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Un capteur miniature de rayons X

Photo : CNRS/Miguel Angel Suarez,

Radio-Canada
Prenez note que cet article publié en 2017 pourrait contenir des informations qui ne sont plus à jour.

Un capteur miniature de rayons X, qui pourra éventuellement être utilisé pour une médecine de haute précision, a été créé par des chercheurs français. Explications.

Un texte d'Alain Labelle

Les détecteurs actuels de rayons X sont encombrants, ce qui limite leur usage médical, particulièrement dans le cas des endoscopies. Les scientifiques cherchent depuis des dizaines d’années à les miniaturiser, mais la tâche est difficile.

Une équipe du Centre national de la recherche scientifique (CNRS) a réussi l’exploit en intégrant un détecteur à l'extrémité d'une fibre optique. La capacité de détecter des rayons X à une très petite échelle spatiale ouvre la voie à des images médicales et des thérapies de haute précision.

Le rayon X permet de scruter la matière, que ce soit pour des applications médicales ou pour contrôler des pièces industrielles.

Les appareils sont difficiles à miniaturiser, car la détection est indirecte : les rayons X sont d'abord absorbés par un matériau luminescent (scintillateur) qui lui-même émet alors des photons de lumière visible, détectés par une caméra ou un photodétecteur.

Toutefois, à petite échelle, un scintillateur n'émet que très peu de photons, ce qui ne permet pas aux caméras de détecter son faible flux.

Une solution novatrice

Le chercheur Thierry Grosjean et ses collègues ont trouvé une solution, fondée sur l'utilisation d'une antenne optique qui redirige et canalise les photons émis par un scintillateur miniature.

Le dispositif ultracompact rend possible la détection de rayonnements X dans des volumes de seulement quelques micromètres cubes. Il est construit sur une fibre optique de quelques dizaines de micromètres de diamètre (un micromètre vaut 0,000 001 mètre).

À une extrémité de la fibre, les chercheurs ont fait croître une micropointe de polymère. Par-dessus cette structure, ils ont greffé un minuscule fragment de scintillateur, puis ont recouvert le tout d'une fine couche de métal afin de finaliser l'antenne optique dont le rôle est de canaliser la lumière.

Lorsque le fragment de scintillateur reçoit des rayons X, il émet alors de la lumière que l'antenne redirige vers la fibre. Il ne reste plus qu'à placer un détecteur de lumière à l'autre extrémité de la fibre.

La réalisation de l'antenne optique sur fibre par photopolymérisation, tout comme le greffage du scintillateur, sont des procédés qui permettraient de produire un dispositif en série et à bas coût.

Vers des applications médicales et industrielles

L'idée était d'aboutir à un instrument utilisable pour l’industrie et pour la médecine. La démonstration de sa faisabilité a été effectuée avec des rayons X de basse énergie (10keV).

Pour en arriver à un usage médical, l'équipe veut maintenant passer le cap des hautes énergies : quelques dizaines de keV pour la radioscopie, et plusieurs centaines de keV pour des applications thérapeutiques.

À plus long terme, les chercheurs espèrent réussir à créer des antennes optiques qui permettront de réduire le délai entre l'absorption des rayons X et l'émission de lumière par le scintillateur, pour ainsi mettre sur pied des détecteurs de rayons X beaucoup plus rapides.

Ces résultats font l’objet d’un article publié dans la revue Optics Letters.

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