Brevet FR2111992A1 — publié le 19720616

La présente invention concerne un dispositif détecteur de rayonnement à gaz, utilisable notamment comme chambre à étincelles destinée à permettre la visualisation de la répartition spatiale d'un rayonnement X ou T. Elle concerne plus particulièrement un rlispositlf du type à trois électrodes tels que ceux qui sont utilisés dans le domaine médical pour établir des "scanning", c'est-à-dire des cartographies de la répartition d'un traceur radio-actif dans un organe déterminé. li est bien évident toutefois que cette application n'est nullement limitative. De tels dispositifs détecteurs de rayonnement à trois électrodes comportent, dans une enceinte contenant un mélange gazeux ionisable, et successivement dans la direction des rayo.inements à détecter, une cathode transparente à ces rayonnements, une grille et une anode, et des moyens de polarisation de ces électrodes de sorte que la grille définisse avec la cathode un espace de détection ou le rayonnement incident provoque l'ionisation du mélange gazeux et avec l'anode un espace de multiplication ou les électrons créés dans l'espace de détection qui traversent la grille se multiplient.Dans l'espace de multiplication, il se produit ainsi des avalanches électroniques localisées, en des points définis par la trajectoire des électrons primaires qui traversent la grille et, si la tension entre grille et anode est suffisamment élevée, ces avalanches donnent naissance à des étincelles. En disposant une pellicule photographique de telle manière qu'elle soit impressionnée par les étincelles, on obtient des cartographies telles que mentionnées ci-dessus. Toutefois, et malgré l'expression de "chambre à étincelles" qui est couramment utilisée pour les désigner, ces dispositifs peuvent aussi bien être mis en oeuvre sans production d'étincelles propre Tent dites, en exploitant alors par l'intermédiaire d'un amplificateur de lumière, les irZormations spatiales fournies par les avalanches électroniques. Depuis l'apparition des premières chambres à étincelles à trois électrodes,on acontinuellement cherché à diminuer le temps mort, c'est-àdire le temps qui doit nécessairement séparer deux étincelles consécutives pour que ces dernières soient effectivement engendrées par ionisation du gaz entre cathode et grille, et ceci en augmentant parallèlement la durée de vie de la chambre. Cette durée. de vie est essentiellement fonction de la détérioration de l'anode d'une part ct de celle du gaz de remplissage d'autre part.Dans ce but, on a proposé d'adjoindre à ia chambre à étincelles un circuit extérieur d'électronique rapide qui permet, en court-circuitant temporairement l'espace de multiplication à chaque étincelle, de réduire l'énergie déchargée dans les étincelles, ces dernières étant principalement responsables de la détérioration de l'anode et du gaz de remplissage. Le demandeur a déjà décrit diverses variantes d'un tel circuit extérieur, relié à l'anode et à la grille et comportant des moyens déclenchés par les étincelles produites dans l'espace de multiplication pour courtcircuiter temporairement cet espace de multiplication à chaque étincelle, et ceci notamment dans le brevet français nO 1 465 531 délivré au nom du Commissariat à l'Energie Atomique pour un "Dispositif de contrôle d'étincelle pour chambre à étincelles " et dans la première addition nO 89 644 et seconde addition nO PV 141 316 du 26 février 1968. Parallèlement, on a prévu dans les réalisations décrites dans ces documents, d'augmenter la résistance superficielle du dépôt métallique conducteur constituant l'anode. Le faible courant passant dans l'étincelle provoque néanmoins un signal puissant sur la grille de la chambre, signal au moyen duquel est commandée la fermeture du court-circuit extérieur pour décharger la capacité anode-grille en grande partie en dehors de l'étincelle. La présente invention vise essentiellement à permettre encore une diminution de l'énergie dépensée par chaque étincelle dans le remplissage gazeux de l'espace de multiplication, pour augmenter par là mye la durée de vie de la chambre et diminuer le temps mort, Elle propose dans ce but un dispositif détecteur du type défini ci-dessus, utilisable notamment en chambre à étincelles pour la visualisation de la répartition spat ale d'un rayonnement et comportant dans une enceinte contenant un mélange gazeux ionisable, trois électrodes parallèles comprenant une grille entre une cathode transparente audit rayonnement et une anode, ladite grille définissant avec ladite cathode un espace de détection où le rayonnement incident provoque l'ionisation dudit mélange gazeux et avec l'anode un espace de multiplication où les électrons créés dans l'es- pace de détection qui traversent la grille, se multiplient pour donner naissance à des étincelles, et comportant en outre un circuit extérieur reliant l'anode et la grille et comprenant des moyens déclenchés par les étincelles produites dans I1 espace de multiplication pour court-circuiter temporairement ledit espace de multiplication à chaque étincelle, qui se caractérise en ce que l'anode comprend deux dépôtsconducteurs en liaison électrique l'un avec l'autre, respectivement sur les deux faces d'une même plaque support optiquement transparente, un premier desdits dépôts présentant une grande résistance superficielle et limitant ledit espace de multiplication tandis que le second desdits dépôts présente une cible résistance superficielle. Les deux dépôts peuvent notre notamment reliés électriquement l'un à l'autre par tout moyen sur la périphérie de la plaque support, de préférence en verre, que ce soit par exemple par un simple fil de liaison, par plusieurs fils répartis autour de la plaque, ou encore par une couronne an nulaire déposée sur le pourtour latéral de la plante En courant contlr.u, ces deux dépotes se comportent comme une seule et même électrode.Toutefois, dans le dispositif selon l'invention, le signal qui est appliqué à l'anode par le court-circuit extérieur après apparition de l'étincelle suffit à produire mi effet capacitif entre le dépôt bon conducteur, qui prend instantanément le potentiel imposé, et le dépôt mauvais conducteur (c'est-à-dire le dépôt à forte résistance superficielle mentionné ci-dessus). La tension de ce dernier s'abaisse alors suffisamment pour étouffer l'étincelle. Cette interruption immédiate de l'étincelle permet donc d'augmenter encore la part de l'énergie qui passe par le court-circuit extérieur.L'emploi de pellicules?hotographiques de grande sensibilité permet toutefois d'exploiter les étincelles à peine déclenchées, pour réaliser des cartographies par exemple Selon un autre avantage du dispositif objet de la présente invention, on supprime les problèmes concernant notamment le réglage de la résistance superficielle de l'anode, posés dans les dispositifs classiques pour obtenir des étincelles régulières en luminosité sur toute la surface de l'anode, du centre à la périphérie.La raison en est que la décharge de l'é- tincelle ne fait intervenir qu'une très petite surface des électrodes D'autres caractéristiques et d autres avantages de l'invention ap paraStront à la lecture de la description qui suit; celle-ci concerne un mode de réalisation particulier du -dispositif illustré par la figure unique jointe et donné à titre d'exemple, sans aucun caractère limitatif. Dans le cas décrit, le dispositif est utilisé comme chambre à étincelles pour la visualisation de la répartition spatiale d'un rayonnement X ou y Comme le montre la figure, la chambre à étincelles décrite est essentiellement constituée par une enceinte 1, cylindrique, qui est remplie d'un mélange gazeux ionisable, constitué. d'un gaz rare dopé par un composé organique en phase vapeur tel que le méthylal ou la diéthylamine. Sur la face inférieure, l'enceinte est équipée d'un collimateur 2, l'ensemble étant orienté de sorte que ce collimateur soit disposé du côté des rayonnements à détecter.La face supérieure est réalisée en matière transparente pour permettre l'examen des étincelles produites dans la chambre et leur enregistrement par un appareil photographique. Trois électrodes planes parallèles sont disposées à l'intérieur de l'ensemble 1, à savoir successivement dans la direction du rayonnement : une cathode 3, une grille 4, une anode 5. La cathode est un disque transparent au rayonnement, en aluminium ou béryllium, qui limite l'enceinte 1. La grille est constituée par un tamis en acier inoxydable. L'anode est transparente pour permettre l'observation des étincelles. La grille 4 et l'anode 5 sont reliées à des sources de tension qui permettent de les polariser par rapport à la cathode, respectivement à une plus basse et à une plus haute tension. Il apparat alors, dans l'espace dit de détection 6, compris entre la cathode 3 et la grille 4, un champ électri- que relativement faible où le rayonnement est détecté principalement par effet photoélectrique sur les atomes du gaz, tandis qu'entre la grille 4 et l'anode 5, dans l'espace dit de multiplication 7, il règne un champ électrique élevé de sorte que ceux des électrons primaires créés dans l'espace de détection qui traversent la grille, y subissent une multiplication électronique jusqu'à produire une étincelle. Chaque étincelle est localisée juste au-dessus de la trace de l'électron primaire qui lui a donné naissance. Le dispositif comporte en outre un circuit extérieur à l'enceinte en parallèle avec l'espace de multiplication grille-anode. Ce circuit extérieur comprend un ensemble électronique 8 qui permet de fermer temporairement le circuit, la fermeture étant déclenchée par le signal produit sur la grille à l'apparition d'une étincelle. L'ensemble électronique n'a pas été détaillé sur la figure. Il peut être conforme à l'une ou l'autre des descriptionscontenues dans les brevets antérieurs du demandeur, notamment dans le brevet français nO 1 465 531 délivré au nom du Commissariat à l'Energie Atomique pour un "Dispositif de controle d'étincelle pour chambre à étincelles" et dans la première addition nO 89 644 et seconde addition nO PV 141 316 du 26 février 1968. Comme dans les chambres à étincelles décrites antérieurement par le demandeur, le circuit extérieur, avec l'ensemble électronique qui en assure temporairement la fermeture à chaque étincelle, permet de limiter la décharge produite à l'intérieur même de l'espace de multiplication, en court-circuitant ce dernier. Par contre, la chambre décrite se distingue des chambres antérieures par la constitution de l'anode, qui permet de diminuer encore l'énergie dépensée dans l'étincelle. L-'anode 5 est ici constituée par une plaque support transparente en verre, revêtue de deux dépôts conducteurs en oxyde d'étain dopé. Le dépôt 10 réalisé sur la face inférieure est un dépôt dit mauvais conducteur, de résistance superficielle relativement grande;limitant l'espace de multiplication , il est analogue au dépôt unique des chambres antérieures Le dépôt 17 réalisé sur la face opposée de la plaque transparente est au contraire un dépit bon conducteur, de faible résistance superficielle. Ces deux dépôts sont en liaison électrique l'un avec l'autre sur le bord de la plaque de verre, en un ou plusieurs points. En fonctionnement, le dépôt bon conducteur 11 est capable de transmettre une tension imposée par le circuit extérieur plus rapidement que le dépôt mauvais conducteur 10. Par suite, chaque fois qu'une étincelle se produit dans l'espace de multiplication, la fermeture temporaire du court-circuit extérieur fait apparaStre un signal de tension sur l'anode, et la tension immédiatement imposée au dépit bon conducteur 11 provoque, par effet capacitif, un abaissement de la tension du dépôt mauvais conducteur 10. Cet abaissement de tension provisoire suffit à étouffer l'étincelle ; il peut atteindre la moitié de la valeur de la haute tension de polarisation de l'anode. Dans la chambre ainsi décrite, grâce à l'extinction de l'étincelle dans un temps très bref, on ne décharge dans celle-ci qu'une faible partie de l'énergie dépensée, la majeure partie passant par le circuit extérieur. De plus la décharge ne fait intervenir qu'un élément de capacité de faible surface autour du point où l'étincelle jaillit de sorte que les variations de luminosité en fonction de la situation des étincelles sur la surface de l'anode sont pratiquement nulles. A titre d'exemple, la chambre à étincelles conforme à celle qui est représentée sur la figure jointe et décrite ci-dessus, présentait dans un mode de réalisation particulier les caractéristiques suivantes - Diamètre utile des électrodes ç 15 cm - Epaisseur de l'espace de détection ç 24 mm - Epaisseur de l'espace de multiplication : 2 mm - Mélange gazeux de remplissage :Xénon 720 torr Diéthylamine 46 torr - Epaisseur de l'anode (plaque de verre) : 6 mm - Résistance superficielle du dépôt bon conducteur : inf. à 100 n carrée - Résistance du dépôt semi-conducteur : 11 k n carrée Le circuit extérieur comprenait un transistor à avalanches et un tube à vide supportant 10 kV et pouvant débiter instantanément 10 Ao Le temps séparant le signal produit sur la grille par une étincelle et le passage du courant dans le tube à vide du court-circuit est de l'ordre de 27 ns. La chambre ainsi réalisée a été utilisée pour visualiser la répartition de rayonnementsx ou Y avec enregistrement photographique sur une pellicule Polaroïd. Les étincelles ne peuvent être perçues à l'oeil qu'après acclimatation dans le noir, mais elles sont perceptibles individuellement par l'enregistrement sur une pellicule de sensibilité 3000 ASA, avec une ouverture numérique de l'objectif photographique de F/2,5. Toutefois la luminosité des étincelles peut être augmentée en introduisant un retard au déclenchement du tube à vide fermant le court-circuit Pour accroître le taux de comptage par diminution du temps mort, la valeur de la résistance électrique reliant l'anode à la source de haute tension peut être abaissée à 1 Mn , au lieu de 10 M fl dans des réalisations antérieures. La chambre permet alors d'enregistrer plus de 2000 étincelles par seconde. Naturellement l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté ci-dessus. Elle en englobe au contraire toutes les variantes. En particulier le dispositif suivant l'invention, réalisé avec une anode à deux dépôts conducteurs conformément à la description précédente, peut également être utilisé en régime d'avalanches, Il permet alors une plus grande sécurité d'emploi : en cas de mauvais réglage, les étincelles produites sont moins perturbatrices. R E V E N D I C A T I O N Dispositif détecteur de rayonnement, notamment pour la visualisation de la répartition spatiale d'un rayonnement, comportant, dans une enceinte contenant un mélange gazeux ionisable, trois électrodes parallèles comprenant une grille entre une cathode transparente audit rayonnement et une anode, ladite grille définissant avec ladite cathode un espace de détection où le rayonnement incident provoque l'ionisation dudit mélange gazeux et avec l'anode un espace de multiplIcation où les électrons créés dans l'espace de détection qui traversent la grille se multiplient pour donner naissance à des étincelles, et comportant én outre un circuit extérieur reliant l'anode et la grille et comprenant des moyens déclenchés par les étincelles produites dans l'espace de multiplication pour court-circuiter temporairement ledit espace de multiplication à chaque étincelle, qui se caractérise en ce que l'anode comprend deux dépôtSconducteun en liaison électrique l'un avec l'autre respectivement sur les deu > faces d'une même plaque support optiquement transparente, un premier desdits dépôts présentant une grande résistance superficielle et limitant ledit espace de multiplication tandis que le second desdits dépôtsprésente une faible résistance superficielle.