Brevet FR2345806A1 — publié le 19771021

La présente invention a trait 13 des intensificateurs d'image destinés à etre utilisés avec un rayonnement de haute energie, par exemple un rayonnement x ou neutronique. Des intensifi.cateurs connus sont soit indirects, soit directs. Dans un intensificateur indirect, un système optique est utilise pour permettre à l'image,formée sur la substance luminescente d'un ecran fluorescent d'entrée,d'être vue et intensifiée par un système intensificateur aligné selon un certain angle par rapport au faisceau d'énergie traversant l'écran antérieur. Ces intensificateurs ont un rendement sensiblement moindre que l'intensificateur du type direct, dans lequel les substances luminescentes d'entre et de sortie sont alignées avec le faisceau d'énergie, à cause de la distance de la substance luminescente antérieure au système intensificateur et des pertes dans le système optique. Une autre difficulté avec des intensificateurs connus est que plus l'énergie du faisceau incident de rayonnement est élevée, plus la part de cette énergie stoppée par la substance luminescente est faible. Si écran de substance luminescente est rendu plus épais, pour arrêter davantage d'énergie, davantage de lumière engendrée par des substances luminescentes classiques est perdue en rayonnement latéral, de sorte qu'elle n'atteint pas écran de sortie. Ainsi, il existe une épaisseur optimale pour une substance luminescente classique au dela de laquelle le rendement de l'intensificateur est reduit. Un procédé antérieurement suggéré en vue d'accroître le rendement de l'intensificateur est d'utiliser une couche de substance luninescente plus mince mais plus absorbante et de telles substances tel que l'oxysulfure de gadolinium activé au terbium, ou des substances à base driodures, ont été développées qui sont beaucoup plus absorbantes. Mais même @es développements, toutefois sont encore insuffisants nour un rayonnement de trés haute énergie, par exemple, de l'ordre de 8 Mev. Un des buts de la présente invention est de realiser un intensificateur d'image destiné a être utilisé avec un rayonnement de haute énergie, et qui couine le rendement supérieur d'un intensificateur d'image direct a un écran fluorescent d'entrée perfectionné. Selon la présente invention, un intensificateur d'image direct comporte un tube à vide en verre possédant un écran fluorescent d'entrée sur une face terminale et un écran fluorescent de sortie de plus petite surface sur l'autre face terminale1 écran fluorescent d'entrée entant un écran composite comportant une couche métallique, une couche de substance luminescente superposée au métal et une photocathode superposée à la couche de substance luminescente. La couche métallique de écran composite peut être sous la forme d'une feuille mince d'un matériau de numéro atomique élevé, tel que ci-après défini, auquel cas le matériau composite peut être fixe à un autre élément support de matériau qui est relativement transparent au rayonnement. La substance luminescente peut être choisie parmi des oxysulfures convenablement activés de nombreux éléments des terres rares, par exemple, des oxysulfures de gadolinium, d'yttrium, de lutetium ou de lanthane, un choix préféré étant ltoxysulfure de gadolinium activé au terbium. En variante, des matériaux scintillants à base d'iodures peuvent être utilisés, dont un exemple est l'iodure de césium activé au sodium. Les matériaux de numéro atomique éleve qui peuvent être utilisés sont ceux ayant un numéro atomique égal ou supérieur à celui du cuivre qui est 29. Des exemples sont le cuivre, le tungstène ou le plomb. Lorsque le métal de écran composite est sous la forme d'une feuille, les épaisseurs de la feuille et de la substance luminescente necessaires en combinaison donnée quelconque peuvent être déterminées par expérimentation simnle pour produire l'efficacité maximale de la combinaison feuille et substance luminescente pour la plage requise des énergies du rayonnement. Ainsi, la couche de substance luminescente sera de l'ordre de 100 à 200 microns d'épaisseur, tandis que la feuille de métal sera de l'ordre de 0,05 a 0,5 L'élément support peut être une feuille d'aluminium ou une couche de verre à l'avant du tube à écran fluorescent. Unrex@@ple d'un intensificateur réalisé selon la présente invention est représenté sur la figure annexe sur laquelle on peut voir un tube intensificateur d'image direct 2 qui comporte un corps réalisé en verre et ayant un écran fluorescent d'entree 3 sur une face terminale 4 et un écran fluorescent de sortie sur l'autre face terminale 6 qui est de surface plus petite. Le tube est vidé et confient des électrodes 8 pour concentrer sur écran de sortie les électrons émis par l'écran d t entrée. L'écran d'entrée consiste en une pièce encastrée de substance luminescente fluorescente aux rayons X 10 supportée par une photocathode 12 qui convertit la lumière engendrée par la substance luminescente en électrons. En avant de la substance luminescente se trouve une feuille 14 d'un des matériaux ayant un numéro atomique élevé, c'est-à-dire du cuivre, qui ralentit les photons de rayons X à haute énergie à une vitesse a laquelle ils activent la substance luminescente procurant ainsi un plus grand rendement de conversion a écran. La substance luminescente peut être réalisée à partir d'une quelconque des combinaisons précitées qui soit compatible avec la feuille, mais la combinaison préférée est l'oxysulfure de gadolinium activé au terbium. La pièce encastrée peut être réalisée par depEt sous vide de la substance luminescente sur la feuille et ensuite par un autre dépôt du matériau de photocathode sur la substance luminescente. Afin de-procurer la rigidité structurale nécessaire pour résister au vide régnant à l'intérieur du tube, la substance luminescente avec a feuille support est fixée a un élément support 16 sous la forme d'une feuille d1aluminium extérieure t6 qui est relativement transparente au faisceau d'énergie et a peu d'influ- ence sur le rendement de l'écran dans son ensemble. L'épaisseur de la feuille d'aluminium doit être le minimum compatible avec la rigidité requise. L'écran tout entier 3 est réalisé seuls la forme d'une pièce rapportée de 304,8 mm de diamètre et est incruste' dans le verre et fixé au verre tout autour de sa périphérie en utilisant un joint au verre progressif. Dans une variante de réalisation, 1'élément support 16 peut comporter une partie antérieure en verre qui procure la rigi dite' structurale et remplace la couche d'aluminium, la substance luminescente avec sa feuille étant incrustée dans le verre et fixée a celui-ci, ou peut être simplement déposée ou fixée sur la partie antérieure en verre. Les processus nécessaires pour déposer ou fixer les substances luminescentes sur les métaux ou le verre dans l'écran composite, et les joints au verre progressifs nécessaires pour sceller l'ecran au tube dans les différents mode de réalisation de l'invention sont connus dans la technique, mais sont relativement compliqués et ne sont pas décrits en détail. Par exemple, des techniques de dépôt,par évaporation sous vide,classiques peuvent être utilisées comme dans la fabrication d'intensificateurs d'image à rayons X connus. Les épaisseurs de la feuille et de la substance luminescente sont optimalisées pour produire l'excitation maximale de la substance luminescente a la fois par rayonnement à haute énergie direct traversant la feuille et par les photons secondaires d'énergie inférieure dispersés par la feuille. La substance luminescente à base de terre rare ou d'iodure de césium 10 possède un pouvoir d'absorption de rayonnement plus élevé, de sorte qu'elle sera plus efficace en réagissant avec les photons de rayons X pour produire de la lumière et elle réagira avec des photons d'énergie plus élevée. Ainsi, une couche plus mince, en comparaison d'une substance luminescente classique, aura le même pouvoir d'absorption, et ceci réduira la dispersion latérale de lumière ê partir de la substance luminescente. Le matériau en feuille 14 ayant un numéro atomique élevé possède également un pouvoir d'absorption de rayonnement élevé et son épaisseur peut être adaptée à la substance luminescente pour rendre maximal le rendement de l'écran dans son ensemble. Un rayonnement X indiqué par les flèches 22 traversant un objet 24 rencontre l'écran d'entrée de l'intensificateur d'image. L'image produite sur la photocathode de l'écran d'entrée est intensifiée et concentrée par l'anode S8 sur l'écran de sortie 20 qui peut être un écran-de sortie d'intensificateur d'inage elassique. L'image intensifiée résultante est vue par un système d'observation d'image (non représenté) qui peut être un système de télévision et qui peut comprendre des moyens pour procurer un enregistrement permanent de l'image, par exemple un enregistreur à hande vidéo ou un enregistreur a film photographique. Un tel in*ensificateur peut atre utilisé pour former des images. d'objets en utilisant la radiographie par neutrons, auquel cas l'écran peut comporter une feuille d'aluminium de qualité réacteur élevée avec une couche d'oxysulfure de gadolinium déposée sous vide sur un de ses cotés conjointement avec une couche de photocatiode. Selon l'épaisseur de la feuille d'aluminium, elle peut entre fixée a un autre élément support, rar exemple un écran de verre. Dans une variante de réalisation, un filtre supplémentite- en cuivre ou en plomb 26 peut etre nécessaire pour des rayons X de haute énergie pour éliminer un rayonnement de faible énergie dispersé à partir de l'objet. Ce filtre serait placé devant l'écran d'entrée de l'intensificateur. REVENDICATIONS 1 - Intensificateur d'image direct, caractérisé en ce qu'il comporte un tube à vide en verre ayant un écran fluorescent d'entrée sur une face terminale et un écran fluorescent de sortie plus petit sur l'autre face terminale, l'écran fluorescent d'entrée étant un écran composite comportant une couche métallique, une couche de substance luminescente superposée au métal, et un matériau de photocathode superposé à la couche de substance luminescente. 2 - Intensificateur d'image direct selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche métallique est sous la forme d'une feuille mince d'un matériau ayant un numéro atomique élevé et l'écran composite comprend en outre un élément support d'un matériau qui est relativement transparent au rayonnement. 3 - Intensificateur d'image direct selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément support est une couche de verre à l'avant de l'intensificateur à laquelle l'écran composite est fixé. 4 - Intensificateur d'image direct selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément support est une feuille de métal et l'écran composite forme une pièce rapportée dans l'avant de l'intensificateur qui est fixée autour de sa périphérie a l'intensificateur avec un joint au verre progressif. 5 - Intensificateur d'image direct selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément support est une feuille d'aluminium 6 - Intensificateur d'image direct selon l'une des revendications précédentes, caractérise en ce que la couche de substance luminescente est un oxysulfure d'un élément des terres rares. 7 - Intensificateur d'finage direct selon a revendication 6, caractérisé en ce que la couche de substance luminescente est de 1toxysulfure de gadolinium activé au terbiucr. 8 - Intensificateur d'image direct selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche de substance luminescente est de l'iodure de césium activé au sodium. 9 - Intensificateur d'image direct selon la revendication 2, caractérisé en ce que la feuille est réalisée a partir d'un quelconque des metanx, cuivre, tungstène, tantale ou plomb.