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WO2002008788A2 - Detecteur de rayonnement a duree de vie accrue - Google Patents

Detecteur de rayonnement a duree de vie accrue Download PDF

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WO2002008788A2
WO2002008788A2 PCT/FR2001/002384 FR0102384W WO0208788A2 WO 2002008788 A2 WO2002008788 A2 WO 2002008788A2 FR 0102384 W FR0102384 W FR 0102384W WO 0208788 A2 WO0208788 A2 WO 0208788A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
radiation detector
scintillator
detector according
layer
titanium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2001/002384
Other languages
English (en)
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WO2002008788A3 (fr
Inventor
Jean-Pierre Moy
Patrick Ducol
Didier Monin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Trixell SAS
Original Assignee
Trixell SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Trixell SAS filed Critical Trixell SAS
Priority to EP01956627A priority Critical patent/EP1314051A2/fr
Priority to JP2002514428A priority patent/JP2004505252A/ja
Priority to KR10-2003-7000930A priority patent/KR20030015896A/ko
Publication of WO2002008788A2 publication Critical patent/WO2002008788A2/fr
Publication of WO2002008788A3 publication Critical patent/WO2002008788A3/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • G01T1/2018—Scintillation-photodiode combinations
    • G01T1/20188—Auxiliary details, e.g. casings or cooling
    • G01T1/20189—Damping or insulation against damage, e.g. caused by heat or pressure
    • G—PHYSICS
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    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • G01T1/2018—Scintillation-photodiode combinations
    • G01T1/20187—Position of the scintillator with respect to the photodiode, e.g. photodiode surrounding the crystal, the crystal surrounding the photodiode, shape or size of the scintillator

Definitions

  • the present invention relates to radiation detectors comprising a photosensitive sensor associated with a radiation converter.
  • the fields of application of this type of detector are in particular radiology: radiography, fluoroscopy, mammography, but also non-destructive testing.
  • Such radiation detectors are known, for example, from French patent FR 2 605 166 in which a sensor formed from amorphous silicon photodiodes is associated with a converter.
  • the photosensitive sensor is generally produced from photosensitive elements in the solid state arranged in a matrix. These elements are not directly sensitive to radiation of very short wavelengths like X-rays or gamma rays.
  • the photosensitive sensor is associated with the radiation converter which comprises a layer of a scintillating substance.
  • This substance has the property, when excited by such radiation, of emitting radiation of longer wavelength
  • the emitted light illuminates the photosensitive elements of the sensor which perform a photoelectric conversion and deliver electrical signals which can be exploited by suitable circuits.
  • the converter and the sensor are given substantially the same size and they are optically coupled by proximity.
  • the coupling material air or adhesive, has a small thickness compared to the spatial resolution of the assembly in order to degrade the quality of the image delivered by the sensor as little as possible.
  • the scintillator is deposited on a support which then forms an entry window that the radiation to be detected must pass through before reaching the scintillator.
  • the senor serves as a support for the scintillator which is then in direct and intimate contact with it.
  • the sensor generally comprises on the surface a passivation layer intended to protect the photosensitive elements in particular from humidity.
  • the scintillator is then covered with a moisture-proof protective sheet which serves as an entry window for the radiation to be detected.
  • the photosensitive elements are produced from semiconductor materials, most often monocrystalline silicon for CCD or CMOS type sensors, polycrystalline or amorphous silicon.
  • a photosensitive element comprises at least one photodiode, a phototransistor or a photoresistor. These elements are deposited on a substrate, generally a glass slab.
  • Cesium iodide doped with sodium or thallium is known for its high absorption of X-rays and for its excellent fluorescence yield. It comes in the form of fine needles which are grown on a support. These needles are substantially perpendicular to this support and they partially confine the light emitted towards the sensor. Their finesse conditions the resolution of the detector.
  • Lanthanum and gadolinium oxysulfides are also widely used for the same reasons.
  • Cesium iodide and lanthanum oxysulfide in particular have this drawback.
  • cesium iodide With regard to cesium iodide, its decomposition gives cesium hydroxide Cs + OH " and free iodine I 2 which can then combine with iodide ions to give the complex l " 3 .
  • Bonding optimizes the converter and the sensor separately.
  • the converter can receive heat treatments which may be incompatible with the sensor.
  • cesium iodide it is evaporated by heating and it is deposited on the support by condensing.
  • An annealing operation is then carried out at approximately 300 ° C. in order to achieve an optimum fluorescence yield.
  • a compromise must be made on the annealing temperature so as not to damage the sensor.
  • Another advantage is that the sensor and the converter are only assembled if they have been successfully tested, which improves the overall manufacturing yield; during direct deposit each time the converter is defective, the sensor is discarded because there is no risk of recycling.
  • the thickness of glue for assembly brings some losses in terms of spatial resolution and light collection.
  • Direct deposition of the scintillator on the sensor provides the best optical coupling conditions.
  • the entry window must meet the following requirements: be as transparent as possible to the radiation to be detected, be moisture-proof and compatible with the chemical species released during the almost inevitable decomposition of the scintillator, absorb or reflect the light produced by the scintillator but not transmit it and have mechanical properties compatible with the manipulations undergone by the detector.
  • the entry window When it is desired to have a detector whose resolution is very good, it is advantageous to provide an entry window which absorbs the light emitted by the scintillator towards the rear, that is to say opposite the sensor by report to the scintillator. But we lose sensitivity.
  • the scintillator If the scintillator is placed on the entry window and is attached to the sensor, it must withstand without damage the thermal stresses of the deposition and treatment of the scintillator and have a coefficient of expansion of the same order of magnitude as that of the scintillator and that of the sensor (more particularly its substrate). It can also be provided that the window has a low modulus of elasticity, which makes it possible to remove differential stresses between on the one hand the window and the scintillator and on the other hand the window and the sensor (more particularly its substrate). This eliminates the risk of cracking of the scintillator and breakage of the sensor substrate.
  • the surface condition must allow, in particular for cesium iodide, the finest possible needle growth, in the most uniform manner possible.
  • the fineness of the needles is a quality factor for the resolution of the detector.
  • the entrance windows are made of aluminum.
  • the transparency of aluminum to the radiation to be detected is excellent, its optical properties are good, the moisture-tightness is perfect, a satisfactory surface condition can be obtained after treatment for depositing the scintillator there.
  • its thermal properties and its resistance to corrosion are not satisfactory, which means that the reliability of such a detector cannot be guaranteed under environmental conditions. the most severe such as moist heat. It is desirable that such radiation detectors have a life compatible with the amortization period of radiology or other devices on which they are mounted, this duration being of the order of 10 years.
  • the present invention provides a radiation detector with increased life, the entrance window does not have the disadvantages of aluminum windows. It has been found according to the invention that it would be advantageous to replace the aluminum entry window with a titanium-based entry window. More specifically, the radiation detector according to the invention comprises a scintillator made of a material sensitive to wet oxidation, placed between a photosensitive sensor and a radiation entry window, the entry window being made of titanium.
  • Such a window fulfills the requirements listed above and its cost is bearable.
  • the entry window can be made entirely of pure or alloyed titanium or even comprise a layer of pure or alloyed titanium attached to a layer of a dielectric material absorbing the radiation to be detected as little as possible.
  • the layer of dielectric material can be chosen from organic plastic materials, glass, ceramic.
  • Organic plastic materials from the category of polymers and in particular polyimide are very suitable.
  • the layer of pure or alloyed titanium is located between the layer of dielectric material and the scintillator.
  • the entrance window can carry the scintillator which is then attached to the photosensitive sensor.
  • the photosensitive sensor which carries the scintillator on which the entry window is attached.
  • the scintillator can belong to the family of alkali halides such as cesium iodide or rare earth oxysulfides such as lanthanum oxysulfide for example.
  • FIG. 1 is a schematic section of an example of a radiation detector according to the invention.
  • FIG. 2 and 3 are schematic sections of alternative radiation detectors according to the invention.
  • the radiation sensor bears the reference 1. It comprises a substrate 2 in principle a glass slab, support for photosensitive elements 3. Each photosensitive element 3 is mounted between a line conductor and a conductor column so that it can be addressed. The conductors are not visible in the figure for the purpose of simplification. The photosensitive elements 3 and the conductors are generally covered with a passivation layer 4 intended to protect them from humidity.
  • the sensor 1 cooperates with a converter 5 which in the example is optically coupled to the sensor 1 with optical glue 6.
  • the converter 5 comprises a scintillator layer 7, represented with a needle structure, deposited on a support 8.
  • the support 8 thus carries the scintillator 7.
  • This support 8 instead of being made of aluminum as before is made from titanium.
  • This support 8 serves as an entry window for X-rays.
  • the scintillator 7 belongs to the family of alkali halides such as cesium iodide which is particularly sensitive to wet oxidation, but it could also belong to the family of rare earth oxysulfides some members of which are also not very stable like lanthanum oxysulfide.
  • Aluminum is not entirely satisfactory mainly because of its poor resistance to corrosion by the decomposition by-products of the scintillator. Everything would encourage to replace it with a precious metal despite its cost. But in fact, precious metals (gold, silver, platinum) do not would not be satisfactory because their atomic numbers are much too high (47 for silver, 78 for platinum and 79 for gold) and they absorb far too much input radiation (X-rays, gamma rays). The absorption of such radiation by a simple body increases like the cube of its atomic number. The doses and energies of the radiation would have to be increased far too much to be able to use them.
  • Titanium is known to be attacked by pure iodine from 25 ° C as indicated in the Treatise on Mineral Chemistry by P. Pascal, Edition MASSON. The inventors have found that titanium has good resistance to corrosion from the decomposition of cesium iodide in moist air, although the decomposition of cesium iodide in humidity produces the element iodine, but the quantities are small.
  • Titanium also appears to be resistant to by-products from the decomposition of lanthanum oxysulfide.
  • titanium is much higher than that of aluminum (equal to 13) which did not encourage him to choose it.
  • its mechanical properties and its average density equal to approximately 4.5 make it possible to use it by adapting its thickness, of the order of 50 to 100 micrometers for example, so that the absorption of the radiation to be detected is suitable.
  • a support of about 50 centimeters on a side made of pure titanium or alloy whose thickness is included in the range mentioned above, is rigid enough to be handled without particular precautions.
  • the absorption of X-rays amounts to approximately 2 to 5%, which is acceptable.
  • the general radiography corresponds to energies between around 30 keV and 150 keV and at doses between 1 and 50 micro Grays.
  • a frosted gray or even colored surface that is not very reflective is obtained.
  • This treatment can be done with fluoronitric acid.
  • Diffuse reflectivity can typically be obtained from 30 to 40% and even from 25 to 60%, only with pure titanium instead of the 60 to 80% obtained with aluminum.
  • the support 8 can be made of pure titanium or an alloy, for example
  • TA6V which is a widespread titanium alloy. Titanium or its alloys also have the required thermal, elasticity and moisture-tight properties and a satisfactory surface finish can be obtained for the growth of cesium iodide.
  • the merit factors of X-ray detectors, known as quantum detection efficiency (DQE acronym) and modulation transfer function, are better with a titanium-based window than with a aluminum-based window.
  • FIG. 3 shows an entry window 80 comprising a layer of pure or alloy titanium 81 joined to a layer of dielectric material 82.
  • the titanium layer 81 is on the side of the scintillator and it is covered with the layer of dielectric material 82.
  • Some organic plastic materials have the advantages of absorbing very little X-rays, even of low energy, and of withstanding high temperatures, of possessing good mechanical and elastic properties, of being easily shaped. Their disadvantage is that they do not provide the required moisture tightness, but this requirement is obtained by titanium.
  • Glasses or ceramics containing few heavy elements may also be suitable from the point of view of X-ray absorption in particular.
  • the layer 81 of pure or alloyed titanium can be deposited on it by any means known to the specialist, for example spraying, vacuum evaporation, chemical deposition, electrolytic deposition. One can even fix by gluing a sheet of pure titanium or alloy on the dielectric layer.
  • the layer of pure or alloyed titanium may have a thickness of a few micrometers.
  • the structure as described in FIG. 1 allows better management of the production flows by allowing the separate production of the two elements that are the scintillator 7 on its substrate 8 on the one hand, and the sensor 1 on the other hand.
  • the cost of the support 8 as described in FIG. 1 is lower than that of the sensor 1 as described in FIG. 2. This will thus face a lesser loss in the case of a deficient scintillator deposit 7 which would lead to the elimination either of the converter 5 in the case of FIG. 1 or of the sensor 1 and of the scintillator 7 in the case of FIG. 2.
  • FIG. 1 can be applied to photosensitive elements made up of sets of several butted elements, such as for example described in the French patents published under the numbers FR 2 758 654 and FR 2 758 656
  • the structure of FIG. 2 cannot be applied to such photosensitive assemblies consisting of assemblies of several butted elements, due to the poor dimensional stability of such assemblies at a temperature of 300 ° C., which temperature is necessary for the implementation of the scintillator 7 after its deposition on its support 8 in the case of FIG. 1 or on the sensor 1 in the case of FIG. 2.
  • the support 8 as described in Figure 1 (or the input window 80 of Figure 3) is itself (or she) compatible with such a temperature.

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Abstract

La présente invention est un détecteur de rayonnement comportant un scintillateur (7) réalisé dans un matériau sensible à l'oxydation humide, placé entre un capteur photosensible (1) et une fenêtre d'entrée (8, 9, 80) du rayonnement. La fenêtre d'entrée (8, 9, 80) est réalisée à base de titane. Application notamment aux détecteurs de rayons X pour la radiologie ou le contrôle non destructif.

Description

DETECTEUR DE RAYONNEMENT A DUREE DE VIE ACCRUE
La présente invention concerne les détecteurs de rayonnement comportant un capteur photosensible associé à un convertisseur de rayonnement. Les domaines d'application de ce type de détecteur sont notamment la radiologie : radiographie, fluoroscopie, mammographie, mais également le contrôle non destructif.
De tels détecteurs de rayonnement sont connus par exemple par le brevet français FR 2 605 166 dans lequel un capteur formé de photodiodes en silicium amorphe est associé à un convertisseur.
Le fonctionnement et la structure d'un tel détecteur de rayonnement vont être rappelés succinctement.
Le capteur photosensible est généralement réalisé à partir d'éléments photosensibles à l'état solide arrangés en matrice. Ces éléments ne sont pas sensibles directement aux rayonnements de longueurs d'ondes très courtes comme le sont les rayons X ou gamma.
C'est pourquoi, on associe le capteur photosensible au convertisseur de rayonnement qui comporte une couche d'une substance scintillatrice.
Cette substance a la propriété, lorsqu'elle est excitée par de tels rayonnements, d'émettre un rayonnement de longueur d'onde supérieure
(de la lumière visible ou proche du visible), auquel est sensible le capteur.
La lumière émise illumine les éléments photosensibles du capteur qui effectuent une conversion photoélectrique et délivrent des signaux électriques exploitables par des circuits appropriés. Pour obtenir une bonne collection de la lumière émise par le convertisseur vers le capteur, on donne au convertisseur et au capteur sensiblement la même taille et on les couple optiquement par proximité.
Le matériau de couplage, air ou colle, possède une épaisseur faible devant la résolution spatiale de l'ensemble pour dégrader le moins possible la qualité de l'image délivrée par le capteur. Dans une première configuration, le scintillateur est déposé sur un support qui forme alors une fenêtre d'entrée que le rayonnement à détecter doit traverser avant d'atteindre le scintillateur.
Dans une autre configuration, le capteur sert de support au scintillateur qui est alors en contact direct et intime avec lui. Le capteur comporte généralement en surface une couche de passivation destinée à protéger les éléments photosensibles notamment de l'humidité. Le scintillateur est ensuite recouvert d'une feuille de protection, étanche à l'humidité, qui sert de fenêtre d'entrée pour le rayonnement à détecter. Les éléments photosensibles sont réalisés à partir de matériaux semi-conducteurs, le plus souvent du silicium monocristallin pour les capteurs de type CCD ou CMOS, du silicium polycristallin ou amorphe. Un élément photosensible comporte au moins une photodiode, un phototransistor ou une photorésistance. Ces éléments sont déposés sur un substrat généralement une dalle de verre.
Certaines substances scintillatrices de la famille des halogénures alcalins ou des oxysulfures de terres rares sont fréquemment employées pour leurs bonnes performances.
L'iodure de césium dopé au sodium ou au thallium selon que l'on souhaite une émission vers 400 nanomètres ou vers 550 nanomètres respectivement, est connu pour sa forte absorption des rayons X et pour son excellent rendement de fluorescence. Il se présente sous la forme de fines aiguilles que l'on fait croître sur un support. Ces aiguilles sont sensiblement perpendiculaires à ce support et elles confinent en partie la lumière émise vers le capteur. Leur finesse conditionne la résolution du détecteur.
Les oxysulfures de lanthane et de gadolinium sont aussi très employés pour les mêmes raisons.
Mais parmi ces substances, certaines ont comme inconvénient d'être peu stables, elles se décomposent partiellement lorsqu'elles sont exposées à l'humidité et leur décomposition libère des espèces chimiques qui migrent soit vers le capteur soit à l'opposé du capteur. Ces espèces sont très corrosives. L'iodure de césium et l'oxysulfure de lanthane notamment ont cet inconvénient. En ce qui concerne l'iodure de césium, sa décomposition donne de l'hydroxyde de césium Cs+ OH" et de l'iode libre I2 qui peut ensuite se combiner avec des ions iodures pour donner le complexe l" 3.
En ce qui concerne l'oxysulfure de lanthane sa décomposition donne du sulfure d'hydrogène H2S chimiquement très agressif. L'humidité est extrêmement difficile à supprimer, il y en a toujours dans l'air ambiant, la colle en contient des traces, soit à cause de l'air ambiant, soit comme sous-produit de la polymérisation si celle-ci résulte de la condensation de deux espèces chimiques, ce qui est fréquent.
Les deux configurations présentent des avantages mais également des inconvénients. Le collage permet d'optimiser séparément le convertisseur et le capteur. Le convertisseur peut recevoir des traitements thermiques qui risquent d'être incompatibles avec le capteur. Pour déposer de l'iodure de césium, on l'évaporé par chauffage et il se dépose sur le support en se condensant. On effectue ensuite une opération de recuit à environ 300°C pour atteindre un optimum de rendement de fluorescence. Lorsque le scintillateur est déposé directement sur le capteur, il faut faire un compromis sur la température de recuit pour ne pas endommager le capteur.
Un autre avantage est que le capteur et le convertisseur ne sont assemblés que s'ils ont été testés avec succès ce qui permet d'améliorer le rendement global de fabrication ; lors du dépôt direct chaque fois que le convertisseur est défectueux, le capteur est mis au rebut car on ne se risque pas à faire du recyclage.
L'épaisseur de colle pour l'assemblage apporte quelques pertes en termes de résolution spatiale et de collection de lumière. Le dépôt direct du scintillateur sur le capteur offre les meilleures conditions de couplage optique.
Dans les deux configurations, la fenêtre d'entrée doit répondre aux exigences suivantes : être la plus transparente possible au rayonnement à détecter, être étanche à l'humidité et compatible avec les espèces chimiques libérées lors de la décomposition, pratiquement inévitable, du scintillateur, absorber ou réfléchir la lumière produite par le scintillateur mais pas la transmettre et avoir des propriétés mécaniques compatibles avec les manipulations subies par le détecteur. Lorsqu'on désire disposer d'un détecteur dont la résolution est très bonne, on a intérêt à prévoir une fenêtre d'entrée qui absorbe la lumière émise par le scintillateur vers l'arrière c'est à dire à l'opposé du capteur par rapport au scintillateur. Mais on perd en sensibilité.
Au contraire, lorsqu'on désire disposer d'un détecteur dont la sensibilité est grande, on a intérêt à prévoir une fenêtre d'entrée qui réfléchit vers le capteur la lumière émise par le scintillateur vers l'arrière. On accroît ainsi le signal lumineux reçu par le capteur pour une même quantité de rayonnement. Ce gain en sensibilité se fait au détriment de la résolution car à partir d'un photon X, la lumière transmise directement et la lumière réfléchie atteignent le capteur en des points d'impact différents. L'image obtenue est un peu moins nette que dans le cas précédent.
Avec les détecteurs radiologiques actuels, dans les conditions de rapport signal sur bruit de la radiographie générale, il peut être globalement plus intéressant de réduire la réflectivité de la fenêtre d'entrée. En effet, plusieurs centaines d'électrons sont créés par un photon X absorbé, car le scintillateur transforme un photon X en un grand nombre de photons lumineux. L'essentiel est que chaque photon X soit détecté par le capteur après transformation en électron. Si le bruit de lecture dans le capteur est comparable au signal résultant de l'absorption d'un photon X, le fait de réduire la réflectivité permet, sans dégrader le rapport signal sur bruit et la sensibilité, d'améliorer la résolution.
Si le scintillateur est déposé sur la fenêtre d'entrée et est rapporté sur le capteur, celle-ci doit supporter sans dommage les contraintes thermiques du dépôt et du traitement du scintillateur et posséder un coefficient de dilatation du même ordre de grandeur que celui du scintillateur et que celui du capteur (plus particulièrement son substrat). On peut aussi prévoir que la fenêtre ait un module d'élasticité faible, ce qui permet de supprimer des contraintes différentielles entre d'une part la fenêtre et le scintillateur et d'autre part la fenêtre et le capteur (plus particulièrement son substrat). On supprime ainsi les risques de craquèlement du scintillateur et de bris du substrat du capteur.
Enfin son état de surface doit permettre, notamment pour l'iodure de césium une croissance d'aiguilles les plus fines possibles, de la manière la plus uniforme possible. La finesse des aiguilles est un facteur de qualité pour la résolution du détecteur. Actuellement les fenêtres d'entrée sont en aluminium. La transparence de l'aluminium au rayonnement à détecter est excellente, ses propriétés optiques sont bonnes, l'étanchéité à l'humidité est parfaite, on peut obtenir après traitement un état de surface satisfaisant pour y déposer le scintillateur. Mais ses propriétés thermiques et sa résistance à la corrosion ne sont pas satisfaisantes ce qui implique que la fiabilité d'un tel détecteur ne peut être garantie dans les conditions environnementales les plus sévères comme la chaleur humide. Il est souhaitable que de tels détecteurs de rayonnement aient une durée de vie compatible avec la durée d'amortissement des appareils de radiologie ou autre sur lesquels ils sont montés, cette durée étant de l'ordre de 10 ans. La présente invention propose un détecteur de rayonnement à durée de vie accrue dont la fenêtre d'entrée ne possède pas les inconvénients des fenêtres en aluminium. On a trouvé selon l'invention qu'il serait avantageux de remplacer la fenêtre d'entrée en aluminium par une fenêtre d'entrée à base de titane. Plus précisément le détecteur de rayonnement selon l'invention comporte un scintillateur réalisé dans un matériau sensible à l'oxydation humide, placé entre un capteur photosensible et une fenêtre d'entrée du rayonnement, la fenêtre d'entrée étant réalisée à base de titane.
Une telle fenêtre remplit les exigences listées plus haut et son coût est supportable.
La fenêtre d'entrée peut être réalisée en totalité en titane pur ou allié ou bien comporter une couche en titane pur ou allié accolée à une couche d'un matériau diélectrique absorbant le moins possible le rayonnement à détecter. La couche en matériau diélectrique peut être choisie parmi les matériaux plastiques organiques, le verre, la céramique.
Des matériaux plastiques organiques de la catégorie des polymères et notamment le polyimide conviennent très bien.
La couche en titane pur ou allié est située entre la couche en matériau diélectrique et le scintillateur.
On peut améliorer globalement les performances du détecteur et réaliser un compromis entre résolution et sensibilité si la surface en titane pur ou allié de la fenêtre du côté du scintillateur possède une réflectivité réduite. Cette réflectivité réduite peut être obtenue par oxydation anodique ou chimique.
La fenêtre d'entrée peut porter le scintillateur qui est alors rapporté sur le capteur photosensible. Dans une autre configuration c'est le capteur photosensible qui porte le scintillateur sur lequel est rapportée la fenêtre d'entrée. Le scintillateur peut appartenir à la famille des halogénures alcalins tel que l'iodure de césium ou des oxysulfures de terres rares tel que l'oxysulfure de lanthane par exemple.
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui suit en référence aux figures annexées parmi lesquelles :
- la figure 1 est une coupe schématique d'un exemple de détecteur de rayonnement selon l'invention ;
- les figures 2 et 3 sont des coupes schématiques de variantes de détecteurs de rayonnement selon l'invention.
Sur ces figures, les échelles ne sont pas respectées dans un souci de clarté.
On se réfère à la figure 1. Le capteur de rayonnement porte la référence 1. Il comporte un substrat 2 en principe une dalle en verre, support d'éléments photosensibles 3. Chaque élément photosensible 3 est monté entre un conducteur de ligne et un conducteur de colonne de manière à pouvoir être adressé. Les conducteurs ne sont pas visibles sur la figure dans un but de simplification. Les éléments photosensibles 3 et les conducteurs sont généralement recouverts d'une couche de passivation 4 destinée à les protéger de l'humidité.
Le capteur 1 coopère avec un convertisseur 5 qui dans l'exemple est couplé optiquement au capteur 1 avec de la colle optique 6. Le convertisseur 5 comporte une couche de scintillateur 7, représentée avec une structure en aiguilles, déposée sur un support 8. Le support 8 porte ainsi le scintillateur 7. Ce support 8 au lieu d'être en aluminium comme auparavant est réalisé à base de titane. Ce support 8 sert de fenêtre d'entrée pour les rayons X. On suppose que le scintillateur 7 appartient à la famille des halogénures alcalins tel l'iodure de césium qui est particulièrement sensible à l'oxydation humide, mais il pourrait également appartenir à la famille des oxysulfures de terres rares dont certains membres sont également peu stables comme l'oxysulfure de lanthane.
L'aluminium ne donne pas toute satisfaction essentiellement à cause de sa mauvaise résistance à la corrosion par les sous-produits de décomposition du scintillateur. Tout inciterait à le remplacer par un métal précieux malgré son coût. Mais en fait, les métaux précieux (or, argent, platine ) ne donneraient pas satisfaction car leurs numéros atomiques sont beaucoup trop élevés (47 pour l'argent, 78 pour le platine et 79 pour l'or) et ils absorbent beaucoup trop le rayonnement d'entrée (rayons X, rayons gamma). L'absorption d'un tel rayonnement par un corps simple croît comme le cube de son numéro atomique. Il faudrait augmenter beaucoup trop les doses et les énergies du rayonnement pour pouvoir les utiliser.
Le titane est connu pour être attaqué par l'iode pur dès 25°C comme l'indique le Traité de Chimie Minérale de P. Pascal, Edition MASSON. Les inventeurs se sont aperçus que le titane résistait bien à la corrosion provenant de la décomposition de l'iodure de césium à l'air humide, bien que la décomposition de l'iodure de césium à l'humidité produise l'élément iode, mais les quantités sont faibles.
Il semble que le titane résiste bien aussi aux sous-produits provenant de la décomposition de l'oxysulfure de lanthane.
Le numéro atomique du titane (égal à 22) est bien plus élevé que celui de l'aluminium (égal à 13) ce qui n'incitait pas à le choisir. Mais ses propriétés mécaniques et sa densité moyenne égale à environ 4,5 rendent possible son utilisation en adaptant son épaisseur, de l'ordre de 50 à 100 micromètres par exemple, de manière que l'absorption du rayonnement à détecter soit convenable.
En effet un support d'environ 50 centimètres de côté en titane pur ou allié dont l'épaisseur est comprise dans la fourchette citée plus haut, est suffisamment rigide pour être manipulé sans précaution particulière. Avec de telles épaisseurs, en radiographie générale, l'absorption des rayons X s'élève à environ 2 à 5 %, ce qui est acceptable. La radiographie générale correspond à des énergies comprises entre environ 30 keV et 150 keV et à des doses comprises entre 1 et 50 micro Grays.
En ce qui concerne les propriétés optiques, en traitant une feuille de titane par oxydation anodique ou chimique, on obtient une surface dépolie grise ou même colorée et peu réfléchissante. Ce traitement peut se faire avec de l'acide fluoronitrique. On peut obtenir une réflectivité diffuse typiquement de 30 à 40% et même de 25 à 60%, seulement avec du titane pur au lieu des 60 à 80% obtenus avec l'aluminium. Le support 8 peut être en titane pur ou en alliage par exemple du
TA6V qui est un alliage de titane répandu. Le titane ou ses alliages possèdent de plus les propriétés thermiques, d'élasticité, d'étanchéité à l'humidité requises et un état de surface satisfaisant peut être obtenu pour la croissance de l'iodure de césium. Les facteurs de mérite des détecteurs de rayons X, connus sous le nom d'efficacité de détection quantique (sigle DQE en langue anglaise) et de fonction de transfert de modulation, s'avèrent meilleurs avec une fenêtre à base de titane qu'avec une fenêtre à base d'aluminium.
Au lieu de déposer le scintillateur 7 sur le support 8 à base de titane et de rapporter l'ensemble sur le capteur 1 comme l'illustre la figure 1 , il est possible de déposer le scintillateur 7 directement sur le capteur 1 et de recouvrir le scintillateur 7 d'une feuille 9 à base de titane qui sert de fenêtre d'entrée pour les rayons X. Cette variante est illustrée à la figure 2.
On peut envisager notamment pour réduire l'absorption du rayonnement à détecter d'associer le titane pur ou en alliage avec un matériau diélectrique absorbant le moins possible ce rayonnement, tel qu'un matériau plastique organique, de la céramique, du verre. On peut se référer à la figure 3 qui montre une fenêtre d'entrée 80 comportant une couche en titane pur ou allié 81 accolée à une couche en matériau diélectrique 82. La couche en titane 81 se trouve du côté du scintillateur et elle est recouverte de la couche en matériau diélectrique 82.
Certains matériaux plastiques organiques (polymères) ont pour avantages de très peu absorber les rayons X même de basse énergie, et de résister aux hautes températures, de posséder de bonnes propriétés mécaniques et élastiques, de se mettre en forme facilement. Leur inconvénient est qu'ils n'assurent pas l'étanchéité à l'humidité requise mais cette exigence est obtenue par le titane.
Des verres ou encore des céramiques contenant peu d'éléments lourds peuvent également convenir au point de vue absorption des rayons X notamment.
La couche 81 en titane pur ou allié pourra être déposée sur le par tout moyen connu du spécialiste par exemple la pulvérisation, l'évaporation sous vide, le dépôt chimique, le dépôt électrolytique. On peut même fixer par collage une feuille en titane pur ou allié sur la couche diélectrique. La couche en titane pur ou allié peut avoir une épaisseur de quelques micromètres. La structure telle que décrite dans la figure 1 présente de nombreux avantages par rapport à celle décrite dans la figure 2.
La structure telle que décrite dans la figure 1 , permet une meilleure gestion des flux de production en permettant la fabrication séparée des deux éléments que sont le scintillateur 7 sur son substrat 8 d'une part, et le capteur 1 d'autre part.
Par ailleurs, le coût du support 8 tel que décrit dans la figure 1 est inférieur à celui du capteur 1 tel que décrit dans la figure 2. On fera ainsi face à une moindre perte dans le cas d'un dépôt de scintillateur 7 déficient qui pousserait à l'élimination soit du convertisseur 5 dans le cas de la figure 1 soit du capteur 1 et du scintillateur 7 dans le cas de la figure 2.
Enfin, la structure telle que décrite dans la figure 1 peut s'appliquer à des éléments photosensibles constitués d'ensembles de plusieurs éléments raboutés, tels que par exemple décrits dans les brevets français publiés sous les numéros FR 2 758 654 et FR 2 758 656. La structure de la figure 2 ne peut pas s'appliquer à de tels ensembles photosensibles constitués d'ensembles de plusieurs éléments raboutés, du fait de la mauvaise stabilité dimensionnelle de tels ensembles à une température de 300°C, laquelle température est nécessaire à la mise en œuvre du scintillateur 7 après son dépôt sur son support 8 dans le cas de la figure 1 ou sur le capteur 1 dans le cas de la figure.2. Le support 8 tel que décrit dans la figure 1 (ou la fenêtre d'entrée 80 de la figure 3) est quant à lui (ou elle) compatible avec une telle température.

Claims

REVENDICATIONS
1. Détecteur de rayonnement comportant un scintillateur (7) réalisé dans un matériau sensible à l'oxydation humide, placé entre un capteur photosensible (1 ) et une fenêtre d'entrée (8, 80) du rayonnement, caractérisé en ce que la fenêtre d'entrée (8, 80) est réalisée à base de titane et en ce que la fenêtre d'entrée (8, 80) porte le scintillateur (7).
2. Détecteur de rayonnement selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la fenêtre d'entrée (8) est en titane pur ou allié.
3. Détecteur de rayonnement selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la fenêtre d'entrée (80) est réalisée avec une couche en titane (81 ) pur ou allié accolée à une couche d'un matériau diélectrique (82) absorbant le moins possible le rayonnement à détecter.
4. Détecteur de rayonnement selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche en matériau diélectrique (82) est réalisée en matière plastique organique, en verre, en céramique.
5. Détecteur de rayonnement selon la revendication 4, caractérisé en ce que la matière plastique organique est de la catégorie des polymères tels que le polyimide.
6. Détecteur de rayonnement selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la couche (81 ) en titane pur ou allié est située entre la couche en matériau diélectrique (82) et le scintillateur (7).
7. Détecteur de rayonnement selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la fenêtre d'entrée (8, 80) à une épaisseur comprise entre environ 50 à 100 micromètres.
8. Détecteur de rayonnement selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la fenêtre d'entrée (8, 80) possède, du côté du scintillateur (7), une surface à réflectivité réduite.
9. Détecteur de rayonnement selon la revendication 8, caractérisé en ce que la surface à réflectivité réduite est obtenue par oxydation.
10. Détecteur de rayonnement selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que la surface à réflectivité réduite a une réflectivité comprise entre 25 et 60%.
11. Détecteur de rayonnement selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la fenêtre d'entrée (8, 80) et le scintillateur (7) sont rapportés sur le capteur photosensible (1 ).
12. Détecteur de rayonnement selon l'une des revendications 1 à 11 , caractérisé en ce que le scintillateur appartient à la famille des halogénures alcalins tel que l'iodure de césium ou des oxysulfures de terres rares tel que l'oxysulfure de lanthane.
13. Détecteur de rayonnement selon l'une des revendications 3 à 12, caractérisé en ce que la couche en titane pur ou allié est collée sur la couche en matériau diélectrique.
14. Détecteur de rayonnement selon l'une des revendications 3 à 12, caractérisé en ce que la couche en titane pur ou allié est déposée par pulvérisation, évaporation, dépôt chimique, dépôt électrolytique sur la couche en matériau diélectrique.
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