II.A. Principes de base

1) Les besoins en alimentation.

Comme il a été dit au §I.A, les tubes actuels utilisent, pour générer le faisceau X, l'impact d'électrons arrachés à une électrode (la cathode) et violemment accélérés vers l'autre électrode (l'anode). Cela explique les différents besoins en alimentation de ce type de tube:

Il faudra imposer entre les électrodes une très haute différence de potentiel (T.H.T ou "très haute tension"). La radiologie fonctionne typiquement entre 40kV et 160kV, ce qui n'est pas anodin du point de vue technique car cela impose des caractéristiques de haute qualité: L'isolation, la résistance aux claquages entre autres doivent être particulièrement soignées. Par ailleurs étant donné que le réseau d'alimentation ne fournit que du 220V, ou du 380V en triphasé, il faudra prévoir un système de transformation de cette basse tension vers la très haute tension, ce qui à vrai dire n'est pas bien difficile. Plus délicat est le fait que le courant fournit par le réseau est de type alternatif et d'ailleurs le principe même de la transformation en haute tension exige, comme on le verra, ce caractère alternatif. Or le tube, quant à lui, doit toujours être polarisé dans le même sens puisque les électrons ne peuvent être attirés par l'anode que si celle-ci est portée à un potentiel positif par rapport à la cathode. On connaît bien sûr la manière de redresser une tension alternative en une tension continue, mais il est bon de savoir que le résultat n'est jamais parfait à 100%. Les systèmes sophistiqués, et coûteux, approchent de très près la perfection. Les systèmes plus simples se contenteront d'un redressement plus rudimentaire, avec des conséquences sur le spectre d'émission du rayonnement qu'il sera utile de décrire.

Pour faciliter l'extraction des électrons au niveau de la cathode on a intérêt à porter celle-ci à haute température, ce qui supposera une alimentation en courant de chauffage. Ce principe est utilisé pour bon nombre de tubes différents, tubes cathodiques, tubes de caméra, tubes néon,…(dispositifs qui pour la plupart, après de bons et loyaux services, deviennent peu à peu obsolètes) mais ici il faudra en plus prévoir la possibilité de varier le courant de chauffage, de façon à pouvoir commander le nombre d'électrons extraits et en fin de compte l'intensité du faisceau de rayons X.

Haute tension et courant de chauffage seront les principaux paramètres opérateur-dépendants permettant d'agir sur l'énergie et l'intensité du faisceau X.

L'impact du faisceau d'électrons sur l'anode provoque un important échauffement de celle-ci. Pour les tubes de haute puissance l'échauffement pourrait même dépasser les limites acceptables si on ne prenait soin d'utiliser des anodes tournantes dont nous verrons plus loin les caractéristiques. Le moteur d'anode demandera bien sûr une alimentation en courant spécifique.

D'autres circuits entrent en jeu dans le contrôle des paramètres, le feedback en provenance du film, etc… Ces aspects sont plus secondaires et d'ailleurs varient d'un fabricant à l'autre. Nous n'en parlerons pas du tout.

2) Tension effective et tension crête.

Les réseaux régionaux d'alimentation électrique des bâtiments fournissent du 220V alternatif en mode monophasé (deux fils + terre) et 380V alternatif en mode triphasé (3fils + un neutre +terre). En fait une valeur annoncée comme 220V par exemple doit être vue comme une valeur moyenne sur un cycle de variation de la tension. On parle alors de "tension effective", par opposition à la "tension crête" qui est la valeur atteinte au maximum du cycle. Le lien entre tension effective et tension crête est donné par

…soit en bonne approximation V_eff = 0,7 V_crête

En radiologie, les tensions annoncées sont toujours des tensions crête ("kilo-volts crête"ou kVc) d'un courant redressé au départ d'une tension alternative. Comme le résultat du redressement est très variable d'un système à l'autre le V effectif n'a plus beaucoup d'intérêt et à vrai dire pas beaucoup de sens. La tension crête par contre apparaît comme une valeur idéale, celle qui serait appliquée en continu au tube si le redressement était parfait.