La cathode

La cathode est un filament de tungstène spiralé que l'on chauffe par le passage d'un courant électrique . Cette élévation de température liée au passage du courant de chauffage crée une agitation thermoionique et facilite le mouvement des électrons le l'atome de tungstène . Ces électrons sont donc plus libre de l'attraction du noyau de l'atome et peuvent être arrachés de cet atome en présence d'un fort champ électrique . C'est donc le potentiel de l'anode qui facilite la circulation des électrons entre anode et cathode . Si il n'y a pas de potentiel anodique il n'y a pas de circulation d'électrons et donc pas de courant tube. Si la température du filament est insuffisante il n'y a pas de courant tube. A température de cathode constante , le courant tube augmente si la tension de l'anode augmente.

La cathode est donc constitué d'un filament en tungstène qui est à haute température pour permettre le passage d'une grande quantité d'électrons lors d'une radiographie. La durée de vie d'un tel filament dépend directement de sa température et donc pour l'économiser il n'est chauffé que quand c'est nécessaire . Au repos il est juste préchauffé à une température permettant juste le passage de quelques milliampères .Cela permet de faire de la fluoroscopie. On peut faire de la radiographie mais il faut un temps minimum pour permettre au filament de changer de température. Ce temps dépend de l'inertie du filament. C'est le temps de préparation qu'il faut au générateur pour monter le filament à la température nécessaire au passage des milliampères prévus pour la radiographie . Ce temps est aussi mis à profit pour permettre à l'anode d'atteindre sa vitesse nominale.

Les tubes à rayons X actuels ont des filaments à faible inertie qui permettent une mise à température rapide , qui permettent donc d'obtenir plus rapidement une radiographie après une scopie. Ce temps de préparation , qui est une caractéristique importante est de l'ordre de 0.5 secondes à 2 secondes.

Le filament est constitué d'un fil en tungstène spiralé . La longueur de ce bobinage est importante car elle détermine, avec la pente de l'anode , une des dimensions de l'image de la source de rayons X. L'autre dimension est déterminée par le diamètre du bobinage. Pour obtenir une taille acceptable par rapport au diamètre de ce bobinage on dévie les lignes du champ électrostatique de façon à les concentrer. On utilise pour cela une pièce de concentration qui est en réalité le support du filament mais avec des formes géométriques très précises

En conjuguant tous ces paramètres on obtient une image du foyer X qui est inscrite dans un carré, qui est l'approximation de la source ponctuelle idéale. Les tailles usuelles rencontrées sont par exemple: 0.2mmX0.2mm,0.6mmX0.6mm,2mmX2mm.

Pour des raisons de facilité en radiologie conventionnelle les tubes à rayons X ont 2 filaments qui permettent de définir 2 foyers de rayons X différents. Un est gros est permet le passage de fort courants tube, l’autre est petit pour obtenir des radiographies de haute définition. Le filament du petit foyer est en général plus fragile et il ne faut l’utiliser que quand c’est nécessaire. Ce phénomène est accentué avec les filaments à faible inertie car le diamètre du fil constituant le filament est plus petit. A haute température le filament est fragile est peut être endommagé par des chocs mécaniques ou tout simplement par l’attraction de l’anode.

La pièce de concentration peut aussi être portée à un potentiel négatif par rapport au filament . Cela a pour effet de concentrer les lignes du champ électrique entre la cathode et l'anode, la conséquence est une image du foyer de rayons X plus petite. De façon purement électrostatique on peut créer un microfoyer et en gérer la taille dans un but d'améliorer le flou géométrique. Bien évidemment la puissance de ce microfoyer est réduite.

Cette électrode s'appelle la grille et s'est un tube à grille. Si on polarise très négativement la grille on peut bloquer les électrons donc les rayons X. C'est une façon de commander les rayons X qui n'est plus utilisée actuellement mais qui a rendu beaucoup de services avec les anciens générateurs pour les cadences rapides comme le radiocinéma.