Les tubes à rayons X ont une durée de vie limitée qui est due à leur conception. Elle est souvent comprise entre 5 000 et 20 000 heures d’utilisation, selon le type de tube et sa fabrication. Cependant, les conditions d’utilisation impactent fortement l’usure d’un tube à rayons X. En particulier, les surchauffes et les utilisations trop intensives peuvent aboutir à des détériorations rapides et irréversibles. Voyons ensemble quelles sont les principales causes du vieillissement d’un tube à rayons X.
L’usure de la cathode
L’usure de la cathode est une des principales causes du vieillissement d’un tube à rayons X. À la base du fonctionnement du tube à rayon X, la cathode est un fin filament métallique en tungstène, enroulé en spirale. Chauffé à plus de 2 000 degrés par un courant électrique, il fournit les électrons qui servent à produire les rayons X.
À force de chauffer, le métal du filament cathodique du tube à rayons X perd quelques atomes, qui se vaporisent. Cette perte de matière par vaporisation du tungstène finit, au fil du temps, par provoquer la rupture du filament, en particulier lorsque celui-ci chauffe pendant une trop longue durée.
Cette usure naturelle du tube à rayons X peut s’accélérer en cas de sur sollicitation du filament. Ce phénomène se produit si l’on applique une trop forte intensité de courant de chauffe ou si l’utilisation est prolongée de façon excessive, au-delà des capacités du tube.
Détérioration de l’anode
La détérioration de l’anode est une autre cause de vieillissement du tube à rayons X. En effet, cette pièce métallique en tungstène ou en alliage tungstène-rhénium reçoit le bombardement d’électrons émis par la cathode. Sur l’anode, les électrons subissent un violent freinage qui libère une très grande quantité d’énergie dissipée sous forme de chaleur. Le phénomène s’accompagne de la production des rayons X.
Le dégagement de chaleur au niveau de l’anode provoque des dégradations, même dans le cas d’une anode tournante conçue pour mieux dissiper la chaleur qu’une anode fixe d’appareil de radiologie dentaire. Le principal phénomène que l’on observe est l’apparition de crevasses sur les anodes tournantes. On parle d’érosion du disque d’anode. À terme, ce phénomène influence négativement la qualité de l’image radiographique.
Contamination du tube par des particules
Le vieillissement d’un tube à rayons X peut aussi être accéléré par l’introduction de particules dans le vide. Celles-ci sont le plus souvent libérées lors d’une surchauffe de l’anode, qui peut avoir différentes origines et qui s’accompagne d’une fusion du métal. Dans ce cas, le métal libère des gaz emprisonnés, qui viennent perturber le fonctionnement de l’équipement d’imagerie médicale.
En effet, dès lors que le vide n’est plus parfait à l’intérieur du tube à rayons X, le cheminement des électrons est bouleversé. On ne maîtrise alors plus la puissance du faisceau de rayons X ni sa direction précise. L’appareil ne fonctionne plus normalement. De plus, la libération de particules métalliques par la cathode ou l’anode a pour effet de bombarder le verre de l’ampoule, qui se fragilise. Celui-ci peut alors craqueler et laisser entrer des particules qui vont polluer le vide interne et empêcher le fonctionnement du tube.
Chauffe excessive et mauvaise gestion thermique
La chauffe excessive et une mauvaise gestion thermique provoquent immanquablement l’accélération du vieillissement du tube à rayons X. Il s’agit là de problèmes d’utilisation, qui ont un impact à plus ou moins long terme sur l’usure du tube à rayons X.
L’utilisateur n’a pas consulté l’abaque de charge du tube à rayon X afin de bien le paramétrer et respecter sa limite d’utilisation.
Tout d’abord, la surchauffe de l’anode accélère le vieillissement du tube à rayons X. En effet, elle provoque l’érosion de la piste, ce qui impacte les performances du tube à rayons X.
De plus, une fusion localisée provoquée par une surchauffe entraîne, comme nous venons de le voir, la pollution du vide interne par des particules de gaz échappées du métal.
Une chauffe trop rapide peut aussi provoquer un accident au niveau de la cathode, avec la rupture du filament. Un échauffement trop rapide de l’anode peut également entraîner la déformation du métal, qui se répercute sur le fonctionnement du tube à rayons X.
Une surutilisation de l’appareil d’imagerie provoque aussi une usure du tube à rayons X plus importante, due notamment aux phénomènes de dilatation métallique au niveau de l’anode. En effet, celle-ci n’a plus le temps de refroidir et le métal accumule de la chaleur. Il se dilate, ce qui peut poser différents problèmes comme les fissures ou les désolidarisations, car une anode est généralement fabriquée avec plusieurs éléments métalliques de natures différentes.
Arcs électriques
L’apparition d’arcs électriques est aussi une cause d’usure du tube à rayons X et même, de mort. Ces arcs sont dus principalement à l’accumulation de molécules métalliques sur la paroi intérieure de l’ampoule de pyrex qui constitue le tube. Les particules de métal sont libérées essentiellement par la vaporisation progressive du filament cathodique, mais peuvent aussi provenir en partie de l’anode.
Lorsque l’intérieur du tube est trop métallisé, il peut se former des arcs électriques entre les électrodes et le métal déposé sur le verre. Le signe extérieur qui prévient l’imminence de ce phénomène est une coloration de plus en plus marquée de l’ampoule. On dit que le tube est bronzé. Un arc électrique peut détruire le tube à rayons X.
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Tokiz
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