Brevet FR2504277A1 — publié le 19821022

La présente invention concerne un détecteur le rayons X et notamment de rayons X qui ont traversé un objet et ou un organe qui sont fournis par une sour- ce ponctuelle émettant en direction de l'objet ou de l'organe, un faisceau plan de rayons X incidents pré- sentant une large ouverture angulaire et une faible épaisseur Cette invention s'applique plus particuliè- rement à la tomographie d'organes, mais également au contrôle industriel, tel que le contrôle de bagages par exemple. Ces détecteurs de rayons X permettent de me- surer l'absorption d'un faisceau de rayons X traversant un objet ou un organe, cette absorption étant liée à la densité des tissus de l'organe examiné ou la densité des matériaux constituant l'objet étudié. Si l'on veut établir la carte de densité d'un organe ou d'un objet, il est possible et connu d'en- voyer un faisceau plan de rayons X incidents sur cet objet ou cet organe, ce faisceau présentant une large ouverture angulaire et une faible épaisseur et, d'ob- server pour chaque position des faisceaux de rayons X incidents par rapport à l'objet ou l'organe, l'absorp- tion correspondante Une multiplicité de balayages dans des directions croisés, permet de connaître grâce au détecteur de rayons X, après un traitement numérique approprié des signaux recueillis sur les cellules du détecteur, la valeur de l'absorption des rayons X en un point du plan de coupe considéré, et ainsi de connaître la densité des tissus de l'organe ou la densité des matériaux constituant l'objet. La plupart des détecteurs de rayons X, à io- nisation, utilisés en tomographie sont de type multi- cellulaires et comportent des cellules délimitées par des plaques conductrices perpendiculaires au plan du faisceau de rayons X et portées alternativement à des potentiels positifs et négatifs Ces cellules sont si- tuées dans une enceinte étanche contenant un gaz ioni- sable Les avantages de ce type de détecteur multicel- lulaires, sont les suivants: ils procurent une bonne collimation des rayons X lorsque les plaques utilisées dans les cellules de détection sont constituées dans un matériau très absorbant; le temps de collection des charges résultant de l'ionisation du gaz par les rayons X est très faible à cause du faible espacement des pla- ques conductrices et de la bonne séparation entre les cellules de détection Cependant, ce type de détecteur présente des inconvénients importants: il est possible de diminuer l'épaisseur des plaques afin d'augmenter la quantité de rayons X détectés, mais au détriment de la collimation du fait de la faible épaisseur des pla- ques; cette faible épaisseur des plaques provoque en outre une microphonie très importante Enfin, les dé- tecteurs de ce type présentent une grande complexité de réalisation qui entraîne un coût de fabrication élevé et ils nécessitent un montage en salle dépoussiérée, car toute poussière sur l'une des plaques, peut provo- quer un amorçage ou une détérioration du courant de fuite entre deux plaques consécutives Il s'ajoute à ces inconvénients que les nombreuses plaques utilisées nécessitent des connexions électriques très nombreu- ses, à l'intérieur de la chambre étanche, ce qui pose des problèmes difficiles de fiabilité des soudures des connexions sur les plaques. On connaît un autre type de détecteur qui présente une structure beaucoup plus simple, mais qui n'est pas parfait Cet autre type de détecteur comprend une chambre étanche contenant un gaz ionisable par des rayons issus de l'organe ou de l'objet et, dans cette chambre, une plaque de collection des électrons résul- tant de l'ionisation du gaz; cette plaque est parallè- le au plan du faisceau de rayons incidents et elle est portée à une haute tension positive Une série d'élec- trodes de collection des ions résultant de l'ionisation du gaz par les rayons X issus de l'objet, est disposée parallèlement et en regard de la plaque précédente; ces électrodes de collection des ions sont portées à un potentiel voisin de O et sont dirigées vers la source qui émet les rayons X, en direction de l'objet Elles sont situées dans un plan parallèle au plan du faisceau des rayons incidents et fournissent respectivement un courant de mesure proportionnel à la quantité d'ions obtenus par l'ionisation du gaz en regard de chaque électrode, sous l'effet des rayons issus de l'objet ou de l'or ne, dans une direction correspondant à celle des rayons incidents. Ce type de détecteur présente certains avan- tages: il n'y a plus, comme dans le détecteur mention- né précédemment, de plaques de séparation; ceci élimi- ne tout phénomène gênant de microphonie Du fait de la suppression de ces plaques de séparation, la quantité de rayons X détectés est maximale; la réalisation de ce type de détecteur est très simple et il est très peu sensible aux poussières. Généralement, le gaz contenu dans la chambre d'ionisation de ce détecteur est un gaz tel que le xénon; ce gaz peut être additionné à d'autres gaz pour améliorer la détection. Ce type de détecteur présente un grave incon- vénient qui résulte du fait que lors d'une irradiation importante, les ions positifs tels que les ions Xe+, dont le nombre est important, migrent vers l'électrode la plus négative Ces ions entraînent les atomes de gaz, ce qui provoque à l'intérieur du détecteur, des mouvements de gaz entraînant des surpressions et des dépressions locales qui perturbent la sensibilité de la détection aux emplacements de ces perturbations De plus, ces perturbations ne sont pas situées à des en- droits fixes dans le détecteur, nais se déplacent dans celui-ci, ce qui perturbe encore plus les mesures de courants circulant dans les électrodes. L'invention a pour but de remédier à ces in- convénients et notamment de réaliser un détecteur de rayons X qui présente la structure qui vient d'être décrite, mais dans lequel on parvient, grâce à un gaz supplémentaire, à diminuer les perturbations de la sen- sibilité du détecteur, en atténuant les surpressions et dépressions qui apparaissent dans celui-ci, lors d'une irradiation importante. L'invention a pour objet, un détecteur de rayons X, apte par exemple à détecter des rayons ayant traversé un objet ou un organe et étant fournis par une source émettant, en direction de l'objet, un faisceau plan de rayons X incidents, ce faisceau présentant une large ouverture angulaire et une faible épaisseur, ce détecteur comprenant au moins une chambre d'ionisation étanche contenant au moins un gaz ionisable par les rayons issus de l'objet, et, dans cette chambre, une plaque de collection des charges résultant de l'ionisa- tion du gaz, cette plaque étant parallèle au plan du faisceau de rayons incidents et étant portée à un pre- mier potentiel et une série d'électrodes de collection des charges résultant de l'ionisation du gaz, ces élec- trodes de collection des charges étant portées à un second potentiel et étant dirigées vers la source, dans un plan parallèle au plan du faisceau de rayons inci- dents en regard de la plaque de collection des charges, ces électrodes de collection des charges fournissant un co';:eut réuil'tant de l'ionisation du gaz en regard de chacune des électrodes sou l'effet des rayons X, ca- ractéris 4 en ce que la chambre d'ionisation contient en outre un gaz électronégatif. 25042 f 7 Selon une autre caractéristique, le gaz élec- tronégatif est de l'hexafluorure de soufre. Selon une autre caractéristique, ce gaz élec- tronégatif peut être de l'oxygène ou de l'azote. Enfin, selon une autre caractéristique, le gaz ionisable est du xénon, ou un autre gaz neutre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui va suivre, donnée en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une figure schématique, en perspecti- ve, du détecteur conforme à l'invention; la figure 2 est une vue latérale du détecteur de l'invention, qui permet de mieux comprendre le fonc- tionnement de celui-ci. La figure 1 représente schématiquement et en perspective, un détecteur conforme à l'invention com- prenant une plaque 1 portée à une haute tension positi- ve +HT et, en regard, une série d'électrodes 2 portées à un potentiel voisin de O volt Cette plaque et ces électrodes sont situées dans une chambre principale 3 étanche, représentée schématiquement et qui contient au moins un gaz ionisable tel que le xénon par exemple, additionné d'un gaz électronégatif tel que l'hexafluo- rure de soufre SF 6, l'oxygène ou l'azote Ce détecteur permet de détecter les rayons X qui ont traversé un objet ou un organe O, ces rayons étant fournis par une source S qui émet en direction de l'objet ou de l'orga- ne, un faisceau F plan de rayons X incidents; ce fais- ceau présente une large ouverture angulaire et une fai- ble épaisseur La plaque 1 est parallèle au plan du faisceau de rayons incidents, tandis que les électrodes planes 2 sont situées dans un plan parallèle au plan du faisceau de rayons incidents, en regard de la plaque 1. La plaque 1 qui est portée à un potentiel positif voi- sin de quelques kilovolts, est une plaque de collection des charges négatives, notamment des ions négatifs SF 6 Les électrodes 2 sont des électrodes de collec- tion des ions positifs obtenus par ionisation du gaz contenu dans le détecteur Dans l'exemple décrit, ces ions positifs sont des ions Xe Les électrodes sont généralement portées par une plaque isolante (non re- présentée sur cette figure) et sont isolées électrique- ment entre elles Elles peuvent être obtenues par dépot de cuivre sur un support isolant La pression du xénon à l'intérieur de la chambre étanche a une valeur com- prise entre 5 et 30 bars; ce gaz peut d'ailleurs être additionné à d'autres gaz destinés à améliorer la dé- tection Les électrodes 2 forment des bandes convergen- tes en direction de la source ponctuelle S Les cou- rants qui circulent dans les électrodes 2, courants in- duits par le déplacement des charges, sont amplifiés par des amplificateurs 5, avant d'être traités par un système non représenté, permettant la visualisation d'une coupe de l'organe ou de l'objet étudié Les ions négatifs (SF 6 par exemple dans l'exemple considéré) sont captés par la plaque 1. La figure 2 représente schématiquement une vue latérale du détecteur de l'invention On distingue sur cette figure la plaque 1 portée à une haute tension positive +HT; cette plaque est supposée fixée à un support isolant 6 et on n'a pas représenté sur cette figure, la chambre étanche 3 On distingue également sur cette figure, l'une des électrodes 2, portée par une plaque isolante 7; cette électrode est reliée à l'un des amplificateurs 5 mentionné plus haut Dans le mode de réalisation du détecteur de l'invention, décrit en exemple, on suppose que le gaz de détection est du xénon et que le gaz électronégatif est de l'hexafluoru- re de soufre; par suite de l'ionisation du gaz de dé- 2504 ? 77 tection par les rayons X provenant de l'objet ou de l'organe O, l'électrode 2 reçoit des ions positifs Xe+, tandis que les électrons libérés sont entraînés vers la plaque positive 1 par le gaz électronégatif (L'hexa- fluorure de soufre SF 6, par exemple) Comme on l'a in- diqué plus haut, ce mélange d'au moins un gaz de détec- tion et d'un gaz électronégatif, permet, lors d'une ir- radiation importante qui crée un très grand nombre d'ions positifs (Xe dans l'exemple considéré), d'évi- ter des mouvements de gaz qui entraînent des surpres- sions et des dépressions locales perturbant la sensibi- lité de la détection Le gaz électronégatif introduit dans le détecteur, conformément à l'invention, permet de piéger les électrons libres provenant de l'ionisa- tion du gaz; il en résulte un mouvement d'ions néga- tifs en sens contraire de celui des ions positifs qui réduit l'importance des perturbations De préférence, le gaz électronégatif est un gaz inerte tel que l'hexa- fluorure de soufre, afin d'éviter toute corrosion dans le détecteur; il est cependant possible d'utiliser un gaz non inerte tel que l'oxygène par exemple, à condi- tion d'utiliser des électrodes et une plaque en or ou des électrodes et une plaque de cuivre recouvertes d'une feuille d'or. Il est bien évident que dans le détecteur qui vient d'être décrit, les moyens utilisés auraient pu être remplacés par des moyens équ valents, sans sortir du cadre de l'invention En particulier tous les gaz susceptibles de faire naître, au sein du mélange détec- teur, un mouvement de gaz inverse de celui des ions produits par l'irradiation X permettent de mettre en oeuvre cette dernière. REVENIDICATIO ONS 1 Détecteur de rayons X, apte par exemple à détecter des rayons ayant travers 6 un objet ou un orga- ne (O) et étant fournis par une source (S) émettant, en direction de l'objet, un faisceau plan (F) de rayons X incidents, ce faisceau présentant une large ouverture angulaire et une faible épaisseur, ce détecteur compre- nant au moins une chambre d'ionisation ( 3) étanche con- tenant au moins un gaz ionisable par les rayons issus de l'objet, et, dans cette chambre, une plaque ( 1) de collection des charges résultant de l'ionisation du gaz, cette plaque étant parallèle au plan di, faisceau de rayons incidents (F) et étant portée à un premier potentiel (+HT), et une série d'électrodes ( 2) de col- lection des charges résultant de l'ionisation du gaz, ces électrodes de collection des charges étant portées à un second potentiel et étant dirigées vers la source (S), dans un plan parallèle au plan du faisceau (F) de rayons incidents, en regard de la plaque ( 1) de collec- tion des électrons, ces électrodes ( 2) de collection des charges fournissant un courant résultant de l'ioni- sation du gaz détecteur en regard de chacune des élec- trodes ( 2) sous l'effet des rayons X, caractérisé en ce que la chambre d'ionisation ( 3) contient en outre un gaz susceptible de créer au sein du mélange ainsi formé un mouvement de gaz en sens inverse du mouvement des ions. 2 Détecteur selon la revendication 1, ca- rack risé en ce que ledit gaz est électronégatif. 3 Détecteur selon la revendication 2, ca- ractérisé en ce que le gaz électronêgatif est de l'hexafluorure de soufre. 4 Détecteur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le gaz électronégatif est de l'oxygène ou de l'azote. Détecteur selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 4, caractérisé en ce que le gaz ioni- sable est du xénon.