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Radiologie conventionnelle |
Chapitre III: Le tube à rayons X |
III.A.Paramètres.
1)Puissance tube.
Nous avons vu au chapitre I le principe de base du tube à rayons X: Des électrons sont arrachés de la cathode et accélérés vers l'anode sous une tension V. Ils forment le "courant tube i". La puissance associée est donnée par la formule bien connue P=Vi et dans ce cas-ci il s'agit d'un paramètre important puisqu'il donne l'énergie apportée par seconde à l'anode par le courant tube.
Pour obtenir la puissance tube en watts, on peut sans problème utiliser les unités familières du domaine à savoir les kilovolts et les milliampères puisque le facteur mille de l'une compense celui de l'autre:
Pt(watt) = V(kV) i(mA)
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Chapitre III: Le tube à rayons X |
III.B.Eléments constitutifs.
(N.B.: Le tube décrit ci-dessous sera compris par défaut comme étant un tube à anode tournante. En fin de paragraphe nous signalerons ce qui est particulier au tube à anode fixe et au tube Straton™)
1)Ampoule de verre.
Les tubes électroniques sont nés avec le vingtième siècle et se sont développés et multipliés jusque dans les années cinquante. Vénérables ancêtres des composants actuels, lents au départ, grands dissipateurs de chaleur, il faut les considérer avec respect car leur descendance compose les circuits d'aujourd'hui, autrement plus performants il est vrai en rapidité et efficacité.
Les tubes électroniques comportaient, dans une ampoule de verre, une cathode, une anode,… et des accessoires (grilles,…), le rôle de chaque tube étant précisément défini par la nature des accessoires (diode, triode, …). La percée du silicium dans les années soixante et les circuits intégrés dans les années septante ont éliminés la plupart de ces ancêtres. Le tube cathodique a fait de la résistance pendant très longtemps comme tube TV et moniteur d'ordinateur, mais il a dû céder le pas aux écrans plats LCD ou plasma, en même temps que le tube caméra se retirait face au "tout numérique". En somme le tube à rayons X est l'un des tout derniers survivants d'une grande époque.
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Chapitre III: Le tube à rayons X |
III.C.L'enveloppe du tube.
1)La gaine.
Le tube est logé dans une gaine métallique tapissée de plomb à l'intérieur. Le plomb arrête les rayons X émis dans les directions autres que la direction faisceau. Son épaisseur est calculée de façon à ce que les doses reçues par une personne située en dehors du faisceau soient bien inférieures aux normes légales même pour les courants tube les plus élevés possibles.
La gaine est munie des deux entrées haute tension destinées à alimenter les électrodes et qui supposent un câblage et une isolation parfois impressionnants compte tenu des hautes valeurs de voltage en jeu.
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Chapitre III: Le tube à rayons X |
III.D.Fonctionnement
1) Problèmes de chaleur.
Soit un cliché à 100kV demandant une charge de 600mAs et qui dure 2s. Le courant tube est donc de 600/2=300mA. La puissance tube vaut P=Vi=100kVx300mA=30kW! L'énergie déposée à l'anode vaut 30.000wx2s=72000J… le tout concentré sur une surface de l'ordre du mm²!!! On comprend que des conditions de ce genre exigent un bon contrôle des élévations de température, donc une bonne gestion des flux de chaleur.
Nous commencerons par un rappel de quelques notions de base de calorimétrie et nous décrirons ensuite la manière de les exploiter dans le problème qui nous occupe.
a) Notions utiles de calorimétrie (rappel).
On distingue trois modes de transport de la chaleur: la conduction, la convection,et l'émission de rayonnement thermique:
- La conduction est le mode de propagation où la chaleur s'écoule au travers de la matière d'une région de température donnée vers une région de température plus basse, et cela sans qu'il y ait déplacement de matière.
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Chapitre III: Le tube à rayons X |
III.E.Usure du tube
1) Vieillissement de la piste.
La piste de l’anode subit par définition des chocs thermiques importants et répétés. A la longue des signes de fatigue du métal apparaissent dont le principal est le phénomène de cratérisation. Il se manifeste par l’apparition de petites crevasses en surface avec des conséquences très dommageables pour la qualité du faisceau : Les électrons incidents qui pénètrent dans ces crevasses génèrent les rayons X à des profondeurs plus élevées que normal. Pour ces rayons cela signifie des trajets de sortie plus importants et donc une atténuation plus forte.
