Des sources de rayons X à haute brillance pour améliorer la résolution et réduire l'exposition
Avec les systèmes à rayons X classiques, un filament chaud semi-conducteur servant de cathode émet des électrons lorsqu'il est chauffé à des températures élevées (effet thermo-ionique). Une tension élevée accélère les électrons, ce qui génère le rayonnement des rayons X. Les cathodes thermo-ioniques émettent un flux continu d'électrons, sans possibilité de fonctionnement en mode pulsé. En outre, la source d'électrons aléatoire a une brillance limitée. Les scientifiques ont lancé le projet AXIS («Advanced X-ray source based on field-emitting carbon nanotube cold cathode»), financé par l'UE, afin d'améliorer considérablement la technologie des rayons X et, simultanément, la compétitivité des petites et moyennes entreprises (PME) de l'UE. L'émission «froide», aussi appelée émission de champ, correspond à l'émission d'électrons soumis à un grand champ électrique en raison de l'effet de tunnel de mécanique quantique. Malgré son potentiel lui permettant se surmonter les limitations relatives à l'émission thermo-ionique, son application a été difficile en raison d'un manque d'émetteurs de champ d'électrons de haute performance. Cette réalité est en train de changer grâce à des nanotubes de carbone (NTC) à émission de champ qui semblent prometteurs. La brillance des NTC correspond à un ordre de grandeur supérieur à toutes les autres sources et ils peuvent fonctionner à la fois en mode continu et pulsé. Une brillance accrue permet une résolution plus élevée ou une réduction du temps d'exposition. Le fonctionnement en mode pulsé rend possible une synchronisation avec les événements biologiques tels que le rythme cardiaque ou la respiration. Enfin, les systèmes sont plus petits et consomment moins d'énergie, ce qui fait que les sources de rayons X puissantes pour des applications portables peuvent devenir une possibilité réaliste. Des NTC ont été utilisés avec succès, mais seulement dans des configurations aléatoires sans contrôle sur leur taille ou leur orientation. Les scientifiques du projet AXIS ont obtenu un contrôle sans précédent des propriétés d'émission grâce à la fabrication de sources d'électrons reposant sur des puces bien alignées de NTC. Ils ont ensuite développé un électron à base de CNT ou e-canon, un système combinant la cathode en NTC avec un système optique pour focaliser le faisceau d'électrons. Cette technologie a conduit à la fabrication de deux systèmes à rayons X différents, un système tomographique pour les applications biomédicales et un autre pour la métrologie des matériaux. Des sources de rayons X avancées reposant sur des puces organisées de NTC à émission de champ ont été fabriquées dans le cadre du projet AXIS. L'optimisation de la conception devrait permettre d'obtenir une brillance inégalée aussi bien en mode de fonctionnement pulsé que continu. La commercialisation de cette technologie portable à rayons X de haute puissance lui permettra d'intégrer les domaines dans lesquels elle est nécessaire pour réaliser des analyses industrielles, médicales, environnementales et même relatives au patrimoine culturel.
