Mesures d’´ emission en tube RX

Contrairement aux caract´erisations en enceinte de test, l’´emission en tube RX ne mesure, et ne s’int´eresse, qu’au courant collect´e sur l’anode (puisque seul ce dernier g´en`ere les photons X). Tous les courants pr´esent´es ici seront donc les courants d’anode.

Les premi`eres mesures d’´emission confirment d’une part la validit´e du montage RX, sp´ecialement con¸cu pour ces cathodes commutables. Elles permettent notamment d’ob- tenir des images RX de bonne qualit´e (Figure 4.58), d´emontrant que les cathodes `a nanotubes de carbone incarnent une nouvelle source d’´electrons efficace.

Figure 4.58: Images RX a) d’un poisson m´ecanique dans l’eau et b) d’un ventilateur, obtenues avec une cathode `a nanotubes de carbone `a grille.

La cathode `a grille est ensuite test´ee en modulation grˆace au pilotage par photo-contrˆole (Figure4.59.a). On effectue d’abord un I-V sans ´eclairer le phototransistor (courbe noire, OFF) puis en l’´eclairant (courbe rouge, ON). On se limite `a un courant de 100 µA. La courbe d’´emission est bien d´ecal´ee vers les plus faibles tensions lorsque le phototransistor est ´eclair´e (correspondant bien `a un r´egime d’amplification).

On obtient ainsi pour la premi`ere fois un rapport On/Off de 2000 sur le courant `a 100 µA avec une polarisation ∆Vbias de seulement 62 V, en tube RX `a 60 kV.

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Figure 4.59: Courbes I-V en tube RX pilot´e par photo-contrˆole, en r´egime a) lin´eaire et b) satur´e du phototransistor.

On soulignera ´egalement que ce rapport On/Off a ´et´e obtenu pour un phototransistor en r´egime lin´eaire. Lorsque celui-ci fonctionne dans sa gamme de saturation, c’est-`a-dire lorsque le courant FN demand´e par le champ macroscopique est trop important par rapport au courant de fonctionnement du phototransistor dans cet ´etat d’´eclairement (Figure4.55.c), le courant collect´e par l’anode correspond finalement `a la caract´eristique I-V du phototransistor (Figure 4.59.b). Dans sa zone de saturation, le phototransistor limite le courant d’´emission et peut donc ˆetre utilis´e comme stabilisateur de courant. Par ailleurs, le courant minimum est de 50 nA en tube RX, alors qu’il ´etait de 1 pA en enceinte de caract´erisation (Figure 4.19). Il correspond au courant de fuite du module ´

electronique dont la diode Zener poss`ede un courant inverse d’environ 100 nA. Le boˆıtier ´

electronique, bien qu’efficace, constitue une limitation non n´egligeable de la modulation permise par les cathodes `a grille en tube RX et pourrait ˆetre am´elior´e.

On notera que d’autres cathodes ont ´et´e int´egr´ees et test´ees en tube RX, dont les r´esultats mitig´es divergent de ceux obtenus en laboratoire : un rapport On/Off de 300 en tube alors qu’il ´etait de 104 en enceinte par exemple. Deux ph´enom`enes peuvent ex- pliquer ce constat. D’une part, l’anode du tube RX est plus large que celle de l’enceinte de test. La surface expos´ee au champ macroscopique est donc plus importante. Cela ne pose pas de probl`eme dans le cas id´eal mais en pratique, la pr´esence d’´emetteurs pa- rasites dispers´es sur toute la surface augmente consid´erablement le courant d’´emission provenant de la grille. Or, celui-ci n’est pas modul´e par la cathode et il agit donc comme un offset sur le courant d’anode. D’autre part, malgr´e l’isolation des ´electrodes de sur- face, il existe un courant de fuite entre la grille et le substrat. Ce courant de fuite est susceptible d’affecter la polarisation de la Zener qui n’applique plus le mˆeme potentiel au pied des nanotubes. Ces deux limitations d´ej`a ´evoqu´ees tout au long de ce travail, montrent toute leur port´ee ici dans l’int´egration en tube RX. Des am´eliorations devront donc ˆetre apport´ees pour exploiter les cathodes `a grille `a la hauteur de leur capacit´e. Malgr´e ces difficult´es, les cathodes fabriqu´ees au cours de ce travail nous ont permis de d´emontrer une modulation continue du flux RX `a diff´erents courants sans changer la haute tension du tube (Figure4.60).

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Figure 4.60: Images RX issues de la modulation du flux RX d’un tube `a 60 kV par photo-contrˆole. A droite, le panneau de commande de la tension du tube fix´ee `a 60 kV (en vert) et de la puissance IR modifi´ee dans le temps (en rouge). En insert, vue r´eelle

de l’objet analys´e.

Lors de cette (quasi) tomographie, l’alimentation haute tension du tube est fix´ee `a 60 kV (curseur vert en bas) tandis que la puissance de la LED IR qui pilote la carte ´electronique est vari´ee de 50% `a 0% (curseur rouge en haut). Les captures vid´eo, espac´ees d’environ 1 s, montrent bien l’´evolution du flux RX envoy´e sur la voiture miniature en rotation. Ces r´esultats d´emontrent directement le potentiel des cathodes `a grille `a ˆetre utilis´ees pour des applications m´edicales de type tomographie ou multi-source (voir Chapitre 1). En outre, des tests de modulation `a tr`es basse fr´equence mais sur une grande dur´ee ont ´

et´e effectu´es (Figure 4.61). Le signal IR de la LED est modul´e pour former un signal cr´eneau de 40 s de p´eriode (courbe orange). Ainsi pendant 16 h, la tension du tube est fix´ee `a 57 kV et le courant d’anode (courbe bleue) est modul´e `a la mˆeme fr´equence entre 50 nA et 38 µA (On/Off de 800). Ce r´esultat ne doit pas ˆetre vu comme une caract´erisation fr´equentielle de la cathode, mais plutˆot comme une d´emonstration de la robustesse de la modulation apr`es des milliers de cycle On/Off du tube en conditions r´eelles.

La cathode seule a ´et´e caract´eris´ee `a plus haute fr´equence en enceinte, avec un g´en´erateur de fonction en association avec un analyseur de spectre. Une fr´equence de coupure apparaˆıt autour de 1 kHz (Figure 4.62) mais elle n’est pas forc´ement repr´esentative de celle de la cathode seule. Elle caract´erise le montage dans son ensemble avec les probl`emes d’adaptation d’imp´edance, de couplage capacitif/inductif etc. Par cons´equent, nous pouvons seulement conclure que les cathodes `a grille peuvent au moins r´epondre `a une modulation `a la milliseconde (g´en´eralement suffisant pour de l’imagerie m´edicale). D’autres caract´erisations en fr´equence m´eriteraient d’ˆetre men´ees.

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Figure 4.61: Evolution temporelle du courant d’´emission (courbe bleue) lors de la modulation `a 25 mHz du laser (courbe orange) qui illumine le phototransistor pilotant la polarisation de la cathode. a) Dur´ee totale de modulation et b) grossissement sur

quelques p´eriodes.

Figure 4.62: R´eponse fr´equentielle (ou gain en amplitude) de la cathode `a grille.

En conclusion, les cathodes `a grille con¸cues et fabriqu´ees dans ce travail ont permis d’obtenir des images RX dans un tube `a haute tension. Pour la premi`ere fois, un rapport On/Off de 2000 a ´et´e obtenu en tube `a 60 kV, au moyen d’un pilotage par photo- contrˆole IR (´equivalent `a une polarisation ∆Vbias=62V). La stabilit´e de ce mode de

fonctionnement a ´et´e d´emontr´ee sur une dur´ee de 16 h, pendant laquelle le signal IR modul´e `a tr`es basse fr´equence entraˆınait la modulation du courant d’´emission selon le rapport On/Off de 800. Pour finir, soulignons que la cathode a ´et´e test´ee en tout plus de 100 h (caract´erisation en montage “basse” tension compris) sans montrer de baisse de performances.

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