EP1410420A1 - Detecteur de rayonnements ionisants, a lame solide de conversion des rayonnements, et procede de fabrication de ce detecteur - Google Patents

Detecteur de rayonnements ionisants, a lame solide de conversion des rayonnements, et procede de fabrication de ce detecteur

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Publication number
EP1410420A1
EP1410420A1 EP02772448A EP02772448A EP1410420A1 EP 1410420 A1 EP1410420 A1 EP 1410420A1 EP 02772448 A EP02772448 A EP 02772448A EP 02772448 A EP02772448 A EP 02772448A EP 1410420 A1 EP1410420 A1 EP 1410420A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
particles
blade
detector
detector according
blades
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02772448A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Louis Gerstenmayer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP1410420A1 publication Critical patent/EP1410420A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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 ionizing radiation detector and a method of manufacturing this detector.
  • the invention is particularly applicable to the detection of X-rays, gamma photons, protons and neutrons.
  • the invention applies, for example, to the following fields: - rapid non-destructive testing with very high spatial resolution, positioning of patients in radiotherapy, with a precision greater than that which allow detectors of the prior art, which allows the decrease in doses absorbed by patients,
  • detectors In the field of particle physics, which is totally different from the fields mentioned above, in particular from the field of radiography, heterogeneous detectors are known. called “calorimeters” which include a stack of metallic sheets alternating with scintillating plastic elements, connected for example to photodiodes or photomultipliers or to a light intensification tube.
  • detectors are used not to provide the image of an object but to reconstruct the shape of the trajectory of each incident particle which penetrates laterally into such a detector, that is to say perpendicular to the fibers thereof, and not from the front, that is to say parallel to these fibers.
  • Ionizing radiation detectors are also known, intended to exploit the image of an object, which is transported by such radiation.
  • Ionizing radiation detectors comprising a metal blade which is made of a material with an effective cross-section.
  • a metal with an atomic number at least equal to 73 is used for the detection of X or ⁇ photons and a metal with a very low atomic number, generally less than 14, for the detection of neutrons and other materials, such as gadolinium, being also usable for the detection of neutrons.
  • This metal strip is immersed in an ionizable gas mixture which is crossed by electrically conductive wires, widely spaced from each other, thus constituting a wire chamber.
  • the electrons torn from the gas molecules under the effect of this ionization are collected using an electric field and thus rendered detectable thanks to the avalanche which occurs in a thin layer of gas surrounding the detector wires.
  • the detector must be used in counting mode, which limits the dose rate acceptable by this detector and requires the use of a continuous source of X-rays, comprising for example an electrostatic accelerator which is less compact than current LINAC, with waves. high frequency, and therefore requires more expensive radiological protection: it is necessary to use several cubic meters of concrete for this protection.
  • a continuous source of X-rays comprising for example an electrostatic accelerator which is less compact than current LINAC, with waves. high frequency, and therefore requires more expensive radiological protection: it is necessary to use several cubic meters of concrete for this protection.
  • the avalanche mentioned above takes place around the widely spaced wires of the chamber, which degrades the spatial resolution of the detector.
  • the spatial resolution in a direction parallel to an edge of the metal plate is fundamentally limited by the phenomenon of parallax, due to the propagation of primary photoelectrons in the thickness of gas located between the blade and wires, thickness which allows the creation of a sufficient number of ionizations in the gas in order to count by avalanche the particles detected (for example X photons or neutrons).
  • the resolution of such a detector is further limited by the distance, of the order of a few centimeters, between the wires which it comprises.
  • the maximum dose rate that this detector allows is low due to the large distance between the wires and the detector cathode, which prevents the rapid elimination of the space charge due to the positive ions which accumulate. in the son's room.
  • the object of the present invention is to remedy the above drawbacks. It proposes a detector of ionizing radiation which is capable of reading the image of an object, transported by this radiation, more easily than the known detectors, mentioned above.
  • the invention provides a detector which is superior to the radiographic films mentioned above because this detector makes it possible to obtain a digital image, instantly available and of better quality than the images obtained with these films, this detector being less sensitive. to scattered radiation while having a resolution at least as good as these films.
  • the invention overcomes the drawbacks of detectors which use a wire chamber for the following reasons: the stopping power with respect to first ionizing particles can be much higher, up to 1000 times higher at high energy (photons of energy greater than 10 keV).
  • the subject of the present invention is a detector of incident ionizing radiation consisting of first particles, this detector being characterized in that it comprises at least one elementary detector, or elementary detection sub-assembly, comprising:
  • these conversion means comprising at least a first blade made of a first solid material, capable of converting the first particles into the second particles, this first blade being oriented so that the incident ionizing radiation arrives on a first edge of this first blade and along this first edge, the depth of this first blade, counted from the first edge to a second edge of the first blade, opposite to the first edge, being at less equal to a tenth of the mean free path of the first particles in the first material,
  • the first material is electrically conductive and the conversion means comprise a set of first blades which is provided with microperforations, these first blades being stacked and electrically isolated from each other, and the detector further comprises polarization means provided for bringing these first blades to electrical potentials which grow from one end to the other of the set of first blades and are designed to create an electric field capable of displacing the second particles towards the excitable medium.
  • the first material is resistive, with a resistivity approximately equal to or greater than 10 7 ⁇ .cm
  • a first face of the first strip is formed on an electrically conductive layer and the detector further comprises: - means for extracting the second particles, provided for extracting these second particles from the first blade and sending them to the excitable medium, these extraction means comprising at least one second electrically conductive blade, provided with micro-holes and formed on a second face of the first blade, opposite the first face thereof, the first and second blades having substantially the same depth and the same width, this width being counted from one end to the other of the first edge of the first blade, and - Polarization means provided for bringing the conductive layer and the second strip to different electrical potentials, creating an electric field capable of displacing the second particles towards the excitable medium.
  • the extraction means comprise a plurality of second blades, which are electrically isolated from each other and form a stack provided with micro-bores, and the polarization means are provided for carrying the second blades to electrical potentials which grow from one end to the other of the set of second blades and are intended to move the second particles towards the excitable medium.
  • a semiconductor material with a resistivity of approximately equal to or greater than 10 7 ⁇ .cm can be used, as the first material, as the first material, a semiconductor material with a resistivity of approximately equal to or greater than 10 7 ⁇ .cm.
  • This semiconductor material can be a semiconductor composite material, comprising a host matrix, of electrically insulating or semiconductor polymer type, and guest particles of semiconductor type, which are dispersed in this host matrix.
  • the excitable medium is a medium which can be ionized by the second particles, capable of generating electrical charges constituting the third particles, by interaction with these second particles, this medium ionizable having substantially the shape of a third blade which is parallel to the first blade, these first and third blades having substantially the same depth and the same width, this width being counted from one end to the other of the first edge of the first blade, the collection means comprises a plurality of strips parallel, electrically conductive and electrically insulated from one another, these strips being capable of collecting charges electric for providing 'electrical signals representative of the incident ionizing radiation, and the detector comprises in addition polarization means provided for creating an electric field capable of moving the second particles of the conversion means towards the ionizable medium and the electric charges of this. medium ionizable towards the set of parallel bands.
  • This ionizable medium is preferably gaseous.
  • the excitable medium is capable of generating photons constituting the third particles, by interaction with the second particles, this excitable medium having substantially the shape of a third plate which is parallel to the first blade, these first and third blades having substantially the same depth and the same width, this width being counted from one end to the other of the first edge of the first blade, and the collection means comprise guides parallel lights, suitable for collecting photons to provide light signals representative of the incident ionizing radiation.
  • the width of the first blade, counted from one end to the other of the first edge of this first blade is approximately equal to or greater than 10 cm.
  • the thickness of this first blade is approximately equal to or less than
  • the object of the invention detector may include a plurality of stacked elementary detectors.
  • the present invention also relates to a method of manufacturing the detector which is the subject of the invention, in which the conversion means are formed and these conversion means and the collection means are placed on either side of the excitable medium.
  • the first strip is formed on the electrically conductive layer and 1 'the second blade is fixed to the first blade.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a detector according to the invention which detects the image of an object, transported by ionizing radiation
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of a mode of particular embodiment of the detector object of the invention, using a resistive conversion material
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of another particular embodiment comprising several detectors of the type of that of FIG. 2, stacked one on the other,
  • FIG. 4 is a schematic perspective view of another particular embodiment, using an electrically conductive conversion material
  • FIG. 5 is a schematic perspective view of another particular embodiment, using a gas capable of emitting light when it is excited by charged particles, while the detectors of Figures 2 to 4 use a gas ionizable.
  • the detector 2 which is shown diagrammatically in FIG. 1, is intended to detect penetrating ionizing radiation 3 of high energy, for example consisting of X photons or ⁇ photons or protons or even neutrons.
  • This detector converts the image transported by this radiation 3 into particles, for example electrons, whose operation is easier than that of radiation.
  • a medium which can be a solid medium, for example semiconductor or photoconductive or even photovoltaic, or a gaseous medium.
  • the detector then makes it possible to locally read the energy deposited by these particles to constitute an analog-like image.
  • This detector 2 can for example associate this detector 2 with a source 4 of ionizing radiation, this source being almost point-like.
  • This detector 2 which has a planar shape, substantially parallelepipedic, is a stack of layers, or blades, the structure of which will be given in the description of Figure 2.
  • the input face of the detector is arranged in a direction x which is perpendicular to the direction z.
  • the beam 8 is arranged between the source 4 and the object 6 and provided so that the beam of the radiation 3, which reaches the object 6 then the detector, is substantially plane and parallel to the plane xz.
  • the width of the detector is counted in the direction x. This width can be very large. It can exceed 1 meter.
  • the detector 2 has a great depth which is counted in the direction z. This depth is greater than one tenth of the average free path of the radiation in the material that the detector comprises and which is intended to convert the image transported by the ionizing radiation, in order to ensure a high stopping power with respect to this radiation.
  • This material which will be discussed in more detail later, can be chosen so as to have a stopping power greater than 50%.
  • a very large number of detection pixels are formed which are aligned in the direction x (direction of the width of the detector).
  • the distance between two adjacent pixels can be very small, for example equal to 100 ⁇ m, which ensures the spatial resolution of the radiographic image in the x direction.
  • Detector 2 is a linear detector. It can be provided with a scanning function in order to carry out a scanner function making it possible ultimately to obtain a two-dimensional image (such as an X-ray film). To obtain this sweep, it is for example possible to mount the bar arranged horizontally on a jack which moves it vertically.
  • the thickness of the material allowing the conversion of the incident ionizing radiation (material to which we will return later) is likely to be very small. This thickness is counted in a direction y which is perpendicular to the directions x and z. This direction is called "scanning direction”.
  • the low thickness of the conversion material guarantees the spatial resolution of the radiographic image in the y direction which is parallel to the scanning.
  • the closely spaced pixels provide resolution in the x direction.
  • the weakness of this thickness reduces the sensitivity of the detector to parasitic radiation, the pulse vector of which no longer passes through the source 4 as a result of the scattering of the radiation in the various media encountered or crossed.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of the detector 2.
  • this detector is intended for the detection of X-rays. It comprises a substantially parallelepiped blade made of a material intended to convert the X-rays electron incident. This material is resistive, with a resistivity of approximately 10 7 ⁇ .cm or greater than this value.
  • the width, depth and thickness of the blade 10 are noted respectively L, P and E.
  • the depth P of this blade 10 is counted along the axis z parallel to the direction of the incident radiation 3. Its width is counted according to the direction x perpendicular to the direction z and its thickness E is counted along the direction y which is perpendicular to the directions x and z.
  • An edge 12 of blade 10 is the detector input face 2. This edge 12 is perpendicular to the z-direction and parallel to the 'x direction. the blade 10 is parallel to the plane defined by the directions x and z and oriented so that its edge 12 receives the radiation beam 3 substantially plane (which is also parallel to the plane xz).
  • the strip 10 of resistive material is formed on an electrically conductive layer 14 constituting the cathode of the detector 2.
  • This detector 2 also comprises a stack 15 of electrically conductive layers which are electrically isolated from each other.
  • this stack comprises three layers of width substantially equal to L and of depth substantially equal to P, namely two conductive layers 16 and 18 between which there is an electrically insulating layer 20.
  • the conductive layer 16 is formed on the face of the blade of resistive material 10, opposite that which rests on the electrically conductive layer 14.
  • the stack is provided with a large number of holes 22 whose size is of the order of 10 ⁇ m to 20 ⁇ m for example and which are called "micro-holes".
  • the detector of FIG. 2 is placed in a hermetically closed casing 24 which contains a gas ionizable by the electrons.
  • this box is provided with means (not shown) for circulation and purification of this gas.
  • This box 24 includes a window 26 which is transparent to incident ionizing radiation 3 and which is located opposite the edge 12 of the blade of resistive material 10, on which this radiation 3 arrives.
  • an aluminum window or, if necessary, other materials can be used.
  • the detector 2 also comprises an electrically insulating strip 28, one face of which carries electrically conductive tracks equidistant 30 and parallel to each other. This face carrying the tracks faces the conductive layer 18 of the stack.
  • the insulating strip 28 is parallel to the plane xz and the conductive tracks 30 are parallel to the direction z.
  • a space 31 is provided between the stack of layers 16, 18 and 20 and the insulating strip 28.
  • This space of width substantially equal to L and of depth substantially equal to P, is filled with the gas contained in the housing 24 (or circulating in the latter). This gas can then be ionized by electrons capable of leaving micro-holes 22 as will be seen later.
  • the detector 2 is provided with means 32 for polarizing the layers 14, 16 and 18 and the tracks 30, allowing the conductive layer 14 to be brought to a potential lower than that of the conductive layer 18, itself lower than the potential of each of the conductive tracks 30, the intermediate conductive layer 16 being brought to an intermediate potential between the respective potentials of the conductive layers 14 and 18 by connecting layers 16 and 18 via an electrical resistance R of appropriate value.
  • the micro-tracks 30 are grounded, the potential of the conductive layer 18 is negative and the potential of the conductive layer 14 is even more negative.
  • the radiation 3 interacts with the material of the blade 10. Electrons are thus generated in this material. Given the potentials chosen, these electrons are extracted from the material of the blade thanks to the stack of layers 16 to 18 and pass through the micro-holes 22 of the latter.
  • These electrons then interact with the ionizable gas contained in the space between the stack and the tracks 30, which creates other electrons and, if necessary, avalanches of these other electrons (the gain from 1 to 10 5 being adjustable).
  • the electrons generated in the ionizable gas are then collected by the conductive tracks 30.
  • the latter have a very small width, for example of the order of 1 ⁇ m, and thus constitute microtracks. In addition, they are very close from each other: they are for example spaced 100 ⁇ m from each other.
  • these microtracks 30 supply signals which are detected by means of appropriate electronic processing means 34 or reading circuit.
  • each micro-track 30 there is, for each micro-track 30, a capacitor 36 and a fast operational amplifier 38.
  • Each capacitor 36 is connected, on one side, to the corresponding micro-track 30 and , on the other hand, to the corresponding operational amplifier 38.
  • microperforations or slits serve to compress the electrostatic field lines which start from the conductive layer 14.
  • the tightening of the field lines which guide the electrons to be collected causes a localized increase in the electric field. This increase makes it possible to extract the electrons from the plate 10 and inject them into the ionizable gas.
  • a physical amplification is useful to compensate for the small number of ionization charges generated by the primary photoelectrons when they pass through the thin thickness (for example 100 ⁇ m) of the plate 10.
  • This small thickness makes it possible to avoid the parallax problems which degrade the spatial resolution of the detector in the x direction because the photoelectrons make a certain angle with the direction of the radiation to be detected. In addition, this small thickness allows the use of an inexpensive reading circuit 34.
  • the detector according to the invention which is shown diagrammatically in perspective in FIG. 3, is a detector of the matrix type.
  • This detector of FIG. 3 is a stack of detectors of the kind of that of FIG. 2. In the example of FIG. 3, three detectors of this kind are used. More precisely, the detector of the figure
  • This detector of FIG. 3 is also placed in a box 40 containing the ionizable gas and provided with an inlet window 42 transparent to the radiation to be detected, for example an X-ray which has the reference 44 in FIG. 3.
  • This detector of FIG. 3 comprises three stacked elementary detectors 46, 48 and 50. which are of the type of that of FIG. 2.
  • the first elementary detector 46 comprises the conductive layer 14, the strip of resistive material 10, the stack 15 of conductive layers separated by an insulating layer and provided with microperforations 22, the space 31 containing the ionizable gas and the electrically insulating strip 28 carrying the electrically conductive microstrips 30.
  • the second elementary detector 48 On this first elementary detector 46 is placed the second elementary detector 48.
  • the conductive layer 14 of this second elementary detector rests on the electrically insulating plate 28 of the detector 46.
  • This second detector 48 is constituted like the detector 46 and it is the same for the third elementary detector 50, the conductive layer 14 of which is formed on the electrically insulating strip 28 of the second elementary detector 48.
  • a matrix of conductive micro-tracks 30 is thus obtained which is connected to suitable electronic processing means 52.
  • the detector of FIG. 3 is provided with polarization means - 54 making it possible to bring each conductive layer 14 to a potential lower than the potential of the associated conductive layer 18, this potential being itself lower than the potential to which the micro-tracks are carried. associated 30, these microtracks being grounded in the example shown, the associated intermediate conductive layer 16 being further brought to an intermediate potential between the potentials of the conductive layers 14 and 18 by means of an appropriate electrical resistance R.
  • spacers are provided to maintain an appropriate distance between each insulating strip, carrying the conductive micro-tracks, and the microperforated conductive layer which faces it.
  • a blade of a solid ionizable material for example silicon, AsGa or ZnS at the place space 31 filled with ionizable gas.
  • the blade 10 can be made of a porous semiconductor such as iodide, of cesium in the form of needles.
  • a thin layer of diamond formed by chemical vapor deposition, or any other resistive semiconductor such as CdTe, ZnTe, AsGa, InP, crystalline Si or amorphous Si.
  • Such a semiconductor composite material comprises an insulating or semiconductor polymer forming a host matrix in which are dispersed semiconductor particles forming guest particles.
  • semiconductor polymer it is possible, for example, to use PPV (polyphenylenevinylene), polythiophene, polyaniline, polypyrrole or polydiacetylene.
  • PPV polyphenylenevinylene
  • polythiophene polythiophene
  • polyaniline polyaniline
  • polypyrrole polydiacetylene
  • isooctane As an insulating polymer, isooctane can be used.
  • the invited particles which are introduced into the host matrix have a high stopping power with respect to the incident radiation. They have its function is to capture this radiation and convert it into electrons.
  • these invited particles should have an average atomic number, an average density and an average relative permittivity respectively greater than the average atomic number, the average density and the average relative permittivity of the polymer.
  • guest particles are used having an average atomic number greater than 14, an average density greater than 2 g / cm 3 and an average relative permittivity greater than 10.
  • These invited particles are preferably obtained from a semiconductor powder (for example CdTe, ZnS, ZnSe or ZnTe), the grains of which have sizes of the order of 1 nm to 100 ⁇ m, or even colloidal particles of this semiconductor.
  • a semiconductor powder for example CdTe, ZnS, ZnSe or ZnTe
  • a layer of composite semiconductor material can be produced in various ways.
  • the polymer intended to constitute the host matrix is first dissolved in a solvent, for example toluene, then mixed with the semiconductor powder for example by means of a drum, a mixer-granulator or a granulating plate.
  • a solvent for example toluene
  • a simple sedimentation may even be sufficient and the excess solvent is then poured in and then the remaining solvent is allowed to evaporate.
  • the homogeneous mechanically prepared mixture can be extended.
  • the solvent then evaporates and leaves a composite layer which can be a few hundred micrometers thick.
  • the semiconductor powder mixed with an anti-caking agent compatible with the monomer intended to form the host matrix is mixed and, by polymerizing, this monomer traps the grains of the semiconductor.
  • the powder can then be recovered dry and then treated as seen above to form the layer of composite material or be entrained directly by the polymer solution (or the monomer).
  • the deposition can take place on a cooled substrate capable of supporting the monomer or the polymer in solution, or by simultaneous evaporation of the organic molecules, intended to form the host matrix in polymer. It is also possible to use a technique of simultaneous projection of the semiconductor powder, by a gas stream, for example a stream of nitrogen, causing more or less molten semiconductor droplets, produced by means of a plasma torch, and polymers also in the form of droplets.
  • a gas stream for example a stream of nitrogen, causing more or less molten semiconductor droplets, produced by means of a plasma torch, and polymers also in the form of droplets.
  • a powder of a semiconductor such as Pbl 2 is used which is deposited in the vapor phase to form such a strip.
  • the dimensions given above can be reduced if necessary, since pixels having a pitch of 50 ⁇ m are technically feasible.
  • this set of three layers being substantially planar, and the micro-perforations 22 are formed through this set by photoengraving.
  • an epitaxy is made, on the slide 10 of the conversion material, of a three-layer sheet (metal-insulator-metal), which is crossed by microperforations, this sheet being produced beforehand.
  • the micro-perforations have a diameter of approximately 25 ⁇ m and are spaced from each other by 30 to 50 percent.
  • micro-perforations 22 If the electric field in the micro-perforations 22 becomes large, an avalanche gain is obtained in these micro-perforations 22, which can play the role of an optional pre-amplification.
  • this detector To supply this detector with electrical voltages which can go up to 500 V taking into account the fact that the electrical connections are close to each other, one can use a printed circuit formed on a ceramic.
  • the blade 10 of conversion material can, for its part, be produced according to any suitable method.
  • the underside of this blade 10 is coated with a metal layer forming the layer 14 and capable of creating ohmic contact with the blade 10 of conversion material.
  • a metal layer forming the layer 14 and capable of creating ohmic contact with the blade 10 of conversion material.
  • a layer of gold is used.
  • CVD chemical vapor deposition
  • a sheet with three layers of metal-plastic-metal is fixed, for example with a conductive adhesive, to the blade of conversion material thus obtained, which is micro-perforated, for example by chemical attack.
  • a plastic material of the Kapton (registered trademark) type is used to form the intermediate insulating layer 20.
  • An electrically insulating plate 28 is provided, using electrically insulating means, to the assembly thus obtained, provided with conductive tracks 30 typically spaced 100 ⁇ m apart, while providing a predefined thickness of ionizable gas to obtain an avalanche phenomenon, thanks to electrically insulating cylindrical studs and by using electrically insulating spacers (for example forming balls, filaments, a honeycomb structure or a highly cellular foam).
  • electrically insulating spacers for example forming balls, filaments, a honeycomb structure or a highly cellular foam.
  • micro-tracks 30 protrude a few micrometers from the insulating plate 28 to cover an edge of this plate, in order to allow an electrical connection to the reading circuit 30.
  • This reading circuit can be an ASIC or integrated circuit specific to an application (“application specifies integrated circuit”) of the kind of CCD reading chips which are for example marketed by the company EG & G RETICON or THOMSON.
  • An electric field of the order of 1000 V / mm to 5000 V / mm can be established between the upper face of the assembly 15 of three layers and the plane of the conductive micro-tracks 30 to create an electric field conducive to amplification by avalanche and to collect electrons.
  • the micro-tracks are connected to the legs of the integrated reading circuit, for example, by a bond (“bonding”) by means of solder balls.
  • solder balls or wires or by pressure (or soldering) or by gluing with an electrically conductive glue.
  • a connector can be used to match the pitch of the tracks to that of the legs of the reading chip (ASIC).
  • connection comprising a flexible part which makes it possible to separate the ASIC circuit from the collimated flux of X-ray.
  • the thickness and the width of the plate 10 are chosen so as to optimize the spatial resolution of the detector 2 as well as the conversion efficiency in this detector.
  • the detector according to the invention differs from the detector 2 in FIG. 2 in that the assembly formed by the strip of resistive material 12, the conductive layer 14 and the set of the three layers 16, 18 and 20 of this detector 2 is replaced by a stack 55 of layers of an electrically conductive material, capable of converting the incident X-radiation into electrons, these layers being spaced from each other by electrically layers insulating for example in oxide of this same metal (anodization).
  • the assembly formed by the strip of resistive material 12 the conductive layer 14 and the set of the three layers 16, 18 and 20 of this detector 2 is replaced by a stack 55 of layers of an electrically conductive material, capable of converting the incident X-radiation into electrons, these layers being spaced from each other by electrically layers insulating for example in oxide of this same metal (anodization).
  • the layer 58 is that which is located opposite the microtracks 30.
  • Polarization means 64 are used to bring the conductive layer 56 to a potential lower than the potential of the conductive layer 58, itself lower than the potential of the micro-tracks 30.
  • these micro-tracks are grounded and the conductive layer 57 is brought to a potential intermediate between the respective potentials of the conductive layers 56 and 58.
  • the conductive layer 57 is respectively connected to the layers conductive 56 and 58 by appropriate electrical resistors R x and R 2 .
  • the X-rays incident on the edge 66 of the stack 55 still generate, by interacting with the material of the layers 56, 57 and 58, electrons which pass through the micro-holes 62 and ionize the gas comprised between the conductive layer 58 and the electrically insulating blade 28 carrying the micro-tracks 30.
  • the electrons generated in the ionized gas are still detected by these micro-tracks and the latter provide electrical signals which are read by the electronic processing means 34.
  • microperforations 62 It is specified that the microperforations 62
  • Two or more than two detectors of the type of that of FIG. 4 can be stacked (placed in the same housing) to obtain a matrix detector of the type of the detector of FIG. 3.
  • the detector according to the invention which is shown diagrammatically in perspective in FIG. 5, differs from the detector in FIG. 2 in that the blade 28 carrying the micro-tracks 30 is omitted.
  • the space 31 is delimited by the stack 15 and an electrically conductive strip 67 which is parallel to the plane xz and grounded.
  • the ionizable gas of FIG. 2 is replaced by a gas, for example a gas mixture argon / dimethylether / triethylamine, which is capable of emitting light by interaction with the electrons emerging from micro-holes 22 of the assembly 15.
  • a gas for example a gas mixture argon / dimethylether / triethylamine, which is capable of emitting light by interaction with the electrons emerging from micro-holes 22 of the assembly 15.
  • ends of optical fibers 68 are placed which are equidistant and parallel to each other and to the direction z of the X-ray that we want to detect.
  • optical fibers are connected to an electronic camera 70, for example of the CCD or CID type, or to a camera comprising an amorphous silicon matrix.
  • the light emissions from the gas contained in the space 31 are picked up by the optical fibers 68 and constitute an image, in analog form, of the image transported by the radiation to be detected 3.
  • electrical insulation means are provided, for example an electrically insulating layer, between two adjacent detectors without which there would be contact between a layer 14 and an adjacent blade 67.
  • detectors in accordance with the invention can be obtained by replacing the assembly formed by layer 14, blade 10 and stack 15 of the FIG. 5 by the stack 55 of FIG. 4. These other detectors can be stacked (in the same case) to form a matrix detector.
  • the invention is not limited to the detection of X or ⁇ photons: it applies for example to the detection of neutrons by using a plastic blade to interact with these neutrons by then providing protons.

Landscapes

  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

Détecteur de rayonnements ionisants, à lame solide de conversion des rayonnements, et procédé de fabrication de ce détecteur. Pour former ce détecteur, par exemple utilisable en radiographie, on place des moyens de conversion, comprenant la lame (10), et des moyens de collection (30) de part et d'autre d'un milieu excitable qui interagit avec des particules chargées, résultant de la conversion des rayonnements (3), pour engendrer d'autres particules. Les moyens de collection collectent ces autres particules et fournissent des signaux représantatifs des rayonnements.

Description

DETECTEUR DE RAYONNEMENTS IONISANTS, A LAME SOLIDE DE CONVERSION DES RAYONNEMENTS, ET PROCÉDÉ DE FABRICATION
DE CE DÉTECTEUR
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un détecteur de rayonnements ionisants ainsi qu'un procédé de fabrication de ce détecteur. L'invention s'applique notamment à la détection de rayons X, de photons gamma, de protons et de neutrons .
L'invention s'applique par exemple aux domaines suivants : - contrôle non destructif rapide avec une très haute résolution spatiale, positionnement de patients en radiothérapie, avec une précision supérieure à celle que permettent les détecteurs de l'art antérieur, ce qui autorise la diminution des doses absorbées par les patients,
- radiographie, en particulier radiographie médicale,
- neutronographie et - protonographie.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Dans le domaine de la physique des particules, qui est totalement différent des domaines mentionnés ci-dessus, en particulier du domaine de la radiographie, on connaît des détecteurs hétérogènes appelés « calorimètres » qui comprennent un empilement de feuilles métalliques alternant avec des éléments en matière plastique scintillante, reliés par exemple à des photodiodes ou à des photomultiplicateurs ou encore à un tube d'intensification de lumière.
Ces calorimètres servent simplement à mesurer les énergies totales de particules incidentes, n'ont aucune résolution spatiale et ne fournissent aucune image d'un objet. On connaît aussi d'autres détecteurs hétérogènes, qui ont, quant à eux, une résolution spatiale et sont utilisés pour déterminer la trajectoire de particules incidentes. Ils comprennent des fibres scintillantes espacées les unes des autres, noyées dans une matrice de plomb et lues par exemple au moyen d'un tube d'intensification de lumière.
Ces autres détecteurs servent non pas à fournir l'image d'un objet mais à reconstruire la forme de la trajectoire de chaque particule incidente qui pénètre latéralement dans un tel détecteur, c'est-à- dire perpendiculairement aux fibres de celui-ci, et non pas de face, c'est-à-dire parallèlement à ces fibres.
On connaît en outre des détecteurs de rayonnements ionisants, destinés à exploiter l'image d'un objet, qui est transportée par un tel rayonnement
(en prenant ici le mot « objet » au sens large et en considérant une partie du corps humain ou animal comme un objet) . Bien souvent, l'exploitation, ou lecture, de cette image est difficile. On connaît en particulier des films radiographiques à haute résolution que l'on utilise en contrôle non destructif. Mais ces films ne fournissent qu'une image analogique d'un objet.
On connaît de plus des détecteurs de rayonnements ionisants comprenant une lame métallique qui est faite en un matériau de section efficace
(« cross section ») élevée vis-à-vis du rayonnement incident.
On utilise par exemple un métal de numéro atomique au moins égal à 73 pour la détection de photons X ou γ et un métal de numéro atomique très faible, généralement inférieur à 14, pour la détection de neutrons, d'autres matériaux, tels que le gadolinium, étant également utilisables pour la détection des neutrons. Cette lame métallique est plongée dans un mélange gazeux ionisable qui est traversé par des fils électriquement conducteurs, très espacés les uns des autres, pour constituer ainsi une chambre à fils.
Le principe d'un tel détecteur connu est donné ci-après.
Un photon X ou γ de haute énergie crée par effet Compton ou par effet de création de paires un ou deux photo-électrons dans la lame du détecteur et les met en mouvement rapide (avec une énergie cinétique de l'ordre de celle du photon X ou γ incident). Ce ou ces photo-électrons ionisent alors certaines molécules du gaz qui est contenu dans la chambre à fils .
Les électrons arrachés aux molécules de gaz sous l'effet de cette ionisation sont collectés à l'aide d'un champ électrique et rendus ainsi détectables grâce à l'avalanche qui se produit dans une mince couche de gaz entourant les fils du détecteur.
Les inconvénients d'une chambre à fils, pour ce qui concerne l'amplification et la lecture, sont donnés ci-après :
- On doit utiliser le détecteur en mode de comptage, ce qui limite le débit de dose acceptable par ce détecteur et oblige à utiliser une source continue de rayons X, comportant par exemple un accélérateur électrostatique qui est moins compact que les LINAC actuels, à ondes de haute fréquence, et nécessite donc une protection radiologique plus coûteuse : il est nécessaire d'utiliser plusieurs mètres cubes de béton pour cette protection. - L'avalanche mentionné plus haut a lieu autour des fils très espacés de la chambre, ce qui dégrade la résolution spatiale du détecteur.
- Il faut tendre ces fils, ce qui engendre des tensions mécaniques très importantes et il serait rédhibitoire de tendre cent fois plus de fils.
- Ces fils sont susceptibles de se mettre à vibrer, ce qui nécessite l'utilisation d'un dispositif anti-vibratoire pour stabiliser le gain du détecteur.
De plus, avec un tel détecteur, la résolution spatiale selon une direction parallèle à un bord de la lame métallique, est fondamentalement limitée par le phénomène de parallaxe, dû à la propagation de photo-électrons primaires dans l'épaisseur de gaz située entre la lame et les fils, épaisseur qui permet la création d'un nombre suffisant d'ionisations dans le gaz afin de compter par avalanche les particules détectées (par exemple des photons X ou des neutrons) .
La résolution d'un tel détecteur est en outre limitée par la distance, de l'ordre de quelques centimètres, entre les fils qu'il comporte.
De plus, le débit de dose maximal que ce détecteur autorise est faible en raison de là grande distance entre les fils et la cathode du détecteur, ce qui empêche l'élimination rapide de la charge d'espace due aux ions positifs qui s'accumulent dans la chambre à fils.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précédents . Elle propose un détecteur d'un rayonnement ionisant qui est capable de lire l'image d'un objet, transportée par ce rayonnement, plus facilement que les détecteurs connus, mentionnés plus haut.
En particulier, l'invention propose un détecteur qui est supérieur aux films radiographiques mentionnés plus haut du fait que ce détecteur permet d'obtenir une image numérique, instantanément disponible et de meilleure qualité que les images obtenues avec ces films , ce détecteur étant moins sensible aux rayonnements diffusés tout en ayant une résolution au moins aussi bonne que ces films.
De plus, l'invention remédie aux inconvénients des détecteurs qui utilisent une chambre à fils pour les raisons suivantes : le pouvoir d'arrêt vis-à-vis de premières particules ionisantes peut être beaucoup plus élevé, jusqu'à 1000 fois plus important à haute énergie (photons d'énergie supérieure à 10 keV) .
De façon précise, la présente invention a pour objet un détecteur d'un rayonnement ionisant incident constitué de premières particules, ce détecteur étant caractérisé en ce qu'il comprend au moins un détecteur élémentaire, ou sous-ensemble de détection élémentaire, comprenant :
- des moyens de conversion des premières particules en deuxièmes particules qui sont chargées, ces moyens de conversion comprenant au moins une première lame faite d'un premier matériau solide, apte à convertir les première particules en les deuxièmes particules, cette première lame étant orientée de façon que le rayonnement ionisant incident arrive sur un premier bord de cette première lame et le long de ce premier bord, la profondeur de cette première lame, comptée du premier bord à un deuxième bord de la première lame, opposé au premier bord, étant au moins égale au dixième du libre parcours moyen des premières particules dans le premier matériau,
- un milieu excitable par les deuxièmes particules et apte à engendrer, par interaction avec ces deuxièmes particules, des troisièmes particules qui sont représentatives du rayonnement ionisant incident, et des moyens de collection de ces troisièmes particules, aptes à fournir des signaux qui sont également représentatifs du rayonnement ionisant incident. Selon un mode de réalisation particulier du détecteur objet de l'invention, le premier matériau est électriquement conducteur et les moyens de conversion comprennent un ensemble de premières lames qui est pourvu de microperçages, ces premières lames étant empilées et électriquement isolées les unes des autres, et le détecteur comprend en outre des moyens de polarisation prévus pour porter ces premières lames à des potentiels électriques qui croissent d'une extrémité à l'autre de l'ensemble des premières lames et sont prévus pour créer un champ électrique apte à déplacer les deuxièmes particules vers le milieu excitable.
Selon un mode de réalisation préféré du détecteur objet de l'invention, le premier matériau est résistif, de résistivité environ égale ou supérieure à 107 Ω.cm, une première face de la première lame est formée sur une couche électriquement conductrice et le détecteur comprend en outre : - des moyens d'extraction des deuxièmes particules , prévus pour extraire ces deuxièmes particules de la première lame et les envoyer au milieu excitable, ces moyens d'extraction comprenant au moins une deuxième lame électriquement conductrice, pourvue de micro-perçages et formée sur une deuxième face de la première lame, opposée à la première face de celle-ci, les première et deuxième lames ayant sensiblement la même profondeur et la même largeur, cette largeur étant comptée d'une extrémité à l'autre du premier bord de la première lame, et - des moyens de polarisation prévus pour porter la couche conductrice et la deuxième lame à des potentiels électriques différents, créant un champ électrique apte à déplacer les deuxièmes particules vers le milieu excitable.
De préférence, dans ce cas, les moyens d'extraction comprennent une pluralité de deuxièmes lames, qui sont électriquement isolées les unes des autres et forment un empilement pourvu de micro- perçages, et les moyens de polarisation sont prévus pour porter les deuxièmes lames à des potentiels électriques qui croissent d'une extrémité à l'autre de 1 ' ensemble des deuxièmes lames et sont prévus pour déplacer les deuxièmes particules vers le milieu excitable.
De plus, dans ce mode de réalisation préféré, on peut utiliser, en tant que premier matériau, un matériau semiconducteur de résistivité environ égale ou supérieure à 107 Ω.cm. Ce matériau semiconducteur peut être un matériau composite semiconducteur, comprenant une matrice-hôte, de type polymère électriquement isolant ou semiconducteur, et des particules invitées de type semiconducteur, qui sont dispersées dans cette matrice- hôte.
Selon un premier mode de réalisation particulier du détecteur objet de l'invention, le milieu excitable est un milieu ionisable par les deuxièmes particules, apte à engendrer des charges électriques constituant les troisièmes particules, par interaction avec ces deuxièmes particules, ce milieu ionisable ayant sensiblement la forme d'une troisième lame qui est parallèle à la première lame, ces première et troisième lames ayant sensiblement la même profondeur et la même largeur, cette largeur étant comptée d'une extrémité à l'autre du premier bord de la première lame, les moyens de collection comprennent un ensemble de bandes parallèles, électriquement conductrices et électriquement isolées les unes des autres, ces bandes étant aptes à collecter les charges ' électriques pour fournir des ' signaux électriques représentatifs du rayonnement ionisant incident, et le détecteur comprend en outre des moyens de polarisation prévus pour créer un champ électrique apte à déplacer les deuxièmes particules des moyens de conversion vers le milieu ionisable et les charges électriques de ce .milieu ionisable vers l'ensemble de bandes parallèles.
Ce milieu ionisable est de préférence gazeux.
Selon un deuxième mode de réalisation particulier du détecteur objet de l'invention, le milieu excitable est apte à engendrer des photons constituant les troisièmes particules, par interaction avec les deuxièmes particules, ce milieu excitable ayant sensiblement la forme d'une troisième lame qui est parallèle à la première lame, ces première et troisième lames ayant sensiblement la même profondeur et la même largeur, cette largeur étant comptée d'une extrémité à l'autre du premier bord de la première lame, et les moyens de collection comprennent des guides de lumière parallèles, aptes à collecter les photons pour fournir des signaux lumineux représentatifs du rayonnement ionisant incident.
De préférence, dans le détecteur objet de l'invention, la largeur de la première lame, comptée d'une extrémité à l'autre du premier bord de cette première lame est environ égale ou supérieure à 10 cm.
De préférence également, l'épaisseur de cette première lame est environ égale ou inférieure à
100 μm. Le détecteur objet de l'invention peut comprendre une pluralité de détecteurs élémentaires empilés .
La présente invention concerne aussi un procédé de fabrication du détecteur objet de l'invention, dans lequel on forme les moyens de conversion et l'on place ces moyens de conversion et les moyens de collection de part et d'autre du milieu excitable.
Selon un mode de mise en œuvre particulier du procédé objet de l'invention, pour la fabrication du mode de réalisation préféré dans lequel le premier matériau est résistif, pour former les moyens de conversion on forme la première lame sur la couche électriquement conductrice et 1 ' on fixe la deuxième lame à la première lame.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective schématique d'un détecteur conforme à l'invention qui détecte l'image d'un objet, transportée par un rayonnement ionisant, — la figure 2 est une vue en perspective schématique d'un mode de réalisation particulier du détecteur objet de l'invention, utilisant un matériau de conversion résistif,
- la figure 3 est une vue en perspective schématique d'un autre mode de réalisation particulier comprenant plusieurs détecteurs du genre de celui de la figure 2, empilés les un sur les autres,
— la figure 4 est une vue en perspective schématique d'un autre mode de réalisation particulier, utilisant un matériau de conversion électriquement conducteur, et
— la figure 5 est une vue en perspective schématique d'un autre mode de réalisation particulier, utilisant un gaz apte à émettre de la lumière lorsqu'il est excité par des particules chargées, alors que les détecteurs des figures 2 à 4 utilisent un gaz ionisable.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Le détecteur 2 conforme à l'invention, qui est schematiquement représenté sur la figure 1, est destiné à détecter un rayonnement ionisant pénétrant 3 de haute énergie, par exemple constitué de photons X ou de photons γ ou de protons ou encore de neutrons .
Ce détecteur convertit l'image transportée par ce rayonnement 3 en particules, par exemple des électrons, dont l'exploitation est plus facile que celle du rayonnement.
Ces particules excitent ensuite un milieu qui peut être un milieu solide, par exemple semiconducteur ou photo-conducteur ou encore photo- voltalque, ou un milieu gazeux.
Le détecteur permet ensuite de lire localement l'énergie déposée par ces particules pour constituer une image du genre analogique. On peut par exemple associer ce détecteur 2 à une source 4 de rayonnement ionisant, cette source étant quasiment ponctuelle. On peut alors former une image radiographique d'un objet 6 interposé entre la source 4 et le détecteur 2. Ce détecteur 2, qui a une forme plane, sensiblement parallélépipédique, est un empilement de couches, ou lames, dont la structure sera donnée dans la description de la figure 2.
On note z la direction suivant laquelle se propage le rayonnement. La face d'entrée du détecteur est disposée suivant une direction x qui est perpendiculaire à la direction z.
On précise qu'un collimateur de rayonnement
8 est disposé entre la source 4 et l'objet 6 et prévu pour que le faisceau du rayonnement 3, qui atteint l'objet 6 puis le détecteur, soit sensiblement plan et parallèle au plan xz .
La largeur du détecteur est comptée suivant la direction x. Cette largeur peut être très grande. Elle peut dépasser 1 mètre. Le détecteur 2 a une grande profondeur qui est comptée suivant la direction z. Cette profondeur est supérieure au dixième du libre parcours moyen du rayonnement dans le matériau que comporte le détecteur et qui est destiné à convertir l'image transportée par le rayonnement ionisant, afin d'assurer un haut pouvoir d'arrêt vis-à-vis de ce rayonnement.
Ce matériau, dont il sera question de façon plus détaillée par la suite, peut être choisi de façon à avoir un pouvoir d'arrêt supérieur à 50%.
Comme on le verra mieux par la suite, on forme un très grand nombre de pixels de détection qui sont alignés selon la direction x (direction de la largeur du détecteur) . La distance entre deux pixels adjacents peut être très petite, par exemple égale à 100 μm, ce qui assure la résolution spatiale de l'image radiographique selon la direction x.
Le détecteur 2 est un détecteur linéaire. II peut être muni d'une fonction de balayage en vue de réaliser une fonction scanner permettant d'obtenir in fine une image bidimensionnelle (comme un film radiologique) . Pour obtenir ce balayage, on peut par exemple monter la barrette disposée horizontalement sur un vérin qui la déplace verticalement.
L'épaisseur du matériau permettant la conversion du rayonnement ionisant incident (matériau sur lequel on reviendra par la suite) est susceptible d'être très faible. Cette épaisseur est comptée suivant une direction y qui est perpendiculaire aux directions x et z. Cette direction y est appelée « direction de balayage ».
La faiblesse de l'épaisseur du matériau de conversion garantit la résolution spatiale de l'image radiographique suivant la direction y qui est parallèle au balayage. Les pixels très rapprochés assurent la résolution selon la direction x.
De plus, la faiblesse de cette épaisseur réduit la sensibilité du détecteur aux rayonnements parasites dont le vecteur impulsion ne passe plus par la source 4 par suite de la diffusion du rayonnement dans les divers milieux rencontrés ou traversés.
La figure 2 est une vue en perspective schématique du détecteur 2. Dans l'exemple de la figure 2, ce détecteur est destiné à la détection de rayons X. Il comprend une lame sensiblement parallélépipédique faite d'un matériau destiné à convertir le rayonnement X incident en électrons. Ce matériau est résistif, de résistivité environ égale à 107 Ω.cm ou supérieure à cette valeur.
On note respectivement L, P et E la largeur, la profondeur et l'épaisseur de la lame 10. La profondeur P de cette lame 10 est comptée suivant l'axe z parallèle à la direction du rayonnement incident 3. Sa largeur est comptée suivant la direction x perpendiculaire à la direction z et son épaisseur E est comptée suivant la direction y qui est perpendiculaire aux directions x et z .
Un bord 12 de la lame 10 constitue la face d'entrée du détecteur 2. Ce bord 12 est perpendiculaire à la direction z et parallèle à la' direction x. la lame 10 est parallèle au plan défini par les directions x et z et orientée de façon que son bord 12 reçoive le faisceau de rayonnement 3 sensiblement plan (qui est aussi parallèle au plan xz) . La lame 10 de matériau résistif est formée sur une couche électriquement conductrice 14 constituant la cathode du détecteur 2.
Ce détecteur 2 comprend aussi un empilement 15 de couches électriquement conductrices qui sont électriquement isolées les unes des autres.
Dans l'exemple représenté, cet empilement comprend trois couches de largeur sensiblement égale à L et de profondeur sensiblement égale à P, à savoir deux couches conductrices 16 et 18 entre lesquelles se trouve une couche électriquement isolante 20. La couche conductrioe 16 est formée sur la face de la lame de matériau résistif 10, opposée à celle qui repose sur la couche électriquement conductrice 14.
De plus, l'empilement est pourvu d'un grand nombre de perçages 22 dont la taille est de l'ordre de 10 μm à 20 μm par exemple et que l'on appelle des « micro-perçages ».
A la place de ces derniers, on pourrait utiliser des fentes de dimensions micrométriques . A la place de l'empilement des couches 16 à
20, on pourrait simplement utiliser la couche conductrice 16 pourvue des microperçages 22 mais l'empilement des couches 16, 18 et 20 est préférable parce qu'elle permet de régler le champ dans les trous et le champ dans le volume d'amplification par avalanche de manière indépendante . Le détecteur de la figure 2 est placé dans un boîtier hermétiquement fermé 24 qui contient un gaz ionisable par les électrons. En variante, ce boîtier est muni de moyens (non représentés) de circulation et de purification de ce gaz .
Ce boîtier 24 comprend une fenêtre 26 qui est transparente au rayonnement ionisant incident 3 et qui se trouve en regard du bord 12 de la lame de matériau résistif 10, sur lequel arrive ce rayonnement 3.
On peut par exemple utiliser une fenêtre en aluminium ou, si nécessaire, d'autres matériaux.
Le détecteur 2 comprend aussi une lame électriquement isolante 28 dont une face porte des pistes électriquement conductrices équidistantes 30 et parallèles les unes aux autres. Cette face portant les pistes est tournée vers la couche conductrice 18 de 1 ' empilement .
Comme on le voit sur la figure 2, la lame isolante 28 est parallèle au plan xz et les pistes conductrices 30 sont parallèles à la direction z.
On prévoit un espace 31 entre l'empilement des couches 16, 18 et 20 et la lame isolante 28. Cet espace, de largeur sensiblement égale à L et de profondeur sensiblement égale à P, est rempli du gaz contenu dans le boîtier 24 (ou circulant dans ce dernier) . Ce gaz peut alors être ionisé par les électrons susceptibles de sortir des micro-perçages 22 comme on le verra par la suite. Le détecteur 2 est muni de moyens 32 de polarisation des couches 14, 16 et 18 et des pistes 30, permettant de porter la couche conductrice 14 à un potentiel inférieur à celui de la couche conductrice 18, lui-même inférieur au potentiel de chacune des pistes conductrices 30, la couche conductrice intermédiaire 16 étant portée à un potentiel intermédiaire entre les potentiels respectifs des couches conductrices 14 et 18 en reliant les couches 16 et 18 par l'intermédiaire d'une résistance électrique R de valeur appropriée. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, les micro-pistes 30 sont mises à la masse, le potentiel de la couche conductrice 18 est négatif et le potentiel de la couche conductrice 14 est encore plus négatif.
Lors du fonctionnement du détecteur 2 , le rayonnement 3 interagit avec le matériau de la lame 10. Des électrons sont ainsi engendrés dans ce matériau. Compte tenu des potentiels choisis, ces électrons sont extraits du matériau de la lame grâce à l'empilement des couches 16 à 18 et traversent les micro-perçages 22 de ce dernier.
Ces électrons interagissent alors avec le gaz ionisable contenu dans 1 ' espace compris entre l'empilement et les pistes 30, ce qui crée d'autres électrons et, si nécessaire, des avalanches de ces autres électrons (le gain de 1 à 105 étant ajustable) . Les électrons engendrés dans le gaz ionisable sont alors collectés par les pistes conductrices 30.
Ces dernières ont une très faible largeur, par exemple de l'ordre de 1 μm, et constituent ainsi des micropistes. De plus, elles sont très rapprochées les unes des autres : elles sont par exemple espacées de 100 μm les unes des autres.
En collectant les électrons, ces micropistes 30 fournissent des signaux que l'on détecte grâce à des moyens électroniques de traitement appropriés 34 ou circuit de lecture.
A l'entrée de ces moyens électroniques de traitement 34 on trouve, pour chaque micro-piste 30, un condensateur 36 et un amplificateur opérationnel rapide 38. Chaque condensateur 36 est relié, d'un côté, à la micro-piste 30 correspondante et, de l'autre côté, à l'amplificateur opérationnel correspondant 38.
On précise que les microperforations ou fentes servent à comprimer les lignes de champ électrostatique qui partent de la couche conductrice 14. Le resserement des lignes de champ qui guident les électrons à collecter provoque une augmentation localisée du champ électrique. Cette augmentation permet d'extraire les électrons de la lame 10 et de les injecter dans le gaz ionisable.
De plus, une amplification physique (gain par avalanche) est utile pour compenser le faible nombre de charges d'ionisation engendrées par les photo-électrons primaires lorsqu'ils traversent la faible épaisseur (par exemple 100 μm) de la lame 10.
Cette faible épaisseur permet d'éviter les problèmes de parallaxe qui dégradent la résolution spatiale du détecteur dans la direction x car les photo-électrons font un certain angle avec la direction du rayonnement à détecter. De plus, cette faible épaisseur permet d'utiliser un circuit de lecture 34 peu coûteux.
Le détecteur conforme à l'invention, qui est représenté schematiquement en perspective sur la figure 3, est un détecteur du genre matriciel. Ce détecteur de la figure 3 est un empilement de détecteurs du genre de celui de la figure 2. Dans l'exemple de la figure 3, on utilise trois détecteurs de ce genre. Plus précisément, le détecteur de la figure
3 est encore placé dans un boîtier 40 contenant le gaz ionisable et pourvu d'une fenêtre d'entrée 42 transparente au rayonnement à détecter, par exemple un rayonnement X qui a la référence 44 sur la figure 3. Ce détecteur de la figure 3 comprend trois détecteurs élémentaires empilés 46, 48 et 50. qui sont du genre de celui de la figure 2.
Le premier détecteur élémentaire 46 comprend la couche conductrice 14, la lame de matériau résistif 10, l'empilement 15 de couches conductrices séparées par une couche isolante et pourvu des microperçages 22, l'espace 31 contenant le gaz ionisable et la lame électriquement isolante 28 portant les micropistes électriquement conductrices 30. Sur ce premier détecteur élémentaire 46 est placé le deuxième détecteur élémentaire 48. La couche conductrice 14 de ce deuxième détecteur élémentaire repose sur la lame électriquement isolante 28 du détecteur 46. Ce deuxième détecteur 48 est constitué comme le détecteur 46 et il en est de même pour le troisième détecteur élémentaire 50 dont la couche conductrice 14 est formée sur la lame électriquement isolante 28 du deuxième détecteur élémentaire 48.
On obtient ainsi une matrice de micro- pistes conductrices 30 qui est reliée à des moyens électroniques de traitement appropriés 52.
Le détecteur de la figure 3 est muni de moyen de polarisation- 54 permettant de porter chaque couche conductrice 14 à un potentiel inférieur au potentiel de la couche conductrice associée 18, ce potentiel étant lui-même inférieur au potentiel auquel sont portées les micro-pistes associées 30, ces micropistes étant mises à la masse dans l'exemple représenté, la couche conductrice intermédiaire associée 16 étant encore portée à un potentiel intermédiaire entre les potentiels des couches conductrices 14 et 18 grâce à une résistance électrique appropriée R.
On voit encore les condensateurs 36 et les amplificateurs opérationnels rapides 38 qui se trouvent à l'entrée des moyens électroniques 52 et auxquels sont connectées les micropistes 30 comme on l'a vu plus haut.
On précise que,. dans les exemples des figures 2 et 3 , des espaceurs (non représentés) sont prévus pour maintenir une distance appropriée entre chaque lame isolante, portant les micro-pistes conductrices, et la couche conductrice microperforée qui lui fait face. On pourrait utiliser une lame d'un matériau ionisable solide par exemple silicium, AsGa ou ZnS à la place de l'espace 31 rempli de gaz ionisable. Cependant ce dernier est préférable parce que l'avalanche ne risque pas de détériorer le matériau amplificateur gazeux. En ce qui concerne la lame 10, elle peut être faite d'un semiconducteur poreux tel que l'iodure , de césium sous forme d'aiguillettes.
On peut aussi utiliser une mince couche de diamant, formée par dépôt chimique en phase vapeur, ou tout autre semiconducteur résistif tel que CdTe, ZnTe, AsGa, InP, Si cristallin ou Si amorphe.
Cependant, on préfère utiliser - un semiconducteur composite qu'il est facile de déposer par une technique de couchage (comme on le ferait pour une peinture) , ce qui réduit de façon importante le coût du détecteur .
Un tel matériau composite semiconducteur comprend un polymère • isolant ou semiconducteur formant une matrice-hôte dans laquelle sont dispersées des particules semiconductrices formant des particules invitées .
En tant que polymère semiconducteur, on peut par exemple utiliser le PPV (polyphénylènevinylène) , le polythiophène, le polyaniline, le polypyrrole ou le polydiacétylène.
En tant que polymère isolant, on peut utiliser l' isooctane.
Les particules invitées qui sont introduites dans la matrice-hôte ont un haut pouvoir d'arrêt vis-à-vis du rayonnement incident. Elles ont pour fonction de capturer ce rayonnement et de le convertir en électrons .
Compte tenu de leur fonction, il convient que ces particules invitées aient un numéro atomique moyen, une masse volumique moyenne et une permittivité relative moyenne respectivement supérieurs au numéro atomique moyen, à la masse volumique moyenne et à la permittivité relative moyenne du polymère.
De préférence, on utilise des particules invitées ayant un numéro atomique moyen supérieur à 14, une masse volumique moyenne supérieure à 2 g /cm3 et une permittivité relative moyenne supérieure à 10.
Ces particules invitées sont de préférence issues d'une poudre d'un semiconducteur (par exemple CdTe, ZnS, ZnSe ou ZnTe) , dont les grains ont des tailles de l'ordre de 1 nm à 100 μm, ou même des particules colloïdales de ce semiconducteur.
On peut même utiliser des grains de mélanges de poudres de différents semiconducteurs, avec éventuellement différentes granulométries .
Une couche de matériau semiconducteur composite peut être élaborée de diverses façons.
On peut par exemple partir d'un semiconducteur convenable du point de vue électronique, déjà à l'état de poudre (de tels semiconducteurs étant commercialement disponibles) .
Le polymère destiné à constituer la matrice-hôte est d'abord dissous dans un solvant, par exemple le toluène, puis mélangé à la poudre de semiconducteur par exemple grâce à un tambour, un mélangeur-granulateur ou une assiette granulatrice . Une simple sédimentation peut même suffire et l'on verse alors l'excès de solvant puis on laisse le solvant restant s'évaporer. Le mélange homogène préparé mécaniquement peut être étendu. Le solvant s'évapore ensuite et laisse une couche composite qui peut avoir quelques centaines de micromètres d'épaisseur.
En variante, on mélange la poudre de semiconducteur additionnée d'un anti-agglomérant compatible avec le monomère destiné à former la matrice-hôte et, en se polymérisant, ce monomère emprisonne les grains du semiconducteur.
D'autres techniques industrielles permettant de lier une poudre (par exemple par mise en solution ou en dispersion ou par humidification de cette poudre) ou des techniques de compactage (du genre de celles qui permettent de former des comprimés) ou ' même des techniques d'extrusion sont utilisables pour l'obtention de la couche de matériau composite semiconducteur. Le mélange de poudre de semiconducteur et de polymère dissous dans un solvant volatil peut également être projeté sur une surface complexe et/ou très grande, comme dans le cas de la peinture au pistolet. En partant de poudres des éléments constitutifs d'un matériau semiconducteur, on peut permettre la formation du bon composé stoechiométrique semiconducteur par fusion à température élevée. On peut employer à cet effet toutes les techniques de « solidification rapide » de poudres comme dans le cas de la lyophilisation (en utilisant par exemple un tambour ou un disque tournant ou une atomisation dans un courant gazeux) . La poudre peut alors être récupérée à sec puis traitée comme on l'a vu plus haut pour former la couche de matériau composite ou être entraînée directement par la solution de polymère (ou le monomère) .
Les techniques de synthèse en phase vapeur de poudres sont également envisageables (par exemple craquage, dépôt chimique en phase vapeur ou projection dans un plasma) . Dans certains cas, le dépôt peut avoir lieu sur un substrat refroidi, capable de supporter le monomère ou le polymère en solution, ou par evaporation simultanée des molécules organiques, destinées à former la matrice-hôte en polymère. On peut aussi utiliser une technique de projection simultanée de la poudre de semiconducteur, par un courant gazeux, par exemple un courant d'azote, entraînant des gouttelettes de semiconducteur plus ou moins fondues, produites par l'intermédiaire d'une torche à plasma, et de polymères aussi sous forme de gouttelettes .
Par voie humide ou par un procédé sol-gel, on peut également inclure des particules invitées d'un semiconducteur dans une matrice-hôte formant un aérogel et contenant peu ou beaucoup de polymère.
On donne maintenant, à titre purement indicatif et nullement limitatif, un exemple de détecteur conforme à l'invention du genre de celui de la figure 2. En tant que matériau de conversion constitutif de la lame 10, on utilise une poudre d'un semiconducteur, par exemple CdTe, de résistivité intrinsèque élevée, cette poudre étant frittée ou placée dans un liant polymère semiconducteur par exemple le polypyrrole pour former une bande de 80 μm d'épaisseur, de 20 cm de profondeur et de 50 cm de largeur .
En variante, on utilise une poudre d'un semiconducteur -tel que Pbl2 que l'on dépose en phase vapeur pour former une telle bande. Les dimensions données ci-dessus peuvent être réduites si cela est nécessaire, étant donné que des pixels ayant un pas de 50 μm sont techniquement réalisables.
Ensuite, on dépose directement sur ce matériau de conversion un ensemble 15 de trois couches
(une couche ou électrode 16 métallique - une couche 20 en matière plastique - une couche ou électrode 18 métallique) , cet ensemble de trois couches étant sensiblement plan, et l'on forme les micro-perforations 22 à travers cet ensemble par photogravure.
En variante, on épitaxie, sur la lame 10 du matériau de conversion, une feuille à trois couches (métal-isolant-métal) , qui est traversée par des microperforations, cette feuille étant réalisée au préalable.
Les micro-perforations ont un diamètre environ égal à 25 μm et sont espacées les unes des autres de 30 à 50 p.
Entre les électrodes de l'ensemble de trois couches on peut appliquer une différence de potentiel variant de quelques volts à quelques centaines de volts en vue de régler avec souplesse l'étranglement des lignes de champ de dérive et donc le champ électrique d'extraction des électrons.
Si le champ électrique dans les micro- perforations 22 devient important, on obtient un gain par avalanche dans ces microperforations 22, ce qui peut jouer le rôle d'une pré-amplification facultative.
Avec le détecteur de cet exemple donné à titre purement indicatif et nullement limitatif, presque tous les rayons X détectés (dont le spectre s ' étend par exemple entre 1 MeV et 5 MeV) contribuent aux signaux mesurés, si l'on utilise un semiconducteur à faible courant d'obscurité, pourvu qu'il soit fortement résistif comme CdTe, le diamant, CdZnTe et ZnS. On peut alors considérer qu'un tel détecteur est un détecteur quantique.
Pour alimenter ce détecteur avec des tensions électriques qui peuvent aller jusqu'à 500 V en tenant compte du fait que les connexions électriques sont proches les unes des autres, on peut utiliser un circuit imprimé formé sur une céramique .
On décrit maintenant un exemple de procédé de fabrication d'un tel détecteur.
La lame 10 de matériau de conversion peut, quant à elle, être réalisée selon tout procédé approprié.
La face inférieure de cette lame 10 est revêtue d'une couche métallique formant la couche 14 et apte à créer un contact ohmique avec la lame 10 de matériau de conversion. On utilise par exemple une couche d'or. On peut procéder de la façon suivante :
1° On dépose une épaisseur de 50 μm d'un semiconducteur approprié, par exemple CdTe, sur l'une des faces d'une feuille d'or, par exemple par CVD (dépôt chimique en phase vapeur), épitaxie ou coulage.
2° On fixe, par exemple par une colle conductrice, à la lame de matériau de conversion ainsi obtenue, une feuille à trois couches métal-plastique- métal, qui est micro-perforée par exemple grâce à une attaque chimique.
On utilise par exemple une matière plastique du genre Kapton (marque déposée) pour former la couche isolante intermédiaire 20.
3° On fixe, en utilisant des moyens électriquement isolants, à l'assemblage ainsi obtenu, une lame électriquement isolante 28 pourvue de pistes conductrices 30 typiquement espacées de 100 μm les unes des autres, tout en prévoyant une épaisseur prédéfinie de gaz ionisable pour obtenir un phénomène d'avalanche, grâce à des plots cylindriques électriquement isolants et en utilisant des espaceurs électriquement isolants (formant par exemple des billes, des filaments, une structure en nid d'abeilles ou une mousse très alvéolée) . A propos de cet espace contenant le gaz ionisable on pourra se reporter aux documents [1] et [2] qui sont mentionnés à la fin de la présente description.
On peut faire en sorte que les micro-pistes 30 dépassent de quelques micromètres de la plaque isolante 28 pour recouvrir un bord de cette plaque, afin de permettre une liaison électrique au circuit de lecture 30.
Ce circuit de lecture peut être un ASIC ou circuit intégré spécifique d'une application (« application spécifie integrated circuit ») du genre des puces (« chips ») de lecture de CCD qui sont par exemple commercialisées par la société EG & G RETICON ou la société THOMSON.
On peut établir un champ électrique de l'ordre de 1000 V/mm à 5000 V/mm entre la face supérieure de l'ensemble 15 de trois couches et le plan des micro-pistes conductrices 30 pour créer un champ électrique propice à l'amplification par avalanche et pour collecter les électrons. Les micro-pistes sont connectées aux pattes du circuit intégré de lecture par exemple, par une liaison (« bonding ») au moyen de billes de brasure
(« solder balls ») ou de fils ou par pression (ou soudure) ou encore par collage au moyen d'une colle électriquement conductrice.
Si cela est nécessaire, on peut utiliser un connecteur permettant d'accorder le pas des pistes à celui des pattes de la puce de lecture (ASIC) .
De préférence, on utilise une connexion comportant une partie souple qui permet d'écarter le circuit ASIC du flux collimaté de rayon X.
En revenant au détecteur de la figure 2, on précise que l'épaisseur et la largeur de la lame 10 sont choisies de façon à optimiser la résolution spatiale du détecteur 2 ainsi que le rendement de conversion dans ce détecteur. On cherche à utiliser une lame 10 dont l'épaisseur est la plus faible possible, typiquement moins de 100 μm, d'où l'intérêt d'amplifier, par un phénomène physique, le nombre d'électrons engendrés avant la lecture des signaux électriques correspondants .
Avec le détecteur 2 conforme à l'invention, les contraintes de limitation de résolution et de faiblesse de débit de dose, mentionnées plus haut à propos des chambres à fils connues, n'existent plus et l'extraction d'un nombre suffisant d'électrons à partir de la lame 10 autorise à utiliser un moyen d'amplification, de préférence gazeux, très peu épais, en vue de ne pas dégrader la résolution spatiale recherchée.
La détection d'un nombre significatif d'électrons peut donc se faire très près du point d'interaction d'une particules que l'on détecte, ce qui garantit la résolution spatiale. Le détecteur conforme à l'invention, qui est représenté schematiquement en perspective sur la figure 4, diffère du détecteur 2 de la figure 2 par le fait que 1 ' ensemble formé par la lame de matériau résistif 12, la couche conductrice 14 et l'ensemble des trois couches 16, 18 et 20 de ce détecteur 2 est remplacé par un empilement 55 de couches d'un matériau électriquement conducteur, apte à convertir le rayonnement X incident en électrons, ces couches étant espacées les unes des autres par des couches électriquement isolantes par exemple en oxyde de ce même métal (anodisation) . Dans l'exemple de la figure 4, on utilise trois couches électriquement conductrice 56, 57 et 58 et deux couches électriquement isolantes 59 et 60 qui séparent ces couches 56, 57 et 58 les unes des autres. Cet ensemble de couches conductrices alternant avec des couches isolantes est pourvu de micro-perforations 62.
Comme on le voit sur la figure 4, la couche 58 est celle qui se trouve en regard des micropistes 30.
On utilise des moyens de polarisation 64 permettant de porter la couche conductrice 56 à un potentiel inférieur au potentiel de la couche conductrice 58, lui-même inférieur au potentiel des micro-pistes 30.
Dans l'exemple représenté, ces micro-pistes sont mises à la masse et la couche conductrice 57 est portée à un potentiel intermédiaire entre les potentiels respectifs des couches conductrices 56 et 58. Pour ce faire, la couche conductrice 57 est respectivement reliée aux couches conductrices 56 et 58 par des résistances électriques appropriées Rx et R2.
A ce sujet, on pourra se reporter au document [3] qui est mentionné à la fin de la présente description.
On se reportera aussi au document [4] qui est également mentionné à la fin de la description.
Les rayons X incidents sur le bord 66 de l'empilement 55 (homologue du bord 12 de la lame 10) engendrent encore, en interagissant avec le matériau des couches 56, 57 et 58, des électrons qui traversent les micro-perçages 62 et ionisent le gaz compris entre la couche conductrice 58 et la lame électriquement isolante 28 portant les micro-pistes 30.
Les électrons engendrés dans le gaz ionisé sont encore détectés par ces micro-pistes et ces dernières fournissent des signaux électriques qui sont lus par les moyens électroniques de traitement 34.
On précise que les microperforations 62
(qui pourraient être aussi des microfentes, de quelques micromètres de longueur) permettent d'extraire les électrons de l'empilement 55 en minimisant la parallaxe entre un point d'interaction d'un rayonnement X et le point de sortie des électrons engendrés par cette interaction. On peut empiler deux ou plus de deux détecteurs du genre de celui de la figure 4 (placés dans un même boîtier) pour obtenir un détecteur matriciel du genre du détecteur de la figure 3.
Le détecteur conforme à l'invention, qui est schematiquement représenté en perspective sur la figure 5, diffère du détecteur de la figure 2 par le fait que la lame 28 portant les micro-pistes 30 est supprimée .
L'espace 31 est délimité par l'empilement 15 et une lame électriquement conductrice 67 qui est parallèle au plan xz et mise à la masse.
Dans le cas de la figure 5, le gaz ionisable de la figure 2 est remplacé par un gaz, par exemple un mélange gazeux argon/dimethylether/triethylamine, qui est susceptible d'émettre de la lumière par interaction avec les électrons émergeant des micro-perçages 22 de l'ensemble 15.
Du côté du détecteur, opposé à celui par lequel arrive le rayonnement X à détecter, et au niveau de l'épaisseur du gaz, on place des extrémités de fibres optiques 68 qui sont équidistantes et parallèles les unes aux autres ainsi qu'à la direction z du rayonnement X que l'on veut détecter.
Les autres extrémités de ces fibres optiques sont reliées à une caméra électronique 70, par exemple du genre CCD ou CID, ou à une caméra comportant une matrice de silicium amorphe.
Les émission de lumière provenant du gaz contenu dans l'espace 31 sont captées par les fibres optiques 68 et constituent une image, sous forme analogique, de l'image transportée par le rayonnement à détecter 3.
Ces signaux lumineux transportés par les fibres sont lus par la caméra 70. On peut empiler deux ou plus de deux détecteurs du genre de celui de la figure 5 (placés dans un même boîtier) pour obtenir un détecteur matriciel du genre du détecteur de la figure 3.
Dans ce cas, on prévoit des moyens d'isolation électrique, par exemple une couche électriquement isolante, entre deux détecteurs adjacents sans quoi il y aurait contact entre une couche 14 et une lame adjacente 67.
D'autres détecteurs conformes à l'invention peuvent être obtenus en remplaçant l'ensemble formé par la couche 14, la lame 10 et l'empilement 15 de la figure 5 par l'empilement 55 de la figure 4. Ces autres détecteurs peuvent être empilés (dans le même boîtier) pour former un détecteur matriciel.
L'invention n'est pas limitée à la détection de photons X ou γ : elle s'applique par exemple à la détection de neutrons en utilisant une lame de matière plastique pour interagir avec ces neutrons en fournissant alors des protons.
Ces protons interagissent alors avec les électrons du milieu ou les noyaux des atomes pour donner des particules (électrons, noyaux) que l'on détecte par la trace d'ionisation qu'elles déposent dans le milieu détecteur, comme précédemment.
Les documents cités dans la présente description sont les suivants :
[1] Détecteur de position, à haute résolution, de hauts flux de particules ionisantes, invention de Georges Charpak et al . , demande internationale publiée le 17 avril 1997 sous le n° WO 97/14173
[2] Détecteur de particules à électrodes multiples et procédé de fabrication de ce détecteur, invention de Georges Charpak et al . , demande de brevet européen publiée le 21 octobre 1998 sous le n°EP0872874
[3] Détecteur bidimensionnel de rayonnements ionisants et procédé de fabrication de ce détecteur, invention de Jean-Louis Gerstenmayer, demande de brevet français déposée le 24 février 1999 sous le n°EN 9902289 [4] Détecteur bidimensionnel de rayonnements ionisants et procédé de fabrication de ce détecteur, invention de Jean-Louis Gerstenmayer, demande de brevet français déposée le 15 avril 1999 sous le n°EN 9904725

Claims

REVENDICATIONS
1. Détecteur d'un rayonnement ionisant incident constitué de premières particules, ce détecteur étant caractérisé en ce qu'il comprend au moins un détecteur élémentaire comprenant : des moyens (10 ; 56, 57, 58) de conversion des premières particules en deuxièmes particules qui sont chargées, ces moyens de conversion comprenant au moins une première lame faite d'un premier matériau solide, apte à convertir les premières particules en les deuxièmes particules, cette première lame étant orientée de façon que le rayonnement ionisant incident arrive sur un premier bord (12) de cette première lame et le long de ce premier bord, la profondeur de cette première lame, comptée du premier bord à un deuxième bord de la première lame, opposé au premier bord, étant au moins égale au dixième du libre parcours moyen des premières particules dans le premier matériau, - un milieu excitable par les deuxièmes particules et apte à engendrer, par interaction avec ces deuxièmes particules, des troisièmes particules qui sont représentatives du rayonnement ionisant incident, et - des moyens (30, 68) de collection de ces troisièmes particules, aptes à fournir des signaux qui sont également représentatifs du rayonnement ionisant incident.
2. Détecteur selon la revendication 1, dans lequel le premier matériau est électriquement conducteur et les moyens de conversion comprennent un ensemble de premières lames (56, 57, 58) qui est pourvu de microperçages (62) , ces premières lames étant empilées et électriquement isolées les unes des autres, et le détecteur comprend en outre des moyens de polarisation (64) prévus pour porter ces premières lames à des potentiels électriques qui croissent d'une extrémité à 1 ' autre de 1 ' ensemble des premières lames et sont prévus pour créer un champ électrique apte à déplacer les deuxièmes particules vers le milieu excitable.
3. Détecteur selon la revendication 1, dans lequel le premier matériau est résistif, de résistivité environ égale ou supérieure à 107 Ω.cm, une première face de la première lame (10) est formée sur une couche électriquement conductrice (14) et le détecteur comprend en outre : des moyens (16, 18) d'extraction des deuxièmes particules, prévus pour extraire ces deuxièmes particules de la première lame et les envoyer au milieu excitable, ces moyens d'extraction comprenant au moins une deuxième lame électriquement conductrice (16, 18) , pourvue de micro-perçages (22) et formée sur une deuxième face de la première lame (10) , opposée à la première face de celle-ci, les première et deuxième lames ayant sensiblement la même profondeur et la même largeur, cette largeur étant comptée d'une extrémité à l'autre du premier bord de la première lame, et
- des moyens de polarisation (32) prévus pour porter la couche conductrice et la deuxième lame à des potentiels électriques différents, créant un champ électrique apte à déplacer les deuxièmes particules vers le milieu excitable.
4. Détecteur selon la revendication 3 , dans lequel les moyens d'extraction comprennent une pluralité de deuxièmes lames (16, 18), qui sont électriquement isolées les unes des autres et forment un empilement pourvu de micro-perçages (22) , et les moyens de polarisation (32) sont prévus pour porter les deuxièmes lames à des potentiels électriques qui croissent d'une extrémité à l'autre de l'ensemble des deuxièmes lames et sont prévus pour déplacer les deuxièmes particules vers le milieu excitable.
5. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, dans lequel le premier matériau est un matériau semiconducteur de résistivité environ égale ou supérieure à 107 Ω.cm.
6. Détecteur selon la revendication 5, dans lequel ce matériau semiconducteur est un matériau composite semiconducteur, comprenant une matrice-hôte, de type polymère électriquement isolant ou semiconducteur, et des particules invitées de type semiconducteur, qui sont dispersées dans cette matrice- hôte.
7. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le milieu excitable est un milieu ionisable par les deuxièmes particules, apte à engendrer des charges électriques constituant les troisièmes particules, par interaction avec ces deuxièmes particules, ce milieu ionisable ayant sensiblement la forme d'une troisième lame qui est parallèle à la première lame, ces première et troisième lames ayant sensiblement la même profondeur et la même largeur, cette largeur étant comptée d'une extrémité à l'autre du premier bord de la première lame, les moyens de collection comprennent un ensemble de bandes parallèles (30) , électriquement conductrices et électriquement isolées les unes des autres , ces bandes étant aptes à collecter les charges électriques pour fournir des signaux électriques représentatifs du rayonnement ionisant incident, et le détecteur comprend en outre des moyens de polarisation prévus pour créer un champ électrique apte à déplacer les deuxièmes particules des moyens de conversion vers le milieu ionisable et les charges électriques de ce milieu ionisable vers l'ensemble de bandes parallèles.
8. Détecteur selon la revendication 7, dans lequel le milieu ionisable est gazeux.
9. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le milieu excitable est apte à engendrer des photons constituant les troisièmes particules, par interaction avec les deuxièmes particules, ce milieu excitable ayant sensiblement la forme d'une troisième lame qui est parallèle à la première lame, ces première et troisième lames ayant sensiblement la même profondeur et la même largeur, cette largeur étant comptée d'une extrémité à l'autre du premier bord de la première lame, et les moyens de collection comprennent des guides de lumière parallèles (68) , aptes à collecter les photons pour fournir des signaux lumineux représentatifs du rayonnement ionisant incident.
10. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la largeur (L) de la première lame, comptée d'une extrémité à l'autre du premier bord de cette première lame est environ égale ou supérieure à 10 cm.
11. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel l'épaisseur (E) de la première lame est environ égale ou inférieure à 100 μm.
12. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, comprenant une pluralité de détecteurs élémentaires empilés (46, 48, 50) .
13. Procédé de fabrication du détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel on forme les moyens de conversion (10 ; 56, 57, 58) et l'on place ces moyens de conversion et les moyens de collection de part et d'autre du milieu excitable .
14. Procédé selon la revendication 13, pour la fabrication du détecteur selon la revendication 3, dans lequel, pour former les moyens de conversion, on forme la première lame (10) sur la couche électriquement conductrice (14) et l'on fixe la deuxième lame (16, 18) à la première lame.
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