Scintillateurs et photoconducteurs
Imagerie médicale par rayons X - Détecteurs de rayons X

Détecter des rayons X impose l'emploi de matériaux particuliers. La liste des matériaux possibles est imposante, celle de ceux effectivement utilisés en radiologie, CT ou médecine nucléaire l'est un peu moins mais reste conséquente. Tous détectent les photons X selon un même processus décomposable en trois phases :

1. L'absorption des photons X, où le mécanisme physique dominant est l'effet photoélectrique. À l'endroit de l'absorption – en fait la collision avec un atome, – le matériau émet un photon X de fluorescence et un électron de haute énergie (électron photoélectrique, ou photoélectron). Seul l'électron est utile pour la lecture du photon X détecté, le photon X de fluorescence constituant un signal parasite, sauf s'il est réabsorbé suffisamment près du point où il a été émis (figure 3). La diffusion inélastique par effet Compton constitue un second phénomène parasite, de faible ampleur aux énergies considérées puisque les matériaux absorbants aux rayons X sont choisis pour leur numéro atomique Z élevé.

2. La démultiplication de l'électron de haute énergie. Après avoir parcouru une distance dans le matériau voisine de son « libre parcours moyen », l'électron subit une « avalanche » de collisions avec le réseau atomique et redistribue localement son énergie sur des milliers d'électrons qui quittent la bande de valence pour rejoindre la bande de conduction. La conséquence est l'apparition à cet instant et à cet endroit de milliers de paires électron-trou. Ces électrons et ces trous sont ensuite « thermalisés » en cédant leur énergie cinétique résiduelle au réseau cristallin (figure 3).

3. La lecture des paires électron-trou par un des deux mécanismes suivants :

• soit les paires se recombinent en émettant de la lumière (photoluminescence). L'empreinte de ces recombinaisons est constituée de photons lumineux (entre l'ultraviolet et le visible) qui peuvent être détectés par une photodiode, une émulsion photosensible ou une photocathode : c'est ce qu'on appelle la détection indirecte et le matériau est un scintillateur – c'est en général un diélectrique ;

• soit un champ électrique élevé...