générateur 1 comporte également des moyens de focalisation du faisceau d'électrons 4. Ces moyens ne sont pas représentés sur la fig. 1. Ils peuvent être formés d'enroulement dans lesquels circule un courant électrique générant un champ magnétique à l'intérieur du tube 2. Ce champ magnétique est orienté de façon à focaliser le faisceau d'électrons 4 sur une zone sensiblement ponctuelle de la surface de la cible 5. On peut également focaliser le faisceau d'électrons 4 par des moyens électrostatiques.
[0012] Le générateur 1 de rayons X comporte des moyens pour refroidir la cible 5 et selon l'invention, ces moyens comportent un évaporateur 8. Avantageusement, l'évaporateur est situé à proximité immédiate d'une zone 9 de la cible 5, la zone 9 recevant le faisceau d'électrons 4. En effet, plus l'évaporateur 8 est proche de la zone 9, plus la résistance thermique s'opposant à la circulation d'un flux thermique de refroidissement de la cible 5 par conduction se réduit.
[0013] Avantageusement, la cible 5 est formée d'un matériau déposé en couche sur la paroi de l'évaporateur 8. Plus précisément, il n'est pas nécessaire de réaliser une couche d'épaisseur supérieure à la pénétration maximale du faisceau
2
CH 695 644 A5
d'électrons 4 dans le matériau de l'anode cible 5. Par exemple, lorsqu'on souhaite utiliser le tungstène comme matériau de la cible 5, on a constaté que, pour un faisceau d'électrons 5, dont l'énergie est de 130 KeV, la pénétration du faisceau d'électrons 5 dans le tungstène n'excède guère 20 à 30 pm. La couche a par exemple une épaisseur inférieure à 50 pm.
[0014] L'enveloppe de l'évaporateur 8 sert alors de support au matériau de la cible 5. Elle est par exemple réalisée en cuivre pour sa bonne conductibilité thermique. L'enveloppe de l'évaporateur 8 a une épaisseur la plus faible possible au regard de la tenue mécanique de l'enveloppe. Au niveau de la cible 5 l'épaisseur est par exemple de l'ordre de 0,5 mm.
[0015] On a constaté que les matériaux habituellement utilisés pour réaliser la cible 5, comme par exemple le tungstène, ont une conductibilité thermique très nettement inférieure à celle des matériaux, comme par exemple le cuivre, habituellement utilisés pour réaliser un évaporateur. Dans cette variante de l'invention, cible 5 déposée en couche sur l'enveloppe de l'évaporateur 8, la tenue mécanique de la paroi de l'évaporateur 8 et de la cible 5 est assurée uniquement par la paroi de l'évaporateur 8 et la bonne conductibilité thermique de la paroi de l'évaporateur 8 et de la cible 5 est assurée par le matériau de l'enveloppe de l'évaporateur 8 et la faible épaisseur de la cible 5.
[0016] Avantageusement, le générateur 1 de rayons X comporte un condenseur 10 formant avec l'évaporateur 8 un caloduc 11 à l'intérieur duquel circule un fluide réfrigérant. Plus précisément, le caloduc 11 comporte une enveloppe fermée 12 à l'intérieur de laquelle un fluide caloporteur, comme par exemple de l'eau, est soumis à un cycle de refroidissement mettant en œuvre deux changements de phase du fluide. Un premier changement de phase est constitué par l'évaporation
». É É É ' . A
d'une zone 9 de la cible 5, zone recevant le faisceau d'électrons 4. Le fluide ainsi évaporé se déplace vers une partie froide du caloduc 11, partie où le condenseur 10 est situé. C'est dans le condenseur 10 qu'intervient le second changement de phase du fluide: sa condensation. Le caloduc dispose, par ailleurs, de moyens pour ramener le fluide caloporteur à l'état liquide du condenseur vers l'évaporateur 8. Ces moyens sont, par exemple, formés par un réseau capillaire 13 situé au voisinage de l'enveloppe fermée 12 du caloduc 11. La chaleur ainsi transportée de la partie chaude vers la partie froide du caloduc 11 est ensuite évacuée par exemple vers un fluide ambiant circulant à l'extérieur du générateur 1 de rayons X.
[0017] Avantageusement, le générateur X comporte des moyens de refroidissement du condenseur 10. Plus précisément, le transfert de chaleur de la partie froide du caloduc 11 vers le fluide ambiant peut être amélioré au moyen d'ailettes 14 fixées sur l'enveloppe fermée 12 du caloduc 11 et entre lesquelles circule le fluide ambiant. Le fluide ambiant peut circuler entre les ailettes par convection naturelle ou forcée.
[0018] On choisit avantageusement l'eau comme fluide réfrigérant circulant à l'intérieur du caloduc 11. En effet, ce fluide est peu onéreux et sa chaleur latente de transformation est élevée, ce qui lui permet de véhiculer une quantité importante de chaleur de l'évaporateur 8 vers le condenseur 10. En revanche, un caloduc 11 ainsi constitué et rempli d'eau ne permet pas de supporter une température supérieure à 300°C. Le générateur 1 de rayons X, quant à lui, nécessite, pour atteindre un vide suffisant, une opération de pompage qui se déroule habituellement à une température de l'ordre de 400°C. On constate donc qu'un caloduc 11, utilisant de l'eau comme fluide réfrigérant, ne supporterait pas l'opération de pompage.
[0019] Pour pallier ce problème, on propose de disposer le caloduc 11 à l'intérieur de l'enceinte fermée 2, puis à réaliser le vide à l'intérieur de l'enceinte 2 et enfin à introduire le fluide réfrigérant dans le caloduc 11.
[0020] Il est également possible d'utiliser d'autres types de fluides réfrigérant pouvant supporter les températures de pompage, comme par exemple le lithium. On note cependant que le lithium est moins efficace que l'eau pour transporter de l'énergie calorifique.
[0021] Le générateur 20 de rayons X représenté sur la fig. 2 comporte un tube 2 formant une enceinte fermée à l'intérieur de laquelle règne un vide suffisant pour permettre le déplacement d'un faisceau d'électrons. Une cathode 3 génère un faisceau d'électrons 4 en direction d'une cible 21 qui transforme l'énergie reçue par le faisceau d'électrons 4 en partie en rayonnement X 6 sortant du tube 2 par une fenêtre 7 et en partie en énergie thermique qu'il est nécessaire d'évacuer.
[0022] A la différence du premier mode de réalisation, la cible 21 est massive. Elle est réalisée dans un matériau apte à générer un rayonnement X sous l'effet du faisceau d'électrons 4. La cible 21 est par exemple réalisée en tungstène. La cible 21 est formée d'une plaque de quelques millimètres d'épaisseur. La cible 21 est assemblée sur un corps massif 22 fixé à l'enceinte 2. L'assemblage de la cible 21 sur le un corps massif 22 est par exemple réalisé par moulage. Plus précisément, on place une plaque de tungstène dans un moule dans lequel on coule le matériau du corps massif 22. Ce matériau est par exemple du cuivre afin de mieux conduire l'énergie thermique produite au niveau de la cible 21 lors du bombardement par le faisceau d'électrons 4. Le corps massif 22 comporte un perçage 23 qui sert de logement à l'évaporateur 8. Le caloduc 11, utilisé pour refroidir la cible 21 est situé en partie dans le perçage 23. Le condenseur 10 est situé dans un tube 24 dont une première extrémité 25 est fermée. Une seconde extrémité 26 du tube 24 est ouverte et est raccordée de façon étanche au perçage 23. Ici aussi, il est avantageux de fixer des ailettes 14, sur les parois extérieures du tube 24, comme moyens de refroidissement du condenseur 10. Dans ce second mode de réalisation, il est bien entendu possible de remplir le caloduc 11 après avoir réaliser le vide à l'intérieur de l'enceinte 2.
[0023] Le procédé de réalisation du générateur 1 peut bien entendu être mis en œuvre pour réaliser le générateur 20.
3
CH 695644 A5

Claims (5)

Revendications
1. Générateur (1; 20) de rayons X comportant une enceinte fermée (2) à l'intérieur de laquelle règne un vide suffisant pour permettre le déplacement d'un faisceau d'électrons (4), le générateur (1) comportant à l'intérieur de l'enceinte (2), une cathode (3) destinée à émettre le faisceau d'électrons (4), une cible (5; 21) destinée à recevoir le faisceau d'électrons (4) et à émettre un rayonnement X (6) et des moyens pour refroidir la cible (5), les moyens pour refroidir la cible (5; 21) comportant un évaporateur (8), caractérisé en ce que la cible (5) est formée d'un matériau déposé en couche sur une paroi de l'évaporateur (8).
2. Générateur (1 ; 20) de rayons X selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cible (5; 21) comporte une zone (9) recevant le faisceau d'électrons (4) et en ce que l'évaporateur (8) est situé à proximité immédiate de la zone (9).
3. Générateur (1) de rayons X selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche a une épaisseur inférieure à 50 pm.
4. Générateur (1; 20) de rayons X selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un condenseur (10) formant avec l'évaporateur (8) un caloduc (11) à l'intérieur duquel circule un fluide réfrigérant
5. Générateur (1, 20) de rayons X selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (14) de refroidissement du condenseur (10).
règne un vide suffisant pour permettre le déplacement d'un faisceau d'électrons (4), le générateur (1) comportant à l'intérieur de l'enceinte (2), une cathode (3) destinée à émettre le faisceau d'électrons (4), une cible (5; 21) destinée à recevoir le faisceau d'électrons (4) et à émettre un rayonnement X (6) et des moyens pour refroidir la cible (5), caractérisé en ce que les moyens pour refroidir la cible (5) comportent un évaporateur (8) et un condenseur (10) formant avec l'évaporateur (8) un caloduc (11) à l'intérieur duquel circule un fluide réfrigérant en ce que la cible (5) est formée d'un matériau déposé en couche sur une paroi de l'évaporateur (8), et en ce que le procédé consiste à disposer le caloduc (11) à l'intérieur de l'enceinte fermée (2), puis à réaliser le vide à l'intérieur de l'enceinte (2) et enfin à introduire le fluide réfrigérant dans le caloduc (11).
4
CH00782/05A 2002-11-08 2003-11-03 Générateur de rayons X à dissipation thermique améliorée et procédé de réalisation du générateur. CH695644A5 (fr)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0214053A FR2847074B1 (fr) 2002-11-08 2002-11-08 Generateur de rayons x a dissipation thermique amelioree et procede de realisation du generateur

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CH695644A5 true CH695644A5 (fr) 2006-07-14

Family

ID=32116504

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CH00782/05A CH695644A5 (fr) 2002-11-08 2003-11-03 Générateur de rayons X à dissipation thermique améliorée et procédé de réalisation du générateur.

Country Status (4)

Country Link
AU (1) AU2003301780A1 (fr)
CH (1) CH695644A5 (fr)
FR (1) FR2847074B1 (fr)
WO (1) WO2004042769A1 (fr)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8243876B2 (en) 2003-04-25 2012-08-14 Rapiscan Systems, Inc. X-ray scanners
GB0525593D0 (en) 2005-12-16 2006-01-25 Cxr Ltd X-ray tomography inspection systems
US9208988B2 (en) 2005-10-25 2015-12-08 Rapiscan Systems, Inc. Graphite backscattered electron shield for use in an X-ray tube
GB0812864D0 (en) 2008-07-15 2008-08-20 Cxr Ltd Coolign anode
US10483077B2 (en) 2003-04-25 2019-11-19 Rapiscan Systems, Inc. X-ray sources having reduced electron scattering
US8094784B2 (en) 2003-04-25 2012-01-10 Rapiscan Systems, Inc. X-ray sources
US9046465B2 (en) 2011-02-24 2015-06-02 Rapiscan Systems, Inc. Optimization of the source firing pattern for X-ray scanning systems
GB0816823D0 (en) * 2008-09-13 2008-10-22 Cxr Ltd X-ray tubes
GB0901338D0 (en) 2009-01-28 2009-03-11 Cxr Ltd X-Ray tube electron sources
US11728064B2 (en) 2020-03-31 2023-08-15 Empyrean Medical Systems, Inc Coupled ring anode with scanning electron beam bremsstrahlung photon flux intensifier apparatus

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE345277C (de) * 1920-02-25 1921-12-08 Heinrich Leiser Dr Kuehlung fuer erhitzte Teile von Apparaten, insbesondere von Roentgenroehren, elektrischen OEfen u. dgl.
DE379847C (de) * 1922-02-10 1923-08-29 Polyphos Elek Zitaets Ges M B Dampfkondensator mit Kuehlrippen fuer Roentgenroehren mit Siedekuehlung
NL31490C (fr) * 1929-06-12
DE732038C (de) * 1938-11-16 1943-02-19 Siemens Ag Roentgenroehre, insbesondere zur Erzeugung energiereicher harter Straltlen
FR2063276A5 (fr) * 1969-09-09 1971-07-09 Balteau Usines
SU1141475A1 (ru) * 1983-06-16 1985-02-23 Научно-Исследовательский Институт Интроскопии Рентгеновска трубка
JPS61107642A (ja) * 1984-10-30 1986-05-26 Mitsubishi Electric Corp X線発生用タ−ゲツトの冷却方法
DE19828956A1 (de) * 1998-06-29 1999-10-21 Siemens Ag Direktgekühlte Anoden für Röntgenröhren mit isothermisch angeordneten Kühlflächen
US6307916B1 (en) * 1999-09-14 2001-10-23 General Electric Company Heat pipe assisted cooling of rotating anode x-ray tubes
US6304631B1 (en) * 1999-12-27 2001-10-16 General Electric Company X-ray tube vapor chamber target

Also Published As

Publication number Publication date
FR2847074B1 (fr) 2005-02-25
AU2003301780A1 (en) 2004-06-07
WO2004042769A1 (fr) 2004-05-21
FR2847074A1 (fr) 2004-05-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FR2700657A1 (fr) Ensemble radiogène.
CH695644A5 (fr) Générateur de rayons X à dissipation thermique améliorée et procédé de réalisation du générateur.
FR2819098A1 (fr) Tubes a rayons x et systemes a rayons x comportant un dispositif a gradient thermique
EP0363248A1 (fr) Perfectionnements aux dispositifs de refroidissement de tubes à rayons X
EP1636818B1 (fr) Tube generateur de rayons x a ensemble porte-cible orientable
FR2698721A1 (fr) Système de refroidissement d'une anode pour tube à rayons X dans un bloc radiogène sans échangeur de chaleur.
US7050542B2 (en) Device for generating x-rays having a heat absorbing member
JP3910468B2 (ja) 回転陽極型x線管
JP6153314B2 (ja) X線透過型ターゲット及びその製造方法
WO2009083534A1 (fr) Refroidissement d'un tube générateur de rayons x
FR2675628A1 (fr) Ensemble anodique a forte dissipation thermique pour tube a rayons x et tube ainsi obtenu.
FR2533364A1 (fr) Dispositif de repartition de la chaleur pour composants electroniques du type comportant au moins un element chaud et un element froid tels que les tubes a ondes progressives et procede de realisation d'un tel dispositif
FR2574592A1 (fr) Tube a rayons x de type a reflexion
EP1399943A1 (fr) Tube a rayons x avec fenetre en graphite
FR2494036A1 (fr) Ligne a retard pour tube a ondes progressives, a refroidissement par caloducs, et tube a ondes progressives comportant une telle ligne
EP0330542B1 (fr) Tube électronique de puissance refroidi par circulation d'un fluide
BE1001637A4 (fr) Procede pour fermer l'ampoule ceramique des lampes a decharge a haute pression et, en particulier, des lampes au sodium, ainsi que lampes fabriquees suivant ce procede.
FR2683941A1 (fr) Collecteur de faisceau d'electrons.
JP2002352756A (ja) 回転陽極型x線管装置
EP1123567B1 (fr) Charge hyperfrequence surdimensionnee de grande puissance continue et son utilisation comme calorimetre
BE510240A (fr)
FR2683943A1 (fr) Ensemble radiogene a anode tournante.
FR2833749A1 (fr) Refroidissement d'un tube electronique
EP4600561A1 (fr) Radiateur fluide à corps de chauffe externe
FR2703509A1 (fr) Procédé de réalisation d'un rotor et rotor pour tube à rayons X.

Legal Events

Date Code Title Description
PL Patent ceased