Brevet FR2257996A1 — publié le 19750808

La présente inentior a pour objet un dispositif de localisation de faisceau > dlE,e-gents de reynnements ionisants. On sait qu'un détecteur de particules est un dispositif qui permet la mise en évidence soit de particules chargées (a,ss...), soit de particules neutres (neutrons ou rayonnements électromagnétiques X,y ). Certaines de ces détecteurs, en plus de la détection, ctest-à-dire de la mise en évidence des particules et du comptage de ces particules, permettent de localiser le point d'impact desdites particules. De tels détecteurs qu ils soient prévus pour les particules chargées ou pour des particules neutres permettent -soit une détection selon une seule direction, soit une détection selon deux directions perpendiculaires. De tels détecteurs de localisation à une ou deux dimensions sont bien connus. On peut citer en particulier les détecteurs décrits dans les brevets déposés au nom de la demanderesse concernant les détecteurs multifils plans à localisation. On peut citer an particulier les brevets français n 1 572 385 du 18/04/68 pour "Dispositif détecteur de neutrons", n 69 17042 du 23 mai 1969 pour "Dispositif de localisation de rayonnement"j et la demande de hrevet français n 72 09794 du 21 mars 1972 pour "dispositif détecteur de neutrons. Il existe toutef oi5 un grand nombre d'applications por lesquelles des détecteurs de localisation plans ne sont pas utilisables. C'est le cas en particulier lorsque le détecteur de localisation est chargé de donner la répartition angulaire d'évènements nucléaires (diffraction X, diffraction neutronique). Une structure plane teile que celle qui est décrite dans les brevets cités est mal adaptée à cette technique, en particulier à cause de 11 effet de parallaxe qui en résulte. On pourrait imaginer pour pallier cet inconvénient de donner à l'ensemble de détection (plaques cathode et fils d'anode) une disposition enforme de secteurs de cylindre dont l'axe de révolution serait confondu avec la source de rayonnement diffracté. Toutefois dans le cas (qui est le plus général) où le détecteur fonctionne en régime proportionnel, il est nécessaire d'employer des nappes de fils très fins pour les fils d'anode. Il n'est pas possible technologiquement de réaliser des structures autres que des structures planes. I1 est donc pratiquement impossible de donner aux structures de localisation la forme indiquée ci-dessus. La présente 1rV0ntin a précisément pour objet un détec tueur de localisation courbe pour particules nucléaires qui pallie les inconvénients cités cdessus en dissociant 1' espace de détection et l'espace de localisation à l'ir.tézieur du détecteur, ce qui supprime l'effet de parallaxe Le dispositif de localisation objet de l'invention se caractérise en ce que ledit dispositif comprend un bottier compor tant une face avant et une face arrière et rempli d'un fluide apte à produire des charges électriques sous l'action desdits rayonnements, des moyens pour créer un champ électrique distribué orthogonalement à des portions de surface de révolution parallèles entre elles admettant un axe commun de révolution contenu dans ledit plan de symétrie et un ensemble plan de localisation de charges électriques placé en arrière desdits moyens. De préférence, lesd-its moyens comportent un ensemble d'électrodes disposées suivant lesdites portions de surface de révolution De préférence également, ledit ensemble de localisa tion de charges électriques comporte deux cathodes planes contenues dans des plans parallèles audit axe de-révolution et perpendicu laires audit plan de symétrie, et entre lesdites cathodes une nappe de fils d'anode régulièrement répsrtiset disposés dans un plan parallèle au plan desdites cathodes. Selon un premier mode de réalisation, qui permet la détection selon une direction, les portions de surface de révo lution paralleles entre elles sont des secteurs de cylindre. Selon un deuxième mode de réalisation, qui permet la détection selon deux directions, les portions de surface de révo lution parallèles entre elles sont des calottes sphériques. De toute façon l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de plusieurs-mode de mise en oeuvre de l'invention doués à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux figures annexées sur laèquelles on a représenté - sur la figure 1 une vue en coupe horizontale selon le plan AA de la figure 2 d'un détecteur de localisation selon une dimension. - SUL la figure 2 une vue en coulpe selon le plan BB de la figure 1 du même dispositif de localisation, - sur la figure 3 une vue an coupa horizontale d'un détecteur permettant une localisation selon deux dimensions perpendiculaires, et - sur la figure 4 une vue en perspective d'une électrode de rift du détecteur de localisation représenté sur la figure 3. Comme on l'a indiqué précédemment, une des caractéristiques essentielles des modes de réalisation du dispositif objet de l'invention réside dans le fait que l'on sépare l'espace de détection de l'espace de localisation. Les problèmes particuliers à résoudre, liés au fait que l'on veut détecter la direction angulaire du phénomène, concernent essentiellement la forme particulière à donner à l'espace de détection. On insistera donc plus particulièrement dans la description sur cette partie de I'appareil. Au contraire, la partie localisation est constituée par un détecteur de localisation plan à une ou deux dimensions. On peut utiliser n'importe quel type de détecteur plan à une ou deux dimensions en liaison avec l'ensemble de localisation propre à l'invention et en particulier un détecteur multifils. On décrira donc seulement pour l'ensemble de localisation un mode préféré de réalisation remarquahle en ce qu'il simplifie considérablement le traitement des signaux permettant la localisation. De même on n insistera pas sur l'alimentation électrique des diverses électrodes des détecteurs multifils, ces modes d'alimentation ne présentant aucun caractère particulier. Pour obtenir un fonctionnement en régime proportionnel, les tensions à appliquer sur les électrodes sont bien connues de l'homme de l'art. Enfin la nature du fluide emprisonné dans le détecteur n'est pas spécifiée. On sait qu'elle dépend du type de particules qu'on veut localiser et de leur énergie. Pour avoir davantage de précisions sur ce point, on peut avantageusement se reporter aux brevets cités dans la description. ss On a représenté sur les figures 1 et 2 un premier mode de réalisation de détecteur permettant une localisation angulaire selon une direction (direction du plan de la figure 1). L'ensemble du dispositif présente une symétrie par rapport au plan AA dans lequel on a placé l'échantillon 2 à étudier. On a représenté par des flèches le diagramme de diffraction du faisceau auquel est soumis ltéchantillon (rayon X ou neutrons thermiques par exemple). Le détecteur comporte un boîtier étanche 4 dont la face avant 6 est munie d'une fenêtre réalisée en un matériau perméable au rayonnement à détecter. L'ensemble de détection est constitué par une pluralité d'électrodes de drift qui sont schématiquement au nombre de trois (10a, lOb, 1Oc). Ces électrodes sont inscrites sur des portions de cylindre admettant comme axe de révolution, la perpendiculaire au plan de la figure 1 passant par l'échantillon 2.L'angle au centre de ces secteurs de cylindre, dont les génératrices bien entendu sont perpendiculaires au plan de la figure 1, est légèrement supérieur à l'angle d'ouverture de la fenêtre 8. Les électrodes de drift Ifla, 1Ob, 10c sont complétées par une grille dont cn a représenté seulement le-s fils horizontaux 12 sur la figure 2. Ces fils horizontaux 12 sont bien sflr également inscrits sur les portions de secteurs cylindriques. Ils ont une rigidité suffisante pour être formés suivant des arcs de cercle et pour ,conserver cette forme. Il est d'ailleurs équivalent d'utiliser des fils rectilignes orthogonaux au plan de la figure 1 et tendus entre les deux cfltés,en forme d'arc de cercle, des électrodes 10a, lOb, et 10c.L'ensemble des électrodes de drift 10a 10b, 10c définit une zone de détection dans laquelle la quasi totalité des événements nucléaires (rayons X, neutrons thermiques) sont détectés. Il faut donc donner à cette zone une importance suffisante pour que la quasi totalité des évènements nucléaires aient effectivement engendré des particules chargées dans cette zone et pour conserver aux charges créées leur trajectoire.Le champ électrique créé par les électrodes de drift, perpen diculaire à celles-ci, étant de révolution autour de l'axe de l'échantillon, l'information localisation est indépendante pour une position du faisceau diffracté donnée de l'endroit où se produit la création des charges primaires, c'est-à--dire de la distance séparant l'échantillon du point de création desdites charges, à condition bien sQr que ce point reste situé dans la zone d e drift. Le dispositif comporte bien sûr également un ensemble de localisation 14 fixé-sur la face arrière 16 du boitier 4 du détecteur. Dans ltexemple représenté, le dispositif de détection 14 comporte de la face avant vers la face arrière un premier plan cathode 18 constitué par une pluralité de conducteurs parallèles et équidistants représentés en 20 sur la figure 2. Il comporte également une plaque cathode 22 parallèle à la première cathode i8 et qui sera décrite ultérieurement. Entre ces deux plaques cathodes, on ménage une nappe 24 de fils d'anode 26 parallèle aux plaques cathodes 18 et 22. Elle est constituée par d-es fils parallèles 26 régulièrement espacés, de diamètre très réduit (de l'ordre de 20u de façon à produire à leur voisinage un champ électrique multiplicateur.Au contraire, les fils 12 des électrodes de drift îfla, lOb, et 10c et les fils 20 du plan cathode 18 peuvent avoir un diamètre plus grand (de l'ordre de quelques centaines de microns). Selon un mode préféré de réalisation, la plaque cathode 22 est constituée par deux demi-cathodes ayant chacune la forme de dents de scia imbriquées les unes dans les autres. Chaque demicathode est reliée à un fil de sortie 28 et 28' attaquant respectivement les amplificateurs 30 et 30'. Comme cela a été décrit dans la demande de brevet français nO EN 73 46051 du 21/12/73 pour détecteur à localisation de particules", il suffit de traiter les signaux délivrés par les amplificateurs 30 et 30' associés à chaque demi-cathode pour localiser selon une direction parallèle aux fils d'anode la direction angulaire du faisceau de particules. Les dents' de scie sont disposées selon une direction parallèle aux fils d'anode par exemple. Il va de soi que les deux demicathodes sont isolées l'une de l'autre, et également du boîtier 4. Bien entendu an pourrait donner une autre forme aux plaques cathodes. En particulier elles pourraient également être réalisées par des bandes conductrices parallèles et perpendiculaires au plan de la figure 1 comme cela est,décrit dans les brevets français déjà cités. il faut alors un fil de sortie par bande de cathode'et un amplificateur par fil de sortie. Les trajectoires des charges créées dans la zone de drift à champ circulaire sont ensuite déformées en arrivant dans les zones 32 et 34 de la figure 1. Cela représente une correction systématique de position qui nécessiteseulement un étalonnage préalable du détecteur. Sur les figures 3 et 4, on a représenté un détecteur de localisation courbe permettant la localisation selon deux directions perpendiculaires. Ce-détecteur est identique au détecteur que l'on a représenté sur les figures 1 et 2, au fait près que les -électrodes de drift avec leurs grilles qui-étaient des secteurs de surface cylindrique ont maintenant la forme de portions de calottes sphériques centrées sur l-'échantillon 2 à tester. On a représenté sur la figure 3 les électrodes de drift 10'a, 10'b, 10'c qui ont la forme de couronnes. Les grilles de ces électrodes sont constituées par un réseau de fils conducteurs 12', disposés sur les calottes sphériques qui ont toutes pour centre l'échantillon 2. L'ensemble de détection 14' a exactement la même structure que l'ensemble de détection 14. Toutefois la localisation selon une direction se fait à partir des cathodes 22', alors que la détection selon la direction perpendiculaire se fait à l'aide Qs fils d'anode 26'. Dans ce cas également, on pcurrait bien sûr utiliser d'autres types de détecteurs plans multifils de localisation, comme cela a été indiqué précédemment. REVENDICATIONS 1 . Dispositif de localisation d'un faisceau divergent de rayonnements ionisants, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend un boîtier rempli d'un fluide apte à produire des charges électriques sous l'action desdits rayonnements et comportant une face. avant et une face arrière, des moyens pour créer un champ électrique perpendiculaire à des portions de surface de révolution parallèles entre elles ayant un plan de symétrie commun et admettant un axe commun de révolution contenu dans ledit plan de symétrie, et un ensemble plan de localisation de charges électriques placé en arrière desdits moyens,l'origine dudit faisceau appartenant à l'axe de révolution. 2. Dispositif selon la revendication 1,caractérisé en ce que les moyens pour créer ledit champ électrique comportent des électrodes munies de grilles inscrites sur lesdites portions de surface de révolution parallèles. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le boîtier dudit dispositif comporte sur sa face avant une fenetre perméable auxdits rayonnements dont l'ouverture est inférieure à l'angle solide sous lequel on voit lesdites électrodes depuis l'origine dudit faisceau. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les portions de surface de révolution parallèles entre elles sont des secteurs de- cylindre 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications à à 3, caractérisé en ce que les portions e surface de révolution parallèles entre elles sont des calottes sphériques, dont le centre commun appartient audit axe de révolution. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit ensemble de localisation plan comporte deux cathodes planes contenues dans des plans parallèles audit axe de révolution et perpendiculaires audit plan de symétrie et, entre lesdites cathodes, une nappe de fils d'anode régulièrement espacés et disposés dans un plan parallèle au plan desdites cathodes. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la cathode avant de l'ensemble de localisation est constituée par un ensemble de fils conducteurs parallèles entre eux. 8. Dispositif selon -l'une quelconque des revendications 1 à 79 caractérisé en ce que la cathode arrière de l'ensemble de localisation est constituée par deux demi-cathodes isolées l'une de l'autre ayant la forme de dents de scie imbriquées. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications à 7, caractérisé en ce que la cathode arrière de l'ensemble de localisation est constituée par des bandes conductrices parallèles entre elles et régulièrement espacées.