WO1999014618A1 - Detecteur a scintillation, revetement refracteur pour scintillateur et procede de fabrication d'un tel revetement - Google Patents

Detecteur a scintillation, revetement refracteur pour scintillateur et procede de fabrication d'un tel revetement Download PDF

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WO1999014618A1
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WO
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layer
light
coating
scintillation detector
scintillator
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PCT/FR1998/001995
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Inventor
Rémi CHIPAUX
Marie Geleoc
Philippe Belleville
Benoît Lambert
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Commissariat A L'energie Atomique
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • 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
    • G01T1/2002—Optical details, e.g. reflecting or diffusing layers

Definitions

  • the present invention relates to an optical coating comprising at least one light-refracting layer, and usable for trapping light in a material.
  • the invention more particularly finds applications for trapping scintillation light in a scintillator crystal.
  • Scintillators are generally in the form of blocks of crystalline inorganic material, called scintillating. This material is capable of transforming all or part of the energy of an ionizing radiation passing through it into scintillation light. Scintillators are used in the manufacture of devices for detecting ionizing radiation in which they are associated with photodetectors sensitive to scintillation light.
  • a scintillation detection device or the photodetectors cover only part of the walls of the block of scintillating material. Thus, part of the scintillation light emitted is not detected but leaves the scintillator or is absorbed in the scintillating material, before reaching a photodetector.
  • the performance of a scintillation detection device depends on the amount of light received by the photodetector and therefore on the efficiency of light collection defined as the proportion of light detected in relation to the light emitted.
  • the collection yield depends essentially on the dimensions of the scintillator and the transparency of the scintillating material in the scintillation light.
  • the collection output can also be increased by trapping the scintillation light in the scintillator. This trapping, as indicated above, is one of the main applications of the coating object of the invention.
  • the reference 10 designates a crystalline block of scintillating material forming a scintillator.
  • a photodetector 13 such as a photomultiplier, for example, to detect the scintillation light and deliver an electric detection signal.
  • the walls 14 of the scintillator are polished in order to confine in the scintillator the light which undergoes a total reflection on the walls.
  • An arrow 18 indicates ionizing radiation such as ⁇ radiation which penetrates into the material scintillating.
  • ionizing radiation such as ⁇ radiation which penetrates into the material scintillating.
  • References 21, 22, 23 correspond respectively to three types of paths that a light ray produced during the interaction at point 20 can perform.
  • a ray 21 performs a trajectory oriented directly towards the photodetector. Such a ray travels a short distance in the scintillating material. It is therefore not absorbed but is detected by the photodetector 13.
  • the ray 22 is reflected by total reflection and does not leave the scintillator. It can thus possibly reach the photodetector.
  • a radius 23 reaches the wall 14 with an angle ⁇ , measured relative to the normal to the surface of the wall 14, which is less than the angle ⁇ c defined above. The ray 23 is refracted outside the scintillator and can no longer be detected.
  • FIG. 2 A solution envisaged to increase the collection yield is shown in FIG. 2. It consists in wrapping the scintillator 10 with a sheet 30 of material forming an opaque diffuser. This is, for example, a sheet of white paper.
  • the very small thickness of this layer, of the order of 10 to 100 ⁇ m is greatly exaggerated in FIG. 2 for reasons of clarity.
  • the thickness of the sheet 30 is also exaggerated.
  • the references 21 and 22 respectively designate scintillation light rays directly reaching the photodetector or undergoing total reflection on a wall 14 of the scintillator.
  • the reference 23 designates a ray which reaches the wall 14 with an angle such ( ⁇ ⁇ c) that it is refracted out of the scintillator.
  • the ray 23 is diffused by the opaque diffusing film 30 and returns to the scintillator where it can possibly reach the photodetector 13.
  • the scintillation light is in a way confined in the scintillator and the collection yield is improved.
  • a device according to FIG. 2 however suffers from a major drawback linked to the thickness of the opaque sheet 30 which is of the order of a few tenths of a millimeter.
  • a large number of ionizing radiation detectors are segmented detectors comprising a plurality of juxtaposed scintillators each forming an elementary detector.
  • the adjacent elementary detectors should be as contiguous as possible.
  • the elementary detectors must be optically isolated and have a high collection efficiency.
  • the opaque sheet 30 makes it possible to increase the collection yield, it constitutes, due to its thickness, an obstacle to the production of segmented detectors of great compactness.
  • FIG. 3 This solution is illustrated in FIG. 3.
  • a thin layer 40 of a light-diffusing or reflective material for example a metallic layer or a layer of white titanium oxide paint is formed on the walls 14 of the scintillator 10.
  • a layer the thickness of which is very small, enables the elementary detectors to be joined and joined together.
  • the reference 21 always designates a ray reaching the photodetector directly and without reflection.
  • the rays referenced 22 and 23 are rays reaching a wall 14 of the scintillator. It is observed that these rays undergo a metallic reflection, or are diffused, independently of their angle of incidence on the wall 14.
  • the metallic reflection coefficient R on the thin layer is less than 1 and the multiplication of successive reflections on the walls leads to a loss of light.
  • the layer 40 is made of a light-scattering material, the light scattering on the walls of the scintillator increases the length of the path of the light rays in the scintillator and therefore promotes the absorption of light by the material. scintillator.
  • An object of the present invention is to provide an optical coating which can be used, for example, for the optical confinement of scintillation light in a scintillator, and which does not have the drawbacks mentioned above.
  • An object is in particular to propose such a coating allowing effective optical isolation and having a small thickness, so that it can be used in detectors of segmented ionizing radiation, comprising contiguous elementary detectors.
  • An aim is also to propose a method of manufacturing such a coating which is suitable for a industrial implementation and which allows precise control of the thickness of the coating.
  • Another aim is to propose a scintillator which can be used in an ionizing radiation detector and which has an optical coating as mentioned above.
  • Another aim is to propose a coating having good resistance to ionizing radiation. Another aim is also to provide a coating with good mechanical resistance, thus allowing easy handling.
  • An object of the invention is finally to propose a scintillation detector exhibiting good light collection efficiency.
  • the invention more specifically relates to a scintillation detector comprising: - a block of scintillating material, and - a refractive layer, made of a solid material having a refractive index of less than 1.3 , formed on the block of scintillator material.
  • the low refractive index of the refractive layer makes it possible to obtain a good light collection efficiency with a scintillator according to the invention.
  • this index can be chosen less than or equal to 1.26.
  • the detector may also comprise a layer, called a covering layer, of a diffusing material or light reflector, formed on the refractory layer.
  • scintillating material is meant a material capable of converting ionizing radiation, such as gamma radiation, for example, into light radiation generally located in the visible or ultraviolet spectrum.
  • ionizing radiation such as gamma radiation
  • BGO bismuth germanate
  • scattering, reflection or refraction are understood to apply to the wavelengths of scintillation light.
  • the combination of the refractive layer of a solid material (that is to say non-gaseous) with a covering layer, capable of reflecting or diffusing light, makes it possible to obtain an excellent coating of optical confinement whose thickness is very weak.
  • the thickness of the refractive layer is chosen to be sufficient to effectively allow light to refract. Preferably, this thickness can be chosen between 0.8 and 2 ⁇ m. Indeed, for too small thicknesses, the refractive layer could, depending on the material used, behave like an anti-reflective layer.
  • the refractory layer may comprise silica colloids coated with a binder.
  • a material is particularly suitable for achieving a low refractive index.
  • Such a layer can be easily formed by a sol-gel process. Such a method is particularly suitable for industrial implementation.
  • the covering layer can be a metal layer, for example a silver layer. Such a layer can be formed by vacuum evaporation according to conventional techniques known per se.
  • a protective layer such as a polymer layer, can be provided to protect the metallic layer from oxidation.
  • the covering layer can also be a metal oxide layer, for example a titanium oxide layer. Such a layer can also be formed by a sol-gel process.
  • a metal oxide with a high refractive index is preferably used in the form of colloids, the particles of which have an average size sufficient to ensure diffusion of the wavelengths of the scintillation light.
  • the refractory layer and the covering layer can be formed on all or part of the surface of the scintillator, with the exception of the surface portion receiving a photodetector.
  • the scintillator is a crystalline block having several faces, one or more faces can be lined with the coating formed by the layers mentioned above.
  • the invention also relates to a method for forming a light trapping coating on a substrate, comprising the following steps: a) forming on the substrate a sol-gel layer comprising silica colloids coated in a siloxane binder , b) heat treatment to establish siloxane bonds in the binder.
  • the substrate can be a block of scintillating material.
  • the layers formed are resistant to abrasion and to ⁇ , X and neutron radiation.
  • steps a) and b) can be preceded by the application to the substrate of an adhesion promoter layer.
  • the sol-gel layer is then applied to the adhesion promoter layer.
  • the adhesion promoter is, for example, an epoxy-alkoxysilane.
  • a cleaning step consisting in cleaning the substrate with an aqueous detergent solution and rinsing it with water and then with alcohol. A substrate is thus obtained, the surface of which is very hydrophilic.
  • the sol-gel layer can advantageously be deposited by soaking.
  • the method may further comprise, after steps a) and b), the formation of a covering layer made of a light-diffusing or reflecting material.
  • the cover layer can be a light-reflecting metal layer or a light-diffusing metal oxide layer.
  • the metal oxide layer can also be formed by dipping and according to a sol-gel type process.
  • FIG. 4 is a simplified schematic section of an ionizing radiation detector with a scintillator according to the invention.
  • the detector of FIG. 4 comprises a block 110 of scintillating material constituting a scintillator. It is, for example, a crystal of PbW0 4 .
  • a photomultiplier 113 shown very schematically.
  • the outer walls 114 of the scintillator are covered with a two-layer coating 150, 152.
  • a first layer 150 is formed, either directly on the scintillating material, or on an adhesion layer 151 in an epoxyalkoxysilane, shown in broken lines.
  • the refractive layer with a thickness of between 0.8 ⁇ m and 2 ⁇ m has a refractive index of less than 1.3 and less than the refractive index of the scintillating material.
  • the refractory layer is a colloidal layer. It includes silica colloids coated in a siloxane binder. A sol-gel manufacturing process guarantees this layer good resistance to abrasion.
  • a second layer 152 is formed on the refractory layer 150.
  • the layer 152 is a layer of silver deposited by evaporation under vacuum. This layer, with a thickness of the order of 0.1 ⁇ m, constitutes a reflective layer of the scintillation light. It can be protected by an outer layer 153 of polymer shown in broken lines in FIG. 4.
  • references 118 and 120 respectively denote ionizing radiation penetrating into the scintillator and a point of interaction of this radiation with the scintillating material.
  • the reference 122 indicates a light ray emitted by scintillation which is reflected on the wall 114 of the scintillator.
  • the reference 123 indicates a light ray which is refracted in the refractive layer
  • the silver layer forming the coating layer 152 can be replaced by a metal oxide layer such as a titanium oxide layer.
  • the coating layer is then a light diffusing layer.
  • the layer preferably has a high refractive index, greater than 1.8.
  • the coating layer comprises, for example, metal oxide colloids, the average particle size of which is sufficient to ensure the diffusion of the wavelengths of the scintillation light.

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Abstract

Détecteur à scintillation comportant: un bloc de matériau scintillant (110); une couche réfractrice (150), en un matériau solide présentant un faible indice de réfraction, formée sur le bloc de matériau scintillant et éventuellement une couche (152), dite de recouvrement, en un matériau diffuseur ou réflecteur de la lumière, formée sur la couche réfractrice (150). Utilisation pour la fabrication de détecteurs segmentés.

Description

DETECTEUR A SCINTILLATION, REVETEMENT REFRACTEUR POUR SCINTILLATEUR ET PROCEDE DE FABRICATION D'UN TEL
REVÊTEMENT
Domaine technique
La présente invention concerne un revêtement optique comportant au moins une couche réfractrice de la lumière, et utilisable pour effectuer un piegeage de la lumière dans un matériau. L'invention trouve plus particulièrement des applications pour le piegeage de la lumière de scintillation dans un cristal de scintillateur .
Les scintillateurs se présentent généralement sous la forme de blocs de matériau inorganique cristallin, dit scintillant. Ce matériau est capable de transformer tout ou partie de l'énergie d'un rayonnement ionisant le traversant en une lumière de scintillation. Les scintillateurs sont utilisés dans la fabrication de dispositifs de détection de rayonnements ionisants dans lesquels ils sont associés à des photodétecteurs sensibles à la lumière de scintillation.
Généralement, dans un dispositif de détection à scintillation le ou les photodétecteurs ne couvrent qu'une partie des parois du bloc de matériau scintillant. Ainsi, une partie de la lumière de scintillation émise n'est pas détectée mais quitte le scintillateur ou est absorbée dans le matériau scintillant, avant d'atteindre un photodétecteur. Les performances d'un dispositif de détection à scintillation dépendent de la quantité de lumière reçue par le photodétecteur et donc du rendement de collection de lumière défini comme la proportion de lumière détectée par rapport à la lumière émise.
Le rendement de collection dépend essentiellement des dimensions du scintillateur et de la transparence du matériau scintillant à la lumière de scintillation.
Le rendement de collection peut également être augmenté en piégeant la lumière de scintillation dans le scintillateur. Ce piegeage, comme indiqué ci-dessus, est une des applications principales du revêtement objet de 1 ' invention.
Etat de la technique antérieure Les figures 1 à 3 annexées, décrites ci-après, montrent différentes mesures connues, envisagées pour augmenter le rendement de collection des détecteurs à scintillateur. Sur ces figures des références identiques indiquent respectivement des parties identiques ou similaires.
Sur la figure 1 la référence 10 désigne un bloc cristallin de matériau scintillant formant un scintillateur.
Sur la face 12 du cristal 10 est fixé un photodétecteur 13 tel qu'un photomultiplicateur, par exemple, pour détecter la lumière de scintillation et délivrer un signal électrique de détection.
Dans l'exemple de la figure 1, les parois 14 du scintillateur sont polies afin de confiner dans le scintillateur la lumière qui subit une réflexion totale sur les parois.
Une flèche 18 indique un rayonnement ionisant tel qu'un rayonnement γ qui pénètre dans le matériau scintillant. Au point référencé 20 a lieu une interaction avec émission de lumière de scintillation. Les références 21, 22, 23 correspondent respectivement à trois types de trajets que peut effectuer un rayon lumineux produit lors de l'interaction au point 20.
Dans le premier cas, un rayon 21 effectue une trajectoire orientée directement vers le photodétecteur. Un tel rayon effectue un trajet de faible distance dans le matériau scintillant. Il n'est donc pas absorbé mais est détecté par le photodétecteur 13.
Dans un deuxième cas, un rayon 22 atteint une paroi 14 du scintillateur avec un angle θ, mesuré par rapport à la normale à la paroi 14, tel que θ≥θc où θc=arcsin (1/n) et où n est l'indice de réfraction du matériau scintillant.
Dans ce cas, le rayon 22 est réfléchi par réflexion totale et ne quitte pas le scintillateur. Il peut ainsi éventuellement atteindre le photodétecteur. Dans un troisième cas, un rayon 23 atteint la paroi 14 avec un angle θ, mesuré par rapport à la normale à la surface de la paroi 14, qui est inférieur à l'angle θc défini ci-dessus. Le rayon 23 est réfracté à l'extérieur du scintillateur et ne peut plus être détecté.
Une solution envisagée pour augmenter le rendement de collection est représentée à la figure 2. Elle consiste à envelopper le scintillateur 10 avec une feuille 30 de matériau formant un diffuseur opaque. Il s'agit, par exemple, d'une feuille de papier blanc.
La feuille opaque 30, qui constitue une enveloppe, est séparée du scintillateur 10 par une mince couche d'air 32. L'épaisseur très faible de cette couche, de l'ordre de 10 à 100 μm est fortement exagérée sur la figure 2 pour des raisons de clarté. L'épaisseur de la feuille 30 est également exagérée. Sur la figure 2 les références 21 et 22 désignent respectivement des rayons lumineux de scintillation atteignant directement le photodétecteur ou subissant une réflexion totale sur une paroi 14 du scintillateur. La référence 23 désigne un rayon qui atteint la paroi 14 avec un angle tel (θ<θc) qu'il est réfracté hors du scintillateur. Toutefois, le rayon 23 est diffusé par le film opaque diffuseur 30 et retourne dans le scintillateur où il peut éventuellement atteindre le photodétecteur 13.
Ainsi, grâce à l'enveloppe 30, la lumière de scintillation est en quelque sorte confinée dans le scintillateur et le rendement de collection est amélioré . Un dispositif conforme à la figure 2 souffre cependant d'un inconvénient majeur lié à l'épaisseur de la feuille opaque 30 qui est de l'ordre de quelques dixièmes de millimètres. En effet, un grand nombre de détecteurs de rayonnements ionisants sont des détecteurs segmentés comprenant une pluralité de scintillateurs juxtaposés formant chacun un détecteur élémentaire. Or, pour les détecteurs segmentés, il convient que les détecteurs élémentaires adjacents soient les plus jointifs possibles. Il faut en outre que les détecteurs élémentaires soient optiquement isolés, et présentent un rendement de collection élevé.
Ainsi, bien que la feuille 30 opaque permette d'augmenter le rendement de collection, elle constitue, en raison de son épaisseur, un obstacle à la réalisation de détecteurs segmentés de grande compacité .
Afin de ne pas nuire à la compacité des détecteurs, une autre possibilité consiste à recouvrir le scintillateur de chaque détecteur d'une couche mince opaque qui est déposée directement sur les parois du bloc de matériau scintillant.
Cette solution est illustrée à la figure 3. Sur cette figure, une mince couche 40 en un matériau diffuseur ou réflecteur de la lumière, par exemple une couche métallique ou une couche de peinture blanche à l'oxyde de titane est formée sur les parois 14 du scintillateur 10. Une telle couche, dont l'épaisseur est très faible, permet de disposer de façon jointive et rapprochée les détecteurs élémentaires.
Sur la figure 3, la référence 21 désigne toujours un rayon atteignant le photodétecteur directement et sans réflexion.
Les rayons référencés 22 et 23 sont des rayons atteignant une paroi 14 du scintillateur. On observe que ces rayons subissent une réflexion métallique, ou sont diffusés, indépendamment de leur angle d'incidence sur la paroi 14.
Ainsi avec le dispositif de la figure 3, un confinement lumineux de la lumière de scintillation peut être obtenu.
Toutefois, dans le cas où la couche mince 40 est une couche métallique, le coefficient de réflexion métallique R sur la couche mince est inférieur à 1 et la multiplication des réflexions successives sur les parois conduit à une perte de lumière. Par ailleurs, dans le cas où la couche 40 est en un matériau diffusant la lumière, la diffusion de lumière sur les parois du scintillateur augmente la longueur du parcours des rayons lumineux dans le scintillateur et favorise donc l'absorption de la lumière par le matériau scintillateur.
Les pertes de lumière par réflexion métallique ou par absorption influent de façon négative sur le rendement de collection. Les documents (1), (2) et (3) dont les références sont précisées à la fin de la description décrivent des dispositifs à scintillateur et suggèrent d'associer au scintillateur des couches d'espacement ou de revêtement avec un faible indice de réfraction. Cependant, les matériaux diélectriques proposés par ces documents ne permettent pas d'obtenir des rendements de collection très élevés en raison essentiellement de leur indice insuffisamment faible.
Exposé de l'invention
Un but de la présente invention est de proposer un revêtement optique utilisable, par exemple, pour le confinement optique de la lumière de scintillation dans un scintillateur, et ne présentant pas les inconvénients mentionnés ci-dessus.
Un but est en particulier de proposer un tel revêtement permettant une isolation optique efficace et présentant une faible épaisseur, de façon à pouvoir être utilisé dans des détecteurs de rayonnements ionisants segmentés, comprenant des détecteurs élémentaires jointifs.
Un but est également de proposer un procédé de fabrication d'un tel revêtement qui soit adapté à une mise en oeuvre industrielle et qui permette un contrôle précis de l'épaisseur du revêtement.
Un but est encore de proposer un scintillateur utilisable dans un détecteur de rayonnements ionisants et présentant un revêtement optique tel que mentionné ci-dessus .
Un but est encore de proposer un revêtement présentant une bonne résistance aux rayonnements ionisants . Un but est aussi de proposer un revêtement avec une bonne résistance mécanique, permettant ainsi une manipulation aisée.
Un but de l'invention est enfin de proposer un détecteur à scintillation présentant un bon rendement de collection de lumière.
Pour atteindre les buts mentionnés ci-dessus, l'invention a plus précisément pour objet un détecteur à scintillation comportant : - un bloc de matériau scintillant, et - une couche réfractrice, en un matériau solide présentant un indice de réfraction inférieur à 1,3, formée sur le bloc de matériau scintillateur.
Le faible indice de réfraction de la couche réfractrice permet d'obtenir un bon rendement de collection de lumière avec un scintillateur conforme à 1 ' invention.
Ceci est particulièrement important lorsqu'un matériau scintillateur, tel que le Csl, présente lui- même un indice relativement faible. De préférence, cet indice peut être choisi inférieur ou égal à 1,26.
Le détecteur peut comporter en outre une couche, dite de recouvrement, en un matériau diffuseur ou réflecteur de la lumière, formée sur la couche réfractrice .
On entend par matériau scintillant un matériau capable de convertir un rayonnement ionisant, tel qu'un rayonnement gamma, par exemple, en un rayonnement lumineux généralement situé dans le spectre visible ou ultraviolet. A titre d'exemple de matériau scintillant, on peut citer le tungstate de plomb Pb 04 ou le germanate de bismuth (BGO) . Par ailleurs, les termes de diffusion, de réflexion ou de réfraction sont compris comme s 'appliquant aux longueurs d'onde de la lumière de scintillation.
La combinaison de la couche réfractrice en un matériau solide (c'est-à-dire non gazeux) avec une couche de recouvrement, capable de réfléchir ou de diffuser la lumière, permet d'obtenir un excellent revêtement de confinement optique dont l'épaisseur est très faible. L'épaisseur de la couche réfractrice est choisie suffisante pour permettre effectivement une réfraction de la lumière. De préférence, cette épaisseur peut être choisie entre 0,8 et 2 μm. En effet, pour des épaisseurs trop faibles, la couche réfractrice pourrait, selon le matériau utilisé, se comporter comme une couche antireflet.
Selon une réalisation particulière du revêtement, la couche réfractrice peut comporter des colloïdes de silice enrobés d'un liant. Un tel matériau est particulièrement adapté pour atteindre un faible indice de réfraction. Une telle couche peut être formée aisément par un procédé sol-gel. Un tel procédé est particulièrement adapté à une mise en oeuvre industrielle.
A titre d'illustration de la réalisation d'une couche par un procédé sol-gel, on peut se reporter aux documents (4) et (5) dont la référence est indiquée à la fin de la présente description.
La couche de recouvrement peut être une couche de métal, par exemple une couche d'argent. Une telle couche peut être formée par évaporation sous vide selon des techniques classiques connues en soi. Eventuellement, une couche de protection, telle qu'une couche de polymère, peut être prévue pour protéger la couche métallique de l'oxydation. A titre de variante, la couche de recouvrement peut également être une couche d'oxyde de métal, par exemple une couche d'oxyde de titane. Une telle couche peut également être formée par un procédé sol-gel.
Dans ce cas, on utilise de préférence un oxyde de métal à haut indice de réfraction sous la forme de colloïdes dont les particules présentent une taille moyenne suffisante pour assurer une diffusion des longueurs d'ondes de la lumière de scintillation.
Il convient de préciser que, dans une application à un détecteur de rayonnements ionisants, la couche réfractrice et la couche de recouvrement peuvent être formées sur tout ou partie de la surface du scintillateur, à l'exception de la portion de surface recevant un photodétecteur. En particulier lorsque le scintillateur est un bloc cristallin présentant plusieurs faces, une ou plusieurs faces peuvent être garnies du revêtement formé par les couches mentionnées ci-dessus. L'invention concerne également un procédé de formation d'un revêtement de piegeage de la lumière sur un substrat comportant les étapes suivantes : a) formation sur le substrat d'une couche sol-gel comportant des colloïdes de silice enrobés dans un liant de siloxane, b) traitement thermique pour établir des liaisons siloxane dans le liant.
Dans ce procédé, les opérations a) et b) sont répétées jusqu'à l'obtention d'un revêtement présentant une épaisseur comprise entre 0,8 et 2 μm.
En particulier, le substrat peut être un bloc de matériau scintillant.
Grâce à ce procédé, on obtient un revêtement homogène et exempt de craquelures et/ou de plans de clivage internes. De plus, les couches formées résistent à l'abrasion et aux rayonnements γ, X, et de neutrons .
De préférence, les étapes a) et b) peuvent être précédées par l'application sur le substrat d'une couche de promoteur d'adhérence. La couche sol-gel est alors appliquée sur la couche de promoteur d'adhérence.
Le promoteur d'adhérence est, par exemple, un époxy-alkoxysilane. De plus, avant d'appliquer une couche sur le substrat, il est possible de procéder à une étape de nettoyage consistant à nettoyer le substrat avec une solution aqueuse détergente et à le rincer à l'eau puis à l'alcool. On obtient ainsi un substrat dont la surface est très hydrophile.
Dans le procédé de l'invention, la couche sol- gel peut avantageusement être déposée par trempage. Selon un autre aspect de l'invention, le procédé peut comporter en outre, après les étapes a) et b) , la formation d'une couche de recouvrement en un matériau diffuseur ou réflecteur de la lumière. La couche de recouvrement peut être une couche métallique réfléchissant la lumière ou une couche d'oxyde métallique diffusant la lumière.
Dans le second cas, la couche d'oxyde métallique peut également être formée par trempage et selon un procédé de type sol-gel.
D'autres caractéristiques et avantages de
1 ' invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, en référence aux figures des dessins annexés.
Cette description est donnée à titre purement illustratif et non limitatif.
Brève description des figures
- Les figures 1 à 3, déjà décrites, sont des coupes schématiques simplifiées de détecteurs de rayonnements ionisants à scintillateur, de type connu.
- La figure 4 est une coupe schématique simplifiée d'un détecteur de rayonnement ionisant avec un scintillateur conforme à l'invention.
Description de modes de mise en oeuyre de l'invention
Sur la figure 4, des parties identiques ou similaires à des parties des figures 1 à 3 portent les mêmes références auxquelles on a ajouté 100. Il est ainsi possible au sujet de ces parties, de se reporter à la description qui précède.
Le détecteur de la figure 4 comporte un bloc 110 de matériau scintillant constituant un scintillateur. Il s'agit, par exemple, d'un cristal de PbW04.
Sur une face 112 du cristal est fixé un photomultiplicateur 113 représenté de façon très schématique.
Enfin, les parois extérieures 114 du scintillateur sont recouvertes d'un revêtement bicouche 150, 152.
Une première couche 150, dite réfractrice, est formée, soit directement sur le matériau scintillant, soit sur une couche d'adhérence 151 en un époxy- alkoxysilane, représentée en trait discontinu. La couche réfractrice, d'une épaisseur comprise entre 0,8 μm et 2 μm présente un indice de réfraction inférieur à 1,3 et inférieur à l'indice de réfraction du matériau scintillant.
Dans l'exemple décrit, la couche réfractrice est une couche colloïdale. Elle comporte des colloïdes de silice enrobés dans un liant siloxane. Un procédé de fabrication sol-gel permet de garantir à cette couche une bonne résistance à 1 ' abrasion.
Une deuxième couche 152, dite de recouvrement est formée sur la couche réfractrice 150. La couche 152 est une couche d'argent déposée par évaporation sous vide. Cette couche, d'une épaisseur de l'ordre de 0,1 μm constitue une couche réflectrice de la lumière de scintillation. Elle peut être protégée par une couche extérieure 153 de polymère représentée en trait discontinu sur la figure 4.
Par analogie avec les figures précédentes, les références 118 et 120 désignent respectivement un rayonnement ionisant pénétrant dans le scintillateur et un point d'interaction de ce rayonnement avec le matériau scintillant.
La référence 122 indique un rayon lumineux émis par scintillation qui est réfléchi sur la paroi 114 du scintillateur. La référence 123 indique un rayon lumineux qui est réfracté dans la couche réfractrice
150, hors du scintillateur. Ce rayon, lorsqu'il atteint la couche de recouvrement 152 est réfléchi, et est renvoyé dans le matériau scintillant. Ainsi, la lumière de scintillation est confinée dans le matériau scintillant et le rendement de collection est amélioré.
A titre de variante, la couche d'argent formant la couche de revêtement 152 peut être remplacée par une couche d'oxyde métallique telle qu'une couche d'oxyde de titane. La couche de revêtement est alors une couche diffusant la lumière.
A cet effet, la couche présente de préférence un haut indice de réfraction, supérieur à 1,8. La couche de revêtement comporte par exemple des colloïdes d'oxyde métallique dont la taille moyenne de particules est suffisante pour assurer la diffusion des longueurs d'onde de la lumière de scintillation.
DOCUMENT CITES
(1)
EP-A-0 250 983 (2)
EP-A-0 534 683 (3)
DE-A-42 23 861 (4)
EP-A-0 600 022
(5)
US-A-4 397 666

Claims

REVENDICATIONS
1. Détecteur à scintillation comportant : - un bloc de matériau scintillant (110), et - une couche réfractrice (150), en un matériau solide présentant un indice de réfraction intérieur à 1,3, formée sur le bloc de matériau scintillant.
2. Détecteur à scintillation selon la revendication 1, dans lequel la couche réfractrice (150) présente une épaisseur comprise entre 0,8 et 2 μm
3. Détecteur à scintillation selon la revendication 1, dans lequel la couche réfractrice comporte des colloïdes de silice enrobés d'un liant. . Détecteur à scintillation selon la revendication 1 comportant en outre une couche (152), dite de recouvrement, en un matériau diffuseur ou réflecteur de la lumière, formée sur la couche réfractrice (150) .
5. Détecteur à scintillation selon la revendication 4, dans lequel la couche de recouvrement
(152) est une couche de métal, réflecteur de la lumière .
6. Détecteur à scintillation selon la revendication 4, dans lequel la couche de recouvrement (152) est une couche d'oxyde métallique diffuseur de la lumière .
7. Dispositif de détection de rayonnements ionisants comportant un détecteur à scintillation et au moins un photodétecteur associé au détecteur à scintillation, caractérisé en ce que le détecteur à scintillation est conforme à la revendication 1.
8. Revêtement de piegeage de la lumière pour un substrat comportant une couche réfractrice (150) de lumière comprenant des colloïdes de silice et présentant un indice de réfraction inférieur à 1,3.
9. Revêtement selon la revendication 8, dans lequel la couche réfractrice présente une épaisseur comprise entre 0,8 et 2 μm.
10. Revêtement selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une couche (152) de matériau diffuseur ou réflecteur de la lumière formée sur la couche réfractrice de la lumière. 11. Procédé de formation d'un revêtement de piegeage de la lumière sur un substrat (110) comportant les étapes suivantes : a) formation sur le substrat (110) d'une couche sol-gel (150) comportant des colloïdes de silice enrobés dans un liant de siloxane, b) traitement thermique pour établir des liaisons siloxane dans le liant, dans lequel les opérations a) et b) sont répétées jusqu'à l'obtention d'un revêtement présentant une épaisseur comprise entre 0,8 et 2 μm.
12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel l'étape a) est précédée par l'application sur le substrat d'une couche (151) de promoteur d'adhérence, la couche sol-gel (150) étant appliquée sur la couche de promoteur d'adhérence (151).
13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel le promoteur d'adhérence (151) est un époxy- alkoxysilane .
14. Procédé selon la revendication 11, dans lequel la couche sol-gel (150) est déposée par trempage .
15. Procédé selon la revendication 11, comprenant en outre, après les étapes a) et b) , la formation d'une couche de recouvrement (152) en un matériau diffuseur ou réflecteur de la lumière.
16. Procédé selon la revendication 15, dans lequel la couche de recouvrement (152) est une couche d'argent formée par évaporation sous vide.
17. Procédé selon la revendication 15, dans lequel la couche de recouvrement (152) est une couche sol-gel utilisant au moins un oxyde métallique.
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