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Types de tubes à rayons X et d'alimentations haute tension

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Spécification de l'application

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Types de tubes à rayons X et d'alimentations électriques à haute tension

Les tubes à rayons X sont disponibles dans une variété de formes et de tailles pour répondre à différentes applications, et une variété d'alimentations haute tension et de circuits de contrôle sont disponibles. Cette section décrit différents types de tubes à rayons X et trois types de circuits haute tension : Tube à rayons X simple, tube à rayons X avec fenêtre Be, tube à rayons X à anode tournante, tube à rayons X en céramique, tube à rayons X à fenêtre d'extrémité, tube à rayons X pour diffractomètre à rayons X, tube à rayons X à microfoyer, tube à rayons X ouvert (tube à rayons X à cible de transmission et tube à rayons X à cible de réflexion). Trois types de circuits haute tension seront examinés : anode mise à la terre, cathode mise à la terre et bipolaire.

Tube à rayons X simple

Un tube à rayons X simple, composé d'un filament (cathode) qui produit des électrons chauds et d'une anode qui produit des rayons X lorsque les électrons entrent en collision, est fixé dans un tube de verre et mis sous vide. Beaucoup de ces tubes sont relativement petits et utilisent des tensions allant de 20 kV à 130 kV. Ils sont utilisés pour les essais non destructifs aux rayons X, la détection de corps étrangers, l'analyse et les applications médicales. Ils sont généralement placés dans des boîtiers métalliques spéciaux (boîtiers de tubes à rayons X) remplis d'huile isolante afin de réduire les fuites de rayons X et de les rendre sûrs et faciles à manipuler. Dans certains cas, la surface est recouverte de résine ou d'autres matériaux. Dans les essais non destructifs d'infrastructures, etc., des boîtiers de protection contre les rayons X remplis de gaz isolant sont utilisés à la place de l'huile isolante afin de réduire le poids des appareils à rayons X.

Tube à rayons X à fenêtre en béryllium

Un tube à rayons X à fenêtre en béryllium est un tube à rayons X avec du béryllium attaché à la partie de sortie des rayons X (symbole de l'élément Be, numéro atomique 4). La tension des tubes à rayons X varie de quelques milliers de volts à 80 kV et ils sont principalement utilisés pour l'analyse par rayons X.

Tube à rayons X à anode tournante

Un tube à rayons X à anode tournante est un type de tube à rayons X dans lequel l'anode qui produit les rayons X tourne lorsqu'elle est frappée par un faisceau d'électrons. La rotation de l'anode permet de disperser la chaleur et d'augmenter le courant du tube pour accroître l'intensité des rayons X. Il est principalement utilisé dans des applications médicales telles que la tomodensitométrie et les rayons X. En raison de sa structure complexe, il s'agit d'un tube à rayons X très coûteux.

Tube à rayons X en céramique

Un tube à rayons X en céramique est un tube à vide dont la partie isolante est en céramique et non en verre. Ils sont résistants à la chaleur et aux chocs et sont principalement utilisés pour les essais non destructifs et la radiographie par résonance magnétique. D'autres petits tubes à rayons X en céramique sont également utilisés dans les analyseurs portatifs de fluorescence X et les tubes d'ionisation à rayons X doux.

Tube à rayons X à fenêtre d'extrémité

Un tube à rayons X à fenêtre d'extrémité est un tube à rayons X dont la fenêtre en béryllium est située à l'extrémité du tube. L'anode produisant les rayons X étant située près de l'extrémité de la fenêtre en béryllium, la distance par rapport à l'échantillon analysé peut être réduite et davantage de rayons X peuvent être émis. L'alimentation du tube à rayons X est une alimentation haute tension avec une cathode mise à la terre, et la tension du tube est comprise entre 50 kV et 80 kV, et la puissance est comprise entre 50 W et 4 kW.

Diffractomètre à rayons X (tubes à rayons X)

Les tubes à rayons X pour XRD sont des tubes à rayons X pour la diffractométrie à rayons X (XRD). Leur conception est facilement interchangeable car différents matériaux cibles sont utilisés en fonction de la cible analytique. Les tubes à rayons X pour la DRX sont vendus par plusieurs sociétés et sont hautement interchangeables et peuvent être utilisés par différents fabricants. Il est toutefois important de noter qu'il en existe deux types : les anodes courtes et les anodes longues. Il existe également sur le marché des tubes en verre et en céramique. La tension peut atteindre 60kV, mais la puissance du tube à rayons X est importante, allant de 1kW à 4kW, et nécessite un refroidissement par eau. Les tubes à rayons X utilisés pour la XRD sont anodiquement mis à la terre.

Tube à rayons X Microfocus

Le tube à rayons X microfoyer est un type de tube à rayons X dont la zone d'émission de rayons X est très petite, allant de quelques microns à quelques dizaines de microns. Dans un tube à rayons X microfoyer, les électrons produits par le filament convergent et frappent l'anode (cible) pour produire des rayons X. La zone où les rayons X sont produits est très petite. La zone où les rayons X sont produits est appelée foyer. En réduisant le foyer à l'échelle du micron, il est possible d'obtenir une image radiographique claire et presque floue, même lorsque l'image radiographique est agrandie. C'est pourquoi les tubes à rayons X microfoyer sont utilisés pour le contrôle non destructif des appareils électroniques à structure fine.

Les tubes à rayons X à microfoyer nécessitent plusieurs électrodes ainsi qu'une source d'énergie à haute tension pour l'accélération afin de focaliser les électrons. La tension d'accélération doit être comprise entre 90 et 150 kV. Il existe deux types de tubes à rayons X à microfoyer : les tubes à rayons X ouverts et les tubes à rayons X à microfoyer scellés.

Tube à rayons X ouvert (tube à rayons X à cible de transmission et tube à rayons X à cible de réflexion)

Un tube à rayons X ouvert est un type de tube à rayons X dont le filament et la cible sont remplaçables. Une pompe à vide est utilisée pour aspirer l'intérieur du tube à rayons X afin de créer un vide. La plupart des tubes à rayons X ouverts ont des diamètres focaux de taille microfocale ou nanofocale, ce qui leur permet de capturer des images de petites pièces avec un flou minimal, même en cas de zoom. Il existe deux types de tubes à rayons X ouverts : le tube à transmission et le tube à réflexion. Le type à cible réfléchissante utilise les rayons X produits sur la face incidente de l'électron, tout comme un tube à rayons X ordinaire. En revanche, les tubes à rayons X ouverts à microfoyer de type cible de transmission utilisent des matériaux cibles, tels que le tungstène déposé sur des fenêtres en béryllium ou en diamant. Lorsqu'un électron frappe une cible en tungstène, des rayons X sont émis dans toutes les directions à 360 degrés. Dans un tube à rayons X à réflexion, les rayons X émis à l'arrière de la cible sont très faibles en raison de l'épaisseur de la cible. Dans le tube à rayons X à cible de transmission, la cible en tungstène est très fine et le substrat (matériau de la fenêtre) est en béryllium ou en diamant, de sorte que de nombreux rayons X sont émis à l'arrière. Le tube à rayons X microfoyer à cible de transmission utilise ces rayons X. En utilisant une cible de transmission, la distance entre le foyer de rayons X (le point de génération des rayons X) et l'échantillon peut être très courte, ce qui permet un fort grossissement. Toutefois, en raison de la capacité thermique de la cible, il n'est pas possible d'augmenter le courant de la cible. Des tubes à rayons X ouverts sont disponibles dans le commerce avec une tension accélérée comprise entre 100 kV et 300 kV. Dans le tube à rayons X à cible de transmission, la cible en tungstène est très fine et le substrat (matériau de la fenêtre) est en béryllium ou en diamant, de sorte que de nombreux rayons X sont émis à l'arrière. Le tube à rayons X microfoyer à cible de transmission utilise ces rayons X. En utilisant une cible de transmission, la distance entre le foyer de rayons X (le point de génération des rayons X) et l'échantillon peut être très courte, ce qui permet un fort grossissement. Toutefois, en raison de la capacité thermique de la cible, il n'est pas possible d'augmenter le courant de la cible. Des tubes à rayons X ouverts sont disponibles dans le commerce avec une tension accélérée comprise entre 100 kV et 300 kV. Dans le tube à rayons X à cible de transmission, la cible en tungstène est très fine et le substrat (matériau de la fenêtre) est en béryllium ou en diamant, de sorte que de nombreux rayons X sont émis à l'arrière. Le tube à rayons X microfoyer à cible de transmission utilise ces rayons X. En utilisant une cible de transmission, la distance entre le foyer de rayons X (le point de génération des rayons X) et l'échantillon peut être très courte, ce qui permet un fort grossissement. Toutefois, en raison de la capacité thermique de la cible, il n'est pas possible d'augmenter le courant de la cible. Des tubes à rayons X ouverts sont disponibles dans le commerce avec une plage de tension accélérée de 100 kV à 300 kV. En utilisant une cible de transmission, la distance entre le foyer de rayons X (le point de génération des rayons X) et l'échantillon peut être très courte, ce qui permet un fort grossissement. Toutefois, en raison de la capacité thermique de la cible, il n'est pas possible d'augmenter le courant de la cible. Des tubes à rayons X ouverts sont disponibles dans le commerce avec une plage de tension accélérée de 100 kV à 300 kV. En utilisant une cible de transmission, la distance entre le foyer de rayons X (le point de génération des rayons X) et l'échantillon peut être très courte, ce qui permet un fort grossissement. Toutefois, en raison de la capacité thermique de la cible, il n'est pas possible d'augmenter le courant de la cible. Les tubes à rayons X ouverts sont disponibles dans le commerce avec une tension accélérée comprise entre 100 kV et 300 kV.

Trois types de circuits à haute tension

Connexion à la terre de l'anode

La mise à la terre de l'anode est un moyen facile de dissiper la chaleur, car l'anode d'un tube à rayons X qui génère beaucoup de chaleur peut être mise à la terre. En ce qui concerne l'alimentation, une alimentation haute tension avec une sortie négative est connectée au côté cathode, mais une alimentation pour le filament flottant au-dessus de ce potentiel est également nécessaire. Ce mode de connexion convient aux tubes à rayons X pour XRD, aux tubes à rayons X à microfoyer ouvert, aux tubes à rayons X en céramique, etc.

Connexion à la masse de la cathode

Dans une connexion cathode-terre, un filament du tube à rayons X est connecté au potentiel de terre, et une alimentation haute tension de sortie positive est connectée au côté anode. Le courant du tube à rayons X est contrôlé par la puissance du filament. Cette connexion convient aux tubes à rayons X microfoyer scellés et aux tubes à rayons XRF à fenêtre d'extrémité. Pour les tubes radiogènes XRF de grande puissance, l'anode est refroidie par de l'eau pure.

Connexion bipolaire

Dans une connexion bipolaire, l'alimentation haute tension de sortie négative est connectée à la cathode du tube à rayons X et l'alimentation haute tension de sortie positive est connectée à l'anode. Cette connexion est utilisée lorsque la tension d'accélération (tension du tube) des rayons X doit être augmentée. Par exemple, si une tension tubulaire de 320 kV est nécessaire, il faut connecter l'alimentation haute tension -160 kV du côté de la cathode et l'alimentation +160 kV du côté de l'anode.

Wisman dispose d'une gamme d'alimentations pouvant être utilisées pour les tubes à rayons X. Exemple : XNA ; XRD ; XRA ; XRW ;

Domaine d'application : Fluorimètre à rayons X, machine à points à rayons X, mesure de niveau à rayons X, détection de niveau à rayons X, jauge d'épaisseur, identification d'antiquités, mesure d'épaisseur de bandes d'aluminium, mesure d'épaisseur de plaques d'aluminium, mesure d'épaisseur de papier, de film, de feuilles d'aluminium, analyse élémentaire en ligne, fluoroscopie à rayons X, test de la taille des particules, mesure de la densité, test de composition du papier, contrôle de processus en ligne, test ROHS, mesure d'épaisseur, système d'inspection de circuits imprimés, analyse par fluorescence X, champ radiographique, imagerie par rayons X, alignement de circuits imprimés multicouches, détection de la taille des particules, mesure de la densité, contrôle de processus, spectroscopie à rayons X, tête de soudage, détection de la tête de fil, etc.