Brevet FR2650438A1 — publié le 19910201

PROCEDE DE FABRICATION DE TUBE PERFECTIONNE INTENSIFICATEUR D'IMAGE, TUBE INTENSIFICATEUR AINSI OBTENU La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un tube intensificateur d'image radiologique (IIR) ou lumineuse (IIL). Elle concerne également les tubes intensificateurs ainsi obtenus, IIR et IIL. Les tubes intensificateurs d'image radiologique ou IIR sont bien connus de l'art antérieur. Ils transforment une image radiologique en image visible, par exemple pour assurer l'observation médicale. On rappelle qu'un IIR, qui est représenté de façon schématique, vu en coupe longitudinale sur la figure 1, est constitué par un écran d'entrée, un système d'optique électronique et un écran d'observation contenus dans une enceinte â. vide 1. L'écran d'entrée comporte un scintillateur 2 qui convertit les photons X incidents en photons visibles, une photocathode 3 qui convertit les photons visibles en électrons. Entre le scintillateur et la photocathode, est généralement intercalée une sous-couche conductrice de l'électricité dont le rôle est de re-approvisionner la photocathode en charges électriques pendant qu'elle émet ses électrons. Cette sous-couche n'est pas représentée sur la figure 1. Le scintillateur peut être constitué, par exemple, dtiodure de césium dopé au sodium ou au thallium. La photocathode peut outre constituée d'un antimoniure alcalin, de formule par exemple Sb Cs3, Sb K3, Sb K2, Cs ... La sous-couche conductrice peut être constituée, par exemple, d'oxyde d'indium de formule In203. Le système d'optique électronique est constitué généralement de plusieurs électrodes G1, G2, G3, ... et d'une anode A qui porte l'écran d'observation 4. La photocathode 3 est généralement reliée à la masse du tube. Les électrodes G1, G2, G3, ... et L'anode A sont portées à des potentiels électriques croissant jusqu'à 30 KV par exemple. Il se crée donc dans le tube un champ électrique E, dirigé selon l'axe longitudinal du tube, vers la photocathode. Les électrons issus de la photocathode remontent ce champ et viennent frapper l'écran d'observation 4, constitué d'un matériau cathodoluminescent tel que du sulfure de zinc par exemple, ce qui permet d'obtenir une image visible. Les tubes intensificateurs d'image lumineuse (IIL) sont également bien connu de l'art antérieur, et leur principe de fonctionnement rappelle celui des IIR. Un IIL est aussi constitué d'un écran d'entrée, un système d'optique électronique et un écran d'observation contenus dans une enceinte à vide. L'écran d'entrée comporte une photocathode qui convertit les photons visibles en électrons. Le système d'optique électronique est constitué généralement de plusieurs électrodes portées à des potentiels électriques croissants, positifs par rapport à l'écran d'entree. Les électrodes sont réalisées en/ou recouvertes d'un matériau à fort travail de sortie, de façon à n'émettre aucun électron secondaire quand les électrons primaires viennent frapper les surfaces desdites électrodes sous l'influence des champs électriques crées entre les électrodes par les hautes tensions appllquées. Dans des réalisations modernes une multipllcation électronique des électrons générés par le photocathode est effectuée à l'intérieur de mfcrotubules disposés dans une galette qui est traversée par les électrons. Lors de leur passage dans les microtubules des multiples collisions avec les parois des microtubules libère des quantités d'électrons secondaires. Cette multiplication est répétée un certain nombre de fois par des étages successifs pour obtenir l'amplification souhaitée du courant électronique. Les électrons sont ensuite accélérés vers l'écran cathodoluminescent d'observation qui permet d'obtenir une image visible dont l'intensité est plus forte que l'image sur l'écran d'entrée. L'enveloppe extérieure des tubes IIR et IIL est généralement réalisée en verre. En effet, il est nécessaire d'avoir un matériau qui soit suffisamment isolant électriquement pour éviter un court-circuit ou des décharges électroniques entre les passages conducteurs qui imposent leur tension aux électrodes. A part l'initiale conversion des photons X en photons visibles par un scintillateur sur l'écran d'entrée, le principe de fonctionnement des IIR et des IIL est grossièrement similaire. Il convlent donc de regarder l'un des deux cas plus en détail comme exemple, l'extension à l'autre cas sera évidente aprée I'expllcation qui suit. Prenons le cas des IIR. I1 faut savoir que la fabrication des photocathodes du type antimoniure alcalln se fait dans l'enceinte à vide du tube car les métaux alcalins sont très réactifs et doivent être créés sous vide pour être stables. Ces photocathodes peuvent être réalisées par évaporations successives de leurs éléments constitutifs. A cet effet, on dispose dans le tube, un générateur d'antimoine qui est constitué par un creuset usuel contenant de l'antimoine, dont on provoque l'évaporation en chauffant le creuset, par effet Joule par exemple. Le générateur d'antimoine 5 est g8néraiement placé à proximité de la photocathode et sur le trajet des électrons comme cela est représenté sur la figure 1, ce qui expllque qu'on l'enlève généralement de l'enceinte, une fois la photocathode terminée. Les métaux alcalins sont évaporés à partir de générateurs alcalins 6 situés' généralement sur l'électrode G3, qui est la plus proche de l'anode A, comme cela est représenté sur la figure 1. On laisse généralement les générateurs d'alcalins dans l'enceinte à vide une fois la photocathode terminée. On connaît des procédés de fabrication dans lesquels les générateurs d'alcalins ne sont pas portés par l'électrode G3 et sont enlevés de l'enceinte à vide, une fois la photocathode terminée. L'évaporation des métaux alcalins est le résultat d'une silicothermie ou d'une aluminothermie des chromates des métaux que l'on cherche à évaporer. La silicothernie ou l'aluminothermie sont déclenchées par le chauffage par effet Joule des générateurs alcalins. Les générateurs alcalins sont beaucoup moins directifs que les générateurs d'antimoine. I1 est nécessaire pour que la silicothermie ou l'aluminothermie se produisent dans de bonnes conditions d'utiliser des creusets particuliers dans lesquels les chromates sont confinés. Ce type de creuset présente une mauvaise directivité qui a l'avantage d'assurer un dépôt bien uniforme des métaux alcalins sur toute la surface de la photocathode qui est éloignée de ces creusets 6. I1 a par contre l'inconvénient de provoquer le dépôt de métaux alcalins sur toutes les pièces à l'intérieur du tube, sur les différentes électrodes et notamment sur les parois de l'enceinte à vide, par exemple les parties de verre notées 7 sur la figure 1. L'un des inconvénients liés au dépôt de métaux alcalins sur les parties en verre de l'enceinte - ou plus généralement sur les parties isolantes de l'enceinte - est l'apparition de lumière parasite, provenant des "flashes" ou décharges lumineuses localisées le long des parties isolantes de l'enceinte lorsque celles-ci sont soumises à un champ électrique élevé. Un tel champ peut être dû au fait que cette verrerie est en contact physique avec des pièces métalliques portées à un certain potentiel électrique (anode A, électrodes, jauge à vide à ionisation représentée en 8 sur la figure 1). I1 en résulte un gradient de potentiel tout au long de la verrerie, donc un champ électrique. De plus, la surface des verreries n'est jamais parfaitement régulière, mais présente des imperfections locales, des protubérances . Les champs électriques sont localement plus forts dans le voisinage de ees protubérances; cecl est connu sous le nom "effet de pointe" dans la théorie électrostatique. Les phénomènes perturbateurs liés à l'émission de champ sont fortement aggravées par le recouvrement de ces protubérances par des métaux alcalins, du fait du très faible travail de sortie de ces derniers. De plus, liés à l'antimoine, les métaux alcalins forment des composés à fort taux d'émission secondaire, ce qui amplifie les phénomènes parasites. Ces phénomènes parasites contribuent à générer un "bruit" électronique à l'intérieur du tube, qui correspond à des électrons qui ne proviennent pas de l'écran de l'entrée normalement suite à l'entrée de l'image à convertir (IIR) ou à amplifier (IIL). Ces électrons de bruit, générés par des phénomènes parasites, sont accélérés tout comme les électrons utiles provenant de l'image d'entrée, et ont pour effet d'augmenter la brillance de l'image obtenu à la sortie, réduisant sa dynamique et donc son contraste sur l'écran d'observation. Le graphique de la figure 2 montre l'enregistrement en fonction. du temps de ce bruit provenant de décharges lumineuses au mode normal d'utilisation d'un IIR. Les mesures sont ;effectuées à l'aide d'un photomultiplicateur placé en regard de écran de sortie en l'absence de signal à l'écran d'entrée. La présente invention concerne donc un procédé de fabrlcatlon de tubes intensificateurs d'image pour pallier à ces inconvénients en supprimant les décharges lumineuses parasites sur les parties isolantes de l'enceinte. L'invention concerne également les tubes intensificateurs d'image réalisés selon ce procédé. Pour atteindre ces buts, la présente invention propose un procédé de fabrication selon lequel les parties isolante s de l'enceinte sont recouvertes par un dépôt sur ces mêmes parties d'un film d'un polymère isolant électrique. Ce polymère isolant agit comme un "piège" chimique pour les métaux alcalins. En effet, les métaux alcalins, très réactifs, réagissent avec les chaînes macromoléculaires pour se substituer aux atomes d'hydrogène se trouvant dans ces macromolécuies, et sont intégrés chimiquement et de manière très stable dans cette couche de polymère, qui reste une couche isolante électriquement. Le polymère choisi devra être nécessairement isolant électrique afin de ne pas court-circuiter les parties de l'enceinte pouvant être à des potentiels différents. Ce polymère isolant peut être du type polyimide, silicone, ou tout autre. Quand les atomes de métaux alcalins se trouvent "piégés" chimiquement sur la couche de polymère isolant déposée sur les parties isolantes, ils ne sont pas libres pour former les composés à fort taux d'émission secondaire avec l'antimoine. Mais encore, le travail de sortie des électrons se trouve fortement augmenté quand les atomes sont ainsi piégés sur les macromolécules, car ces électrons participent à la liaison chimique covalente formée avec le polymère. De plus, le recouvrement des parties isolantes avec un film de polymère isolant a pour effet de réduire l'intensité du champ électrique au voisinage desc imperfections de surface et notamment des protubérances citées plus haut. En effet, le dépôt d'un film de polymère lisse la surface des parois de l'enceinte et ainsi contribue à supprimer l'émission de champ sur ces parois. A cet effet, l'invention a pour premier objet un procédé de fabrication d'un tube perfectionné intensificateur d'image, avec notamment une photocathode comportant une photocathode antimonaire alcalin, plusieurs électrodes et une anode dans une enceinte à vide comprenant des parties isolantes électriquement, selon lequel, préalablement à la fabrication de la cathode au moyen d'une vaporisation des métaux alcalins et d'antimoine, on dépose sur les parties isolantes de l'enceinte à vide une couche d'un matériau isolant ayant la propriété de réagir avec les métaux alcalins susdits. Selon une caractéristique générale de l'invention, on choisit le matériau isolant parmi les polymères organiques isolant électriquement. Un second objet de l'invention est un tube perfectionné intensificateur d'image, avec notamment une photocathode comportant une antimonaire alcalin, plusieurs électrodes et une anode dans une enceinte å vide comprenant des parties isolantes, dont au moins une desdites parties isolantes porte sur sa paroi interne une couche de polymère organique isolante électriquement ayant la propriété de réagir chimiquement avec les métaux alcalins qui entrent dans la composition de photcathode. D'autres ob3ets, caractéristiques et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les figures annexées qui représentent - la figùre 1, déia mentionnée, une vue en coupe schématique longitudinale d'un tube intensificateur d'image radiologique (IIR), selon l'art antérieur, - la figure 2, déjà mentionnée, l'enregistrement en fonction au temps des décharges lumineuses ou électriques parasites dans un IIR de l'art antérieur en mode normal d'utilisation et en l'absence de signal à l'entrée, - la figure 3, une vue en coupe schématique longitudinale d'un tube intensificateur d'image radiologique (IIR) réalisé suivant le procédé selon l'invention, - la figure 4, un enregistrement en fonction du temps des décharges lumineuses ou électriques parasites dans un IIR réalise suivant le procédé selon l'invention, effectuée dans les nomes conditions que l'enregistrement de la figure 2. Sur. les différentes figures, les mêmes repères désignent les mêmes éléments, mais, pour des raisons de clarté, les cotes et proportions des divers éléments ne sont pas respectées. Un intensificateur d'image radiologique selon l'art antérieur représenté de façon schématique, vu en coupe longitudinale sur la figure 1, est constitué par un écran d'entrée, un système d'optique électronique et un écran d'observation contenus dans une enceinte à vide 1. La qualité du vide peut être contrôlée par une jauge à ionisation, par exemple, comme représentée schématiquement en 8 sur cette figure 1. L'enceinte à vide 1 comporte des parties isolantes électriquement 7, généralement réalisées en verre. L'écran d'entrée comporte un scintillateur 2 qui convertit les photons X incidents en photons visibles une photocathode 3 qui convertit les photons visibles en électrons. Entre les scintillateur et la photocathode, est généralement intercalée une sous-couche conductrice de l'électricité dont le rôle est de ré-approvisionner la photocathode en charge électriques pendant qu'elle émet ses électrons. Cette sous-couche n'est pas représentée sur la figure 1. Le scintillateur peut être constitué, par exemple, d'iodure de césium dopé au sodium ou au thallium. La photocathode peut être - constituée d'un antimoniure alcalin. La sous-couche conductrice peut être constituée, par exemple, d'oxyde d'indium de formule Ion203. Le système d'optique électronique est constitué généralement de trois électrodes G1, G2, G3 et d'une anode A qui porte l'écran d'observation 4. La photocathode 3 est généralement reliée à la masse du tube. Les électrodes G1, G2, G3 et l'anode A sont portées à des potentiels électriques croissant jusqu'à 30 KV par exemple ; il se crée donc dans le tube un champ electrique E, dirigé selon l'axe longitudinal du tube, vers la photocathode. Les électrons issus de la photocathode remontent ce champ et viennent frapper l'écran d'observation 4, constitué d'un matériau cathodoluminescent tel que su sulfure de zinc, par exemple, ce qui permet d'obtenir une image visible. La figure 2 represente un enregistrement en fonction du temps des décharges lumineuses ou électriques parasites dans un IIR de l'art antérieur en mode normal d'utilisation et en l'absence de signal à l'entrée. Les mesures sont enregistrées sur cette figure sur une échelle arbitraire d'intensité qui dépend de l'amplification du circuit de détection, qui consiste principalement on un tube photomultiplicateur placé en regard de l'écran d'observation et utilisé en mode linéaire. Le courant de sortie du photomultiplicateur est donc proportionnel au nombre de photons détectés. La mesure représentée s'étend sur une période d'une durée d'une ou deux minutes. Un intensificateur d'image radiologique réalisé suivant la procédure selon l'invention est représenté de façon schématique on coupe longitudinale sur la figure 3. La géométrie et les éléments sont identiques å ceux de la figure 1 à l'exception du repère 9 qui indique la couche de polymère isolant déposée sur la paroi interne des parties isolantes 7 de l'enceinte à vide, illustrant la solution apportée par l'invention au problème de l'éclairage parasite précédemment évoqué. Le problème de l'éclairage parasite est dû à la nature métallique des alcalins parasitaires. La solution proposée par .l'invention est de faire réagir chimiquement ces métaux alcalins avec un matériau capable de les transformer en composés ioniques ou covalents. Ainsi les métaux alcalins sont fixés et ne libèrent plus d'électrons créant l'éclairage parasite que l'on cherche à supprimer. Le dépôt utilisé doit être de plus isolant de l'electriclté de façon à éviter les phénomène de décharge le long des parois isolantes, sur lesquelles un gradient de potentiel peut exister. Selon la présente invention, on propose de recouvrir l'intérieur des parois isolantes de l'enceinte à vide, en totalité ou en partie, d'un polymère organique isolant électrique. Ce polymère organique isolant peut être du type polyimide, silicone ou tout autre. 11 peut être déposé - par exemple au pinceau - à partir d'une solution de polyimide ou de silicone, par exemple, dissous dans un solvant comme le n-methyl-pyrrolldanb, un éther de l'éthylène glycol, le toluène ou tout autre, ce solvant étant éliminé ensuite par un étuvage. L'arrivée d'alcalins parasitaires lors de la fabrication de la photocathode provoque la réaction suivante à la surface de la couche 9 de polymère dans le cas où du césium est évapore: Cs + Polymère --- > Produits de réactions On ne retrouve donc pas sur la couche 9 de métaux alcalins mais des composés comportant ces alcalins. Donc il nty a plus de charges électriques mobiles apportées par les alcalins puisque ceux-ci sont piégés chimiquement. On se retrouve ainsi dans une configuration parfaitement isolante, et les flashes lumineux ne se produisent plus, comme cela est visible sur le graphique de la figure 4. La figure 4 représente un enregistrement en fonction du temps des décharges parasites lumineuses ou électriques dans un IIR réalisé suivant le procédé selon l'invention, en mode normal d'utilisation et en l'absence de signal à l'entrée. Les mesures sont été effectuées dans les conditions identiques à celles représentées sur la figure 2 et les mêmes échelles d'intensité et du temps sont utilisées sur les deux figures pour permettre une comparaison directe On constate sur cette figure 4 la disparition quasi totale des signaux parasites, dû å l'élimination des décharges lumineuses et électriques à l'intérieur de l'IIR grâce à l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication dtun tube (1) perfectionné intensificateur d'image, avec notamment une photocathode (3) comportant un antimonium alcalin, plusieurs électrodes (G1, G2, G3) et une anode (4) selon lequel, préalablement à la fabrication de la cathode (4) au moyen d'une vaporisation d'antimoine et de métaux alcalins, on dépose avant de l'introduire dans le tube, sur au moins une partie de l'intérieur de ia paroi des parties isolante (7) de l'enceinte à vide (1), une couche d'un matériau (9) isolant ayant la propriété de réagir avec les métaux alcalins susdits, caractérisé en ce que l'on choisit le matériau isolant parmi les polyméries organiques isolants électriquement. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le polymère choisi est du type polymimide ou du type silicone. 3. Tube perfectionné intensificateur d'image selon l'une quelconque des revendications 1 et 2. 4 Tube perfectionné intensificateur d'image radiologique (IIR) selon la revendication 3. 5. Tube perfectionné intensifîcateur d'image lumineuse (IIL) selon la revendication 3.