Brevet FR2621773A1 — publié le 19890414

La présente invention concerne un procédé d'enregistrement d'images se succédant à cadence élevée, notamment pour réaliser de la cinématographie par impulsions de rayons X ou cinéradiographie-éclair. L'invention vise également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé précité. L'invention est plus particulièrement destinée à permettre l'enregistrement radiographique d'un événement fugitif animé d'une vitesse élevée, par exemple de i 000 à 10 000 m/s, tel que la détonation d'un explosif ou l'impact d'un projectile sur une cible. On connaît déjà des dispositifs d'enregistrement du genre précité qui comprennent un générateur d'impulsions de rayons X destinées à être dirigées vers l'objet à radiographier derrière lequel sont disposés successivement et coaxialement à la sortie du générateur d'impulsions de rayons X un écran scintillateur formant convertisseur de rayons X en lumière visible et des moyens d'enregistrement d'images. L'enregistrement radiographique d'un événement fugitif animé d'une vitesse élevée ne pouvant être obtenu avec un flou de mouvement négligeable que si le temps de pose des moyens d'enregistrement d'images est compris entre 10 us et 100 ns, on a utilisé comme moyens d'enregistrement d'images une caméra électronique rapide. Toutefois, compte tenu des caractéristiques de ces caméras et de l'intensité maximale du rayonnement X disponible en sortie des générateurs d'impulsions de rayonnement X les plus perfectionnés, on n'obtient, avec le type de camera précité, qu'une définition ou résolution sur la pellicule photosensible impressionnée particulièrement faible, de l'ordre de 2 à 3 paires de lignes par millimètre. La qualité des images enregistrées est donc considérablement réduite. Par ailleurs, l'analyse de phénomènes très 2 2621773 rapides exige une séparation des images. Ainsi, on ne peut pas envisager non plus de retenir un écran scintillateur ayant un rendement de fluorescence exagérément élevé car on obtient corrélativement une persistance lumineuse de l'écran qui excède le temps de séparation de deux impulsions successives de rayons X. Cela conduit inévitablement à la superposition d'une image à la précédente, trop peu atténuée, et à un flou de formation de ces images. Un but de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif d'enregistrement d'images qui permettent d'obtenir plusieurs images successives d'un phénomène fugitif animé d'une vitesse élevée, se succédant avec une fréquence élevée, dont la définition soit excellente, et qui utilisent un générateur d'impulsions de rayonnement X de conception classique. Un autre but de l'invention est d'assurer la séparation spatiale des images du phénomène ou de l'objet radiographié. La présente invention vise ainsi un procédé d'enregistrement d'images se succédant à cadence élevée qui comporte les étapes consistant à radiographier un objet par bombardement d'impulsions de rayons X, transformer ces impulsions de rayons X en impulsions de lumière visible et impressionner séquentiellement plusieurs pellicules photosensibles ou éléments de pellicule photosensible au moyen des impulsions de lumière précitées pour enregistrer des images distinctes de l'objet radiographié. Selon l'invention, ce procédé est caractérisé en ce que préalablement à la transformation des impulsions de rayons X en impulsions de lumière visible, on intensifie par photomultiplication, qui consiste à transformer les rayons X en électrons, lesdites impulsions de rayons X. Grâce à l'intensification des impulsions de rayons X, on 3 262 1 773 peut obtenir des images de l'objet radiographié ayant une excellente définition même si l'intensité d'émission de ces impulsions est relativement faible. On peut également transformer les impulsions de rayons X en impulsions de lumière visible sans risquer de générer un chevauchement de deux images consécutives en négligeant le rendement de fluorescence des moyens de transformation utilisés au profit d'une faible persistance lumineuse de ceux-ci. Suivant un autre aspect de l'invention, le dispositif d'enregistrement d'images pour la mise en oeuvre du procédé précité comprend un générateur d'impulsions de rayons X destinées à être dirigées vers un objet à radiographier derrière lequel sont disposés successivement et coaxialement à la sortie du générateur d'impulsions un écran scintillateur formant convertisseur de rayons X en lumière visible et des moyens d'enregistrement d'images. Selon l'invention, ce dispositif est caractérisé en ce que des moyens photomultiplicateurs sont interposés entre l'objet à radiographier et l'écran scintillateur, ces moyens photomultiplicateurs étant destinés à accroître l'intensité du rayonnement X qui frappe l'écran scintillateur. La combinaison de moyens photomultiplicateurs formant intensificateurs de rayonnement X, et d'un écran scintillateur constitue un convertisseur d'impulsions de rayonnement X en lumière visible émettant des impulsions de lumière de grande intensité et de durée très brève. Ainsi, on peut utiliser un générateur d'impulsions de rayons X de conception classique, c'est-à-dire dont l'intensité de sortie est normalement insuffisante pour obtenir des impulsions de lumière très brèves et d'intensité élevée après conversion,dans un scintillateur, des rayons X en lumière. En conséquence, par l'emploi d'un écran scintillateur ayant une faible persistance lumineuse, 4 2621773 par exemple inférieure à 10 ns, on peut faire en sorte que deux impulsions successives de rayons X soient séparées d'un intervalle de temps très faible. Il devient ainsi possible d'enregistrer plusieurs radiographies successives de phénomènes très rapides au moyen du dispositif conforme à l'invention. Suivant une première forme de réalisation avantageuse de l'invention, les moyens photomultiplicateurs comprennent une plaque en verre plombeux ou analogue dont la surface est orientée sensiblement perpendiculairement au rayonnement X incident, cette plaque étant percée d'une multitude de microcanaux dont la surface est recouverte d'une couche de matériau semiconducteur se comportant en photocathode sous l'effet d'un rayonnement X incident. Ainsi, chaque microcanal se comporte en photomultiplicateur individuel de sorte que le pouvoir d'intensification des moyens photomultiplicateurs est multiplié par leur nombre de microcanaux. Suivant une seconde forme de réalisation avantageuse de l'invention, les moyens d'enregistrement d'images sont conçus pour assurer la séparation spatiale des clichés de l'objet radiographié. De préférence, les moyens d'enregistrement d'images comprennent plusieurs sous-ensembles optiques comportant chacun un objectif, un obturateur et une pellicule photosensible, chaque sous-ensemble optique étant disposé de manière à recevoir le faisceau lumineux émanant de l'écran scintillateur, l'ouverture de chaque obturateur étant synchronisée avec une impulsion de tension du générateur d'impulsions de rayons X, laquelle déclenche de façon pratiquement simultanée l'émission d'une impulsion de rayons X. Ainsi, l'utilisation de sous-ensembles optiques de conception simple, c'est-à-dire en particulier ne 2621773 comportant pas de moyens de transformation électroniques de l'image comme c'est le cas d'une caméra électronique rapide, permet de ne pas détériorer la définition des images enregistrées. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui va suivre. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs: - la figure i est un schéma d'ensemble synoptique d'un dispositif d'enregistrement d'images conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue en perspective avec arrachement des moyens photomultiplicateurs conformes à l'invention, - la figure 3 est un schéma explicatif en perspective avec arrachement d'un canal photomultiplicateur individuel des moyens de la figure 2 et, - les figures 4 à 7 sont des diagrammes temporels illustrant respectivement: * les impulsions de déclenchement du générateur de la figure 1, * les impulsions de rayons X du générateur précité, * les impulsions de lumière émises par l'écran scintillateur de la figure i et, * les séquences d'ouverture et de fermeture des sous-ensembles optiques de la figure 1. Dans la réalisation représentée à la figure 1, le dispositif d'enregistrement d'images conforme à la présente invention, utilisé pour réaliser de la cinématographie par rayons X ou cinéradiographie éclair, comprend un générateur 1 d'impulsions de rayons X IX dont le canon de sortie la est dirigé vers un objet à 6 26 2 1 773 radiographier 2. L'objet 2 représente par exemple un phénomène de durée de vie très brève tel que que la détonation d'un explosif ou l'impact d'un projectile sur une cible. Derrière l'objet 2 sont disposés successivement et coaxialement à la sortie la du générateur 1, des moyens photomultiplicateurs 3, un écran scintillateur 4 et des moyens d'enregistrement d'images 5, les moyens photomultiplicateurs 3 étant destinés à accroître l'intensité des impulsions IX qui frappent l'écran scintillateur 4. Dans l'exemple représenté figure 1, le générateur i qui est d'un type connu en lui-même, est conçu pour délivrer quatre impulsions successives de rayons X émises à une fréquence d'environ 500 kHz et de durée sensiblement égale à 40ns. Ce générateur 1 est par exemple celui qui a été présenté par les auteurs de la présente invention au ler Congrès Européen de Cinéradiographie par photons ou particules (du 18 au 21 mai 1981 à Paris) et qui fait l'objet de la communication PROCEEDINGS (SPIE volume 312 - 1981- pages 164-167). Le rôle de la galette de microcanaux 3 et de l'écran scintillateur 4 qui est par exemple de section circulaire, est de convertir les impulsions de rayons X incidentes en impulsions de lumière visible ILS exploitables par les moyens d'enregistrement d'images 5. Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, le matériau constitutif de l'écran 4 est choisi de manière que sa persistance lumineuse t (voir figure 6) n'excède pas le temps de séparation de deux impulsions successives de rayons X soit 2ps. Dans le cas contraire, on obtiendrait une superposition de chaque image par rapport à la précédente et les images ainsi obtenues seraient floues. Ainsi, selon l'invention, on utilise pour l'écran 4, un matériau plastique, tel que le paterphényl, dont la persistance lumineuse est inférieure 7 2621773 à 10 ns de sorte qu'avec une fréquence d'émission des impulsions de rayons X de 500 kHz qui correspond à une période d'émission de 2Uis, il n'y a aucun risque de superposition de deux images successives. L'épaisseur de l'écran 4 est de préférence comprise entre 0,1 et 0,5 mm afin d'éviter un flou de formation des images. Suivant une forme de réalisation avantageuse de l'invention, les moyens photomultiplicateurs 3 comprennent une plaque en forme de galette (voir figure 2) réalisée en verre plombeux ou analogue dont la surface est orientée sensiblement perpendiculairement à l'axe du canon la du générateur 1. Cette plaque 3 est percée d'une multitude de microcanaux 3a (voir figures 2 et 3) dont la surface est recouverte d'une couche de matériau semi-conducteur 3b qui se comporte comme une photocathode sous l'effet d'un rayonnement X incident à condition que les faces avant et arrière 3c et 3d de la plaque 3, revêtues d'un matériau électriquement conducteur, soient reliées à une source de tension continue V (voir figures 1 et 3). Ce revêtement métallique desdites faces 3c, 3d procure également une liaison électrique du type parallèle entre les différents canaux 3a. Ainsi, comme on le voit à la figure 3, le rayonnement incident IX qui percute la surface 3b du microcanal 3a génère l'émission d'une première série de photons qui à leur tour génèrent chacun l'émission d'une seconde série de photons en percutant ladite surface 3b. Ce phénomène se reproduit jusqu'à la sortie du microcanal 3a de sorte que par effet de photomultiplication, l'intensité du rayonnement émanant de la plaque 3 est égale à celle du rayonnement incident multipliée par un facteur dépendant en particulier de la structure de la plaque 3 et de la valeur de tension de la source V. La plaque photomultiplicatrice 3 que l'on vient de décrire est par exemple du type de celle fabriquée par 8 26621773 la société américaine GALILEO ELECTRO-OPTICS CORP. et distribuée en France par la société TEKNIS. Cette plaque et son utilisation sont décrites en détail dans l'article "MICROCHANNEL PLATE DETECTORS" tiré de Nuclear Instruments and Methods, Volume 162, 1979, pages 587 à 601. L'utilisation de la plaque photomultiplicatrice 3 permet en particulier d'intensifier le rayonnement de lumière visible ILS destiné à être exploité par les moyens d'enregistrement d'images 5 de manière à obtenir une excellente résolution ou définition de ces images tout en utilisant un générateur d'impulsions de rayons X de conception connue et non spécifique. Ainsi, suivant l'invention, avec les moyens d'enregistrement d'images utilisés que l'on va décrire, on obtient une définition supérieure à 100 paires de lignes par mm, alors que les dispositifs connus ne procurent qu'une définition de quelques paires de lignes par mm. Suivant une réalisation avantageuse de l'invention, les moyens d'enregistrement d'images 5 comprennent quatre sous-ensembles optiques 5a, comportant chacun un objectif 6, un obturateur 7 à commande électrique, et une pellicule photosensible 8, chaque sous - ensemble optique 5a étant disposé de manière à recevoir le faisceau d'impulsions de lumière visible ILS émanant de l'écran scintillateur 4. Ainsi ce faisceau ILS est renvoyé vers l'objectif 6 de chaque sousensemble optique 5a au moyen respectivement d'un miroir semi-transparent 9 (voir figure 1) disposé suivant l'axe du canon la du générateur 1 et convenablement dimensionné et orienté par rapport à l'écran 4 pour assurer une réflexion optimale vers les objectifs 6. Compte tenu de la réflexion partielle introduite par chaque miroir 9, on comprend que l'intensité du faisceau ILS reçu par un sous-ensemble optique 5a est d'autant plus faible que le miroir 9 qui le réfléchit est éloigné de l'écran scintillateur 4. Par 9 2621773 conséquent, l'ouverture de chaque obturateur 7 devra être réglée de manière appropriée à la position par rapport à l'écran 4 du sous-ensemble optique 5a auquel cet obturateur appartient, c'est-à-dire à l'intensité du faisceau ILS reçu. Bien entendu, le dernier miroir 9a de la série peut être à réflexion totale. Pour que ce montage puisse assurer la séparation spatiale des images de l'objet radiographié, l'invention a prévu de faire en sorte que l'ouverture de chaque obturateur 7 soit synchronisée avec une impulsion de tension ID du générateur d'impulsions i de rayons X provoquant de façon pratiquement simultanée l'émission d'une impulsion IX de rayon X. Ainsi, le générateur 1 comprend des moyens lb, connus en eux-mêmes, reliés aux sous-ensembles optiques 5a pour envoyer vers ceux-ci des impulsions de synchronisation IS et pour délivrer simultanément les impulsions de tension ID déclenchant chacune sélectivement et séquentiellement la génération d'une séquence d'ouverture et de fermeture O-F de l'obturateur 7 d'un sous-ensemble optique 5a pour enregistrer séparément et consécutivement les quatre images correspondant aux quatre impulsions IX de rayons X émises par le générateur 1. Les quatre images précitées matérialisant ainsi par exemple l'évolution du phénomène radiographié. Les diagrammes temporels des figures 4 à 6 o l'on a porté le temps t en abscisses, donnent respectivement l'allure et la synchronisation d'un train de quatre impulsions de.déclenchement ID, d'impulsions de rayons X, IX, et d'impulsions lumineuses visibles ILS en sortie de l'écran scintillateur 4. Les périodes correspondantes d'ouverture O et de fermeture F des obturateurs 7a, 7b, 7c, 7d activés séquentiellement sont représentées à la figure 7. Ces diagrammes illustrent le 262 1773 mode de fonctionnement décrit plus haut qui correspond à la mise en oeuvre du procédé visé par l'invention. La télécommande sélective des obturateurs 7 au moyen des impulsions IS sera par exemple obtenue en interposant dans le circuit de commande lc des obturateurs 7 un dispositif aiguilleur 10 d'un type connu en lui-même, comprenant par exemple quatre portes affectées chacune à un obturateur 7 et dont l'ouverture est synchronisée avec l'une des impulsions IS commandant la séquence d'ouverture et de fermeture de l'obturateur 7 considéré. Selon l'invention, comme on dispose en sortie de l'écran scintillateur 4 d'impulsions de lumière visible d'intensité accrue grâce aux moyens photomultiplicateurs 3, on peut donc utiliser des moyens d'enregistrement d'images 5 de conception simple, c'est-à-dire en particulier ne comportant pas de moyens de transformation électroniques de l'image tels que ceux d'une caméra électronique rapide utilisée dans les dispositifs connus. On sait que ces moyens de transformation électroniques détériorent la définition des images. Ainsi, avec le dispositif décrit en référence aux figures annexées, on peut obtenir une excellente définition d'images pouvant dépasser 100 paires de lignes par mm. On notera que suivant une forme pratique de réalisation, l'objet & radiographier 2 est disposé à une distance préférentielle de l'extrémité de sortie du canon la sensiblement égale à 3m et à une distance préférentielle de l'ensemble formé par les moyens photomultiplicateurs 3 et l'écran scintillateur 4 sensiblement égale à 0,3m. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés. Ainsi le générateur I et les moyens d'enregistrement d'images 5 pourraient être conçus pour enregistrer plus de quatre images successives. Les moyens d'enregistrement d'images 5 pourraient également il 2621773 être une caméra électronique rapide au prix d'une perte de définition. 12 262 1 773 REVENDICATIONS 1. Procédé d'enregistrement d'images se succédant à cadence élevée, notamment pour réaliser de la cinématographie par rayons X ou cinéradiographie-éclair, ce procédé comportant les étapes consistant à radiographier un objet (2) par bombardement d'impulsions de rayons X (IX), transformer ces impulsions de rayons X en impulsions de lumière visible (ILS) et impressionner séquentiellement plusieurs pellicules photosensibles ou éléments de pellicule photosensible au moyen des impulsions de lumière précitées pour enregistrer des images distinctes de l'objet radiographié, caractérisé en ce que préalablement à la transformation des impulsions de rayons X (IX) en impulsions de lumière visible (ILS), on intensifie par photomultiplication lesdites impulsions de rayons X. 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on synchronise l'enregistrement des images de l'objet radiographié avec l'émission des impulsions de rayons X (IX). 3. Procédé conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on émet les impulsions de rayons X (IX) à une fréquence sensiblement égale à 500 kHz et à des intervalles de temps consécutifs sensiblement égaux à 2Us. 4. Dispositif d'enregistrement d'images pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'une des revendications précédentes, ce dispositif comprenant un générateur (1) d'impulsions de rayons X (IX) destinées à être dirigées vers un objet (2) à radiographier derrière lequel sont disposés successivement et coaxialement à la sortie du générateur d'impulsions (1) un écran scintillateur (4) formant convertisseur de rayons X en lumière visible et des moyens d'enregistrement d'images (5), caractérisé en ce que des moyens photomultiplicateurs (3) sont interposés entre l'objet à radiographier (2) et 13 2 6 2 1 7 7 3 l'écran scintillateur (4), ces moyens photomultiplicateurs (3) étant destinés à accroître l'intensité du rayonnement X qui frappe l'écran scintillateur (4). 5. Dispositif d'enregistrement conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens photomultiplicateurs comprennent une plaque en verre plombeux ou analogue (3) dont la surface (3c, 3d) est orientée sensiblement perpendiculairement à la sortie (la) du générateur (1), cette plaque (3) étant percée d'une multitude de microcanaux (3a) dont la surface est recouverte d'une couche de matériau semi-conducteur (3b) se comportant en photocathode sous l'effet d'un rayonnement X incident de sorte que chaque microcanal (3a) se comporte en photomultiplicateur individuel. 6. Dispositif d'enregistrement conforme à la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que l'écran scintillateur (4) est réalisé dans un matériau à faible persistance lumineuse (t) tel qu'une matière plastique ayant une persistance lumineuse inférieure à 10 ns. 7. Dispositif conforme à l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les moyens d'enregistrement d'images (5) sont conçus pour assurer la séparation spatiale des clichés de l'objet radiographié (2). 8. Dispositif d'enregistrement conforme à l'une des revendications 4à 7, caractérisé en ce que le générateur d'impulsions (1) de rayons X est conçu pour délivrer plusieurs impulsions (IX) de durée sensiblement égale à 40 ns et séparés par un intervalle de temps sensiblement égal à 2ps. 9. Dispositif d'enregistrement conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens d'enregistrement d'images (5) comprennent plusieurs sous- ensembles optiques (5a) comportant chacun un objectif (6), un obturateur (7a, 7b, 7c, 7d...) et une pellicule photosensible (8), chaque sousensemble optique (5a) étant 14 2621773 disposé de manière à recevoir le faisceau lumineux (ILS) émanant de l'écran scintillateur (4) et en ce que l'ouverture de chaque obturateur (7) est synchronisée avec une impulsion de tension (ID) du générateur (1) d'impulsions de rayons X déclenchant sensiblement simultanément l'émission d'une impulsion de rayons X (IX). 10. Dispositif d'enregistrement conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que le générateur (1) d'impulsions de rayons X comprend des moyens (lb) reliés aux sous-ensembles optiques (5a) précités pour envoyer vers ceux-ci des impulsions de synchronisation (IS) et pour délivrer simultanément des impulsions de tension (ID) déclenchant chacune la génération d'une impulsion de rayons X, chaque impulsion de synchronisation (IS) déclenchant sélectivement une séquence d'ouverture (O) et de fermeture (F) de l'obturateur (7a, 7b, 7c, 7d...) de l'un des sous- ensembles optiques (5a). 11. Dispositif conforme à l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que le faisceau lumineux (ILS) émanant de l'écran scintillateur (4) est renvoyé vers l'objectif (6) d'au moins un sous-ensemble optique (5a) au moyen d'un miroir semi-transparent (9).