EP2347283A1 - Detecteur de rayonnement x a l'etat solide - Google Patents

Detecteur de rayonnement x a l'etat solide

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Publication number
EP2347283A1
EP2347283A1 EP09759921A EP09759921A EP2347283A1 EP 2347283 A1 EP2347283 A1 EP 2347283A1 EP 09759921 A EP09759921 A EP 09759921A EP 09759921 A EP09759921 A EP 09759921A EP 2347283 A1 EP2347283 A1 EP 2347283A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
scintillator
sensor
radiation
input window
substrate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09759921A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Gérard Vieux
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.)
Trixell SAS
Original Assignee
Trixell SAS
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 Trixell SAS filed Critical Trixell SAS
Publication of EP2347283A1 publication Critical patent/EP2347283A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • G01T1/2006—Measuring radiation intensity with scintillation detectors using a combination of a scintillator and photodetector which measures the means radiation intensity
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T156/00—Adhesive bonding and miscellaneous chemical manufacture
    • Y10T156/10—Methods of surface bonding and/or assembly therefor

Definitions

  • the present invention relates to a solid-state X-ray detector comprising a photosensitive sensor associated with a radiation converter.
  • the fields of application of this type of detector include radiology: radiography, fluoroscopy, mammography, but also non-destructive testing.
  • Such radiation detectors are for example described in French patent FR 2 803 081 in which a sensor formed of amorphous silicon photodiodes is associated with a radiation converter.
  • the photosensitive sensor is generally made from photosensitive elements in the solid state arranged in a matrix.
  • the photosensitive elements are made from semiconductor materials, most commonly mono-crystalline silicon for CCD or CMOS type sensors, polycrystalline silicon or amorphous silicon.
  • a photosensitive element comprises at least one photodiode, a phototransistor or a photo resistance. These elements are deposited on a substrate, usually a glass slab. These elements are generally not directly sensitive to very short wavelength radiation, as are X or gamma rays. This is why the photosensitive sensor is associated with a radiation converter which comprises a layer of a scintillating substance. This substance has the property, when excited by such radiation, to emit radiation of longer wavelength, for example visible or near-visible light, to which the sensor is sensitive. The light emitted by the radiation converter illuminates the photosensitive elements of the sensor which perform a photoelectric conversion and deliver electrical signals exploitable by appropriate circuits.
  • the radiation converter will be called a scintillator in the following description.
  • Certain scintillating substances of the alkaline halide or rare earth oxysulfide family are frequently used for their good performance.
  • sodium or thallium doped cesium iodide depending on whether emission is desired at about 400 nanometers or about 550 nanometers respectively, is known for its high X-ray absorption and for its excellent fluorescence efficiency.
  • It is in the form of thin needles that are grown on a support. These needles are substantially perpendicular to this support and they partially confine the light emitted towards the sensor. Their fineness conditions the resolution of the detector.
  • Lanthanum and gadolinium oxysulfides are also widely used for the same reasons.
  • cesium iodide its decomposition gives cesium hydroxide Cs + OH "and free iodine I 2 which can then be combined with iodide ions to give the complex I 3".
  • the ambient air as well as the glue used for assembling the detector always contain it.
  • the presence of moisture in the adhesive is due either to the ambient air or as a by-product of the polymerization if it results from the condensation of two chemical species, which is common.
  • One of the important aspects when making these detectors will be to minimize the amount of moisture present initially inside the detector, and in contact with the scintillator, and to avoid the diffusion of this moisture inside. of the sensor during its operation.
  • the radiation detectors comprise an input window traversed by the X-radiation upstream of the scintillator. Moreover, the scintillating substance is generally deposited on a metal support. The support and the scintillating substance then form the scintillator. It is possible, but not required, to use the media as an input window.
  • the inlet window When the scintillating substance is thus deposited on the inlet window to form the scintillator which is then attached by gluing on the sensor, the inlet window must withstand without damage the thermal stresses of the deposition and treatment of the scintillator and preferably have a coefficient of thermal expansion of the same order of magnitude as that of the scintillator and that of the sensor, more particularly that of its substrate. It can also be provided that the window has a low modulus of elasticity, which makes it possible to eliminate differential stresses between, on the one hand, the window and the scintillator and, on the other hand, the window and the sensor, or more particularly the substrate of the sensor. This eliminates the risk of cracking of the scintillator and breakage of the sensor substrate.
  • the surface state of the inlet window must also allow, in particular for cesium iodide, a growth of the finest possible needles, in the most uniform manner possible. The fineness of the needles is a quality factor for the resolution of the detector.
  • the supports are aluminum.
  • the transparency of aluminum to the radiation to be detected is excellent, its optical properties are good. It is possible to obtain, after treatment of aluminum, a satisfactory surface state for depositing the scintillator.
  • its coefficient of expansion is very different from that of the sensor.
  • This seal is necessarily flexible to accommodate the differences in expansion between the scintillator support and the sensor during thermal cycling, and minimize the constraints and risks of breakage.
  • soft materials are generally permeable to moisture. This results in insufficient protection of the scintillator against this moisture, which reduces the life of the detector.
  • the input window is an additional element placed on the scintillator, without being attached to the scintillator, and a seal sealing moisture assembles the input window and the sensor.
  • the input window is reported on the assembly formed by the sensor and the scintillator. Sealing is done between the input window and the sensor.
  • the stresses to which the support of the scintillator is subjected are distributed between the support and the new input window itself.
  • the scintillator support remains subject to the same reflectivity and surface state constraints for scintillating substance deposition as in the previous structure.
  • it is no longer subject to the sealing and support constraints of the sealing joint. These constraints are reported on the new additional input window.
  • This embodiment makes it possible to define an input window material which is compatible with the material of which the sensor is made, especially in terms of the compatibility of their respective expansion coefficients, which should make it possible to use a sealing gasket more hard, and therefore more impervious to moisture.
  • This embodiment can be implemented in two configuration configurations of the scintillator and the sensor.
  • the scintillator substance is deposited on a support that the radiation to be detected must pass before reaching the sensor.
  • the assembly formed of the scintillating substance and its support is then glued to the sensor.
  • An optical glue is used for this purpose, the object of which is to ensure good mechanical contact between the scintillator and the sensor, but also a good transfer of light from the scintillator to the photosensitive sensor.
  • the senor serves as a support for the scintillating substance which is then in direct and intimate contact with the sensor.
  • the two configurations each have advantages and disadvantages which are described, for example, in French Patent FR 2,831,671.
  • the invention aims to overcome all or part of the problems mentioned above by proposing the implementation of a reported entry window without using a thick seal.
  • the subject of the invention is a detector of a first radiation in the solid state comprising a photosensitive sensor, a scintillator transforming the first radiation into a second radiation to which the sensor is sensitive, and a rigid input window. traversed by the first radiation upstream of the scintillator, the scintillator being disposed between the sensor and the input window, the sensor comprising a substrate and photosensitive elements arranged on the substrate, characterized in that the input window is set shaped to match the shape of the scintillator and that the inlet window is moisture-tightly attached to the sensor substrate.
  • the subject of the invention is also a method for producing a radiation detector according to the invention, characterized in that it consists in following the following operations: • sticking the scintillator on the sensor; • place the entrance window on the assembly formed by the sensor and the scintillator;
  • FIG. 1 represents an exemplary embodiment of a radiation detector according to the invention.
  • the scales are not respected.
  • the radiation detector 10 shown in FIG. 1 makes it possible to detect X-radiation, the direction of which is indicated by the arrows 11.
  • the detector 10 comprises a sensor 12, a scintillator 13 transforming the X-ray radiation into a radiation to which the sensor 12 is sensitive, and a rigid input window 14 traversed by the X-ray upstream of the scintillator 13.
  • the invention is described in relation to an X-ray detector. It should be understood that the invention may be implemented for other wavelengths of radiation requiring a scintillator.
  • the scintillator 13 is disposed between the sensor 12 and the input window 14.
  • the sensor 12 comprises a substrate 15 and photosensitive elements 16 disposed on the substrate 15.
  • Each photosensitive element 16 is mounted between a line conductor and a conductor column so that it can be addressed. Line and column conductors are not shown in the figure to avoid overloading it.
  • the photosensitive elements 16 and the conductors are generally covered with a passivation layer intended to protect them from moisture.
  • the scintillator 13 comprises a support 17 and a scintillator substance 18 deposited on the support 17.
  • the scintillator substance 18 belongs, for example, to the family of alkaline halides, such as cesium iodide, which is particularly sensitive to wet oxidation, but it could also belong to the rare earth oxysulfide family, some of whose members are also unstable, such as lanthanum oxysulfide.
  • the support 17 is traversed by the X-ray upstream of the scintillating substance 18 and the scintillator 13 is fixed to the sensor 12 on the side of the scintillating substance 18.
  • the input window 14 is placed on the scintillator 13 without being fixed thereto.
  • the inlet window 14 is rigid and is moisture-tightly attached to the substrate 15 of the sensor 13.
  • a waterproof seal 19 fixes the inlet window 14 to the substrate 15.
  • the choice of a material for the seal 19 is made according to the materials of the inlet window 14 and the substrate 15.
  • the seal sealing 19 may be made based on mineral material. This type of seal has a very good impermeability but it requires a high operating temperature, of the order of 400 ° C.
  • the seal 19 may be made of organic material. These materials have a poorer seal than mineral materials. But on the other hand their operating temperature is lower, lower than 200 ° C. Among organic materials the best seal is provided by epoxy adhesives
  • the inlet window 14, for its part, may consist of any material whose thermal expansion coefficient is close to that of the material of which the substrate 15 is formed.
  • the expansion coefficient of the inlet window is less than to that of aluminum.
  • the proximity of the expansion coefficients of the two materials to be assembled, namely that of the inlet window 14 and that of the substrate 15 makes it possible to use a hard seal 19.
  • Several materials may be suitable for making the entrance window 14. The materials containing few heavy elements are generally suitable because of their good X-ray transparency.
  • the input window 14 may comprise glass.
  • the glass is mono component and therefore easy to implement.
  • the substrate 15 may also include glass. More generally, the inlet window 14 and the substrate 15 may be made of the same material or at least comprise the same majority material, which limits the difference in coefficient of thermal expansion between the input window 14 and the substrate 15.
  • Carbon fibers can also be used to make the entrance window 14. The carbon fibers have a better transparency X-ray than glass and are also less fragile. In contrast, carbon fibers, often held with epoxy resin, are more difficult to seal because of their rough surface condition.
  • the inlet window 14 may comprise a ceramic material whose X-ray transparency is close to that of the glass.
  • the input window 14 may also include an organic material such as polyester.
  • This material has better X-ray transparency than glass. Its fragility is also less than that of glass. It is a homogeneous material having a smooth surface state when it is obtained by rolling or molding. Nevertheless, the sealing of polyester is more difficult to achieve than that of glass.
  • the input window 14 is shaped so as to cover the scintillator 13 and come as close as possible to the substrate 15.
  • the inlet window 14 is shaped so as to match the shape of the scintillator 13 and thus reduce the thickness of the seal 19 to minimize the passage of moisture in the seal 19.
  • the scintillator 13 may be schematically represented as a parallelepiped of which a first end face 20 is disposed against the photosensitive elements 16. A second end face 21 opposite the face 20 is traversed by the X-ray.
  • the scintillator 13 also comprises side faces substantially perpendicular to the two end faces 20 and 21. In Figure 1, two side faces 22 and 23 appear.
  • the input window 14 is shaped so as to cover the front face 21 and the side faces.
  • the entrance window 14 may be made of a glass sheet which can easily be deformed to conform to the shape of the scintillator.
  • the glass sheet may be hot formed. Hot forming involves softening the glass temperature and let it sag on a mold.
  • the glass sheet can be hollowed out by mechanical sanding.
  • Mechanical sanding involves projecting a jet of particles of a hard material, usually alumina or other material, onto the glass sheets. by preserving certain zones by masking, in particular the zones to be fixed on the substrate 15.
  • the scintillator 13 is fixed on the sensor 12 by means of a glue 25 transparent to the radiation to which the sensor 12 is sensitive.
  • the input window 14 is fixed on the substrate 15 of the sensor 12 also by means of the adhesive 25.
  • the adhesive 25 extends over the entire surface of the scintillator 13 opposite the sensor 12. In other words, the same adhesive is used. in order to ensure an optical glue function between the scintillator 13 and the sensor 12 as well as a sealing joint function between the inlet window 14 and the substrate 15.
  • the sealing joint 19 and the glue 25 form only one element.
  • the glue 25 is chosen for its transparency and its absence of defects, which contributes directly to the quality of the final image delivered by the detector 10.
  • the glue 25 must also ensure the mechanical integrity of the optical interface between the elements. photosensitive 1 6 and the scintillating substance 18.
  • the adhesive 25 must ensure a good mechanical connection between the substrate 15 and the inlet window 14. This connection must also be moisture-tight, either by the intrinsic properties of the adhesive material 25, or by its small thickness due to the important degree of confinement of the passage of the moisture, brought by the input window 14 shaped closer to the scintillator 13.
  • the adhesive 25 may be either a liquid adhesive, deposited on the substrate
  • the adhesive 25 may require annealing or any processing before optical coupling of the scintillating substance 18 and removal of the input window 14.
  • the adhesive 25 may also be deposited on the substrate 15 and implemented in the form of a film from a roll, before optical coupling of the scintillating substance 18 and removal of the input window 14.
  • the glue 25 may comprise an element belonging to one of the adhesive families: silicone, acrylic or epoxy.
  • a method of producing a detector according to the invention consists in following the following operations:
  • the method comprises:

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Abstract

La présente invention concerne un détecteur de rayonnement à l'état solide comportant un capteur photosensible associé à un convertisseur de rayonnement ou scintillateur. Les domaines d'application de ce type de détecteur sont notamment la radiologie : radiographie, fluoroscopie, mammographie, mais également le contrôle non destructif. Le détecteur comprend une fenêtre d'entrée (14) rigide traversée par le rayonnement en amont du scintillateur (13), le scintillateur (13) étant disposé entre le capteur (12) et la fenêtre d'entrée (14), le capteur (12) comprenant un substrat (15) et des éléments photosensibles (16) disposés sur le substrat (15). Selon l'invention, la fenêtre d'entrée (14) est mise en forme de manière à épouser la forme du scintillateur (13) et est fixée de façon étanche à l'humidité sur le substrat (15) du capteur (12).

Description

Détecteur de rayonnement X à l'état solide
La présente invention concerne un détecteur de rayonnement X à l'état solide comportant un capteur photosensible associé à un convertisseur de rayonnement. Les domaines d'application de ce type de détecteur sont notamment la radiologie : radiographie, fluoroscopie, mammographie, mais également le contrôle non destructif.
De tels détecteurs de rayonnement sont par exemple décrits dans le brevet français FR 2 803 081 dans lequel un capteur formé de photodiodes en silicium amorphe est associé à un convertisseur de rayonnement.
Le fonctionnement et la structure d'un tel détecteur de rayonnement vont être rappelés succinctement.
Le capteur photosensible est généralement réalisé à partir d'éléments photosensibles à l'état solide arrangés en matrice. Les éléments photosensibles sont réalisés à partir de matériaux semi-conducteurs, le plus souvent du silicium mono cristallin pour les capteurs de type CCD ou CMOS, du silicium poly cristallin ou amorphe. Un élément photosensible comporte au moins une photodiode, un phototransistor ou une photo résistance. Ces éléments sont déposés sur un substrat, généralement une dalle de verre. Ces éléments ne sont généralement pas sensibles directement aux rayonnements de longueurs d'ondes très courtes comme le sont les rayons X ou gamma. C'est pourquoi, on associe le capteur photosensible à un convertisseur de rayonnement qui comporte une couche d'une substance scintillatrice. Cette substance a la propriété, lorsqu'elle est excitée par de tels rayonnements, d'émettre un rayonnement de longueur d'onde supérieure, par exemple de la lumière visible ou proche du visible, auquel est sensible le capteur. La lumière émise par le convertisseur de rayonnement illumine les éléments photosensibles du capteur qui effectuent une conversion photoélectrique et délivrent des signaux électriques exploitables par des circuits appropriés. Le convertisseur de rayonnement sera appelé scintillateur dans la suite de la description.
Certaines substances scintillatrices de la famille des halogénures alcalins ou des oxysulfures de terres rares sont fréquemment employées pour leurs bonnes performances. Parmi les halogénures alcalins, l'iodure de césium dopé au sodium ou au thallium, selon que l'on souhaite une émission vers 400 nanomètres ou vers 550 nanomètres respectivement, est connu pour sa forte absorption des rayons X et pour son excellent rendement de fluorescence. Il se présente sous la forme de fines aiguilles que l'on fait croître sur un support. Ces aiguilles sont sensiblement perpendiculaires à ce support et elles confinent en partie la lumière émise vers le capteur. Leur finesse conditionne la résolution du détecteur. Les oxysulfures de lanthane et de gadolinium sont aussi très employés pour les mêmes raisons. Mais parmi ces substances scintillatrices, certaines ont comme inconvénient d'être peu stables, elles se décomposent partiellement lorsqu'elles sont exposées à l'humidité et leur décomposition libère des espèces chimiques qui migrent soit vers le capteur soit à l'opposé du capteur. Ces espèces sont très corrosives. L'iodure de césium et l'oxysulfure de lanthane ont notamment cet inconvénient.
En ce qui concerne l'iodure de césium, sa décomposition donne de l'hydroxyde de césium Cs+ OH" et de l'iode libre I2 qui peut ensuite se combiner avec des ions iodures pour donner le complexe I3 ".
En ce qui concerne l'oxysulfure de lanthane sa décomposition donne du sulfure d'hydrogène H2S chimiquement très agressif.
L'humidité est extrêmement difficile à supprimer. L'air ambiant ainsi que la colle utilisée pour l'assemblage du détecteur en contiennent toujours. La présence d'humidité dans la colle est due soit à l'air ambiant, soit comme sous-produit de la polymérisation si celle-ci résulte de la condensation de deux espèces chimiques, ce qui est fréquent.
L'un des aspects importants lors de la réalisation de ces détecteurs sera de minimiser la quantité d'humidité présente initialement à l'intérieur du détecteur, et en contact avec le scintillateur, et d'éviter la diffusion de cette humidité à l'intérieur du capteur lors de son fonctionnement.
Les détecteurs de rayonnement comportent une fenêtre d'entrée traversée par le rayonnement X en amont du scintillateur. Par ailleurs, la substance scintillatrice est généralement déposée sur un support métallique. Le support et la substance scintillatrice forment alors le scintillateur. II est possible, mais pas obligatoire d'utiliser le support comme fenêtre d'entrée.
Lorsque la substance scintillatrice est ainsi déposée sur la fenêtre d'entrée pour former le scintillateur qui est ensuite rapporté par collage sur le capteur, la fenêtre d'entrée doit supporter sans dommage les contraintes thermiques du dépôt et du traitement du scintillateur et posséder préférentiellement un coefficient de dilatation thermique du même ordre de grandeur que celui du scintillateur et que celui du capteur, plus particulièrement celui de son substrat. On peut aussi prévoir que la fenêtre ait un module d'élasticité faible, ce qui permet de supprimer des contraintes différentielles entre d'une part la fenêtre et le scintillateur et d'autre part la fenêtre et le capteur, ou plus particulièrement le substrat du capteur. On supprime ainsi les risques de craquèlement du scintillateur et de bris du substrat du capteur. L'état de surface de la fenêtre d'entrée doit de plus permettre, notamment pour l'iodure de césium, une croissance d'aiguilles les plus fines possibles, de la manière la plus uniforme possible. La finesse des aiguilles est un facteur de qualité pour la résolution du détecteur.
Actuellement les supports sont en aluminium. La transparence de l'aluminium au rayonnement à détecter est excellente, ses propriétés optiques sont bonnes. On peut obtenir après traitement de l'aluminium un état de surface satisfaisant pour y déposer le scintillateur. Malheureusement, son coefficient de dilatation est très différent de celui du capteur. Pour éviter des contraintes mécaniques importantes à l'interface entre les deux éléments à l'occasion de cycles thermiques, on est réduit à utiliser un joint de scellement souple capable d'encaisser sans dommage les déformations liées à ces cycles thermiques. Ce joint est nécessairement souple pour encaisser les différences de dilatation entre le support du scintillateur et le capteur lors des cycles thermiques, et de minimiser les contraintes et les risques de casse. Or, les matériaux souples sont en général perméables à l'humidité. Il en résulte une protection insuffisante du scintillateur contre cette humidité, ce qui réduit la durée de vie du détecteur. Il est souhaitable que de tels détecteurs de rayonnement aient une durée de vie comparable avec la durée d'amortissement des appareils de radiologie ou autre sur lesquels ils sont montés, cette durée étant de l'ordre de 10 ans. Un autre mode de réalisation des détecteurs a également été développé, mode de réalisation dans lequel les fonctions de fenêtre d'entrée et étanchéité ne sont pas réalisées, comme dans l'état de l'art tel qu'il vient d'être décrit, par le seul support du scintillateur. Dans ce mode de réalisation, la fenêtre d'entrée est un élément supplémentaire posé sur le scintillateur, sans être fixé au scintillateur, et un joint de scellement étanche à l'humidité réalise l'assemblage de la fenêtre d'entrée et du capteur. Autrement dit, la fenêtre d'entrée est rapportée sur l'ensemble formé par le capteur et le scintillateur. Le scellement est effectué entre la fenêtre d'entrée et le capteur.
Dans ce mode de réalisation, les contraintes auxquelles est soumis le support du scintillateur sont réparties entre le support et la nouvelle fenêtre d'entrée proprement dite. Le support du scintillateur reste soumis aux mêmes contraintes de réflectivité et d'état de surface pour le dépôt de substance scintillatrice que dans la structure précédente. Par contre, il n'est plus soumis aux contraintes d'étanchéité et de support du joint de scellement. Ces contraintes sont reportées sur la nouvelle fenêtre d'entrée additionnelle.
Ce mode de réalisation permet de définir un matériau de fenêtre d'entrée qui soit compatible avec le matériau dont est constitué le capteur, notamment en termes de compatibilité de leurs coefficients de dilatation respectifs qui doit permettre l'utilisation d'un joint de scellement plus dur, et donc plus imperméable à l'humidité.
En séparant les fonctions de fenêtre d'entrée et de support du scintillateur, le choix de matériau utilisable pour réaliser la fenêtre d'entrée est beaucoup plus ouvert.
Ce mode de réalisation peut être mis en œuvre dans deux configurations d'assemblage du scintillateur et du capteur.
Dans une première configuration, dite du scintillateur rapporté, la substance scintillatrice est déposée sur un support que le rayonnement à détecter doit traverser avant d'atteindre le capteur. L'ensemble formé de la substance scintillatrice et de son support est alors collé sur le capteur.
On utilise pour ce faire une colle optique dont l'objet est d'assurer un bon contact mécanique entre le scintillateur et le capteur, mais également un bon transfert de la lumière issue du scintillateur vers le capteur photosensible.
Dans une seconde configuration, dite du dépôt direct, le capteur sert de support à la substance scintillatrice qui est alors en contact direct et intime avec le capteur. Les deux configurations présentent chacune des avantages et des inconvénients qui sont par exemple décrits dans le brevet français FR 2 831 671.
Le fait de disposer au dessus du scintillateur une fenêtre d'entrée indépendante du scintillateur pose néanmoins des problèmes tels que notamment l'épaisseur du joint de scellement fixant la fenêtre d'entrée au capteur qui doit au moins être égale à l'épaisseur du scintillateur. Ce type de joint de scellement épais présente des difficultés de réalisation, notamment au niveau de la reproductibilité de son étanchéité. Il peut par exemple ne pas être homogène et présenter des bulles pouvant entraîner la porosité du joint. Le volume du joint peut nécessiter un moule pour sa mise en place. Un joint épais peut également, pour des raisons de rhéologie, couler et polluer de zones du détecteur où il n'est pas souhaité.
L'invention vise à pallier tout ou partie des problèmes cités plus haut en proposant la mise en place d'une fenêtre d'entrée rapportée sans faire appel à un joint épais.
A cet effet, l'invention a pour objet un détecteur d'un premier rayonnement à l'état solide comportant un capteur photosensible, un scintillateur transformant le premier rayonnement en un second rayonnement auquel le capteur est sensible, et une fenêtre d'entrée rigide traversée par le premier rayonnement en amont du scintillateur, le scintillateur étant disposé entre le capteur et la fenêtre d'entrée, le capteur comprenant un substrat et des éléments photosensibles disposés sur le substrat, caractérisé en ce que la fenêtre d'entrée est mise en forme de manière à épouser la forme du scintillateur et en ce que la fenêtre d'entrée est fixée de façon étanche à l'humidité sur le substrat du capteur.
L'invention a également pour objet un procédé de réalisation d'un détecteur de rayonnement selon l'invention, caractérisé en ce qu'il consiste à enchainer les opérations suivantes : • coller le scintillateur sur le capteur ; • poser la fenêtre d'entrée sur l'ensemble formé du capteur et du scintillateur ;
• coller la fenêtre d'entrée sur le capteur.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel :
La figure 1 représente un exemple de réalisation d'un détecteur de rayonnement conforme à l'invention. Sur cette figure, dans un souci de clarté, les échelles ne sont pas respectées.
Le détecteur de rayonnement 10, représenté sur la figure 1 , permet la détection de rayonnement X dont la direction est matérialisée par les flèches 11. Le détecteur 10 comprend un capteur 12, un scintillateur 13 transformant le rayonnement X en un rayonnement auquel le capteur 12 est sensible, et une fenêtre d'entrée 14 rigide traversée par le rayonnement X en amont du scintillateur 13.
L'invention est décrite en rapport à un détecteur de rayonnement X. Il est bien entendu que l'invention peut être mise en œuvre pour d'autres longueurs d'onde de rayonnement nécessitant un scintillateur.
Le scintillateur 13 est disposé entre le capteur 12 et la fenêtre d'entrée 14. Le capteur 12 comprend un substrat 15 et des éléments photosensibles 16 disposés sur le substrat 15. Chaque élément photosensible 16 est monté entre un conducteur de ligne et un conducteur de colonne de manière à pouvoir être adressé. Les conducteurs de lignes et de colonnes ne sont pas représentés sur la figure pour ne pas la surcharger. Les éléments photosensibles 16 et les conducteurs sont généralement recouverts d'une couche de passivation destinée à les protéger de l'humidité. Le scintillateur 13 comprend un support 17 et une substance scintillatrice 18 déposée sur le support 17. La substance scintillatrice 18 appartient, par exemple, à la famille des halogénures alcalins tel l'iodure de césium qui est particulièrement sensible à l'oxydation humide, mais elle pourrait également appartenir à la famille des oxysulfures de terres rares dont certains membres sont également peu stables comme l'oxysulfure de lanthane. Avantageusement, le support 17 est traversé par le rayonnement X en amont de la substance scintillatrice 18 et le scintillateur 13 est fixé au capteur 12 du coté de la substance scintillatrice 18.
La fenêtre d'entrée 14 est posée sur le scintillateur 13 sans y être fixée. La fenêtre d'entrée 14 est rigide et est fixée de façon étanche à l'humidité sur le substrat 15 du capteur 13.
Un joint de scellement 19 étanche fixe la fenêtre d'entrée 14 au substrat 15. Le choix d'un matériau pour le joint de scellement 19 est fait en fonction des matériaux de la fenêtre d'entrée 14 et du substrat 15. Le joint de scellement 19 peut être réalisé à base de matériau minéral. Ce type de joint présente une très bonne imperméabilité mais il nécessite une température de mise en œuvre élevée, de l'ordre de 400 °C.
A titre d'alternative, le joint de scellement 19 peut être réalisé à base de matériau organique. Ces matériaux présentent une moins bonne étanchéité que les matériaux minéraux. Mais en revanche leur température de mise en œuvre est plus basse, inférieure à 200 °C. Parmi les matériaux organiques la meilleure étanchéité est assurée par les adhésifs époxy
La fenêtre d'entrée 14, quant à elle, peut être constituée de tout matériau dont le coefficient de dilatation thermique est proche de celui du matériau dont est formé le substrat 15. Avantageusement, le coefficient de dilatation de la fenêtre d'entrée est inférieur à celui de l'aluminium. La proximité des coefficients de dilatation des 2 matériaux à assembler, à savoir celui de la fenêtre d'entrée 14 et celui du substrat 15 rend possible l'utilisation d'un joint de scellement 19 dur. Plusieurs matériaux peuvent convenir pour réaliser la fenêtre d'entrée 14. Les matériaux contenant peu d'éléments lourds conviennent en général du fait de leur bonne transparence aux rayons X.
La fenêtre d'entrée 14 peut comporter du verre. Le verre est mono composant et donc facile à mettre en œuvre. De plus, le substrat 15 peut également comporter du verre. De façon plus générale, la fenêtre d'entrée 14 et le substrat 15 peuvent être réalisé dans le même matériau ou tout au moins, comporter le même matériau majoritaire, ce qui limite la différence de coefficient de dilatation thermique entre la fenêtre d'entrée 14 et le substrat 15. Des fibres de carbone peuvent également être utilisées pour réaliser la fenêtre d'entrée 14. Les fibres de carbone ont une meilleure transparence aux rayons X que le verre et sont aussi moins fragiles. En revanche, les fibres de carbone, souvent maintenues avec de la résine époxy, sont plus difficiles à sceller du fait de leur état de surface rugueux.
A titre d'alternative, la fenêtre d'entrée 14 peut comporter un matériau céramique dont la transparence aux rayons X est voisine de celle du verre.
La fenêtre d'entrée 14 peut également comporter un matériau organique comme par exemple du polyester. Ce matériau présente une meilleure transparence aux rayons X que le verre. Sa fragilité est également moindre que celle du verre. C'est un matériau homogène présentant un état de surface lisse lorsqu'il est obtenu par laminage ou par moulage. Néanmoins, le scellement du polyester est plus délicat à réaliser que celui du verre.
Pour limiter au maximum l'épaisseur des moyens de fixation de la fenêtre d'entrée 14 sur le substrat 15, la fenêtre d'entrée 14 est mise en forme de façon à recouvrir le scintillateur 13 et venir au plus près possible du substrat 15. Autrement dit, la fenêtre d'entrée 14 est mise en forme de manière à épouser la forme du scintillateur 13 et ainsi réduire l'épaisseur du joint de scellement 19 pour minimiser le passage d'humidité dans le joint de scellement 19. Plus précisément, le scintillateur 13 peut être schématiquement représenté comme un parallélépipède dont une première face frontale 20 est disposée contre les éléments photosensibles 16. Une seconde face frontale 21 , opposée à la face 20 est traversée par le rayonnement X. Le scintillateur 13 comprend également des faces latérales sensiblement perpendiculaires aux deux faces frontales 20 et 21. Sur la figure 1 , deux faces latérales 22 et 23 apparaissent. La fenêtre d'entrée 14 est mise en forme de telle sorte à recouvrir la face frontale 21 et les faces latérales.
La fenêtre d'entrée 14 peut être constituée d'une feuille de verre qui peut facilement être déformée pour épouser la forme du scintillateur. La feuille de verre peut être formée à chaud. Le formage à chaud consiste à ramollir le verre en température et à le laisser s'affaisser sur un moule.
La feuille de verre peut être creusée par sablage mécanique. Le sablage mécanique consiste à projeter un jet de particules d'un matériau dur, généralement de l'alumine ou tout autre matériau, sur les feuilles de verre en en préservant certaines zones par masquage, notamment les zones à fixer sur le substrat 15.
On peut également utiliser des capots constitués de fibres de carbone mis en forme par moulage. Avantageusement, le scintillateur 13 est fixé sur le capteur 12 au moyen d'une colle 25 transparente au rayonnement auquel le capteur 12 est sensible. La fenêtre d'entrée 14 est fixée sur le substrat 15 du capteur 12 également au moyen de la colle 25. La colle 25 s'étend sur toute la surface du scintillateur 13 en regard du capteur 12. Autrement dit, on utilise le même adhésif afin d'assurer une fonction de colle optique entre le scintillateur 13 et le capteur 12 ainsi qu'une fonction de joint de scellement entre la fenêtre d'entrée 14 et le substrat 15. Le joint de scellement 19 et la colle 25 ne forment qu'un seul élément.
L'utilisation du même élément comme joint de scellement 19 et comme colle 25 apporte plusieurs avantages : une simplification des modes de réalisation des assemblages dans le détecteur 10, une diminution du nombre de matières premières nécessaires à la réalisation du détecteur 10, et donc une diminution des temps opératoires et des coûts de réalisation.
La colle 25 est choisie pour sa transparence et son absence de défauts, ce qui contribue directement à la qualité de l'image finale délivrée par le détecteur 10. La colle 25 doit également assurer l'intégrité mécanique de l'interface optique entre les éléments photosensibles 1 6 et la substance scintillatrice 18.
La colle 25 doit assurer une bonne liaison mécanique entre le substrat 15 et la fenêtre d'entrée 14. Cette liaison devra également être étanche à l'humidité, soit par les propriétés intrinsèques du matériau de la colle 25, soit par sa faible épaisseur due au degré important de confinement du passage de l'humidité, apporté par la fenêtre d'entrée 14 mise en forme au plus près du scintillateur 13. La colle 25 peut être soit un adhésif liquide, déposé sur le substrat
15, par exemple par sérigraphie, trempé, offset, dépose au ménisque, ou tout autre moyen de dispense. La colle 25 peut nécessiter un recuit ou tout traitement de mise en œuvre avant couplage optique de la substance scintillatrice 18 et dépose de la fenêtre d'entrée 14. La colle 25 peut également être déposée sur le substrat 15 et mis en œuvre sous forme de film à partir d'un rouleau, avant couplage optique de la substance scintillatrice 18 et dépose de la fenêtre d'entrée 14.
La colle 25 peut comprendre un élément appartenant à l'une des familles d'adhésif : silicone, acrylique ou époxy.
Un procédé de réalisation d'un détecteur conforme à l'invention consiste à enchainer les opérations suivantes :
• coller le scintillateur 13 sur le capteur 12 ;
• poser la fenêtre d'entrée 14 sur l'ensemble formé du capteur 12 et du scintillateur 13 ;
• coller la fenêtre d'entrée 14 sur le capteur 12.
Lorsque l'on utilise une même colle 25 pour assembler le scintillateur 13 et la fenêtre d'entrée 14 sur le substrat 15, le procédé consiste à :
• coller le scintillateur 13 sur le capteur 12 au moyen d'un film de colle 25 ;
• coller la fenêtre d'entrée 14 sur le capteur 12 au moyen du film de colle 25.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Détecteur d'un premier rayonnement à l'état solide comportant un capteur photosensible (12), un scintillateur (13) transformant le premier rayonnement en un second rayonnement auquel le capteur (12) est sensible, et une fenêtre d'entrée (14) rigide traversée par le premier rayonnement en amont du scintillateur (13), le scintillateur (13) étant disposé entre le capteur (12) et la fenêtre d'entrée (14), le capteur (12) comprenant un substrat (15) et des éléments photosensibles (1 6) disposés sur le substrat (15), caractérisé en ce que la fenêtre d'entrée (14) est mise en forme de manière à épouser la forme du scintillateur (13), en ce que la fenêtre d'entrée (14) est fixée de façon étanche à l'humidité sur le substrat (15) du capteur (12), en ce que le scintillateur (13) comprend un support (17) et une substance scintillatrice (18) déposée sur le support (17) en ce que le support (17) est traversé par le premier rayonnement en amont de la substance scintillatrice (18), en ce que le scintillateur (13) est fixé au capteur (12) du coté de la substance scintillatrice (18) et en ce que la fenêtre d'entrée (14) est posée sans être fixée sur le scintillateur (13).
2. Détecteur de rayonnement selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le scintillateur (13) comprend une face frontale (21 ) traversée par le premier rayonnement et des faces latérales (22, 23), en ce que la fenêtre d'entrée (14) recouvre la face frontale (21 ) et les faces latérales (22, 23) du scintillateur (13).
3. Détecteur de rayonnement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le scintillateur (13) est fixée sur le capteur (12) au moyen d'une colle (25) transparente au second rayonnement auquel le capteur (12) est sensible et en ce que la fenêtre d'entrée (14) est fixée sur le substrat (15) du capteur (12) au moyen de la colle (25).
4. Détecteur de rayonnement selon la revendication 3, caractérisé en ce que la colle (25) s'étend sur toute la surface du scintillateur (13) en regard du capteur (12).
5. Détecteur de rayonnement, selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la colle (25) comprend un élément appartenant à l'une des familles d'adhésif : silicone, acrylique ou époxy.
6. Détecteur de rayonnement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fenêtre d'entrée (14) et le substrat (15) du capteur (12) comportent un même matériau majoritaire.
7. Détecteur de rayonnement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fenêtre d'entrée (14) comporte un élément appartenant à un ensemble comprenant du verre, des fibres de carbone, un matériau céramique et un matériau organique.
8. Détecteur de rayonnement X selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le scintillateur (13) comprend un support
(17) et une substance scintillatrice (18) déposée sur le support (17), et en ce que la substance scintillatrice (18) comporte un matériau appartenant à la famille des halogénures alcalins tel que l'iodure de césium ou des oxysulfures de terres rares tel que l'oxysulfure de lanthane.
9. Procédé de réalisation d'un détecteur de rayonnement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à enchainer les opérations suivantes :
• coller le scintillateur (13) sur le capteur (12) ; • poser la fenêtre d'entrée (14) sur l'ensemble formé du capteur (12) et du scintillateur (13) ;
• coller la fenêtre d'entrée (14) sur le capteur (12).
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il consiste à
• coller le scintillateur (13) sur le capteur au moyen d'un film de colle (25) ;
• coller la fenêtre d'entrée (14) sur le capteur (12) au moyen du film de colle (25).
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