EP0063082A1 - Détecteur de rayons X - Google Patents

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EP0063082A1
EP0063082A1 EP82400628A EP82400628A EP0063082A1 EP 0063082 A1 EP0063082 A1 EP 0063082A1 EP 82400628 A EP82400628 A EP 82400628A EP 82400628 A EP82400628 A EP 82400628A EP 0063082 A1 EP0063082 A1 EP 0063082A1
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EP
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gas
rays
detector
ionization
electrodes
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EP82400628A
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Robert Allemand
Jean-Jacques Gagelin
Edmond Tournier
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J47/00—Tubes for determining the presence, intensity, density or energy of radiation or particles
    • H01J47/02—Ionisation chambers

Definitions

  • the present invention relates to an X-ray detector and in particular to X-rays which have passed through an object and or an organ which are supplied by a point source emitting towards the object or the organ, a plane beam of incident X-rays. with a wide angular opening and a small thickness.
  • This invention applies more particularly to the tomography of organs, but also to industrial control, such as baggage control for example.
  • X-ray detectors make it possible to measure the absorption of an X-ray beam passing through an object or an organ, this absorption being linked to the density of the tissues of the organ examined or the density of the materials constituting the object studied.
  • ionization X-ray detectors used in tomography are of the multicell type and include cells delimited by conductive plates perpendicular to the plane of the beam of X-rays and brought alternately to positive and negative potentials. These cells are located in a sealed enclosure containing an ionizable gas.
  • the advantages of this type of multicellular detector are as follows: they provide good collimation of X-rays when the plates used in the detection cells are made of a very absorbent material; the charge collection time resulting from ionization of the gas by X- rays is very short because of the small spacing of the conductive plates and the good separation between the detection cells.
  • this type of detector has significant drawbacks: it is possible to reduce the thickness of the plates in order to increase the quantity of X-rays detected, but to the detriment of collimation due to the small thickness of the plates; this small thickness of the plates also causes a very large microphone.
  • detectors of this type have a great complexity of construction which leads to a high manufacturing cost and they require mounting in a dust-free room, since any dust on one of the plates, can cause an initiation or a deterioration of the leakage current. between two consecutive plates. It is added to these drawbacks that the numerous plates used require very numerous electrical connections, inside the sealed chamber, which poses difficult problems of reliability of the welds of the connections on the plates.
  • This other type of detector includes a sealed chamber containing a gas ionizable by rays from the organ or object and, in this chamber, a plate for collecting the resulting electrons. both of the ionization of the gas; this plate is parallel to the plane of the beam of incident rays and it is brought to a positive high voltage.
  • a series of electrodes for collecting the ions resulting from the ionization of the gas by the X-rays coming from the object is arranged in parallel and facing the preceding plate; these ion collection electrodes are brought to a potential close to O and are directed towards the source which emits the X-rays, in the direction of the object.
  • This type of detector has certain advantages: there are no longer, as in the detector mentioned above, separation plates; this eliminates any annoying phenomenon of microphony. Due to the removal of these separation plates, the quantity of X-rays detected is maximum; the realization of this type of detector is very simple and it is very little sensitive to dust.
  • the gas contained in the ionization chamber of this detector is a gas such as xenon; this gas can be added to other gases to improve detection.
  • This type of detector has a serious drawback which results from the fact that during a significant irradiation, the positive ions such as the Xe + ions, of which the number is large, migrate towards the most negative electrode. These ions entrain the gas atoms, which causes gas movements inside the detector causing overpressures and local depressions which disturb the sensitivity of detection at the locations of these disturbances. In addition, these disturbances are not located at fixed locations in the detector, but move through it, which further disturbs the measurements of currents flowing in the electrodes.
  • the object of the invention is to remedy these drawbacks and in particular to produce an X-ray detector which has the structure which has just been described, but in which it is possible, thanks to an additional gas, to reduce the disturbances in sensitivity. of the detector, by attenuating the overpressures and depressions which appear therein, during a significant irradiation.
  • the subject of the invention is an X-ray detector, suitable for example for detecting rays having passed through an object or an organ and being supplied by a source emitting, towards the object, a plane beam of incident X-rays, this beam having a wide angular opening and a small thickness, this detector comprising at least one sealed ionization chamber containing at least one gas ionizable by the rays emanating from the object, and, in this chamber, a charge collection plate resulting from the ionization of the gas, this plate being parallel to the plane of the beam of incident rays and being brought to a first potential and a series of charge collection electrodes resulting from the ionization of the gas, these charge collection electrodes being brought to a second potential and being directed towards the source, in a plane parallel to the plane of the beam of incident rays opposite the charge collection plate, these charge collection electrodes s providing a current resulting from the ionization of the gas opposite each of the electrodes under the effect of X-rays,
  • the electronegative gas is sulfur hexafluoride.
  • this electronegative gas can be oxygen or nitrogen.
  • the ionizable gas is xenon, or another neutral gas.
  • Figure 1 shows schematically and in perspective, a detector according to the invention comprising a plate 1 brought to a positive high voltage + HT and, opposite, a series of electrodes 2 brought to a potential close to O volt.
  • This plate and these electrodes are located in a sealed main chamber 3, shown diagrammatically and which contains at least one ionizable gas such as xenon for example, added with an electronegative gas such as sulfur hexafluoride SF6, oxygen or nitrogen.
  • This detector makes it possible to detect the X-rays which have passed through an object or an organ O, these rays being supplied by a source S which emits in the direction of the object or the organ, a plane beam F of incident X-rays; this beam has a wide angular opening and a small thickness.
  • the plate 1 is parallel to the plane of the beam of incident rays, while the plane electrodes 2 are situated in a plane parallel to the plane of the beam of incident rays, opposite the plate 1.
  • the plate 1 which is brought to a positive potential see you sin of a few kilovolts, is a collection plate for negative charges, in particular negative ions SF6 - .
  • the electrodes 2 are electrodes for collecting the positive ions obtained by ionization of the gas contained in the detector. In the example described, these positive ions are Xe + ions.
  • the electrodes are generally carried by an insulating plate (not shown in this figure) and are electrically isolated from each other. They can be obtained by depositing copper on an insulating support.
  • the pressure of the xenon inside the sealed chamber has a value between 5 and 30 bars; this gas can also be added to other gases intended to improve detection.
  • the electrodes 2 form converging bands in the direction of the point source S.
  • the currents which circulate in the electrodes 2, currents induced by the displacement of the charges, are amplified by amplifiers 5, before being treated by a system not shown, allowing the visualization of a section of the organ or the object studied.
  • Negative ions (SF6 for example in the example considered) are captured by plate 1.
  • FIG. 2 schematically represents a side view of the detector of the invention.
  • the plate 1 brought to a positive high voltage + HT this plate is assumed to be fixed to an insulating support 6 and the sealed chamber 3 has not been shown in this figure 3.
  • the detection gas is xenon and that the electronegative gas is sulfur hexafluoride; as a result of ionization of the die gas tection by X-rays from the object or organ O, the electrode 2 receives positive ions Xe +, while the released electrons are entrained towards the positive plate 1 by the electronegative gas.
  • sulfur hexafluoride SF6 sulfur hexafluoride SF6, for example.
  • the electronegative gas introduced into the detector makes it possible to trap the free electrons coming from the ionization of the gas; this results in a movement of negative ions in the opposite direction to that of positive ions which reduces the importance of the disturbances.
  • the electronegative gas is an inert gas such as sulfur hexafluoride, in order to avoid any corrosion in the detector; it is however possible to use a non-inert gas such as oxygen for example, provided that electrodes and a gold plate are used or electrodes and a copper plate covered with gold leaf.

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  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)

Abstract

Détecteur de rayons X ayant traversé un objet ou un organe (0). Ce détecteur comprend au moins une chambre d'ionisation (3) étanche contenant un gaz ionisable par les rayons issus de l'objet, et, dans cette chambre, une plaque (1) de collection des charges et une série d'électrodes (2) de collection des charges résultant de l'ionisation du gaz. 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.

Description

  • La présente invention concerne un détecteur de rayons X et notamment de rayons X qui ont traversé un objet et ou un organe qui sont fournis par une source ponctuelle émettant en direction de l'objet ou de l'organe, un faisceau plan de rayons X incidents présentant une large ouverture angulaire et une faible épaisseur. Cette invention s'applique plus particulièrement 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 mesurer 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'envoyer 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'observer pour chaque position des faisceaux de rayons X incidents par rapport à l'objet ou l'organe, l'absorption 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 ionisation, utilisés en tomographie sont de type multicellulaires 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 situées dans une enceinte étanche contenant un gaz ionisable. Les avantages de ce type de détecteur multicellulaires, 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 plaques 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 plaques ; cette faible épaisseur des plaques provoque en outre une microphonie très importante. Enfin, les détecteurs 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 provoquer 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 nombreuses, 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 résultant de l'ionisation du gaz ; cette plaque est parallèle au plan du faisceau de rayons incidents et elle est portée à une haute tension positive. Une série d'électrodes 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'organe, dans une direction correspondant à celle des rayons incidents.
  • Ce type de détecteur présente certains avantages : il n'y a plus, comme dans le détecteur mentionné précédemment, de plaques de séparation ; ceci élimine 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 inconvénient 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 endroits fixes dans le détecteur, mais 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 inconvénients 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 sensibilité 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'ionisation du gaz, cette plaque étant parallèle au plan du faisceau de rayons incidents et étant portée à un premier potentiel et une série d'électrodes de collection 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, dans un plan parallèle au plan du faisceau de rayons incidents en regard de la plaque de collection des charges, ces électrodes de collection des charges fournissant un courant résultant de l'ionisation du gaz en regard de chacune des électrodes sous l'effet des rayons X, caractérisé en ce que la chambre d'ionisation contient en outre un gaz électronégatif.
  • Selon une autre caractéristique, le gaz électronégatif est de l'hexafluorure de soufre.
  • Selon une autre caractéristique, ce gaz électronégatif 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 perspective, du détecteur conforme à l'invention ;
    • - la figure 2 est une vue latérale du détecteur de l'invention, qui permet de mieux comprendre le fonctionnement de celui-ci.
  • La figure 1 représente schématiquement et en perspective, un détecteur conforme à l'invention comprenant une plaque 1 portée à une haute tension positive +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'hexafluorure de soufre SF6, 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'organe, un faisceau F plan de rayons X incidents ; ce faisceau présente une large ouverture angulaire et une faible 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 voisin de quelques kilovolts, est une plaque de collection des charges négatives, notamment des ions négatifs SF6 -. Les électrodes 2 sont des électrodes de collection 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 représentée sur cette figure) et sont isolées électriquement 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 comprise entre 5 et 30 bars ; ce gaz peut d'ailleurs être additionné à d'autres gaz destinés à améliorer la détection. Les électrodes 2 forment des bandes convergentes en direction de la source ponctuelle S. Les courants qui circulent dans les électrodes 2, courants induits 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 (SF6 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'hexafluorure de soufre ; par suite de l'ionisation.du gaz de détection 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'hexafluorure de soufre SF6, par exemple). Comme on l'a indiqué plus haut, ce mélange d'au moins un gaz de détection et d'un gaz électronégatif, permet, lors d'une irradiation importante qui crée un très grand nombre d'ions positifs (Xe dans l'exemple considéré), d'éviter des mouvements de gaz qui entraînent des surpressions et des dépressions locales perturbant la sensibilité de la détection. Le gaz électronégatif introduit dans le détecteur, conformément à l'invention, permet de piéger les électrons libres provenant de l'ionisation du gaz ; il en résulte un mouvement d'ions négatifs 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'hexafluorure 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 condition 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 équivalents, sans sortir du cadre de l'invention. En particulier tous les gaz susceptibles de faire naître, au sein du mélange détecteur, un mouvement de gaz inverse de celui des ions produits par l'irradiation X permettent de mettre en oeuvre cette dernière.

Claims (5)

  1. l. Détecteur de rayons X, apte par exemple à détecter des rayons ayant traversé un objet ou un organe (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 comprenant au moins une chambre d'ionisation (3) étanche contenant 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 du faisceau de rayons incidents (F) et étant portée à un premier potentiel (+HT), et une série d'électrodes (2) de collection 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 collection des électrons, ces électrodes (2) de collection des charges fournissant un courant résultant de l'ionisation du gaz détecteur en regard de chacune des électrodes (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. 2. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit gaz est électronégatif.
  3. 3. Détecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le gaz électronégatif est de l'hexafluorure de soufre.
  4. 4. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz électronégatif est de l'oxygène ou de l'azote.
  5. 5. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le gaz ionisable est du xénon.
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