Les cristaux de tellurure de cadmium et de zinc (CZT) sont largement utilisés dans la détection des rayonnements en raison de leurs propriétés exceptionnelles. Cependant, lorsqu'ils sont exposés à des rayonnements ionisants, comme les rayons gamma de 60Co, des dommages peuvent se produire à l’échelle microscopique, modifiant ainsi leur performance et leur fiabilité. Les études de spectroscopie de transitoires induits par courant, comme la PL (photoluminescence), TSC (courant stimulé thermiquement) et PICTS (spectroscopie de courant induit par lumière), ont permis de démontrer que les dommages causés par l'irradiation aux rayons gamma 60Co dans les cristaux CZT sont principalement dus aux collisions entre les électrons de recul et les atomes du réseau pendant le phénomène de diffusion Compton. Ces collisions génèrent une transmission continue d'énergie, ce qui produit des dommages au niveau du réseau cristallin.

Les défauts possibles induits par cette irradiation gamma ont été identifiés comme étant des vacants de cadmium (VCd), des interstitiels de cadmium (CdI), des vacants de tellure (TeV) et des interstitiels de tellure (TeI). Ces défauts sont responsables de l’accumulation de charges d'espace négatives dans le cristal, ce qui perturbe la distribution du champ électrique et réduit la mobilité des électrons, amplifiant ainsi l'effet de diffusion des impuretés ionisées. Les résultats expérimentaux ont permis d’établir un modèle empirique de la mobilité des électrons en fonction de l'irradiation par rayons gamma 60Co dans le cristal CZT. Ce modèle montre que la relation 1/μ = 1/μ₀ + 5,489 × 10⁻⁴Φ − 0,02676 décrit l'évolution de la mobilité des électrons en fonction de l'intensité d'irradiation.

Les conséquences de ces dommages sont particulièrement évidentes lorsque l'on observe les propriétés de détection des rayons X, comme la résolution d'énergie et l'efficacité de collecte des charges. Ces paramètres se détériorent de manière significative après irradiation, avec une diminution du produit μτ (mobilité de l'électron multipliée par le temps de vie) de 1,36 × 10⁻³ cm²/V à 7,56 × 10⁻⁴ cm²/V. Cette réduction impacte directement la performance du détecteur, le rendant moins efficace dans les applications nécessitant une haute résolution et une détection précise des radiations.

En termes d’applications pratiques, les matériaux comme le CZT et le CdTe (tellurure de cadmium) se distinguent dans les technologies de détection des radiations, notamment pour les applications de sécurité et médicales. L'ajout de zinc dans le CdTe pour former le CZT permet d'augmenter la largeur du gap de bande et de réduire les courants de fuite, tout en améliorant les propriétés de transport des électrons. Le produit μτ pour les électrons est généralement de l'ordre de 1 × 10⁻² cm²/V pour le CZT, contre 1 × 10⁻³ cm²/V pour le CdTe, tandis que pour les trous, il est de l'ordre de 1 × 10⁻⁵ cm²/V pour le CZT, contre 1 × 10⁻⁴ cm²/V pour le CdTe. Ces caractéristiques permettent au CZT d'être plus performant dans des environnements à haute intensité de radiation et à forte demande en termes de vitesse de comptage.

Cependant, un défi majeur avec les détecteurs à CdTe est le phénomène de polarisation, qui est observé sous des conditions de faible flux d'irradiation. Ce phénomène peut conduire à une instabilité temporelle des performances des détecteurs, une caractéristique qui n'est généralement observée dans les détecteurs CZT que sous des flux d'irradiation très élevés. Pour résoudre ce problème, diverses approches ont été proposées, telles que l'application de tensions de polarisation élevées et le refroidissement des détecteurs. Ces solutions, bien que prometteuses, présentent des inconvénients, notamment en termes de fiabilité et de conception mécanique complexe, surtout pour les systèmes comportant plusieurs détecteurs.

Le chapitre discute également des progrès récents dans la fabrication des détecteurs à base de CZT, en particulier en ce qui concerne l'amélioration des propriétés de transport des trous et la réduction des effets de polarisation grâce à l'optimisation de la croissance des cristaux et des procédés de fabrication des dispositifs. Ces améliorations ont permis une exploitation à haut flux des capteurs CZT à des taux supérieurs à 1200 Mcps/mm², ouvrant la voie à des applications commerciales dans des domaines variés, notamment l’imagerie médicale, la tomographie par rayons X spectral et la radiographie non destructive (NDT), ainsi que le contrôle des bagages.

En conclusion, bien que le CZT présente des avantages considérables en termes de performances et de fiabilité, il est essentiel pour les chercheurs et les ingénieurs de tenir compte des effets d’irradiation dans la conception des détecteurs. Les avancées récentes dans les technologies de capteurs, associées à une compréhension approfondie des mécanismes sous-jacents, promettent de rendre les capteurs à base de CZT encore plus adaptés aux applications de détection de radiations à haute performance.

Réduction des Artéfacts Métalliques dans l’Imagerie Tomographique par Calcul : TRMAR et NMAR

Dans le domaine de la tomographie par ordinateur (CT), la réduction des artéfacts métalliques est un enjeu majeur, en particulier lorsque des objets métalliques, tels que des vis, des stents ou d’autres implants, sont présents dans le champ d’imagerie. Ces artefacts peuvent dégrader la qualité des images et rendre difficile l’interprétation des données radiologiques. Pour y remédier, plusieurs techniques ont été proposées, parmi lesquelles la réduction des artéfacts métalliques par remplacement de trace (TRMAR) et la réduction normalisée des artéfacts métalliques (NMAR). Ces deux méthodes ont été comparées dans une série d’expériences utilisant des phantoms cylindriques et des échantillons réels comme des côtes de bœuf, afin d’évaluer leur efficacité respective.

Le TRMAR repose sur la segmentation des objets métalliques (comme les vis) dans la reconstruction initiale de l'image, avant de projeter ces objets segmentés dans l'espace du sinogramme. Cette méthode permet d’atténuer les artéfacts causés par la présence de métal, mais elle est moins sensible aux erreurs de segmentation comparée à la méthode NMAR. En revanche, cette dernière, bien que plus performante en termes de réduction des traînées et de qualité d’image, nécessite plus de temps de calcul et est plus vulnérable aux erreurs de segmentation du métal. Malgré cela, NMAR a montré une réduction significative des artéfacts, en particulier dans les zones où la présence du métal interfère fortement avec la résolution de l’image. La comparaison des reconstructions a révélé que, bien que NMAR soit supérieure dans de nombreux cas, TRMAR offre un compromis avantageux, surtout lorsqu’une rapidité de calcul est requise.

Les tests menés avec des phantoms plus réalistes, comme ceux comportant des morceaux de viande, ont démontré que, bien que TRMAR soit moins susceptible aux erreurs de segmentation et réduise efficacement les artéfacts métalliques, la méthode NMAR génère des images de meilleure qualité, avec une réduction plus marquée des traînées métalliques. Cela en fait une option idéale dans les situations où la précision de l’image est primordiale, bien que le temps de calcul supplémentaire doive être pris en compte dans la planification clinique.

Avec l’introduction récente de la technologie de tomographie par comptage de photons (PCCT) dans les établissements cliniques, TRMAR représente une option rapide et efficace pour la réduction des artéfacts métalliques. Cette approche pourrait bien se propager dans la pratique clinique, offrant une alternative rapide pour des scans CT de haute qualité. Les recherches actuelles suggèrent que PCCT pourrait révolutionner l’imagerie des stents et d’autres implants métalliques en permettant des reconstructions d'images plus nettes et plus précises.

L’imagerie des stents reste un domaine particulièrement problématique. En effet, ces dispositifs, qui sont fréquemment utilisés pour traiter des sténoses vasculaires, peuvent créer des artéfacts métalliques importants, surtout lorsque leur diamètre interne est inférieur à 3 mm. Ces artéfacts nuisent à la visualisation du lumen du stent, ce qui est essentiel pour évaluer l'absence ou la présence de complications comme des occlusions ou des rétrécissements. Pour pallier ces problèmes, plusieurs avancées technologiques sont en cours, notamment l'utilisation d'une tomographie à ultra-haute résolution (UHR-CT) et de détecteurs à comptage de photons (PCD). Ces technologies permettent d’améliorer la visualisation des stents, notamment grâce à une meilleure discrimination de l’épaisseur des struts, les fils métalliques qui composent le stent, et à une réduction des artéfacts de blooming. Les systèmes basés sur des détecteurs à cristal de tellurure de cadmium et de zinc (CZT), par exemple, ont montré des améliorations significatives dans la précision des mesures de ces struts, permettant des reconstructions d’image plus fiables et moins affectées par les artéfacts métalliques.

Les détecteurs PCD, en particulier, ouvrent la voie à des applications futures telles que l’imagerie moléculaire, permettant de différencier plusieurs types de tissus et agents de contraste à l’aide de signatures spectrales distinctes. Par exemple, les nanoparticules fonctionnalisées et conjuguées avec des anticorps pour cibler des tissus spécifiques pourraient être employées pour des diagnostics plus ciblés. L’imagerie par « K-edge » est une méthode prometteuse dans ce domaine, permettant de capturer des agents de contraste de haute densité, comme l’or, le gadolinium ou l’ytterbium, et de quantifier leur concentration dans des zones d’intérêt spécifiques.

En termes de performance, l’imagerie par comptage de photons (PCCT) offre un avantage évident grâce à sa capacité à discriminer différentes énergies de photon et à ses algorithmes de décomposition des matériaux. Ce type d’imagerie pourrait bien permettre, dans un avenir proche, de détecter simultanément plusieurs agents de contraste dans un même scan, facilitant ainsi l’évaluation de diverses pathologies, de la détection des cancers à l’étude des vaisseaux sanguins. Ces avancées sont rendues possibles par l’optimisation des configurations de filtrage des faisceaux, du temps d’acquisition des projections, et de la largeur des fenêtres d’énergie, ce qui permet d’atteindre un rapport signal-bruit optimal.

Les futures applications cliniques de ces technologies pourraient transformer l’imagerie médicale, notamment en améliorant la précision du diagnostic des pathologies vasculaires et des anomalies des stents, mais également en ouvrant la voie à de nouvelles formes de diagnostic moléculaire. Ces innovations ne manqueront pas de jouer un rôle crucial dans l’évolution des pratiques cliniques et dans l’amélioration des soins aux patients.

Comment la diffraction des rayons X peut-elle être utilisée pour analyser les matériaux non cristallins et les configurations expérimentales adaptées ?

Les matériaux non cristallins, tels que les polymères, les verres et les liquides, ne possèdent pas d'ordre à longue portée, une caractéristique qui les distingue des cristaux parfaits. Cependant, ces matériaux présentent un ordre local à courte portée, dû à la forme et aux interactions des atomes et des molécules qui les composent. Contrairement aux cristaux, qui sont caractérisés par un espacement de réseau bien défini, les matériaux amorphes sont décrits par une fonction de distribution radiale, qui définit la probabilité de différentes séparations interatomiques ou intermoléculaires présentes dans le matériau. Bien que cette fonction puisse comporter des pics (similaires à ceux observés dans les signaux de diffraction des rayons X, ou DRX), ces pics sont généralement plus larges et contiennent souvent un ou deux

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