La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un écran scintillateur convertisseur de rayonnement. Elle concerne également un tel écran.
Les écrans scintillateurs convertisseurs de rayonnement sont bien connus dans l'art antérieur. Ces écrans reçoivent des rayons X ou y et les convertissent en photons lumineux auxquels est sensible une photocathode qui recouvre la face concave de ces écrans.
Lorsque l'écran reçoit un rayonnement X, il est utilisé dans des tubes intensificateurs d'images radiologiques ou I.I.R. et lorsque l'écran reçoit un rayonnement γ, il est utilisé dans des tubes de scintigraphie.
Dans l'art antérieur, les écrans scintillateurs convertisseurs de rayonnement sont généralement obtenus en évaporant sur la face concave d'un support métallique, en aluminium par exemple, qui est transparent au rayonnement, de l'iodure de césium dopé au sodium ou au thallium. La croissance de l'iodure de césium s'effectue spontanément sous forme d'aiguilles juxtaposées ce qui est une structure propice au guidage de la lumière créée dans l'iodure de césium par le rayonnement incident. La face concave de l'écran scintillateur ainsi obtenu reçoit une sous-couche de photocathode qui est destinée à isoler l'écran scintillateur de la photocathode et/ou à améliorer l'état de surface de la face concave de l'écran. Une photocathode est ensuite déposée sur cette sous-couche.
Par le document FR-A-2 145 566. on connaît un procédé de fabrication d'une couche de matériau scintillateur pour écran scintillateur convertisseur de rayonnement, par évaporation sur un support, qui peut être la partie concave de la fenêtre d'entrée 12, en verre ou métallique, d'un tube intensificateur d'images radioscopiques. On peut évaporer par exemple de l'iodiure de césium sur un support constitué d'un matériau présentant un coefficient de dilatation thermique différent de celui du matériau scintillateur.
Les écrans scintillateurs connus dans l'art antérieur présentent un certain nombre d'inconvénients parmi lesquels on peut citer :
La présente invention concerne un écran scintillateur convertisseur de rayonnement qui ne présente pas les inconvénients énoncés ci-dessus.
Selon la revendication 1, la présente invention concerne un procédé de fabrication d'une couche de matériau scintillateur pour écran scintillateur convertisseur de rayonnement, qui reçoit des rayons X ou y et les convertit en photons lumineux, cette couche de matériau étant obtenue par évaporation sur un support constitué d'un matériau présentant un coefficient de dilatation thermique différent de celui du matériau scintillateur, caractérisé en ce que l'évaporation est réalisée sur la face convexe parfaitement lisse du support et en ce que après évaporation, la couche de matériau scintillateur est séparée du support par simple chauffage.
Selon la revendication 4, la présente invention concerne également un écran scintillateur convertisseur de rayonnement, qui reçoit des rayons X et-y, comportant une couche de matériau scintillateur sensible aux rayons X ou y et les convertit en photons lumineux auxquels est sensible une photocathode (4) qui recouvre l'une des faces de cet écran, cette couche de matériau scintillateur (2) présentant une structure en aiguilles, présentant une face convexe qui reçoit le rayonnement et une face concave, sur laquelle repose la photocathode, caractérisé en ce que la face concave de cette couche de matériau scintillateur est aussi lisse que la surface convexe d'un support sur lequel elle est formée selon le procédé de l'une des revendications 1 à 3 et comporte des grains dont le diamètre varie de 0,1 à 50 ¡.Lm.
La face concave de l'écran scintillateur selon la présente invention est parfaitement lisse car c'est cette face qui se trouve en contact avec la face convexe du support pendant l'évaporation du matériau scintillateur. La photocathode qui est déposée sur cette face a donc des surfaces parfaitement lisses. On peut faire varier l'épais- . seur de l'écran de quelques dizaines de microns à plusieurs millimètres tout en conservant une face concave parfaitement lisse. Enfin, selon la présente invention, l'écran scintillateur lorsqu'il est terminé ne comporte plus le support ayant servi à sa fabrication.
D'autres 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 :
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.
La figure 1 représente le schéma vu en coupe, d'un écran scintillateur selon l'art antérieur.
Cet écran est obtenu en évaporant de l'iodure de césium sur la face concave d'un support métallique mince 1, en aluminium par exemple, qui est transparent au rayonnement X ou y à analyser. La croissance de l'iodure de césium s'effectue sous forme d'aiguilles 2 terminées par des cristaux tétraédriques qui sont représentées dans un encadré qui montre plus en détails la structure de l'écran. On constate dans l'encadré de la figure 1 que la face concave de l'écran scintillateur ainsi obtenue est très irrégulière. Sur cette face concave, on dépose une sous-couche de photocathode 3 pour isoler au point de vue chimique l'écran scintillateur 2 de la photocathode et/ou pour améliorer l'état de surface de la face concave de l'écran. Une photocathode 4 est ensuite déposée sur la sous-couche 3.
La figure 2 représente le schéma, vu en coupe, d'un mode de réalisation d'un écran selon l'invention.
Sur les deux encadrés qui montrent de façon plus détaillée la structure de l'écran, selon l'invention, on constate que cet écran est constitué d'un matériau scintillateur 2 présentant une structure en aiguilles. L'encadré de droite montre que la face concave de cet écran est parfaitement lisse. C'est sur cette face qu'est déposée la photocathode 4, avec, éventuellement, entre cette face concave et la photocathode, une sous-couche 3 de photocathode, en phosphovanadates par exemple.
Pour obtenir l'écran selon l'invention, on peut utiliser le procédé exposé ci-après.
Il faut disposer d'un support présentant une face convexe parfaitement polie. Ce support peut avoir une épaisseur quelconque. Il peut être constitué d'un matériau quelconque, verre ou métal, qui présente un coefficient de dilatation thermique différent de celui du matériau scintillateur utilisé.
L'écran scintillateur est obtenu par évaporation du matériau scintillateur sur la face convexe du support. Après évaporation, l'écran est séparé du support par simple chauffage grâce à la surface lisse de la face convexe du support et grâce à la différence entre les coefficients de dilatation thermique du support et du matériau scintillateur.
On obtient ainsi un écran scintillateur tel que celui représenté sur la figure 2 dont la face concave est parfaitement fisse car c'est cette face qui était en contact avec la face convexe du support pendant l'évaporation du matériau scintillateur. La face concave de l'écran présente un poli optique. Le diamètre des grains sur cette face varie de 0,1 à 50 micro-mètres environ.
Comme on peut le voir sur l'encadré de gauche de la figure 2, c'est la face convexe de l'écran qui présente une surface assez irrégulière à cause des extrêmités des aiguilles du matériau scintillateur mais cela n'a pas d'importance car il n'y a pas de conduction sur cette face.
En effet, la conduction est assurée par la photocathode qui est déposée sur la face concave tout à fait lisse. On ne risque donc pas de voir comme dans l'art antérieur, des cratères de micro-structures interrompre la continuité de la couche en contact avec la photocathode et donc la conduction.
L'épaisseur de l'écran peut varier, selon l'utilisation, entre quelques dizaines de microns et quelques millimètres tout en conservant une face concave parfaitement lisse.
Si le support d'évaporation est maintenu froid pendant l'évaporation, l'écran scintillateur présente une structure en aiguilles finement divisées. Il peut alors être utilisé dans les tubes intensificateurs d'images radiologiques de haute définition.
Si par contre le support d'évaporation est chauffé pendant l'évaporation, à des températures allant de 100 à 600 °C par exemple, on obtient une structure en aiguilles agglomérées plus monolithique qui permet d'utiliser cet écran en scintigraphie.
Le support d'évaporation peut être réalisé en aluminium par exemple. Le matériau scintillateur utilisé peut être un halogénure alcalin, tel que l'iodure de césium dopé au sodium ou au thallium, ou tel que l'iodure de potassium dopé au thallium. On peut aussi utiliser comme matériau scintillateur des tungstates, des sulfures ou des sulfates métalliques par exemple.
On constate qu'en utilisant le procédé précédemment décrit on obtient un écran scintillateur dont les deux faces sont accessibles pour tout traitement ultérieur souhaité car le support d'évaporation ne fait pas partie de l'écran ther- miné au contraire de ce qui se passe dans les écrans selon l'art antérieur.
Pour accroître la tenue mécanique de l'écran, et particulièrement dans le cas d'un écran de faible épaisseur en structure d'aiguilles finement divisées, on peut disposer sur la face convexe de l'écran une couche 5 assurant sa rigidité. Une telle couche est représentée sur la figure 2. Cette couche assurant la rigidité de l'écran peut être constituée par exemple d'un verre ou d'un émail à bas point de fusion, ou de toute substance organique supportant les températures d'étuvage du tube telles que par exemple la résine époxy. le parylène, les polyimides, ou la cryolite, par exemple.
La face convexe de l'écran peut être aussi munie d'une couche réfléchissant la lumière produite dans l'écran par le rayonnement incident. Cette couche renvoie vers la photocathode toute la lumière arrivant sur la face convexe de l'écran. Cette couche peut être constituée, par exemple, d'un métal évaporé quelconque tel que l'aluminium ou le nichrome.
On peut aussi munir la face convexe de l'écran d'une couche accroissant l'efficacité de détection quantique de l'écran. Cette couche est constituée d'un matériau de haute densité à numéro atomique élevé, déposé en couche mince, tel que l'oxyde de baryum, de plomb ou de tungstène. Ce type de matériaux favorise l'émission photoélec- trique et le pouvoir d'arrêt vis-à-vis du rayonnement ionisant.
Il est donc possible de disposer sur la face convexe de l'écran une, deux ou trois couches successives remplissant chacune l'une des fonctions suivantes : couche assurant la rigidité de l'écran, couche réfléchissant la lumière produite dans l'écran par le rayonnement incident, couche accroissant l'efficacité de détection quantique de l'écran. L'ordre des diverses couches peut varier.
Il est possible d'utiliser des couches de matériaux remplissant deux des fonctions énoncées. Par exemple, une couche d'indium ou d'étain peut servir à la fois à réfléchir la lumière produite dans l'écran par le rayonnement incident et assurer aussi la rigidité de l'écran. Une telle couche peut être obtenue par pulvérisation cathodique, par évaporation, par projection ou par toute autre méthode connue.
En ce qui concerne la face concave de l'écran, cette face étant parfaitement polie, les photocathodes qui y sont déposées ont une résistance électrique superficielle minimale qui ne dépend plus tellement de l'écran scintillateur mais surtout de la photocathode qui y est déposée.
La face concave de l'écran est généralement recouverte d'au moins une couche assurant au moins l'une des fonctions suivantes :
Sur la sous-couche, on dépose une photocathode 4, constituée par exemple de césium et d'antimoine.
Pour monter l'écran selon l'invention dans le tube où il va être utilisé, on peut employer une grille support 7 ayant même concavité que l'écran, comme cela est représenté sur la figure 3. Cette grille doit être transparente au flux de rayonnement incident. Elle peut être en nickel ou en fer, par exemple.
Sur la figure 3, l'écran représenté, comporte une couche 6 accroissant l'efficacité de détection quantique de l'écran, une couche 2 de matériau scintillateur en aiguilles dont la face concave est parfaitement polie, une sous-couche de photocathode 3 et une photocathode 4.
On voit sur la figure 3, qu'un anneau métallique 8 est évaporé sur la face concave de l'écran à la périphérie de cette face. Des languettes de pression 9 sont appliquées sur cet anneau et servent de connexions avec la photocathode.
L'écran selon l'invention lorsqu'il est suffisamment épais peut aussi être monté dans un tube sans l'utilisation d'une grille-support.
On obtient divers modes de réalisation de l'écran selon l'invention en munissant l'une des deux faces, ou les deux faces de cet écran, d'une ou plusieurs des diverses couches dont il a été question précédemment qui peuvent être superposées dans un ordre indifférent.