Brevet FR2009677A1 — publié le 19700206

L'invention concerne un dispositif permettant derendreviai-ble et/ou d'enregistrer la densité de flux de quanta gamma ou les distributions bidimenaionnelles de densité de particules beta et qui comporte une chambre à étincelles remplie de gass et de Tapeur 5 et munie d'une cathode plate, parallèlement à laquelle est placée une grille métallique plane servant d'anode, une deuxième grille métallique étant placée entre elles et servant d'électrode auxiliaire* Ces électrodes sont reliées à une source de haute tensioa® Un enregistreur intégrateur enregistre la configuration des étis-10 celles entre l'électrode auxiliaire et anode sous l'effet du rayonnement entrant* En particulier, l'invention concerne des dispositifs du type ci-dessus qui sont destinés à servir dans le domaine des diagnostics radiologiques et de la radiochromâtographie* 15 Un tel dispositif permettant de rendre visible la densité de flux de quanta g8""» est décrit dans la demande de brevet néerlandais 5° 65*04858 déposée le 18 Octobre 1965« Dans ce dispositif connu, les rayons gamma sont convertis en élections primaires au niveau de la cathode et de la couche gazeu-20 se située entre la cathode et la grille auxiliaire* Les éléctrons secondaires générés par ces électrons primaires sont, toutefois, fortement captés par le gaz de remplissage* Lorsque le nuage d'électrons secondaires entrant dans l'espace à étincelles est trop petit, aucune étincelle ne peut être déclenchée® -25 On améliore le transfert des électrons vers cet espace en portant la cathode à un potentiel négatif par rapport à l'électrode auxiliaire* La disposition susmentionnée du système d'électrodes et le mode de fonctionnement correspondant du dispositif connu présen-50 tent divers inconvénients* En premier lieu, la contribution de la cathode à ce processus de détection est négligeable dans cette configuration* Par conséquent il faut prévoir un coûteux remplissage de xénon pour 69 17870 2 2009677 améliorer le faible rendeme&t du remplissage d'argon* Sa outre* par suite du faible rendement de conversion du ; remplissage gazeux, le nombre des étincelles par unité de1 temps demeure faible pendant le fonctioxmement« ce qui signifie gué 5 1 ' établissement d'une carte détaillée d® la source de rayonnement demande m temps de mesure long, et ceci est toujours indio£rabl« et @n certains cas même impossible, particulièrement au cesses de 15examen d'un patient» Une autre objection importante à l'emploi du dispositif connu 1© est basée sur le fait que, par suite de la distance assez large qui sépare la cathode de l'électrode auxiliaire et par conséquent la cathode de l'anode, il se produit une diffusion des électrons secondaires. En conséquence, dans le glaa de 19anode oh. ces électrons donnent naissance à des étincelles visibles, il se forme une 15 image brouillée de la source de rayonnemant étudiée. TJn autre inconvénient du dispositif connu est que dans la transformation des quanta gamma en électrons, la diffusion Compton se produira dans le gaz bien plus tôt que dpns la cathode. Sar suite, ce dispositif est limité en ce gui concerne l'énergie maxi-SB mum des quanta gamma que l'on peut observer*'" image est fortement brouillés par cette diffusion Coœptoiu £a présente invention fournit un. dispositif du type décrit ci-dessus, dans lequel on évite ces inconvénients grâce au fait qae dans ce dispositif l'électrode auxiliaire est placée à une si courts te distance que l'absorption des électrons secondaires et leur diffusion sont négligeables, tandis qu'en outs?o l'électrode auxiliaire est connecté© galvaniqueutent à la cathode. Cette configuration d'électrodes présente en outre l'avantage que le matériau de la grille auxiliaire peut être choisi de résis-30 tanoe électrique aussi élevée que possible pour les étincelles, et que le matériau de la cathode peut être optimisé pour la conversion des quanta gamma en électrons primaires. Môme le dépôt de produits de décomposition du gaz absorbant sur la grille auxiliaire n'altère 69 17870 2009677 pas le rendement de la cathode* Dans le dispositif nouveau selon l'invention, le nombre d'étincelles par unité de temps dans l'espace entre l'électrode auxiliaire et l'anode est presque entièrement déteiminé par le nombre 5 d'électrons primaires gui quittent la cathode par unité de temps. Etant donné que ce dernier nombre est très supérieur au nombre d'électrons secondaires produits par l'ionisation du contenu gazeux» le temps dans lequel on obtient avec ce nouveau dispositif une image détaillée de la source de rayonnement étudiée est consi-10 dérablement plus court, et certainement beaucoup plus court qu' avec un appareil fonctionnant suivant le principe de l'ionisation. La courte distance utilisée dans le dispositif selon l'invention entre l'électrode auxiliaire et la cathode présente un autre avantage» à savoir que l'on peut placer l'anode plus près de la 15 cathode ce qui permet donc d'augmenter fortement la clarté de l'i-aage de la source de rayonnement. Un autre résultat de cette courte distanee est que l'on rencontre soins de gâne due à la diffusion Compton de sorte que la gamme d'énergie de l'appareil est accrue au dessus de 140 keV. Elle 20 arrive ainsi à la portée de l'isotope Tc99* qui est très important pour le diagnostic radiologique. La courte distance utilisée dans le dispositif est absolument nécessaire aussi à la lecture de ra-diochromâtogrammes. Etant donné l'énergie des isotopes utilisés dans ces techniques, C14 (160 fceY) et H5 (18 keT), la gamme est 25 très restreinte, spécialement pour les derniers électrons mentionnés* Le fait que ces électrons puissent encore être détectés est dû. à la présence d'un champ électrique de fuite pénétrant à travers l'électrode auxiliaire. On expliquera Maintenant l'invention à propos des dessins 90 annexés sur lesquels t — la figure 1 est un schéma du dispositif selon l'invention permettant de rendre visible et d'enregistrer la densité de flux des quanta ganta s 69 17870 * 2009677 - la figure 2 est un schéma d'un dispositif selon l'invention permettant de lire des radiochromatogrammes bidimensionnels ; - la figure 3 est une coupe transversale d'une forme pratique du dispositif de la figure 1 j 5 - la figure 4 est une coupe d'une partie des agencements de fixation du système d'électrodes de l'appareil selon la figure 3 ; - la figure 5 est une coupe d'une variante du système d'électrodes du dispositif de la figure 3 » - la figure 6 est une coupe d'une partie des agencements de 10 fixation du système d'électrodes de la figure 5« Sa figure 1 montre schématiquement un dispositif selon l'invention qui est conçu pour former des images d'un objet activé par des radio-isotopes et qui peut être par exemple un organe du corps humain tel que la glande thyroïde, le cerveau, etc..» 15 Un objet 1 chargé d'isotopes émet des rayons gamma 2 qui, dans ce type de dispositif, passent à travers un collimateur 3 constitué par une plaque d'une matière lourde telle que le plomb ou l'or dans laquelle sont percés un grand nombre de trous parallèles 4 à travers lesquels les rayons sont dirigés, en passant par une enve-20 loppe remplie de gaz et non représentée, vers une cathode plate 5* Quand les photons gamma heurtent cette cathode, des électrons primaires sont libérés, et créent au cours du processus de leur absorption des électrons secondaires qui se meuvent à travers la grille de l'électrode auxiliaire 6 qui est placée à une courte dis-25 tance de la cathode, pour arriver à l'anode qui est aussi formée d'une grille, sous l'influence d'un champ électrique de faite provenant de l'espacement d'étincelle# On ajuste l'intensité de champ électrique à une valeur telle que le nuage d'électrons qui arrive dans l'espacement entre l'électrode auxiliaire et l'anode déclen-30 che une étincelle et que ces étincelles forment ensemble l'image de l'objet à étudiero Cette image peut être enregistrée par un appareil photographique 8. De cette manière non s eulement on peut déterminer la forme et 69 17870 5 2009677 les dimensions d'un objet tel qu'un organe du corps humain mais on peut aussi observer certains de ses défauts tels que les dommages causés par la présence d'une tumeur "froide", étant donné qu'aux endroits où. l'organe est endommagé, les isotopes ne pénètrent pas 5 et que de ces endroits, aucun rayonnement n'est émis ©t aucune étincelle n'est engendrée. La figure 2 montre schématiquement comment on peut appliquer l'invention à la lecture de radiochromatogrammes bidimensionnelse Le radiochromatogramme 10 à lire et les électrodes en grille 11 eli 10 12 sont placées une chambre remplie de g&z (non représenté©) La figure 3 montre en coupe une réalisation pratique du dis» positif de la figure 1. L'appareil est équipé d'une chambre de 25 détection à l'intérieur de laquelle un système d'électrodes est monté. Cette chambre est formée par un élément métallique cylindrique 20, une rondelle de blocage 21 prévue dans le haut et fixée à une joue 22 en matière transparente, et un anneau support 23 prévu dans le bas et fixé à un collimateur 24» Da&s l'élément 30 paroi 20 sont montés une arrivée de gaz 25 et une douille isolée 26 destinée à la connexion électrique du système d'électrodes. Les joints entre l'élément de paroi 20, la joue 22 et l'anneau 23 sont rendus hermétiques par des anneaux toriques 27. Dans la chambre se 69 17870 2009677 trouve aussi un anneau cylindrique de distribution de gaz 28 qui est relié à des parties des côtés supérieur ®t inférieur de la paroi qui font saillie vers l'intérieur,, fsnsant ainsi entre l'anneau de distribution et la paroi tan ©aaaX eirculaire. qui est p iccîlié à l'intérieur d© la ehâïflbrs pas? &Q3 o^Iflces prévus lsanneau de distribution» Le système d'électrodes est adapté à 1*intérieur de l'azmeeB âe distribution d® gaz 28 et est constitué prr une cathode plat© 22 qui repos© sur le côté supérieur du sellisiateur 24, «a© éloa» 1.0 trode auxiliaire 30 formée d'une grille située un peu plais haat ot une anode an grille 31 placé® au dessus Se l'électrode auxilîaiïa* La cathode 29 est formée d'une mtièrs qui présenta un rendement optimal de conversion pour le rayonnement à détecter, par exemple l'argent pour l'isotope (énergie 27 keY) et l'or pour U l'isotope Sc99* (énergie 140 keY). Cette matière est appliquée sous la forme d'une couche mines (épaisses.? 1-1© microns) sur un support habituellement fonaé d'ea© Eiafeîèï?o synthétique telle qa® le téréphtalc,te de polyéthylèa® dit c;J£ylars. toutefois, selon un autre mode d'exécution de l'invention, a>3 il est possible d'obtenir un accroissement important du rendement de la cathode en appliquant la matière de cathode par voie galvanique sur un support métallique tel qu'une feuille de cuivre.qui présente une surface dépolie par cQzwosisa. ©a aciérage» Ainsi fabriquée, la cathode présenta aussi une surface ru-gueuse qui est considérablement plus gp?aM© qaa la surface d'une cathode lisse de même grandeur et étant donné que le rendement de la cathode est proportionnel à la surface, il se produit un accroissement proportionnel du rendement» L'électrode auxiliaire 50 et 1'ansde 31 aont fixées chacune sur un mince anneau métallique respectif. 32?. 33 »t ceux-ci sont, reliés entre eux par un élément support de matiès© iso lante,, de forme telle que. l'anneau d'anode 33 auquel l'anode est fixée est placée par son côté inférieur à l'intérieur de l'ouver- BAO ORIGINAL 69 17870 7 2009677 ture centrale de l'anneau 32, en face de l'électrode auxiliaire. Avec l'insertion d'une mince rondelle 35 formée de matière isolante, on monte cet ensemble au dessus de l'anneau support 23» la cathode 29 reposant dessus. 5 Cette construction du système d'électrodes garantit une très grande précision dans les distances entre les électrodes, ce qui est également nécessaire étant donné la très courte distance entre la cathode et l'électrode auxiliaire. Des expériences faites avec un prototype du dispositif montrent que le nombre d'électrons 10 q.ui atteignent l'espacement compris entre l'électrode auxiliaire et l'anode diminue continuellement par suite de diffusion et de capture par le gaz quand on augmente la distance, tandis que lorsqu'on diminue encore cette distance, le nombre d'électrons secondaires issus du processus de capture d'un électron primaire prove-15 nant de la cathode devient trop faible pour déclencher une étincelle, et une réaction photoélectrique dans la cathode peut entraîner des phénomènes indésirables de réalluoage. C'est pourquoi cette distance doit ôtre comprise entre 0,5 mm et 4 mm. Sur la figure 4, on a représenté à plus grande échelle une 20 partie des dispositifs servant à fixer le système d'électrodes q.ue l'on vient de décrire et on a aussi indiqué la possibilité d'ajuster la distance de l'anode 51 à l'électrode auxiliaire 30. A cet effet, l'anneau d'anode 33 est fixé à l'élément support 54 au moyen de vis réglables 36 et de ressorts 37 au moyen desquels 25 on peut faire varier la distance entre l'anode et l'électrode auxiliaire de sorte que l'on peut corriger des différences éventuelles dans le parallélisme de ces électrodes* La figure 5 montre une variante du système d'électrodes dans laquelle l'électrode auxiliaire 40 est fixée à un anneau métalli-30 que 42 et l'anode 41 est fixée à un anneau métallique 43 et ces éléments sont fixés entre eux par un élément support 44 formé de matière isolante dont l'épaisseur dans une petite région proche de l'ouverture centrale augmente graduellement jusqu'à une valeur 69 17870 2009677 égale à la distance nécessaire entre ces électrodes* Les côtés supérieur et inférieur de cet anneau sont revêtus chacun d'une matière à faible conductivité pour éviter ce qu'on appelle l'effet de fragmentation qui peut causer des étincelles indésirables le 5 long de l'intérieur de cet anneau» Avec cette construction, qui est reproduite à plus grande échelle sur la figure 6, on arrive à ce que les deux électrodes en grille soient étalées de façon équidistante alors que pour l'exactitude de la distance entre ces plans, seule la tolérance du bord 10 intérieur de l'anneau joue un rôle* Lorsqu'on utilise des machines normales, on peut maintenir cette tolérance en dessous de 40 microns sans prendre de mesures spéciales» Les systèmes d'électrodes que l'on vient de décrire ont tous deux 1*avantage que l'on peut les démonter de façon très simple, 15 par exemple pour nettoyer les électrodes, et que l'on peut ensuite les réassembler sans que cela affecte aucunement la position précise des électrodes l'une par rapport à l'autre* Avec la construction selon l'invention, on peut utiliser de l'argon peu coûteux comme remplissage de la chambre de détection* 20 II est apparu aussi que l'on peut donner une longévité presque illimitée aux électrodes en grille métallique en les fabriquant en un métal qui a un point de fusion supérieur à 2000°0 et qui ne flue pas, en particulier en grille de tungstène ayant un diamètre de fils de 50 microns par exemple* 25 Pour éviter un "effet corona" entre l'électrode auxiliaire et l'anode qui sont formées de grille métallique, on les place l'une par rapport à l'autre de façon telle que les fils dont elles sont composées ne soient pas parallèles. Afin que le dispositif convienne à l'examen d'objets au moyen 50 de radio-isotopes, on peut encore perfectionner l'idée fondamentale de l'invention en munissant le dispositif de plusieurs cathodes supportées par une bande de matière ou par un mécanisme de transport au moyen duquel on peut amener au choix chacune de oes cathodes dans la chambre à étincelles. 69 17870 2009677 BEVEHDIGAIIQNS 1) Dispositif permettant de rendre visible et/ou d3enregistrer la densité de flux de quanta gamma ou la distribution bi-dimensionnelle de densité de particules beta,qui comporte une 5 oJbaabre & étincelles remplie de gaz et de vapeurs, une eathode plate parallèlement à laquelle est placée une anode plate en grill® métallique, et une électrode auxiliaire également en grille métal» lique placée entre elles, les électrodes étant reliées à une source de haute tension, un enregistreur intégrateur étant prévu posas-10 déterminer la configuration des étincelles causées entre l'électrode auxiliaire et l'anode par le rayonnement qui entre dans le dispositif, dispositif caractérisé par le fait que l'électrode auxiliaire est reliée galvaniquement à la cathode @t s® trouve à une distance telle de celle-ci que le nuage dsélectrons injecté 15 dans 1*espace d'étincelle oontient suffisamment d'électrons pour déclencher une étincelle et que la diffusion du nuage d'électrons et la capture des électrons du nuage par les molécules du gaz sont rendues minimum* 2) Dispositif selon la revendication 1» caractérisé par le 20 fait que la distance entre 1*électrode auxiliaire et la cathode est comprise entre 0,5 mm et 4 mm* 3) Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé par lé fait que l'anode et l'électrode auxiliaire sont fixées chacune en dessous d'un anneau métallique étroit, l'anneau de l'anod® 25 ayant un plus petit diamètre que l'anneau de l'électrode auxiliaire, les anneaux étant reliés ensemble par un élément support en matière isolante présentant une forme telle que le côté inférieur de l'anneau d'anode, auquel l'anode est fixée» se trouva à l'intérieur de l'ouverture centrale de l'anneau d'électrode auxiliair®* 30 4) Dispositif selon la revendication 5» caractérisé par le fait que l'anode est fixée à l'élément support au msyen de vis d'ajustement et de ressorts de sorte que l'on peut faire varier la distance entre l'anode et l'électrode auxiliaire* 69 17870 io 2009677 5) Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'anode et l'électrode auxiliaire sont fixées chacune sur un anneau métallique au moyen duquel elles sont tendus® sur les côtés adjacents d'un anneau principalement plat en 5 matière isolant© dont 1*épaisseur dans la sone étroite entourant l'euverture centrale augmente graduellement et qui est anmig sur les côtés supérieur et inférieur» de matériau de haute conductivité© 6) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5» earacté-10 risé par le fait que l'anode et l'électrode auxiliaire sont faites de fil de tungstène» 7) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que l'anode ©t l'électrode auxiliaire en grille métallique ont une disposition relative telle que les fils dont 15 elles sont formées se croisent mutuellement* 8) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7» caractérisé par le fait que l'anode ®t l'électrode auxiliaire sont formées de fils parallèles entre eux ©t ont une position relative telle que les fils se croisent* 20 9) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8 destiné à rendre visible et/ou à enregistrer la densité de flux des quanta gamma et caractérisé par le fait que la cathode présente une surface rugueuse augmentant la surface efficace d© ladite cathode* 10) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, destiné 25 à rendre visible et/ou à enregistrer la densité de flux des quanta gamma et caractérisé par le fait qu'il est muni de nombreuses cathodes sur un système porteur et d'un mécanisme au moyen duquel on peut amener à la demande chacune de e@s cathodes en face de l'électrode auxiliaire*