Brevet FR2585137A1 — publié le 19870123

DETECTEUR DE RAYONNEMENTS IONISANTS, EN PARTICULIER DETECTEUR DE RAYONS X POUR SCANOGRAPHE La présente invention se rapporte à un détecteur de rayonnements ionisants, en particulier à un détecteur de rayons X pour scanographe. Les détecteurs de rayons X utilises dans les scanographes sont constitués d'un ensemble d'électrodes métalliques enfermé dans une chambre remplie d'un gaz approprié, cet ensemble étant en forme de segment de couronne ayant un angle au centre d'environ 40 à 450, les électrodes étant disposées radialement, et régulièrement espacées, la source de rayons X étant disposée au centre de cette couronne. Les électrodes sont alternativement reliées à des potentiels différents, ce qui crée entre deux électrodes consécutives un champ électrique permettant d'entraîner vers les électrodes les ions et les électrons créés par l'absorption des rayons X par le gaz présent dans l'enceinte du détecteur. Dans un mode de réalisation classique, une électrode sur deux est reliée à une source de tension commune à potentiel élevé, et chacune des autres électrodes, portée à un potentiel voisin de la masse électrique, est reliée à un dispositif de mesure d'intensité ou de quantité de charge électrique. Dans cette configuration, la quantité de charge électrique mesurée sur une électrode fournit une mesure des rayons X absorbés dans l'espace compris entre les deux électrodes adjacentes à un potentiel élevé. La dimension (en largeur) d'une cellule de mesure est donc égale à deux fois le pas des électrodes. Un détecteur comporte généralement au moins 500 cellules de mesure. Les électrodes d'un tel détecteur étant onéreuses à réaliser et difficiles à mettre en place, le prix de revient d'un tel détecteur est assez élevé, et représente généralement une part importante du prix de revient total d'un scanographe. La présente invention a pour objet un détecteur de rayons X qui soit moins onéreux et plus facile à réaliser qu'un détecteur classique. La présente invention a également pour objet un détecteur de rayons X présentant un rapport signal/bruit amélioré. Le détecteur de rayons X conforme à l'invention est du type comportant un ensemble d'électrodes alternativement reliées à une source de tension commune à potentiel élevé et dites électrodes émettrices, et portées à un potentiel voisin de la masse électrique, ces dernières étant reliées à un dispositif de mesure d'intensité ou de quantité de charge électrique et dites "électrodes collectrices", et chacune desdites électrodes collectrices est constituée par une plaque en matériau diélectrique dont chacune des deux grandes faces est sur la majorité de sa surface non en contact avec le dispositif de fixation de l'électrode, recouverte d'une couche électriquement conductrice et opaque aux rayons X.De préférence, ce matériau diélectrique est un verre ou une céramique à base de métal à numéro atomique élevé tel que le plomb, le zirconium, I'yttrium, et la couche opaque aux rayons X est également à base de métal à numéro atomique élevé tel que le plomb, l'or et le palladium. De façon avantageuse, les surfaces du matériau diélectrique destinées à être recouvertes par ladite couche opaque aux rayons X sont d'abord revêtues, par exemple par sérigraphie, d'une couche d'encre conductrice telle qu'une encre à l'argent, puis revêtues par recharge électrolytique ou au trempé d'une couche dudit matériau opaque aux rayons X. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, on dépose sur chacune des faces desdites électrodes collectrices, au moins sur les surfaces en contact avec le dispositif de fixation des électrodes, une couche de matériau électriquement conducteur, que l'on relie à la masse électrique, cette couche étant isolée de ladite couche opaque aux rayons X. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, les électrodes sont disposées dans des rainures pratiquées dans des pièces de support et fixées dans ces rainures à l'aide d'une résine non conductrice électrique. De façon avantageuse, les électrodes collectrices et/ou les pièces de support comportent des moyens empêchant la remontée par capillarité de la résine vers les surfaces actives des électrodes collectrices. Selon encore une autre caractéristique avantageuse de l'invention, on intègre aux électrodes collectrices au moins une partie des circuits du dispositif de mesure, selon la technique de l'hybridation, ces circuits hybridés étant protégés par des moyens appropriés du rayonnement X. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation, pris comme exemple non limitatif, et illustré par le dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est une vue partielle, simplifiée et en perspective d'un détecteur conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue en plan simplifiée d'une électrode collectrice d'un détecteur conforme à l'invention, avec des électrodes de garde; - la figure 3 est une vue de côté partielle et simplifiée d'un détecteur conforme à l'invention, et - la figure 4 est une vue en plan d'une électrode collectrice avec circuit de mesure hybridé d'un détecteur conforme à l'invention. Le détecteur de rayons X décrit ci-dessous est destiné à un scanographe, mais il est bien entendu qu'il peut être employé dans d'autres appareils à rayons X, éventuellement moyennant quelques adaptations évidentes pour l'homme de l'art à la lecture de la présente description. Le détecteur décrit ici part d'un type classique formé d'une chambre d'ionisation fermée ayant la forme générale d'un secteur de couronne, et emplie d'un gaz approprié. Ce secteur de couronne fait un angle au centre d'environ 40 à 45" et a un rayon d'environ 1 mètre, et il comporte au moins 500 cellules de mesure. La source de rayons X est disposée au centre du secteur de couronne. Pour réaliser les cellules de mesure, on dispose radialement, dans la chambre d'ionisation, des électrodes régulièrement espacées. Ces électrodes sont de deux sortes, disposées alternativement: des électrodes 1 de répulsion des particules ionisées, et des électrodes collectrices 2. Les électrodes 1 sont toutes portées à un potentiel commun élevé HT d'au moins 100V, et sont réalisées en un matériau opaque aux rayons X, tel que du plomb ou un métal à numéro atomique élevé, ou bien un matériau composite à base d'un tel métal. Selon une variante avantageuse, les électrodes 1 sont réalisées à l'aide d'un substrat isolant, au moint partiellement opaque aux rayons X sur lequel on dépose une couche de quelques dizaines de microns d'épaisseur d'un matériau électriquement conducteur, opaque aux rayons X, par exemple un métal à un numéro atomique élevé tel que le plomb. Chaque électrode 2 comporte sur chacune des deux grandes faces de son substrat isolant 3 une surface active 4. Cette surface active 4 peut occuper toute la partie libre de chacune de ces faces, c'est-à-dire la majeure partie des grandes faces de l'électrode, à l'exception des zones de fixation de cette électrode qui bordent les grands côtés de ces faces. Le substrat isolant 3, d'une épaisseur de quelques dixièmes de millimètres, de chaque électrode 2, est réalisé à partir de verre ou de céramique à base d'un métal à numéro atomique élevé, tel que du plomb, du zinc, de l'yttrium. Ainsi, ce substrat est électriquement isolant, tout en étant au moins partiellement opaque aux rayons X. Pour réaliser la surface active 4, on dépose d'abord, de préférence par sérigraphie, une encre électriquement conductrice, formant une couche d'une épaisseur de quelques dizaines de microns, par exemple une encre à base d'argent. On dépose ensuite sur cette couche d'encre, par recharge électrolytique ou au trempé, une couche d'une épaisseur de quelques dizaines de microns d'un matériau électriquement conducteur et opaque aux rayons X, ce matériau état à base de métal lourd tel que le plomb, l'or, le palladium. Chaque surface active 4 est reliée, par une liaison la plus courte possible, à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel 5 dont l'entrée non inverseuse est reliée à la masse. Chaque amplificateur 5 comporte une résistance de contre-réaction 6. Les sorties des amplificateurs 5 sont reliées de façon habituelle à un équipement de mesure (non représenté). Ainsi, on constitue une cellule de mesure complète à l'aide d'un seul couple d'électrodes 1 et 2 adjacentes, et si le détecteur comporte m électrodes 1 et (m+l) électrodes 2, ou (m+l) électrodes 2 et m électrodes 2, on obtient 2.m cellules de mesure. On a représenté sur la figure 2 un mode de réalisation préféré d'une électrode collectrice 2A. Sur chaque grande face de l'électrode 2A, on dépose, selon le procédé décrit ci-dessus, une surface active 7, et deux surfaces auxiliaires ou surfaces de garde 8, réalisées de la même façon que la surface 7, et électriquement isolées de cette dernière. Les surfaces 8, de forme sensiblement rectangulaire, occupent les bords des grands côtés de chaque grande face de l'électrode 2A, leur largeur étant égale ou légèrement supérieure à la profondeur des rainures de support des électrodes 2A, comme décrit ci-dessous. Selon une variante, la surface 7 peut être entourée sur trois ou quatre côtés par une surface 8 continue. Les surfaces 8 sont reliées à la masse, de même que l'entrée non inverseuse de l'amplificateur 5 dont l'entrée inverseuse est reliée à la surface 7, la résistance de contre-réaction 6 étant toujours présente. Sur la figure 3, on a représenté plus en détail la fixation des électrodes 1 et 2A dans leurs blocs de support 9 de la chambre d'ionisation. On pratique dans ces blocs 9 des rainures 10 pour les électrodes 1 et des rainures 11 pour les électrodes 2A, les largeurs de ces rainures étant légèrement supérieures aux épaisseurs des électrodes correspondantes, de façon que ces dernières puissent y être glissées avec un léger jeu. Les profondeurs des rainures 11 et les largeurs des surfaces 8 sont telles que ces surfaces 8 dépassent légèrement des rainures 11. Lorsque les électrodes I et 2A sont en place dans leurs rainures respectives, on les y immobilise à l'aide d'une résine électriquement isolante 12. Les électrodes 1 étant portées à un potentiel élevé par rapport à celui auquel sont portées les électrodes collectrices, même si l'isolement, au niveau du support 9 entre ces deux sortes d'électrodes est de très bonne qualité, un courant de fuite non négligeable vis-à-vis de celui à mesurer peut s'établir entre électrodes émettrices et collectrices voisines. Si l'on utilisait des électrodes collectrices telles que les électrodes 2 de la figure 1, ce courant de fuite arriverait aux amplificateurs 5 et perturberait la mesure. Par contre si l'on utilise des électrodes 2A à surfaces de garde 8, ce courant de fuite passe par ces surfaces 8 et aboutit à la masse à laquelle sont reliées ces surfaces de garde, sans perturber la mesure. Pour éviter une remontée par capillarité de la résine 12 (qui n'est pas un très bon isolant électrique) vers les surfaces collectrices 7, en passant par les surfaces 8 et la surface du substrat isolant 3, il est avantageux de donner aux surfaces 8 un poli le meilleur possible, mais une telle mesure peut ne pas être suffisante pour empêcher une telle remontée qui risquerait d'établir une jonction très faiblement conductrice entre les surfaces 8 et 7. On peut alors prévoir sur les électrodes 2A et/ou sur les rainures 11 des moyens empêchant de telles remontées par capillarité. Ces moyens peuvent par exemple être des encoches à bords abrupts pratiquées dans le substrat 3 entre les surfaces 8 et 7, ou des encoches pratiquées dans les flancs des rainures 11.On peut également utiliser d'autres moyens connus en soi tels que l'application de cire, de silicones ou de vaseline sur les bords des surfaces 8 dépassant des rainures 11, ou sur le substrat 3, entre les surfaces 7 et 8. On a représenté sur la figure 4 un mode de réalisation avantageux d'une électrode collectrice 13. Sur chacune des deux grandes faces d'un substrat isolant 14, on dépose, de préférence selon le procédé décrit ci-dessus, une surface collectrice 15 entourée d'une surface de garde 16, une zone 17, proche de l'une des extrémités du substrat n'étant pas occupée par la surface 15, mais réservée à l'amplificateur opérationnel 18, similaire à l'amplificateur 5, et à ses connexions. Ces connexions imprimées 19 sont réalisées en même temps que les revêtements 15 et 16, alors que l'amplificateur 18, et sa résistance de contre-réaction 20 sont implantés ensuite selon les techniques connues de la microélectronique hybride. Les connexions 19 assurent la liaison de l'amplificateur 18 à la surface collectrice 15, à sa résistance 20, et à sa source d'alimentation (par exemple +15V, -15V et masse).Bien entendu, l'amplificateur 18, et la résistance 20 sont revêtus d'une couche protectrice opaque aux rayons X, réalisée en un matériau à base de métal à numéro atomique élevé, tel que celui déjà mentionné ci-dessus. Ainsi, on réduit à une longueur minimale la connexion entre la surface utile 15 et son amplificateur, ce qui permet d'augmenter le rapport signal/bruit de la cellule de mesure, dont le courant collecté est très faible (de l'ordre du nanoampère). Selon un perfectionnement de l'invention (non représenté), on divise, selon des traits de séparation parallèles au trajet des rayons X (dans le cas présent, parallèlement aux grands côtés des électrodes), les surfaces collectrices 4 en deux ou plusieurs surfaces collectrices électriquement isolées entre elles, chacune d'entre elles étant reliée à son propre amplificateur opérationnel, ces amplficateurs étant indépendants les uns des autres et montés de la même façon que les amplificateurs 5 décrits cidessus. Ainsi, on obtient chaque fois entre une électrode émettrice et une électrode collectrice adjacentes deux ou plusieurs cellules de mesure indépendantes, au lieu d'une seule pour les modes de réalisation décrits ci-dessus. Ceci, permet de réaliser par exemple des mesures simultanées correspondant à des coupes adjacentes. Bien entendu, il est avantageux de munir les électrodes collectrices de surfaces de garde. REVENDICATIONS 1. Détecteur de rayonnements ionisants, en particulier détecteur de rayons X pour scanographe, du type comportant un ensemble d'électrodes alternativement reliées (1) à une source de tension commune à potentiel élevé (HT) et dites électrodes émettrices, et (2) portées à un potentiel voisin de la masse électrique, ces dernières étant reliées à un dispositif de mesure d'intensité ou de quantité de charge électrique, et dites électrodes collectrices, caractérisé par le fait que chacune des électrodes collectrices est constituée par une plaque en matériau diélectrique (3) dont chacune des deux grandes faces est, sur la majorité de sa surface non en contact avec le dispositif (9) de fixation de l'électrode, recouverte d'une couche (4) électriquement conductrice opaque aux rayons X. 2. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le matériau diélectrique des électrodes collectrices est un verre ou une céramique à base de métal à numéro atomique élevé. 3. Détecteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que ladite couche électriquement conductrice est à base de métal à numéro atomique élevé. 4. Détecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les surfaces du matériau diélectrique destinées à être recouvertes par ladite couche opaque aux rayons X sont d'abord revêtues d'une couche d'encre conductrice. 5. Détecteur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la couche d'encre conductrice est déposée par sérigraphie et que cette encre est une encre à l'argent. 6. Détecteur selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé par le fait que la couche opaque aux rayons X est déposée par recharge électrolytique. 7. Détecteur selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé par le fait que la couche opaque aux rayons X est déposée au trempé. 8. Détecteur selon l'une quelconques des revendications précé dentes, caractérisé par le fait que l'on dépose sur chacune des faces des électrodes collectrices, au moins sur les surfaces en contact avec le dispositif de fixation des électrodes, une couche (8) de matériau électriquement conducteur que l'on relie à la masse électrique, cette couche étant isolée de ladite couche opaque aux rayons X. 9. Détecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que lesdites électrodes émettrices (1) sont réalisées à partir d'un substrat isolant revêtu d'une couche de matériau électriquement conducteur, opaque aux rayons X. 10. Détecteur selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le substrat isolant est en verre ou une céramique à base de métal à numéro atomique élevé. 11. Détecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les électrodes sont disposées dans des rainures (10, 11) pratiquées dans des pièces de support (9), et fixées dans ces rainures à l'aide d'une résine électriquement isolante (12). 12. Détecteur selon la revendication 11, caractérisé par le fait que les électrodes collectrices et/ou les pièces de support comportent des moyens empêchant la remontée par capillarité de la résine vers les surfaces actives des électrodes collectrices. 13. Détecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on intègre aux électrodes collectrices au moins une partie des circuits du dispositif de mesure (18), selon la technique de l'hybridation, ces circuits hybridés étant protégés contre le rayonnement X. 14. Détecteur selon la revendication 13, caractérisé par le fait que les moyens de protection contre le rayonnement X comportent une couche de revêtement à base de métal à numéro atomique élevé. 15. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 2 à 14, caractérisé par le fait que le métal à numéro atomique élevé est choisi parmi le plomb, l'or, le palladium, le zinc, l'yttrium. 16. Détecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que chaque couche électriquement conductrice et opaque aux rayons X est divisée, selon des traits de séparation parallèles au trajet des rayons X en deux ou plusieurs surfaces collectrices électriquement isolées entre elles, chacune d'entre elles étant reliée à son propre amplificateur opérationnel.