Brevet FR2004447A1 — publié le 19691121

' 2004447 Cette invention a pour objet général des bases de temps radioactives et, pour objet particulier, un étalon garde-temps constitué par une source radioactive de particules alpha, combinées avec un détecteur de rayonnement à état solide. 5 Dans la Demande de brevet français If° PV 158.251 déposée le 8 juillet 1968 au nom du même Demandeur, est divulgué un mouvement d'horlogerie dans lequel une source radioactive ayant une demi-vie relativement longue émet des particules chargées qui sont détectées par un détecteur de rayonnement à état solide. Le détecteur fournit 10 un nombre relativement important d'impulsions électriques pair seconde, les impulsions étant réduites par des diviseurs électroniques de fréquence d'impulsions pour produire un faible nombre d'impulsions de commande, par exemple une par seconde. Les impulsions périodiques de commande sont appliquées à un registre de temps électroni-15 que ou électromécanique pour actionner ou commander le registre pour indiquer l'heure. La combinaison de la source radioactive et du détecteur est désignée en tant qu'étalon garde-temps, par opposition aux étages associés de réduction d'impulsions et d'indication. Bien que les désintégrations nucléaires soient réparties au 20 hasard dans le temps, on peut obtenir une précision de chronométrage par l'accumulation d'un nombre suffisant de comptages. Du fait que les désintégrations obéissent à la répartition de Poisson en conformité avec la théorie des probabilités, on peut calculer la précision statistique que l'on peut espérer d'un nombre total de 25 comptages, en supposant que le système de comptage n'entraîne qu'une erreur négligeable. Comme on l'a noté dans la Demande en instance précédente, la forme préférée de source radioactive de l'étalon garde-temps est xrn isotope qui émet des particules alpha et qui a une demi-vie prolon-30 gée. Bien que les rayons gamma soient émis avec des énergies discontinues et qu'à cet égard ils sont presque monoénergétiques et peuvent être utilisés à des fins de mesure de temps, ils constituent une forme de rayonnement extrêmement pénétrant. De ce fait, dans les limites d'une montre ou d'un petit mouvement d'horlogerie, il 35 n'est pas possible de procurer le blindage protecteur nécessaire. Par ailleurs, avec des rayons gamma, il ne serait pas possible de contrôler la zone du détecteur à exposer à la source de rayonnement. D'un autre côté, les particules bêta ne sont pas émises avec des énergies discontinues, mais leur répartition d'énergie est con— 40 tinue. Ce rayonnement est un électron à grande vitesse qui est 69 03348 2 2004447 émis lors de la transformation d'un neutron en proton à l'intérieur du noyau d'un atome. Bien que l'on puisse constituer un blindage contre les particules bêta avec quelques millimètres d'aluminium., la commande du mouvement d'horlogerie est très difficile, du fait 5 que les particules ne sont pas monoénergétiques» La raison en est que les hauteurs d'impulsion de sortie d'un détecteur de rayonnement à . état solide sont proportionnelles à l'ionisation produite par le rayonnement incident. Chaque particule nucléaire du même type perd environ la même proportion d'énergie 10 dans le processus d'ionisation, établissant ainsi une relation directe entre la hauteur d'impulsion du signal de détection et l'énergie du rayonnement, A moins que le rayonnement soit pratiquement monoénergétique, les instabilités électroniques dans le système peuvent produire des variations dans la détection des impulsions à fai-15 ble éiiergie et il de ient difficile de distinguer entre les impulsions de sortie du détecteur et le bruit électrique de fond inhérent au détecteur à état solide et aux amplificateurs associés. Ceci donne lieu à des variations inacceptables dans les mouvements d'horlogerie» 20 Les particules alpha sont constituées de deux protons et de deux neutrons et possèdent une charge double de celle d'un électron, mais de signe opposé, comme c'est également le cas pour un noyau d'atome d'hélium. La quantité d'énergie libérée est discontinue, son importance étant caractéristique du radioisâtôpe particulier 25 émettant les particules alpha. Les particules alpha émises naturellement ont des énergies comprises entre environ 4- et 10 MeV.. Le fait que le rayonnement alpha est extrêmement ionisant explique sa portée relativement faible lorsqu'il traverse un matériau. Cette portée n'est que de quelques centimètres dans l'air standard, et plusieurs 30 feuilles de papier ordinaire absorbent même la plus énergétique des particules alpha. Ainsi, des propriétés caractéristiques des particules alpha, il est évident que seules les particules alpha peuvent être utilisées dans des étalons garde-temps radioactifs, car non seulement elles sont pratiquement monoénergétiques, mais elles peu-35 vent être manipulées de façon pratique à l'intérieur des limites d'un petit mouvement d'horlogerie. Lorsque des particules alpha sont émises par une source relativement épaisse, les énergies des particules alpha sont absorbées dans l'épaisseur du dépôt de radioisotope lui-même. Ainsi, on ob-40 tient une répartition continue des énergies résultant du fait que 69 03348 3 2004447 les particules sont émises de différentes profondeurs dans la couche épaisse. L'étalement de cette répartition peut être réduit en obtenant l'activité désirée à partir de la source la plus mince possible . 5 Une autre cause de 1 ' étalement ou du fait que le rayonnement n'est plus monoénergétique est l'espace d'air entre l'isotope radioactif et le détecteur. Bien que l'on puisse théoriquement surmonter cet inconvénient en plaçant le détecteur et la source sous vide, cette solution n'est pas pratique. Une solution plus pratique consis-10 te à placer la source en contact intime avec le détecteur. Cependant, les détecteurs à état solide semirconducteurs existants sont physiquement construits avec une mince fenêtre d'entrée à travers laquelle le rayonnement de particules doit passer avant de pénétrer dans le volume sensible ou dans la zone d'arrêt du détecteur. Bien 15 que cette fenêtre puisse être très mince, la géométrie du contact intime entraîne divers degrés de dégradation d'énergie. Sous des angles d'incidence faibles, cette dégradation atteint un niveau égal à l'énergie totale des particules incidentes. Une solution à l'effet d'angle de pénétration est d'écarter 20 la source du détecteur d'une distance telle qu'il admet seulement les rayonnements dont l'angle d'incidence est presque perpendiculaire à la surface du détecteur. Cependant, ce remède n'est pas pratique dans un petit mouvement d'horlogerie du fait des limitations physiques de dimensions. 25 Compte tenu de ce qui précède, c'est un but de la présente in vention de procurer une base de temps constituée par une source radioactive de particules alpha combinée avec un détecteur de rayonnement à état solide dans un agencement qui réduit au minimum l'intervalle d'air entre eux et qui cependant limite effectivement le 30 rayonnement incident à des angles d'incidence presque perpendiculaires, empêchant ainsi tout étalement dans la répartitoon des énergies. Un autre but de 1 ' invention est de procurer un ensemble détecteur multicellulaire à état solide ayant une grande surface globa-35 le et par conséquent un rendement de détection élevé, la capacitan-ce nette du détecteur étant relativement faible, d'où il résulte que le signal de sortie, qui tend à diminuer avec les grandes valeurs de capacitance, est bien supérieur à celui obtenu avec des détecteurs classiques ayant des surfaces similaires, mais des va-40 leurs de capacitance plus importantes. 69 08348 4 2004447 Pour mieux: comprendre l'invention, ainsi que ses autres buts et caractéristiques, on se réfère à la description détaillée suivante faite en référence au dessin joint, dans lequel : - la figure 1 montre schématiquement un ensemble constitué 5 d'une seule couche de matériau radioactif et d'un détecteur, un masque perforé étant interposé entre eux, cette illustration étant faite à des fins d'analyse fondamentale ; - la figure 2 illustre schématiquement le comportement du dispositif représenté sur la figure 1 ; 10 - la figure 3 montre schématiquement un étalon garde-temps radioactif selon l'invention ; - la figure 4 montre le comportement de l'étalon représenté sur la figure 3 ; - la figure 5 est une vue en perspective explosée d'un ensem-15 ble du type montré sur la figure 3 ; - la figure 6 est une forme modifiée d'étalon selon l'invention ; - la figure 7 est une vue en plan d'un ensemble détecteur de rayonnement multicellulaire à état solide, selon l'invention ; 20 - la figure 8 est un schéma d'un élément individuel et d'un circuit de sortie associé ; - la figure 9 montre schématiquement le circuit électrique de l'ensemble détecteur multicellulaire ; - la figure 10 est une vue en plan d'un schéma de microcircuit 25 pour un détecteur de rayonnement multicellulaire selon l'invention. ; - la figure 11 est une coupe prise dans le schéma selon le plan indiqué par la ligne 11-11 de la figure 10. Radioisotopes On doit maintenant considérer les spécifications d'un isotope 30 radioactif émettant des rayons alpha. Bien que l'on dispose dans le commerce de nombreux radioisotopes ayant un rayonnement alpha naturel, la plupart d'entre eux ne conviennent pas du fait que leurs demi-vies ne sont pas suffisantes pour satisfaire les spécifications de demi-vie d'un étalon garde-temps, comme il a été-exposé 35 dans la Demande en instance. On considère que les radioisotopes suivants conviennent à des fins de garde-temps, en plus'de ceux déjà identifiés dans la Demande en instance : Sadioisotope Demi-vie (années) Plutonium 239 2,436. 10^ 40 Uranium 238 . 4,51. 10^ 69 0834S 5 2004447 Uranium 235 Heptunium 237 7,1 ► 108 2,2. tO6 Comme on le voit sur la figure 1 , on forme sur un support 11 une couche 10 du radioisotope choisi, le support 11 pouvant être 5 en platine ou en aluminium, ou en tout autre matériau constituant un support adéquat et ayant de préférence des propriétés de blindage. Pour réduire 1*étalement de la répartition d'énergie, la couche doit être aussi mince et aussi tiniforme que possible. Dans ce but, on peut utiliser une technique de dépôt consistant à revê-tO tir le support du Matériau radioactif en solution très diluée et à laisser ensuite cette solution sécher, le film résultant adhérant au support. Le détecteur 12, utilisé pour intercepter les particules alpha émanant de la couche 10,peut être du type à surface d'arrêt ou à 15 jonction par diffusion disponible dans le commerce. Bien que la présente invention réside dans l'utilisation d'un masque perforé en combinaison avec une source radioactive sous la forme d'une rangée d'îlots séparés de radioisotope, le masque 13 dans la figure 1 est représenté combiné avec une seule couche radioactive continue 20 10 et présente un ensemble de rangées d'ouvertures 13Aj 13B, 13C, etc, délimitant des passages parallèles de section transversale uniforme pour les émissions. Cette combinaison n'est pas conforme à l'invention, mais est montrée seulement à des fins d'analyse fondamentale. 2$ La figure 2 montre les trajectoires des particules qui éma nent sous des angles variés, de différents points de la source 10, et se déplacent rers la surface du détecteur 12. La trajectoire Pi est perpendiculaire à la surface du détecteur 12. Ceci constitue le trajet le plus court et le plus direct et .procure l'énergie 50 maximale. L*angle d'incidence de la trajectoire P2 est tel qu'elle passe à travers le bord supérieur du masque, une partie d'énergie y étant absorbée, d'où il résulte que l'énergie résiduelle des particules arrivant au détecteur est diminuée. La trajectoire/qui traverse le bord inférieur du masque a une énergie encore diminuée. 35 De façon analogue, les trajectoires P4, P5 et P6 interceptent des • épaisseurs variables du corps solide du masque, et leur énergie est plus ou moins réduite par absorption. Ainsi, les particules de la trajectoire P1 donneront une impulsion de sortie relativement importante dans le détecteur, tan-40 ' dis que celles des autres trajectoires fourniront des impulsions 69 08348 6 2004447 ayant des degrés moindres et variables d'amplitude. De ce fait, bien que la source émettant le rayonnement alpha soit pratiquement monoénergétique, le détecteur répond comme si la source avait une répartition d'énergie étalée, ce qui n'est pas souhaitable pour 5 des fins de garde-temps. Principes de fonctionnement de l'étalon garde-temps En se référant maintenant aux figures 3 et 4, on voit représenté schématiquement un étalon garde-temps selon l'invention; cet étalon comporte un. support 11 sur lequel est déposé un ensemble 10 plan de rangées/Sinces îlots 14A, 14B, 140, etc, d'un radioisotope émettant des particules alpha. Un masque généralement repéré en 15 est interposé entre cette source radioactive et la surface exposée du détecteur de rayonnement à état solide 12; le masque a une section supérieure I et une section inférieure II pour former un en-15 semble de rangées d'ouvertures en correspondance 15A, 15B, 15C, etc. Chaque îlot 14A, 14B, etc,est centré par rapport à la zone supérieure de l'ouverture correspondante délimitée par la section supérieure I, laquelle zone supérieure a une section transversale uniforme relativement grande, le diamètre de l'îlot étant équiva-20 lent ou inférieur à celui de la zone supérieure. la zone inférieure de l'ouverture définie par la section inférieure II a de son côté supérieur un diamètre plus petit, de préférence égal ou supérieur au diamètre de l'îlot associé, le côté inférieur de l'ouverture étant chanfreiné de façon à procurer une embouchure épanouie 25 de section transversale croissante. la géométrie préférée de la structure du masque élimine les cas qui produiraient une perte d'énergie dans le bord de l'ouverture adjacent à l'îlot radioactif. Ainsi, on peut voir que les trajectoires indiquées par les trajets d'émission Pa, Pb et Pc per-30 pendiculaires à la surface du détecteur ne sont pas gênées par le masque. Les trajets Pd et Pe, dont les angles d'incidence sont très faibles, sont interceptés par la section supérieure I du masque et sont complètement absorbés par elle. Du fait que les bords inférieurs de l'ouverture sont épanouis, 35 les trajets Pf, Pg et Ph, qui ne sont pas perpendiculaires mais dont les angles d'incidence sont relativement élevés, vont directement sur la surface du détecteur sans frapper un bord de l'ouverture et sans être de ce fait dégradés. L'élimination virtuelle des bords d'ouvertures latéraux du détecteur par l'épanouissement de 40 l'embouchure réduit l'angle solide sous-tendu par le matériau de 69 08348 7 2004447 masque absorbant à la source, réduisant ainsi -le nombre de particules dont l'énergie peut être réellement dégradée dans le matériau du masque. Ainsi, le masque perforé selon l'invention empêche les parti-5 cules provenant d'un îlot quelconque de frapper une portion voisine de la surface du détecteur sous un angle d'incidence faible, et procure une ouverture d'entrée sous-tendant un angle optimal au détecteur, la géométrie de l'ouverture du masque a pour effet de réduire les effets marginaux aussi bien que de réduire les pertes 10 d'intervalles d'air. Structure de l'étalon garde-temps La figure 5 montre une réalisation pratique d'un étalon garde-temps selon l'invention. Le support 11 de la source radioactive a la forme d'un mince disque de matériau de blindage approprié sur 15 lequel est déposé un ensemble uniforme de rangées de minces îlots circulaires 14A, 14B, etc, de matériau radioactif possédant des caractéristiques d'émission de particules alpha. Les îlots sont constitués par des dépôts de matériau radioactif équidistants les uns des autres. 20 Le masque 13 comporte une plaque circulaire supérieure I ayant des ouvertures relativement grandes, la disposition de ces ouvertures correspondant à la disposition des îlots, le diamètre de la plaque étant égal à celui du support 11. Le masque 13 est également pourvu d'une plaque inférieure II ayant des rangées cor-25 respondantes d'ouvertures plus petites, dont le côté inférieur (non représenté) est épanoui, comme il est indiqué en liaison avec la figure 3. Enfin, sous la plaque II se trouve un détecteur de rayonnement à état solide 12 en forme de disque. Lorsque les quatre disques sont assemblés, la pastille résul-30 tante constitue un étalon garde-temps efficace et extrêmement compact que l'on peut facilement incorporer dans un petit mouvement d'horlogerie ou dans une montre. Dans une structure de ce type, la géométrie du masque a pour effet de limiter les émissions à celles frappant la surface du détecteur sous des angles d'incidence 35 presque normaux, et en outre d'empêcher des particules émises d'un îlot quelconque de frapper une portion voisine de la surface du détecteur associée à un autre îlot. De préférence, le diamètre de chaque îlot ou le diamètre du cercle circonscrit autour de l'îlot, au cas où ce dernier n'est 40 pas circulaire, n'est pas supérieur à deux fois la distance entre 69 03348 8 2004447 la surface de l'Ilot et le plan du détecteur, le diamètre de chaque ouverture du masque n'étaiit pas inférieur au diamètre de l'îlot ou du cercle. Réalisation modifiée d'étalon garde-temps 5 Dans le détecteur de rayonnement classique à état solide, un champ électrique est établi en travers d'une zone à faible conduc-tivité, cette zone étant la couche d'arrêt des charges à la jonction de diodes fonctionnant en polarisation inversée. Lorsqu'une particule chargée traverse le milieu semi-conducteur, des paires de trous 10 d'électrons y sont produites. Le champ électrique force ces charges à se séparer et le signal électrique résultant peut être transmis à un système de mesure pour donner une information utile concernant les particules détectées. le principal inconvénient des détecteurs à état solide exis-15 tant s est que leur sensibilité, particulièrement aux particules à faible énergie, a tendance à être très faible; en effet, il existe unë probabilité appréciable d'absorption de ces particules avant qu'elles n'atteignent la couche d'arrêt, et même si une paire de charges est produite dans la couche d'arrêt, le rendement quantique 20 est limité à une paire par particule, sans chance de multiplication comme ce que l'on obtient effectivement dans les tubes de Geiger-Huller et dans les compteurs proportionnels. Cette faible sensibilité entraîne l'emploi d'amplificateurs à gain élevé » Ainsi, dans le cas des détecteurs 12 représentés sur 25 les figures antérieures, il est nécessaire d'employer une amplification à gain élevé. Cependant, le signal de sortie produit par un détecteur de rayonnement à état solide classique se situe dans la gamme des millivolts et n'est pas plus élevé en amplitude que le bruit de fond dans les circuits d'amplification électroniques asso-30 ciés pour élever le signal jusqu' à un niveau convenant à la mesure et à l'analyse. Ce bruit de fond peut donner naissance à de faux signaux que l'on ne peut pas aisément distinguer des signaux de rayonnement, ce qui affecte la sensibilité et la résolution énergétique du système de détection. 35 Les réalisations décrites en liaison avec les figures 7 à 11 comportent un ensemble détecteur de rayonnement multicellulaire à état solide agencé pour fournir des signaux exceptionnellement élevés en réponse au rayonnement incident, le détecteur étant constitué par des rangées d'éléments semi-conducteurs individuels sen-40 sibles au rayonnement, à surface d'arrêt ou à jonction par diffusion 69 08348 9 2004447 dont chacun a une petite surface et une capacitance interne faible. les éléments de l'ensemble de rangées sont raccordés unidirec-tionnellement en parallèle par rapport à la circulation du courant, mais Sont par ailleurs électriquement isolés l'un de l'autre, d'où 5 il résulte que la capacitance globale de l'ensemble de rangées est faible, tandis que le rendement de détection est sensiblement égal à un détecteur de rayonnement unitaire dont la surface est équivalente à la somme des surfacesdes éléments, le signal de sortie du détecteur multicellulaire étant beaucoup plus grand- que celui four-10 ni par le détecteur unitaire. Dans l'agencement représenté sur la figure 6, le détecteur de rayonnement multicellulaire à état solide est combiné avec des Rangées d'îlots radioactifs 14A, 14B, etc, et avec un masque perforé 13 du type représenté sur la figure 3. Le détecteur multicellu-15 laire est constitué par des rangées de petits éléments détecteurs de radiations 16A, 16B, 16C, 16D, etc, dont les diamètres sont sensiblement les mêmes que ceux des îlots radioactifs et qui sont disposés en correspondance avec eux. les éléments 16A, 16B, etc, sont unidirectionnellement raccor-20 dés en parallèle par rapport à la circulation du courant par des • diodes 17A, 17B, 17C, etc, mais sont par ailleurs électriquement isolés l'un de l'autre, d'où il résulte que la capacitance globale de l'ensemble de rangées d'éléments est faible et que le rendement de détection est sensiblement égal à un détecteur de rayonnement 25 unitaire, tel qu'un détecteur 12, dont la surface est équivalente à la somme des surfaces des éléments. Cependant, le signal de sortie du détecteur multicellulaire est beaucoup plus grand que celui fourni par le détecteur unitaire. En pratique, les éléments détecteurs montés en parallèle sont raccordés à un circuit de sortie qui 30 lui applique une polarisation inverse» Les principes mis en oeuvre flgms le fonctionnement de ce dispositif vont être expliqués plus en détail dans ce qui suit. Principes de détecteurs multicellulaires la distinction principale entre des chambres d'ionisation et 35 des détecteurs de rayonnement à état solide du type à surface d'arrêt ou à jonction par diffusion réside dans la nature du volume sensible au rayonnement, la chambre utilisant un milieu gazeux et les détecteurs à état solide un milieu solide semi-conducteur. Dans les deux cas, les ions chargés et les electrons libres associes 40 libérés par le rayonnement et frappant le détecteur sont balayés COPY 69 08348 10 2004447 hors du volume sensible par un champ électrique appliqué. Le déplacement de ces charges forme un courant électrique circulant dans le détecteur et on voit en conséquence une impulsion de courant ou de tension dans le circuit externe, lorsque les charges se 5 déplacent. Une chambre d'ionisation dans laquelle une électrode de paroi et une électrode centrale sont espacées l'une de l'autre par un milieu gazeux diélectrique peut être considérée comme une capacité. La grandeur des impulsions de tension û7q engendrée par la cham--jq bre peut être calculée par l'équation î AT0 =§ ' (1) dans laquelle Q est la valeur de la charge libérée par la particule ionisante et C est la capacitance du détecteur de rayonnement à chambre d'ionisation. 15 On dispose de formules pour calculer les capacitances d'un grand nombre de formes géométriques de surfaces conductrices telles que des sphères et des cylindres, soit séparées, soit concentriques. Le type habituel de calcul de capacitance concerne deux conducteurs plats ou davantage. Lorsque deux plaques conductri-20 ces ou davantage sont voisines, parallèles et de grande superficie, l'équation donnant la capacitance est : C = 0,0885 % ^ (2) dans laquelle : C = capacitance en jipf 25 E = constante diélectrique (air = 1 ) S = surface d'une plaque, en cm2 t = distance entre plaques, en cm. Bien que cette équation ne s'applique pas exactement à une chambre d'ionisation, la- capacitance de cette dernière est néan— 50 moins directement proportionnelle à la surface d'électrode de la chambre et inversement proportionnelle à la distance entre les électrodes. Pour des détecteurs à état solide, la géométrie est plus rapprochée de celle de plaques conductrices parallèles et l'équation (2) peut plus directement s'y appliquer. 35 Pour un dispositif à jonction ou à surface d'arrêt, cette distance entre plaques est associée à la couche d'arrêt. La largeur de la couche d'arrêt est proportionnelle à la racine carrée de la résistivité du matériau semi-conducteur et à la racine carrée de la grandeur de la tension de polarisation appliquée. De 430 ce fait, cette distance peut être contrôlée à un moindre degré l 69 08348 u 2004447 en faisant varier la grandeur de la tension de polarisation inverse appliquée. Mais il existe des limites pratiques distinctes à la valeur de la variation de capacitance que l'on peut ainsi obtenir» 5 II apparaît de l'équation (1) que, plus la capacitance du dé tecteur à état solide est petite, plus la tension de sortie est grande pour une valeur donnée de charge. D'un autre côté, tandis qu'une grande surface produit une capacitance plus grande et, de ce fait, une plus petite tension de sortie, une grande surface est 10 avantageuse du point de vue du rendement de détection, car elle permet d'exposer au rayonnement incident une grande superficie de semi-conducteur. Détecteur multicellulaire Comme on le voit sur'les figures 7 et 8, l'ensemble détecteur 15 à état solide selon l'invention est constitué par un ensemble de rangées plan d'éléments carrés identiques 10 qui, à titre d'exemple seulement, sont au nombre de soixante-quatre, l'ensemble comprenant huit rangées parallèles avec huit éléments dans chaque rangée. Chaque élément 10 est un élément individuel à état solide 20 sensible au rayonnement. Ce peut être un élément semi-conducteur ayant une jonction P-ÎT et un circuit externe qui est inversement polarisé par une batterie B ou une autre source de courant continu par rapport à la jonction, le rayonnement incident, indiqué schématiquement par les flèches, tombe sur la surface du type N, l'im-25 pulsion de courant produite en travers de la jonction P-îf circulant à travers une résistance de charge R pour fournir un signal de sortie. Bien que l'on puisse réaliser de diverses façons la jonction P-IT, on a constaté que la formation d'une 'jonction P-îï dont la 30 zone d'arrêt s'étend depuis un micron de la surface îT jusqu'à une profondeur au moins égale à la pénétration de la particule incir-dente dans le cristal semi-conducteur, présente un avantage particulier pour obtenir une résolution élevée des impulsions de courant dues au rayonnement incident. Dans la préparation de cette 35 forme préférée de jonction, on prépare un matériau à baâe de silicium du type P ayant une résistivité élevée (par exemple 1000 ohms/ cm et plus). On forme une zone de surface du type U en diffusant une impureté phosphoreuse du type 3ST dans le cristal» Une zone du type N dopée est de préférence produite dans le cristal sur une 40 épaisseur d'environ un micron. Une description détaillée de la COPY 69 08348 12 2004447 manière de produire de tels détecteurs à état solide se trouve dans "Nucleonics" Février 1960, volume 18, H"0 2, dans l'article "Tiny semiconductor is fast linear detector". Chaque élément 10 de l'ensemble de rangées est très petit et 5 a une faible capacitance interne. Pour produire un détecteur multicellulaire ayant une résistivité élevée, les éléments 10 dans l'ensemble de rangées, dont seulement cinq sont représentés sur la figure 9, sont tous montés en parallèle, une diode 11 étant interposée en série avec chaque élément dans le circuit en parallèle. 10 Par rapport à la circulation du courant de sortie, les élé ments sont unidirectiormeliement raccordés par les diodes en shunt à une résistance de sortie R, de sorte que l'impulsion de sortie résultante est le résultat collectif de la circulation du courant à travers tous les éléments de l'ensemble de rangées en réponse au 15 rayonnement incident. Cependant, chaque élément est électriquement isolé de tout autre élément, car le trajet entre deux éléments adjacents est formé par deux diodes montées en opposition en série et, de ce fait, est un circuit ouvert. En conséquence, la capacitance globale de l'ensemble de rangées d'éléments parallèles n'est 20 pas un multiple des capacitances des éléments individuels, mais sa valeur est plus proche de celle d'un élément unique. L'augmentation de tension résultante dans le signal du détecteur de rayonnement est donnée par l'équation suivante pour la tension A V., produite par le détecteur multicellulaire : 25 AT, = §- = = n. A V (3) o ' dans laquelle : C est la capacitance d'un détecteur unitaire étalon à état solide dont la superficie effective est égale à la somme des superficies des éléments du détecteur de rayonnement multicellulaire, 30 Cq est la capacitance d'un élément individuel, n est le nombre d'éléments. On notera dans l'équation (3) que la sortie de tension du détecteur de rayonnement multicellulaire est beaucoup plus grande que celle produite par un détecteur unitaire standard à état solide de 35 la même superficie effective. Néanmoins, le rendement 'de détection du détecteur multicellulaire est aussi bon que celui du détecteur unitaire, car la surface exposée au rayonnement incident est aussi grande. 69 08348 13 2004447 Ainsi, si un détecteur* unitaire à état solide a une superficie de 0,5 cm2, en employant les techniques connues de microcircuits, on peut sans difficultés fabriquer un ensemble de détection multicellulaire de la même superficie nette, dans lequel n est de 5 l'ordre de 1000. Ainsi, une augmentation de 1000 fois dans la tension du signal peut être obtenue sans utiliser xm amplificateur. % autre avantage obtenu en supprimant la nécessité d'un amplificateur est que le bruit de fond dans le détecteur n'est pas augmenté avec le signal et que l'on obtient un rapport signal-bruit énormé-10 ment amélioré. On doit reconnaître qu'il existe diverses possibilités pour dessiner une structure de microcircuits incorporant un détecteur multicellulaire et un ensemble de diodes d'isolation. De préférence, on doit protéger les diodes d'isolation du rayonnement inci-15 dent, soit par un masque approprié, soit par un montage approprié dans le boîtier du détecteur. En se référant maintenant aux figures 10 et 11, on voit une forme préférée de schéma de microcircuit dans lequel un ensemble plan de rangées d'éléments semiconducteurs sensibles au rayonnement 20 10 est combiné pvec des diodes d'isolation pour forner un ensemble détecteur de rayonnement du type représenté schématiquement sur la . figure 3. Pour fabriquer un détecteur de ce type, on diffuse un dopant du type N dans une pastille de silicium du type P à résistivité 25 élevée à travers un masque dessiné de façon appropriée pour produire la géométrie recherchée de l'élément détecteur. La zone d'arrêt B, indiquée par des lignes en tirets sur la figure 10, ou le volume , ; sensible des éléments individuels, est engendré dans la sous-couche de type P, l'écartement entre éléments étant tel que les zones d'ar-30 rêt adjacentes ne se recouvrent pas. Une zone de type P plus pe-. tite constituant la diode d'isolation 11 est alors diffusée dans le matériau du type F. En conséquence, là zone de type lï sert de matériau de jonction commun pour l'élément détecteur de rayonnement 10 et pour la diode d'isolation 11. 35 Une couche protectrice d'oxyde 12 est alors formée sur toute la surface de la structure, l'épaisseur de la couche étant suffisamment mince pour que l'absorption du rayonnement incident soit négligeable. On constitue un contact métallique 13, pénétrant dans la couche d'oxyde pour coopérer avec la zone de type P de la 40 diode d'isolation. La tête du contact est large pour protéger du 69 08348 14 2004447 rayonnement les jonctions sous-jacentes de la diode d'isolation, éliminant ainsi les complications provenant du rayonnement incident Ainsi, l'invention n'est pas limitée à la détection de rayonnement d'origine nucléaire, mais peut être combinée avec un détec-5 teur de rayonnement à état solide qui est également sensible à la lumière. Du fait de sa caractéristique d1augmentation de tension, le détecteur de rayonnement multicellulaire à état solide selon l'invention est en conséquence supérieur à un élément unitaire clas sique lorsqu'on l'utilise pour détecter les impulsions lumineuses 10 provenant d'un scintillateur. 69 08348 15 2004447 REVENDICATIONS 1. Ensemble détecteur de rayonnement, caractérisé par un ensemble de rangées d'éléments semiconducteurs sensibles au rayonnement dont chacun a une superficie relativement petite et une faible capacitance interne. 5 2. Etalon garde-temps radioactif comportant l'ensemble d'élé ments semiconducteurs sensibles au rayonnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble d'éléments semiconducteurs sensibles au rayonnement comporte un ensemble plan, de rangées d'îlots distincts d'isotope radioactif émettant des particules 10 alpha, cet isotope ayant une longue durée de demi-vie, un détecteur de rayonnement à état solide ayant une surface sensible parallèle à 1 'ftâJBéfflbli-?- plan et un masque interposé entre l'ensemble et la surface et ayant un ensemble correspondant d'ouvertures dont la géométrie est telle qu'elle limite les émissions à celles frappant la 15 surface du détecteur sous des angles d'incidence presque normaux et empêchant, les particules émises d'un îlot quelconque de frapper la portion voisine de la surface de détection associée à un autre îlot. 3. Etalon selon la revendication 2, caractérisé en ce que les îlots sont déposés sur un support ayant des propriétés de blindage 20 protecteur. 4. Etalon selon la revendication 3, caractérisé en ce que le support est un disque métallique et que le masque est constitué d'au moins une plaque circulaire de même diamètre, le détecteur ayant également la même forme. 25 5. Etalon selon la revendication 4, caractérisé en ce que le masque est constitué de deux plaques circulaires, l'une ayant des ouvertures délimitant la première zone et la deuxième ayant des ouvertures délimitant la deuxième zone. 6. Etalon selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, ca-30 ractérisé en ce que les îlots sont formés sur un mince film de matière radioactive pour empêcher l'étalement de la répartition d'énergie . 7. Etalon selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que chaque ouverture du masque est constituée d'une 35 première zone adjacente à son îlot associé et ayant une section transversale relativement grande et une deuxième zone adjacente à la surface du détecteur et-ayant une section transversale restreinte. 8. Etalon selon la revendication 7, caractérisé en ce que la deuxième zone de chaque ouverture est épanouie vers 1'extérieur dans BAD ORIGINAL' 69 08348 1-6 2004447 la direction de la surface du détecteur. 9. Etalon selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que le radioisotope est de l'uranium 238, de l'uranium 235, du neptunium 237 ou du plutonium 239. 5 10. Etalon selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que le détecteur est formé par un ensemble de rangées d'éléments individuels dont chacun est disposé pour intercepter le rayonnement d'un îlot correspondant, les.éléments étant raccordés unidirectionnellement en parallèle. 10 11 . Etalon selon la revendication 10, caractérisé en ce que les éléments sont raccordés en parallèle à travers des diodes et sont soumis à une polarisation inverse. 12* Elément garde-temps radioactif selon l'une quelconque des revendications 2 à 11, caractérisé en ce que le diamètre du cercle 15 circonscrit aux îlots n'est pas supérieur à deux fois la distance entre la surface des îlots et le plan du détecteur et qu'en outre le diamètre de chacune des ouvertures n'est pas inférieur au diamètre de ce cercle. 13* Ensemble détecteur de rayonnement multicellulaire à état 20 solide comportant l'ensemble des éléments semiconducteurs sensibles au rayonnement selon la revendication 1, dont chacun a une superficie relativement petite et une faible capacitance interne, caractérisé en ce qu'il comprend une multiplicité d'éléments unidirectionnels dont le nombre est égal à celui des éléments semi-25 conducteurs, des moyens raccordant les éléments en parallèle à un circuit de sortie lui appliquant une polarisation inverseg chaque élément unidirectionnel étant interposé en série avec un élément semiconducteur correspondant pour effectuer un couplage unidirectionnel de celui-ci par rapport à la circulation du courant dans 30 le circuit de sortie, les éléments semiconducteurs étant par ailleurs effectivement isolés l'un de l'autre par les éléments unidirectionnels, d'où il résulte que la capacitance nette des éléments montés en parallèle est faible, tandis que la tension de sortie nette produite par eux est élevée, 35 14. Ensemble selon la revendication 13, caractérisé en ce que les éléments sont du type à surface d'arrêt. 15„ Ensemble selon la revendication 13, caractérisé en ce que les éléments sont du type à jonction par diffusion. 16. Ensemble selon 3.'une quelconque des revendications 13 à 40 15, caractérisé en ce que les éléments sont disposés selon un BAD ORIGINAL 69 08348 n 2004447 ensemble de rangées plan et ont tui rendement de détection nette sensiblement égal à celui d'un détecteur unitaire du même matériau dont la superficie est équivalente à la somme des superficies des éléments. 5 17. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 13 à. 16, caractérisé en ce que les éléments unidirectionnels sont constitués par des diodes N-P. 18. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 13 à I7f caractérisé en ce que les éléments semiconducteurs sont expo-10 ses au rayonnement et que les éléments unidirectionnels en sont protégés. 19» Microcircuit pour un ensemble détecteur de rayonnement multicellulaire à état solide comme défini dans l'une quelconque des revendications 13 à 18, caractérisé en ce qu'il comporte une couche 15 de base du type P, un ensemble de rangées de zones du type N rela-• tivement petites diffusées dans la couche de base pour former avec elle une multiplicité d'éléments semiconducteurs sensibles au rayonnement, chacun ayant une zone d'arrêt séparée 9 une zone du type P encore plus petite étant diffusée dans chacune des zones du 20 type N pour former avec elle une diode, la zone de type N servant de jonction commune pour l'élément et la diode® 20. Microcircuit selon la revendication 19, caractérisé en ce que la couche de base de type P est une pastille de silicium. 21. Microcircuit selon l'une quelconque des revendications 19 25 ou 20, caractérisé en ce que la surface de la structure est revêtue d'une couche d'oxyde protectrice. 22. Microcircuit selon la revendication 21, caractérisé en outre par un contact de borne pénétrant dans la couche d'oxyde et coopérant avec cette zone, le contact ayant une tête élargie pour 30 protéger la zone. 23. Microcircuit pour l'ensemble détecteur de rayonnement mul-= . ticellulaire à état solide défini dans l'xme quelconque des revendications 13 à 18, caractérisé en ee que ce microcircuit comporte une couche de base de type U, un ensemble de rangées de zones de ty- 35 pe P relativement petites diffusées dans la couche de base pour former avec elle une multiplicité d'éléments semiconducteurs sensibles au rayonnement dont chacun a une zone d'arrêt séparée, et une zone de type ET encore plus petite diffusée dans chacune des zones de type P pour forner avec elle une diode, la zone de type P servant de jonc-40 tion commune à l'élément et à la diode.