Brevet FR2128402A1 — publié le 19721020

2V28402 La présente invention a pour objet un dispositif détecteur à entrées parallèles. Les spectromètres dispersifs sont utilisés pour disperser un faisceau de particules ou de rayonnement (le terme 5 particule est compris ici comme couvrant également les rayonnements) à analyser de telle sorte que les particules se répartissent sur une zone du détecteur, en fonction d'un paramètre choisi tel que l'énergie de la particule, son moment, sa masse, sa longueur d'onde# Une fente étroite est classique-10 ment utilisée pour permettre seulement à un court segment de ce spectre de frapper un détecteur unique qui est, de façon typique, un multiplicateur d'électrons» Bien que le spectre soit, d'une façon classique, déplacé en travers de la fente d'une façon telle que l'ensemble du spectre puisse être finale-15 ment enregistré, le plus grand nombre de particules ne tombe pas sur la fente et n'est pas,en conséquence, compté. Si le faisceau de particules à analyser est suffisamment intense, ceci n'entraîne pas d'inconvénient. Cependant, il est très fréquent en réalité, dans la spectrographie à pouvoir sépara-20 teur élevé, que le flux de particules soit faible d'une façon gênante. Un réseau parallèle de 1T détecteurs peut accumuler un spectre N fois plus rapidement que ce système de détecteur unique à fente étroite de la technique antérieure. Ainsi, selon 25 l'un des modes de réalisation préférentiels de la présente invention, un réseau de N multiplicateurs d'électrons étroits et parallèles, l'anode de chaque multiplicateur commandant son propre compteur, est disposé le long de la totalité du spectre, de sorte qu'aucune particule n'échappe au réseau de multipli— 30 cateurs d'électrons. Le spectre est maintenu fixe au-dessus du réseau, et chaque particule engendre un compte d'une unité dans le compteur commandé par le multiplicateur d'électrons frappé par la particule. Selon un autre mode de réalisation préférentiel de 35 cette invention, le réseau de multiplicateurs d'électrons est remplacé par un multiplicateur d'électrons reproducteur d'image et un réseau d'anodes. Selon encore un autre mode dà réalisa 72 06816 2 2128402 tion de cette invention, ce réseau d'anodes est remplacé par un écran de phosphore et un tube de caméra "Vidicon". En général, la répartition des particules sur la zone du détecteur, selon un paramètre choisi tel que l'énergie, 5 le moment, la masse ou la longueur d'onde, est non linéaire dans la direction dispersive. Ceci peut être compensé par un espacement et/ou une largeur non uniformes des détecteurs. L'image formée sur la zone du détecteur par des particules ayant la mime énergie, le même moment, la même masse ou la 10 même longueur d'onde peut également être courbe. On peut résoudre ce problème, sans perte de pouvoir séparateur, en incurvant les détecteurs d'une manière correspondante. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit et à l'examen des 15 dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un mode de réalisation préférentiel de la présente invention ; - les figures 2 et 5 sont des représentations schématiques d'autres modes de réalisations préférentiels de dis- 20 positifs détecteurs qui peuvent être utilisés à la place du dispositif détecteur de la figure 1 } - les figures 4 et 5 montrent la façon dont les dispositifs détecteurs des figures 2 et 3 peuvent être modifiés pour compenser la courbure et les non linéarités de la disper- 25 sion du spectromètre électronique. Sur la figure 1, à laquelle on se référera en premier lieu, on a représenté un dispositif détecteur à entrées parallèles utilisé comme élément d'un ensemble 10 d'électroscopie électronique pour analyses chimiques (EEâC). Une source 12 de 30 rayons X dirige un faisceau collimaté de rayons X sur une cible 16. La cible 16 est constituée par une matière à analyser dans l'ensemble EEàC 10. Les rayons X 14 éjectent des photoélectrons 16 de la cible 16. L'énergie cinétique de chaque électron 18 est égale à la différence entre l'énergie du rayon 35 2 et l'énergie de liaison de l'électron dans la matière de la cible. Les électrons 18 sont freinés de façon égale en énergie cinétique et focalisé» dans un spectromètre électronique 22 72 06816 3 2128402 par une lentille électronique 20« Ha exemple de lentille électronique appropriée pour un tel usage est décrit dans la demande de brevet américain en instance TS° 8^4 437 ayant pour titre "ELECTBON" SPEOTEOSCOPÏ 5 SYSTEM WITH A MULTIPLE ELECTRODE ELECTROF LENS" (Dispositif de spectrographie électronique utilisant une lentille électronique à électrodes multiples) déposée le 2 Septembre 1967 aux noms de Kai M.B. Siegbanh et Edward F, Barnett et cédée à la Demanderesse. Le spectromètre électronique 22 sépare les élec-10 trons qui y pénètrent selon leur énergie cinétique restante. Ainsi, l'électron 18a de plus faible énergie cinétique sort près de la paroi intérieure 24 du spectromètre électronique 22 et l'électron 18b dont l'énergie cinétique est plus grande sort près de la paroi extérieure 26 du spectromètre électroni-15 que. Les électrons qui quittent le spectromètre électronique 22 frappent un multiplicateur d'électrons reproducteur d'image 28 qui est disposé dans le plan de sortie 27 du spectromètre électronique 22 et qui, de façon typique, présente un 20 gain d'électrons de 10^. Chaque électron quittant le multiplicateur d'électrons 28, vient à son tour frapper un écran de phosphore 30 et y produit un éclat ou point lumineux. Une lentille 32 focalise le dessin résultant de points lumineux de l'écran de phosphore sur la face 35 d'un tube de caméra MVidi-25 conM 34 de télévision» Les circuits de balayage du Vidicon 36 engendrent une trame de mire de télévision standard et commandent le tube de caméra Vidicon 34 par l'intermédiaire des fils 38 et 40» La sortie vidéo du tube de caméra vidicon 34- est raccordée à un 30 discriminateur 42 par l'intermédiaire d'un fil 44 et la sortie du discriminateur 42 est à son tour raccordée à une entrée de déclenchement d'un analyseur à voies multiples 46 par l'intermédiaire d'un fil 48o Les analyseurs à voies multiples sont disponibles dans le commerce et sont décrits dans la littéra-35 ture technique» Par exemple, on peut se référer sur ce point aux pages 11 à 15 du numéro de Mars 1968 du Hewlett-Packard Journal. Selon une alternative, d'autres systèmes d'acquisition 72 06816 4 2126402 de données, tels qu'un ordinateur, peuvent être utilisés à la place de l'analyseur à voies multipleso L'analyse verticale du tube de caméra Vidicon 34, s'effectue dans la direction X de la figure 1 et, en conséquence, la position verticale de chaque point lumineux incident sur la face 35 du vidicon est déterminée par l'énergie cinétique (ou l'énergie de liaison) du photo-électron correspondante Chaque balayage horizontal du tube de caméra Vidicon 34* s'effectue dans la direction Y et correspond à une bande ou gamme particulière d'énergies cinétiques des électrons 18 72 06816 5 2128402 à voies multiples 46 correspond aux énergies cinétiques (ou aux énergies de liaison) des électrons et il est affiché sur un écran d'affichage 62 de l'analyseur à voies multiples 46» Sur la figure 2, à laquelle on se référera mainte-5 nant, est représenté un autre dispositif détecteur qui peut être utilisé à la place du détecteur 33 de la figure 1o Ce dispositif détecteur comporte un multiplicateur d'électrons reproducteur d'image 28 et un réseau 70 d'anodes étroites 76 disposé parallèlement à la direction Y et adjacent au côté ou 10 face de sortie du multiplicateur d'électrons reproducteur d'image. Le côté ou face d'entrée du multiplicateur d'électrons 28 est placé dans le plan de sortie 27 du spectromètre électronique. Tous les électrons ayant la même énergie cinétique émergent du spectromètre électronique et frappent la face d'en-15 trée du multiplicateur d'électrons 28 selon une ligne parallèle à la direction Y de la figure 2, par exemple selon la ligne 72o La position dans le plan X-Y des électrons émergeant du multiplicateur d'électrons 28, en réponse à l'entrée d'un 20 électron (c'est-à-dire l'image de cet électron incident sur le multiplicateur) est identique à la position dans le plan X-Y de cet électron incident. Ainsi, l'image d'un électron pénétrant dans le multiplicateur d'électrons 28 sur la ligne 72 est projetée sur la face de sortie du multiplicateur d'élec-25 trons sur la ligne 74 et frappe l'anode 76a la plus proche de la ligne 74-• Il en résulte la production d'un impulsion électrique sur un conducteur 78a correspondant parmi une pluralité de conducteurs 78 raccordant les anodes 76 à l'analyseur à voies multiples 46. L'impulsion électrique sur le conducteur 30 78a ajoute un compte d'une unité au compteur de la mémoire de l'analyseur à voies multiples correspondant à l'énergie cinétique de l'électron qui, à l'origine, a frappé le multiplicateur d'électrons 28 sur la ligne 72. Les électrons ayant des énergies cinétiques inférieures ou supérieures à ceux qui frappent 35 la ligne 72 viennent frapper le plan de sortie 27 en étant déplacés plus ou moins dans la direction X et provoquent l'émission d'impulsions électriques sur d'autres conducteurs de 72 06816 6 2128402 signaux 78« L'on se référera maintenant à la figure 3» sur laquelle est représenté encore un autre dispositif détecteur qui peut être utilisé à la place du dispositif détecteur 33 de 5 la figure 1o Ce dispositif détecteur comporte un réseau 80 de multiplicateurs d1électrons étroits 82. le côté entrée de ce réseau de multiplicateurs d1électrons est coplanaire au plan de sortie 27 du spectromètre électronique 22 de sorte que tous les électrons ayant la même énergie cinétique pénètrent dans 10 le même multiplicateur d*électrons étroit 82, suivant une ligne parallèle à la direction Yo Chaque électron qui pénètre dans ion multiplicateur d*électrons 82, par exemple le multiplicateur d*électrons 82a, produit une impulsion électrique sur ion conducteur correspon-15 dant 88a, parmi une pluralité de conducteurs de sortie 88 raccordant les anodes des multiplicateurs d'électrons à l'analyseur à voies multipleso Chacune de telles impulsions électriques ajoute une unité au compteur de la mémoire de l'analyseur à voies multiples, correspondant à l'énergie cinétique de 20 l'électron incident, qui a été à l'origine de cette impulsion électrique. les dispositifs détecteurs des figures 1, 2 et 3 peuvent faire l'objet d'une compensation pour tenir compte des non-linéarités spatiales dans le diagramme des électrons émer-25 géant du spectromètre électronique 22» Par exemple, sur la figure 1, la dispersion spatiale des particules en fonction de l'énergie peut être non linéaire dans la direction verticale ou direction X, Une non-linéarité compensatrice peut être introduite 30 dans la tension d'analyse verticale qui est appliquée à l'analyseur à voies multiples 46, modifiant la correspondance entre la tension d'analyse verticale et les compteurs de données, de telle sorte que chaque compteur de données corresponde à un intervalle égal d'énergie d'électron. Les lignes d'énergie 35 constante dans le plan de sortie peuvent également être courbes. Une non-linéarité compensatrice supplémentaire peut être introduite dans les circuits de balayage du tube Vidicon pour 72 06816 7 2126402 produire des lignes d'analyse horizontale courbes du tube de caméra Vidicon. Le détecteur de la figure 2 peut également être compensé vis-à-vis des non-linéarités spatiales en courbant les anodes 76 et en variant leur espacement et/ou leur 5 largeur, comme représenté sur la figure 4» D'une façon similaire, le détecteur de la figure 3 peut être compensé en incurvant les multiplicateurs électroniques 82 et en faisant varier leur largeur, comme représenté sur la figure 5« Chacun des dispositifs détecteurs des figures 1 à •10 5 peut être utilisé dans un système de balayage du type décrit et représenté dans une demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique en instance ayant pour titre "IMPROVED PARALLEL ENTRY DETECTOH SYSTEM" (Système détecteur à entrées parallèles perfectionné) déposée aux noms de Charles E. Tyler et Donald "15 L. Hammond le 3 Mars 1971 et cédée à la Demanderesse. 72 06816 8 2128402 REVENDICATIONS 1) Dispositif pour détecter des particules en fonction d'un paramètre choisi comportant un dispositif dispersif pour produire sur une sortie dudit dispositif une répartition spatiale des particules selon le paramètre choisi, caractérisé en ce qu'un détecteur est disposé adjacent à la sortie dudit dispositif dispersif afin de détecter la répartition spatiale des particules et produire simultanément un signal de sortie indicatif de cette répartition* 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif dispersif comporte un spectromètre électronique. 3) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit détecteur comporte des premiers moyens disposés en position adjacente à la sortie dudit dispositif pour produire une image amplifiée, dans au moins une dimension, de la répartition spatiale des particules à la sortie du dispositif dispersif, et des seconds moyens, sensibles à l'image amplifiée de la répartition spatiale des particules, pour produire un signal de sortie indicatif de la répartition des particules à la sortie du dispositif dispersifo 4) Dispositif selon la revendication 3» caractérisé en ce que lesdits premiers moyens comportent un multiplicateur de particules reproducteur d'image pour produire une image amplifiée de la répartition spatiale des particules à la sortie du dispositif dispersif, lesdits seconds moyens comportant un premier appareil sensible à l'image amplifiée de la répartition spatiale des particules pour produire un diagramme lumineux correspondant, lesdits seconds moyens comportant en outre un deuxième appareil sensible au diagramme lumineux pour produire une indication, sous forme de signaux de sortie électrique, de la répartition spatiale des particules à la sortie du dispositif dispersif» 5) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le premier appareil comporte un écran de phosphore, le second appareil comportant un tube de caméra de télévision, 72 06816 9 2128402 le second appareil comportant en outre des moyens pour alimenter ledit tube de caméra. 6) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens mentionnés en dernier lieu sont sus- 5 ceptibles de fonctionner pour alimenter le tube de caméra de télévision de façon à produire une trame non-linéaire pour compenser les non-linéarités dans la répartition spatiale des particules à la sortie du dispositif dispersif. 7) Dispositif selon la revendication 3» caractérisé 10 en ce que lesdits premiers moyens comportent un multiplicateur de particules reproducteur d'image pour produire, sur une sortie dudit multiplicateur, une image amplifiée de la répartition spatiale des particules à la sortie du dispositif dispersif, lesdits seconds moyens comportant une pluralité d*anodes 15 disposées adjacentes à la sortie dudit multiplicateur de particules reproducteur d'image. 8) Dispositif selon la revendication 7» caractérisé en ce que lesdites anodes sont incurvées suivant leur longueur dans une direction orthogonale à la direction de dispersion du 20 dispositif dispersif pour compenser la courbure de la répartition spatiale des particules ayant la même valeur du paramètre choisi. 9) Dispositif selon l'une des revendications 7 et 8 caractérisé en ce que lesdites anodes présentent au moins 25 l'une des deux caractéristiques suivantes consistant à avoir des largeurs différentes et des espacements différents dans la direction de dispersion du dispositif dispersif pour compenser les non-linéarités de la dispersion du dispositif dispersif. 10) Dispositif selon la revendication 3» caractérisé 30 en ce que lesdits premiers moyens comportent une pluralité de multiplicateurs de particules pour produire une image amplifiée, dans une dimension, de la répartition spatiale des particules à la sortie du dispositif dispersif, chacun desdits' multiplicateurs de particules comportant, une'anode et lesdits 35 seconds moyens comportant les anodes desdits multiplicateurs de particules. 11) Dispositif selon la revendication 10j caractérisé 72 06816 10 2128402 en ce que lesdits multiplicateurs sont incurvés suivant leur longueur dans une direction orthogonale à la direction de dispersion dudit dispositif dispersif pour compenser la courbure de la répartition spatiale des particules ayant la même valeur 5 du paramètre choisi. 12) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que les multiplicateurs de particules ont des largeurs différentes dans la direction de dispersion du dispositif dispersif pour compenser les non- 10 linéarités de la dispersion du dispositif dispersif. 13) Dispositif selon la revendication 3j caractérisé en ce que lesdites particules sont constituées par des électrons, ledit dispositif dispersif étant constitué par un spectromètre électronique, lesdits premiers moyens comportant au 15 moins un multiplicateur électronique pour produire une image dans au moins une direction de la répartition spatiale des électrons à la sortie du dispositif dispersif et lesdits seconds moyens comportant un appareil de traitement, sensible à l'énergie amplifiée de la répartition spatiale des électrons à la 20 sortie du spectromètre électronique, pour produire une indication sous forme de signaux de sortie, de la répartition spatiale des électrons à la sortie du spectromètre électronique.