Brevet FR2212635A1 — publié le 19740726

La présente invention concerne les tubes intensificateurs d'images pour rayons x ou > ' et particulièrement l'ensemble scintillateur-photocathode de ces tubes. Ces tubes comportent comme on sait, dans une enveloppe sous vide, généralement disposés aux deux extrémités de celle-ci, deux écrans de sortes différentes : l'un, ou écran d'entrée, recevant le rayonnement X ou Y et au sein duquel s'effectue la transformation de ce rayonnement en photons optiques agissant sur une photocathode, partie intégrante de cet écran, capable d'émettre, sous l'effet de ces photons, des électrons ; l'autre, ou écran de sortie, luminescent, vers lequel sont accélérés ces électrons, l'impact de ceus-ci produisant sur cet écran la trace lumineuse observée. L'intensification résulte de l'énergie conférée aux électrons par la source assurant leur accélération vers l'écran de sortie. La présente invention se rapporte aux premiers de ces écrans, c'est-à-dire aux écrans d'entrée. Ces écrans sont constitués généralement de trois éléments qui sont : une couche d'un matériau fluorescent, ou scintillateur; recevant le rayonnement X oiL et le convertissant en photons du spectre optique de nature à impressionner les photocathodes habituelles ; une couche d'arrêt appliquée contre la précédente et une couche, ou photocathode, en un matériau photo-émissif en contact avec la précédente, capable dans certaines conditions d'Xmettte des électrons sous l'effet des photons en provenance de la couche fluorescente. La couche d'arrêt, comme son nom l'indique, a pour rôle d'empêcher les réactions chimiques entre le scintillateur et la photocathode préjudiciables au bon fonctionnement de l'écran d'entrée et du tube dans son ensemble. Devant être transparente de façon à permettre le passage des photons optiques, elle était très généralement faite en verre. On considérait en outre que pour êtreuefficace elle devait présenter une épaisseur de l'ordre du 1/10 de min, dans le cas des scintillateurs et des photocathodes le plus couramment utilisés dans la technique des intensificateurs d'images à rayons X ou Y , à savoir des scintillateurs constitués de sulfure de zinc, d'oxysulfure de gadolinium ou d'halo ménures alcalins, et des photocathodes en antimoniures alcalins. Or, des couches 'arrêt épaisses présentent plusieurs inconvénients : par l'épaisseur de la lame à faces parallèles qu'elles constituent, elles détériorent la définition de l'image lors de sa transmission du scintillateur à la photocathode et, par les réflexions qu'elles provoquent, une perte de contraste de l'image. Ces inconvénients sont d'autant plus marqués que, toutes choses égales, l'épaisseur de la couche d'arrêt est plus grande. La présente invention a pour objet des tubes intensificateurs d'image à rayons X ou Y dans lesquels ces inconvénients sont évités ou tout au moins sensiblement réduits, grâce à l'emploi de couches d'arret d'une épaisseur incomparablement plus réduite que celles de l'art antérieur. Elle s'applique particulièrement bien au cas de photocathodes en antimoniures alcalins de l'un ou plusieurs des métaux du groupe formé par le sodium, le potassium et le césium et de scintillateurs faits d'halogénures alcalins, iodure de césium activé au thallium ou au sodium, ou iodure de sodium activé au thallium, par exemple. l'invention sera mieux comprise par la description qui suit et les figures qui y sont jointes qui représentent, la première, schématiquement, un tube intensificateur auquel s'applique l'invention, la seconde une coupe montrant les éléments constitutifs de l'ensemble scintillateur-photocathode d'un tel tube et la troisième, sur son support, une portion agrandie d'un tel ensembledprès l'invention. Sur la figure 1 on distingue, en 1, une source de rayons X ou )f dont le faisceau est limité aux deux traits obliques de la partie droite de la figure, en 2,l'objet à observer, et en 3, l'écran de sortie sur lequel se fait cette observation. En 4 est représenté sur cette figure l'écran d'entrée du tube intensificateur dont 5 représente l'enveloppe à vide ; les traits obliques à l'intérieur de cette enveloppe figurent le faisceau d'électrons par lequel l'image optique donnée par l'écran d'entrée 4 est transformée en une image visible sur l'écran luminescent 3 ; sur cette figure 6 représente sommairement l'en- semble des moyens employés pour produire l'impact du faisceau d'électrons sur l'écran de sortie 3. ta figure 2-montre en coupe schématique 11 ensemble scintil lateur photocathode d'un tube intensificateur d'image à rayons x ou g constitué du scintillateur 41,exposé au rayonnement X ou Y incident (flèche),de la couche d'arrêt 42 et de la photo cathode 43, dont les épaisseurs respectives ont été choisies -arbitrairement. Les essais de la Demanderesse ont montré que, dans le cas de scintillateur en halogénures alcalins 8t de photocathodes en anti moniures alcalins en particulier, cette couche d'arrêt pouvait présenter une épaisseur beaucoup moins grande que celle de l'art antérieur, lorsqu'elle consistait en un verre au phosphomolybdate à 20 à 80g en poids d'oxyde de molybdène MoC3 , préparé dans les conditions qui sont précisées ci-desssous. Pans une variante de l'invention donnée à titre non limitatif et qui eat elle de la figure 3, il a été réalisé un écran d'entrée comportant sur un support 7 en alumintum, de 220 mm de diamètre, en forme de calotte sphérique présentant un rayon de courbure de 200mm, et d'apaisseur 0,5 mm, un premier dépit 50 de iodure de césium activé au sodium d'une centaine de microns d'épaisseur, constituant le scintillateur, puis sur ce premier dépit , par évaporation sous vide, à partir de deux nacelles en molybdène, placées près du centre de courbure de la calotte sphérique, contenant quelques milligrammes, l'une de pentoxyde de phosphore P205, l'autre d'oxyde de molybdène MoO3, un second dépôt 51, sans hachures pour la clarté de la figure, constituant la couche d'arrêt, d'une épaisseur de l'ordre de 10 nanomètres. Le chauffage nécessaire à l'évaporation du contenu des nacelles est appliqué à celles-ci lorsque le vide dans l'enceinte atteint 6 Torr. On obtient alors un dépôt d'anhydride phosphomolybdique. sur le scintillateur 50 mêlé à un excès de pentoxyde de phosphore. La teneur de ce dépôt en oxyde de molybdène MoO3 dépend des quantités des produits contenus dans les deux nacelles, compte tenu qu'une grande partie du peroxyde de phosphore est évacué par les pompes alors qu'au contraire la majeure partie de l'oxyde de molybdène se dépose sur le scintillateur 50. La préparation était complétée ultérieurement par dépôt, sur la couche d'arrêt 51, d'une couche d'antimoniure de césium, par exemple, constituant la photocathode ; on procédait par dépôts sucessifs de cesium et d'antimoine. Au cours de l'activation de la photocathode dans le tube terminé, tel qu'il apparaît sur le schéma de la figure 1, il y a transformation de l'anhydride phosphomolybdique précédant en phosphomolybdate du ou des métaux alcalins entrant dans la constitution des photocathodes usuelles de ce genre de tube, à savoir les cathodes en antimoniures alcalins, tandis que l'excès de pentoxyde de phosphore, qui distillé au cours de cette-activa- tion,est évacué dans les pompes. Il reste alors une couche d'arrêt constituée d'un verre au phosphomolybdate présentant la teneur indiquée plus haut en oxyde de molybdène Mou3; à savoir 20 à 80% en poids. La figure représente très agrandie une petite portion de l'écran dont la courbure n'spparait pas à ltéchelle de la figure;pour des raisons de clarté, les épaisseurs des différents sans éléments ont été choisis T rapport avec la réalité, sur cette figure. Cette couche d'arrêt, quoique de très faible épaisseur, était suffisante pour protéger la photocathode contre toute attaque chimique de le part dl matériau scintillateur et lui assurer des propriétés ne se dégradant pas dans le temps, comme l'ont montré les essais de durée faits par la demanderesse. Sur d'autres exemples de réalisation, la couche d'arrêt atteignait 30 nanomètres ; sur d'autres enfin elle a pu être réduite jusqu'à une épaisseur de 1 nanomètre. Dans tous les cas une bonne protection était obtenue Il y a lieu de faire certaines remarques sur la couche d'arrêt en question. Cette couche est généralement poreuse, mais les porosités qu'elle présente ne gênent en rien la protection qu'elle exerce sur la photocathode. Cette couche très fine se présente comme un verre la plupart du temps légèrement coloré. Cette coloration entraîne par rapport au cas ae couches d'arrêt colorées une diminution de la sensibilité qui toutefois ne dépasse pas 10 % . De sorte que cette coloration peut 8tre,au contraire, recherchée pour éliminer par absorption les rayons réfléchis par la photo cathode vers le scintillateur et qui auraient tendance à revenir sur celle-ci. Une telle coloration améliore,grtce à cette élimination, le contraste de l'image en photons optiques reçue par la photocathode,et celle de l'image définitive sur l'écran de sortie. C'est pourquoi dans une variante de l'invention on a prévu de colorer à deSeinla couche d'arr8t par évaporation d'aluminium sirmltanément à l'évaporation précédente, à partir d'une petite quantité de ce métal, de l'ordre d'une fraction de milligramme, contenu dans une troisième nacelle placée près des précédentes. Le nickel-chrome à 80-20 a été également utilisé à cette fin. Enfin, la couche d'arrêt 5t présente au point de vue électrique les caractéristiques d'un semi-conducteur, alors que dans l'art antérieur les couches d'arrêt en verre étaient isolantes. Ce fait est mis à profit dans les tubes de l'invention pour supprimer la couche conductrice présente généralement entre la couche d'arrêt et la photocathode pour définir le potentiel de cette dernière et assurer le retour des électrons. La couche d'arrêt semi-conductrice des écrans de l'invention assure ces fonctions de façon satisfaisante pour des courants du faisceau émis par la photocathode de Tordre de quelques nanoampères comme usuel dans les intensifications dtimages. La présence de métal, du nickel-chrome en particulier,augmente la conductibilité de la couche d'arrêt et son efficacité à cet égard. REVENDICADIONS 1. Tube à image pour rayons X ou Y comprenant un écran d'entrée, formé d'un scintillateur, d'une couche d'arrêt et d'une photocathode, exposé par son scintillateur audit rayonnement, un écran de sortie; luminescent, et des poyens pour accélérer et focaliser vers cet écran les électrons provenant de la photocathode lorsque l'écran d'entrée est exposé audit rayonnement, de manière à obtenir par impact desdits électrons sur l'écran de sortie une image visible, caractérisé en ce que ladite couche d'arrêt consiste en un verre au phosphomolybdate contenant 20 à 80 ffi en poids d'oxyde de molybdène MoO3 2. Tube à image suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite couche d'arrêt comprend des traces d'aluminium. 3. Tube à imago suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite couche d'arrêt comprend des traces d'un nickel chrome à 80* de nickel. 4. tube è image selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite couche d'arrêt a une épaisseur comprise entre 1 et 30 nanomètres. 5. Tube à image selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit scintillateur est constitué d'un halogénure alcalin et d'un ac-tivateur. 6. Tube à image suivant la revendication 5, caractérisé en ce que ledit halogénure alcalin est l'iodure de césium. 7. Tube à image selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit halogénure alcalin est l'iodure de sodium. 8. Tube à image suivant l'une des revendications 6 ou i caractérisé en ce que ledit activateur est le thallium. 9. Tube à image suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite photocathode comprend un antimoniure alcalin. 10. Tube à image suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite photocathode comprend de l'antimoniure de césium.