Brevet FR2269739A1 — publié le 19751128

L'invention concerne un dispositif électroradiographique comportant deux électrodes qui doivent être connectées z une source de tension continue et entre lesquelles se trouve un gaz à atomes lourds soumis à pression et absorbant fortement les rayons X, gaz auquel est ajouté une petite quantité d'un autre gaz, le dispositif comportant également une feuille isolante élaborée sur l'électrode à potentiel positif. Un tel dispositif est connu de la demande de brevet allemand N 2.258.364. Le positionnement des électrodes et de la feuille isolante par exemple en mylar,a été indiqué schématiquement sur la figure i sans respecter une échelle. Cette figure i montre une première électrode plane i, connectée à la masse. En face de cette électrode 1 se trouve une deuxième électrode plane, connectée à un potentiel négative. Surl'lectrode 1, on a aménagé une feuille en matière diélectrique. Cette feuille a des propriétés isolantes excellentes et est par exemple en mylar. La distance entre les électrodes est par exemple égale à 10 mm, cependant que la pression (tension) du gaz entre les électrodes est égale à 8 atmosphères (i atmosphère = 760 Torrs).La distance entre-les électrodes et la tension gazeuse sont choisies de façon que le gaz absorbe-une quantité suffisamment grande des rayons X. Les détails constructifs de ce dispositif ne forment pas l'objet de l'invention; c'est pour- quoi l'on se contente ici de m--ntionner la demande précitée, voiren particulier les figures 1, 5 et 6 accompagnant celle-ci. A ltarrivée d'uh faisceau de rayons X sur la surface des électrodes, (ce faisceau frappant quasi perpendiculairement cette surface) le gaz qui se trouve entre les électrodes 1 et 2 et qui de préférence est un gaz rare à atomes lourds, par exemple le Xénon ou le Crypton, est ionisé. Les ions et électrons engendrés de le sorte subissent une accélération dans leur mouvement vers les électrodes 2 et 1. Les électrons frappent la feuille isolante 3 et établissent sur celle-ci une image de charge électrique négative qui représente de façon précise la répartition de llintensité du rayonnement en question. La tension continue E entre les électrodes est telle qu'il se produit une décharge non autonome dans ce que l'on appelle la région de plateau de le courbe de Townsend. Dans cette region, pratiquement tous les ions et électrons engenârds par le faisceau de rayons X parviendront aux électrodes et ne forment à cette occasion aucun porteur de charge supplémentaire. Dans le document allemand précité, il est toutefois précisé également que le dis- positif peut fonctionner dans ce que l'on appelle la région à caractère d'avalanche.Dans cette région, par suite de l'accéléra- tion à laquelle donne lieu le champ électrique régnant entre les électrodes, les ions et électrons engendrés directement par les rayons X engendreront d'autres porteurs de charge du fait que lesdits ions et électrons entrent en collision avec les atomes et les molécules du g8z. Aceme occasion, deoeefficiants d'amplification jusque 104 sont possibles. Le fonctionnement dans la région à caractere d'avalanche signifie toutefois le risque que des décharges peuvent se produire de façon autonome et qu'une disruption (des disruptions) n'est (ne sont) pas exclue(s) entre les électrodes.Apparemment dans le but d'éviter cela, on a indiqué dans ladite demande de brevet que le mélange gazeux entre les électrodes comporte par exemple 1,+ d'un gaz extincteur quelconque, par exemple du méthane. Ci-dessus il a djè été précisé qu'une image de charge électrique négative est formée sur la feuille lorsque celle-ci est située sur l'électrode positive. Par contre, lorsque la feuille 3 se trouve sur ltélectrote négative (voir la figure 2), il se forme une image de charge positive. Or, on a constaté que l'image de charge positive a un pouvoir de résolution qui est bien meilleur que celui de l'image de charge négative.Par exemple dans le cas d'un dispositif dans lequel la distance entre les électrodes est égale à 10 mm, cependant qu'une pression (PO) égale à 8 atmosphères règne entre les électrodes, la tension continue (E) étant telle qu'elle conduit 9 un rapport E/p = 2,5 V/cm Torrs, on a obtenu pour l'image de charge positive un pouvoir de résolution égal à 18 pl/mm (pl/mm = paires de lignes par mm), cependant qu'en présence d'une image de charge négative formée dans le même dispositif, le pouvoir de résolution n'était égal qu'à 4 pl/mm. A l'heure actuelle, le développement d'images de charge positive et négative peut avoir lieu à ltétat sec ou à "l'e'tat humide".Si l'image de charge positive est traitée avec un agent révélateur à charge négative, la qualité des images obtenues de la sorte est de loin inférieure à celle des images pouvant être obtenues avec des agents révélateurs liquides à charge positive. Lors de l emploi du dispositif connu, on a les possibilités suivantes: i)- la feuille isolante est placée devant l'4lectrode négative, et dans ce cas, bien que l'on obtienne une image de charge électrique positive dont le pouvoir de résolution est excellent, eme en ce qui concerne les plus petits détails, la qualité des images obtenues lors de la conversion de ladite image de charge en image visible ne donne pas satisfaction; 2) la feuille isolante est posée sur l'électrode négative; dans ce cas, on obtient une image de charge négative qui tout en pouvant bel et bien être convertie de façon simple en une image visible de qualité élevée, ne présente pas moins des détails qui sont reproduits de façon beaucoup moins bonne que dans le cas d'une image de charge positive. C'est pourquoi le but de l'invention est de procurer un dispositif alectroradiographique qui appartient au genre mentionné dans le préambule et qui est conçu de façon à conduire à une image de charge électrique négative dont le pouvoir de résolution est amélioré fortement. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, le but précisé ci-dessus est atteint du fait que le gaz ajouté au mélange gazeux entre les électrodes a une forte probabilité d'accumulation (captation) à l'sagard des électrons. Les atomes et les molécules d'un tel gaz ont la propriété qu'à l'occasion de l'ionisation du xénon ou du crypton à laquelle donnent lieu les électrons formés par le faisceau de rayons X dans le dispositif, lesdits atomes et molécules "captent" (accumulent) lesdits électrons déåà après un trajet qui est court en comparaison à la distance entre les électrodes. En volume, la quantité de gaz ajouté est comprise entre 0,1f et 10C/o, de préférence entre 1% et 3%. L'invention est basée sur l'idée que dans le cas d'une image de charge négative, le pouvoir de résolution inférieur est du au fait que les électrons qui engendrent cette image de charge, divergent dans une certaine mesure par suite de diffusion transversale après la formation desdits électrons sous l'influence du faisceau ioniseur. Bien que cet effet puisse être observé également en ce qui concerne des ions positifs formés par ionisation, ledit effet est beaucoup moins prononcé qut en ce qui concerne les électrons, en raison de ce que le quotient du rapport entre la constante de diffusion et la mobilité pour les ions positifs est d'un ordre de grandeur inférieur à celui pour les électrons. Par l'ajout d'un gaz à forte probabilité d'accumulation, on obtient maintenant que la feuille diélectrique posée sur l:électrode positive n'est pratiquement plus frappée par les électrons, mais uniquement par des ions négatifs qui se forment du fait que les atomes et les molécules dudit gaz ajouté captent ou accumulent les électrons. Le quotient du rapport entre le coefficient de diffusion et la mobilité de ces ions négatifs est toutefois beaucoup plus petit que le quotient correspondant obtenu pour les électrons et correspond environ à celui obtenu pour les ions de xénon positifs, de sorte que l'on dispose d'une image de charge négative dont le pouvoir de résolution est am4- lioré fortement. En plus de la probabilité de captation que présente pour les électrons le gaz ajouté au mélange gazeux entre les électrodes, l'activité du gaz ajouté est influencée également par la durée de vie moyenne d'un ion négatif formé du fait qu'un.atome ou une molécule du gaz ajouté a capté un électron. La probabilité de la dégradation de la qualité de l'ion négatif à l'occasion de la collision avec les molécules du gaz principal joue un certain rôle aussi. L'activité du gaz ajouté dans le but d'améliorer le pouvoir de résolution est donc établie du fait qu'une molécule dudit gaz "capte" ou accumule un électron qui est engendré par l'ionisation du faisceau de rayons X. L'ion négatif poursuit alors son chemin dans le champ électrique avec une vitesse qui, comparée à celle de ltélectron, est inférieure de quelques ordres de grandeur et avec une faible diffusion. Après une durée déterminée, de façon spontanée ou par induction résultant d'une collision, il est de nouveau débité un électron que capte un autre molécule ou atome du gaz ajouté, etc., jusqu'à ce qu'un ion négatif se précipite sur la mince feuille isolante élaborée sur l'électrode. Dans le sens de l'invention, les gaz énumérés ci-dessous sont des gaz à forte probabilité de captation (d'accumulation) à 1 'égard d'électrons: 1. Gaz anorganiques à faible poids moléculaire et à forte affinité électronique, c'et-à-dire des gaz qui ont des atomes fortement électronégatifs qui sur la base de la structure orbitale (tout au plus deux électrons manquant dans l'orbite extérieure) convien nent pour la captation ou accumulation d'él.ec+rons. Pari ces gaz, on cite par exemple les suivants: F2, Ci2, Br2, N02, SF6, SeF6, HC1, HEr, 02, S02, NF3. 2. Substances organiques très volatiles doht la structure orbitale, par suite de l'inclusion d'atomes ou de groupe d'atomes électron négatifs, esr influencée de façon à conduire à l'inclusion d'un autre électron avec réduction de l'énergie du système.Parmi ces gaz, on cite Tiar exemple les suivants: Cul4, CH3J, CC13F, C2H3Cl, CH2Cl2, 2 2 2 3 C2C4, C4E7C1, et C7F1A, la gamme de gaz répon- dant à la formule C E.yhF dans laquelle A est un atome cu un groupe d'atomes électronégatifs, comme par exemple F,C1,Br,J,NO2, CN ou plusieurs de ces atomes simultanément dans une molécule. par exemple CFC13). Lors de la captation ou accumulation de l'élec- tron, une quantité d'énergie est libérée et provoque une plus forte activité de la molécule, cette plus forte activité pouvant à son tour conduire à une émission spontanée de l'électron. Plus grande est la molécule, plus grand est le nombre des possibilités qui sont dis-ponibles pour l'absorption de l'énergie d'accumulation. Cette énergie peut être évacuée également à l'occasion de la col lision avec un troisième partenaire. Les périodes d'accumulation d'électrons de cette substance ont été examinées. (voir par exem ple la publication "Journal of Chemical Physics", Volume 58, page 1800 (1973). 3. Substances organiques à structure dtespace compliquée et à forte contrainte ("strain") interne, qui lors de la captation d'un élec tron peuvent acquérir un autre état moléculaire stable, ce qui est par exemple le cas de la substance cyclootatétraène. (C8H8). Dans le sens de l invention, il est intéressant que le dispositif fonctionne dans la région de plateau de la décharge de Townsend. Dans ce cas, l'ajout d'un gaz extincteur dans le but de supprimer des décharges indésirables n'est pas indispensable. Dans le cas d'emploi de xénon, qui, conte dans le dispositif connu, est utilise de préférence comme gaz principal, la-région en question est obtenue en présence d'un rapport F/p = 1,5...2,5V/cm Torrs et davantage. Ci- dessous, on donne quelques exemples qui illustrent l'effet de l'ajout d'un gaz conforme à l'invention.Dans ce cas; on a utilisé une chambre qui contenait -deux électrodes métalliques parallèles planes situées en-=regard et séparées par une distance de 1 cm, et du xénon gazeux à degré de pureté environ égal à 99,985. Les deux électrodes étaient connectées- aux bornes d'une source de tension continue. Le rayonna ment amis par un tube de Röntgen utilisé dans le diagnostic médical traversait une grille en plomb qui an ce qui concerne Sa forma correspondait à une grille de plomb utilisée pour tester des images radiographiques (grille fabriquée par la firme Funk).La tension branche sur les électrodes et la tension gazeuse étaient telles qu'elles soient conduites à un rapport E/p=2,5V/cm Torrs (pour l'exemple 1) et 1,8V/cm Torrs. (dans les exemples 2 et 3). La pression du xénon gazeux était dans ce cas égale à 8 atmosphères. Après exposition, l'image de charge de la feuille e été visualisée selon la poralité à l'aide d'un agent révélateur électrophotographique adéquat. Toutes autres conditions restant égales d'aillPurs, on a trouvé comme pouvoir de résolution les valeurs suivantes: gaz gaz abouté E/po image de charge pouvoir de résolu tion (Fl/mm) Exemple 1 Xe - 2,5 positive 18 Xe - 2,5 négative 4 Xe 3 Vol.-% 2,5 négative 20 SF6 Exemple 2 Xe . ~ 1,78 positive 14 Xe - 1,78 négative 3,3 Xe 0,25 Vol.-% 1,78 négative 19-20 C 2C14 Exemple 3 Xe - 1,78 positive 14 Xe - 1,78 négative 3,3 Xe 130 ppm 1,78 - négative 11 C8H8 Par contre, si au gaz principal (xénon) on ajoutait du méthane qui dans la demande de brevet allemand S 2.258.364 a été mentionné comme gaz ajouté, le pouvoir de résolution ne subisseit aucune influence perceptible. On a pu constater que les ajouts de gaz décrits ci-dessus influençaient favorablement le pouvoir de résolution également dans le cas d'images de charge positive. En cas de non ajout de gaz dans le sens de l'invention, le pouvoir de résolution d'une image de charge positive est notamment influencée défavorablement du fait que par suite de l'interaction de Coulomb avec les électrons diffusant rapidement, les ions positifs diffusent dans une plus forte mesure. En raison de ce que maintenant les électrons sont absorbés surtout par le gaz ajouté, et que les ions négatifs engendrés de la sorte ne diffusent pas dans une mesure aussi forte que les électrons, la diffusion des ions positifs est moins prononcée aussi. Par conséquent, le pouvoir de résolution de l'image de charge positive a été amélio ré. RVFNi)ICATIONS: t. Dispositif électroradiographique comportant deux électrodes qui doivent être connectées à une source de tension continue et entre lesquelles se trouve un gaz à atomes lourds soumis à pression et absorbant fortement les rayons X, gaz auquel est ajouté une petite quan tité d'un autre gaz, le dispositif comportant également une feuille isolante élaborée sur l'électrode à potentiel positif, caractérisé en ce que le gaz ajouté au mélange gazeux entre les électrodes a une forte probabilité l'accumulation (captation) à l'égard des électrons. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz ajouté est un gaz anorganique à poids moléculaire relativement bas et àatomes dont l'affinité électronique est relativement forte. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ee qu'on ajoute un gaz organique répondant à la formule générale C R R dans laquelle A indique un atome ou un groupe d'atomes forte xyz ment électranégatiqou une combinaison de plusieurs atomes ou groupes d'atomes fortement électronégatifs. 4. Dispositif selon la revendication i, caractérisé en ce qu'on a ajouté un gaz organique qui à l'occasion de la captation d'électrons acquiert un autre état moléculaire stable. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le gaz à atomes lourds est du xénon. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'en volume, le gaz ajouté constitue O,tss à 10'v, de préférence 1% à 3% du mélange gazeux total. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on a ajouté en volume 30 de SF6. 8. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'cnaajouté en volume Q,25c" de C2C14. 9. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on a ajouté au moins 130 ppm de cyclooctatétraène (C8H8). 10. Dispositif selon l'une des revendications t à 9, caractérisé en ce que la tension continue sur les électrodes est telle que le dispositif fonctionne dans la région de plateau de la décharge de Townsend. 11. Dispositif selon les revendications 5 et 10, caractérisé en ce que la tension continue est telle qu'en préserve d'une tension gazeuse égale à 8 atmosphères, le rapport entre l'intensité de champ électrique et la tension gazeuse est compris entre t V/cm Torrs et 6 V/cm Torrs, de préférence entre 1,5 V/cm Torrs et 2,5V/cm Torrs