Brevet FR2406891A1 — publié le 19790518

La présente invention concerne les dispositifs d'alimentation et de commande de tubes Geiger-Muller, souvent désignés par l'abréviation "tubes GM" qui sera utilisée par la suite. On sait que les tubes compteurs GM sont des tubes à gaz qui fournissent une impulsion de courant chaque fois qu'une particule ou un photon libère au moins une paire d'ions en les traversant. Ces tubes GM comportent une cathode, généralement constituée par leur paroi externe mise à la masse > et une anode placée au centre d'une enceinte occupée par un gaz donnant naissance aux ions. Un dispositif d'alimentation et de commande doit être prévu pour établir, entre l'anode et la cathode, en régime de fonctionnement, une différence de potentiel suffisante pour que le nombre de charges libérées par le passage des particules ionisantes soit pratiquement indépendant de l'ionisation primaire. Pendant longtemps, on a utilisé des tubes GM dits "autocoupeurs" associés à un dispositif d'alimentation qui maintenait en permanence, entre la cathode et l'anode, une différence de tension, dite haute tension permettant le fonctionnement. A l'heure actuelle, la plupart des dispositifs d'alimentation et de commande pour tubes GM utilisent au contraire deux sources de tension qui sont alternativement appliquées au tube. Au cours d'une phase dite 'active", une haute tension présentant une premiere valeur (par exemple comprise entre 400 et 650 voltsEdans le cas d'un tube cylindrique classique) est appliquée entre la cathode et l'anode. Au cours des autres phases, dites "bloquées", une tension inférieure, par exemple comprise entre 100 et 350 volts dans l'exemple ci-dessus, est appliquée à la cathode et vient se soustraire à la tension initiale. Ces dispositifs comportent divers inconvénients. En particulier, ils doivent fournir des sorties multiples de haute tension. Ils ont une consommation importante et leur réalisation est délicate. Ces inconvénients font qu'il n'a pas été possible de réaliser jusqu'à ce jour des radiametres portatifs utilisant des tubes GM comme élément détecteur et donnant des résultats satisfaisants. La présente invention vise à fournir un dispositif d'alimentation et de commande pour tubes GM n'exigeant qu'une seule sortie à haute tension, correspondant à la tension de la phase "active". Dans ce but, l'invention propose notamment un dispositif comprenant une source à haute tension reliée à l'anode du tube GM dont la cathode est reliée à un circuit de détermination et de comptage, caractérisé en ce que la cathode est reliée à la source par un premier interrupteur électronique et à la masse par un élément de maintien de différence de potentiel déterminée et par un interrupteur électronique, placés en série, et en ce que les interrupteurs sont alternativement commandés de façon à porter alternativement la cathode à une première tension, permettant le fonctionnement du tube, et à une seconde tension, provoquant le blocage du'tube et fixée par l'élément de création d'une différence de tension. La fréquence des alternances est av-antageusement déterminée par une horloge de commande fournissant au dispositif un signal rectangulaire à la fréquence convenable.- L'expérience a, de plus, montré qu'il est possible d'atteindre une fréquence élevée, voisine de 5 KHz dans le cas de tubes GM destinés à la détection de rayonnements gamma, ce que ne permettaient pas les montages antérieurs, et ce qui autorise une précision meilleure. - Enfin,il est possible de réaliser des dispositifs conformes à l'invention présentant un faible volume et une consommation faible, c'est-à-dire sous forme d'un module insérable dans un radiamètre portatif. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un dispositif qui en constitue un mode particulier de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère au dessin qui l'accompagne, dans lequel - la figure 1 est un diagramme par blocs, montrant le schéma de principe du dispositif; - la figure 2 montre l'allure des tensions qui apparaissent auxpointsdu dispositif portant les mêmes numéros de référence que les lignes de la figure 2; - la figure 3 montre, de façon plus détaillée, une constitution des différents composants du schéma de la figure 1. La figuré 1 montre un tube GM 10 schématisé par son anode il et sa cathode 12. La cathode est reliée à la massepar une résistance 30 et une capacité de découplage 14. Elle attaque une chaine d'amplification et de comptage, non représentée. L'anode Il est associée au dispositif d'alimentation et de commande. Celui-ci comporte une première branche reliant la cathode du tube 10 à une borne 15 à laquelle est appliquée, lors du fonctionnement, une haute tension de valeur suffisante pour rendre le tube actif, et une branche reliant la cathode à la masse. La première branche comprend un premier interrupteur électronique 16 en parallèle avec une résistance 17.L'interrupteur :16 est d'un type permettant de relever en un temps très bref la tension à le cathode il du tube 10 jusqu'à sa valeur nominale et de rendre ainsi le tube actif. La résistance 17 a une valeur choisie pour compenser les fuites du tube GM 10 et de l'électronique associée. La seconde branche comporte, placés en série, une résistance 18, un élément 19 maintenant à ses bornes une différence de potentiel bien déterminée, et un second interrupteur électronique 20. L'interrupteur électronique 20, lorsqu'il est fermé, relie à la masse la sortie de l'élément 19. Ce dernier est choisi pour maintenir alors, entre la cathode Il et la masse, une différence de potentiel suffisamment faible pour que le tube GM 10 soit inactif, mais la plus élevée possible de façon à réduire notablement la consommation de courant, La résistance 16 constitue une résistance de décharge du tube, qui, lors de la fermeture de l'interrupteur 20, se comporte approximatIvement comme un condensateur placé en parallèle avec une résistance de valeur élevée. Les interrupteurs électroniques 16 et 20 sont commandés par un circuit de déclenchement 21 qui reçoit, sur son entrée 22, des signaux rectangulaires provenant d'une horloge et dont le rapport cyclique sera généralement égal à 1. Les composants schématisés sur la figure 1 peuvent avoir la constitution indiquée, à titre d'exemple, sur la figure 3 ou les éléments correspondant à ceux de la figure 1 sont désignés par le même numéro de référence. Le circuit 21, destiné à trai-ter le signal d'horloge qu'il reçoit, comporte un inverseur tampon d'entrée 23. La sortie de cet inverseur attaque le second-in-terrupteur électronique 20, constitué par un transistor 24 précédé d'un réseau dérivateur (condensateur 25 et résistance 26 en parallèle). A la sortie 27 du réseau dérivateur apparaît, en réponse à chaque front descendant du signal d'horloge 22 (figure 2), une impulsion positive qui sature rapidement le transistor 24 et, en réponse à chaque front montant du signal d'horloge 22, une impulsion négative 28 qui bloque le transistor 24. Les signaux de sortie prélevés sur le collecteur du transistor 24 sont appliqués à l'élément 19 qui est constitué, dans le mode de réalisation illustré en figure 3, par un transistor supplémentaire 30, à base ouverte, fonctionnant en mods claquage. Ce transistor 30 évite que la tension appliquée à la cathode il du tube GM 10 ne retombe à une valeur nulle lorsque le transistor 24 est conducteur. Il ppurrait être remplacé par une diode Zener, mais cette dernière solution est moins satisfaisante car, aux valeurs du courant de travail que l'on trouve dans un tel montage, la tension Zener n'est pas définie de façon prédise. L'inverseu-r tampon 23 attaque également, par l'intermédiaire d'-un montage série condensateur 29-résistance 31, un réseau d'inverseurs tampons 32. Les inverseurs 32 écretent et mettent en forme les signaux trarismis par l'intermédiaire du montage série L'alimentation à basse tension des inverseurs s'effectue à l'aide d'une borne 33. Cette borne 33 et la sortie du réseau d'inverseurs sont reliées aux extrémités du primaire du transformateur à tore 34 constituant l'organe d'entrée du premier interrupteur électronique 16. Deux secondaires 35 et 36 fournissent, en réponse aux impulsions négatives appliquées au primaire, des impulsions positives très brèves qui- saturent, en un temps tres court, deux transistors respectifs 37 et 38. Pendant la durée de saturation des transistors 37 et 38, des impulsions de tension apparaissent a la sortie 39 de l'interrupteur 16 et ramènent la tension d'anode à une valeur sensiblement égale à celle de la source haute tension, appliquée à la borne 15. La résistance 17 est choisie de façon que la tension entre anode et cathode du tube 10 ne varie pas sensiblement du fait des fuites pendant les intervalles de temps T1 où le tube reste actif [Figure 23. L'emploi d'un transformateur à tore 34 permet de transmettre l'impulsion négative élaborée par le circuit 21 sans d6gradatioa appréciable du temps de montre. On peut rem- placer ce transformateur A tore par des coupleurs.opto- électroniques mais, & performances équivalentes, de tels coupleurs sont plus onéreux et entraient une consommation plus importante. On peut galszent remplacer les transistors 37 et 36 par un transistor unique, mais cette solution imposera en général d'utiliser un transistor spécial, étant donné que sa tension VICE0 doit être supérieure à la valeur de la haute tension, qui dépasse souvent 600 volts. A titre d'exemple, on a réalisé un dispositif d'alimentation de commande utilisant une haute tension de 550 volts et comportant des transistors 37 et 38 montés en cascade. La résis- tance 17 avait une valeur de plusieurs megohms, donc entraînait une consommation très faible. Le circuit 21 était constitué par des inverseurs type'SFF 24 049. Le second interrupteur 20 comportait un circuit dérivateur constitué d'une résistance de 1 megohm et d'un condensateur de 100 picofarads, associé à un transistor BF 259. Le transistor 30 permettait de ramener la tension de 550 volts à environ 300 volts. La fréquence de fonctionnement était de 5 kHz et permettait de conserver une précision totalement satisfaisante. La durée des impulsions à la sortie 39 était de 500 ns environ. L'invention est susceptible de nombreuses variantes de réalisation et peut s'adapter sans difficulté à tout type de tube GM, notamment pour la détection des rayonnements gamma et X. En montant plusieurs transistors en cascade pour constituer le premier interrupteur 46, on peut en particulier utiliser des tubes GM exigeant une tension de fonctionnement très élevée. Il va sans dire que la portée du présent brevet s'étend à toute variante du genre ci-dessus défini, ainsi qu'à toutes autres restant dans le cadre des équivalences. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alimentation et de commande de tube GM comprenant une source à haute tension unique reliée à l'anode du tube GM dont la cathode est reliée à un circuit de détection et de comptage, caractérisé en ce que la cathode est reliée à la source par un premier interrupteur électronique et à la masse par un élement de maintien de différence de potentiel déterminée et par un interrupteur électronique, placés en série, et en ce que les interrupteurs sont alternativement commandés de façon à porter alternativement la cathode à une première tension, permettant le fonctionnement du tube, et à une seconde tension, provoquant le blocage du tube et fixée par l'élément de création d'une différence de tension. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une résistance montée en parallèle avec le premier interrupteur et de valeur choisie pour compenser les fuites du tube. 3. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément de maintien d'une différence de tension est comporté par un transistor monté base en l'air ou par une diode Zener, ou par une diode en claquage, ou un assemblage. 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de commande des interrupteurs, comprenant une entrée de réception d'un signal rectangulaire d'horloge, deux sorties reliées chacune à une entrée de commande d'un des interrupteurs, lesdites sorties fournissant des impulsions brèves, l'une sur les fronts montants et l'autre sur les fronts descendants du signal rectangulaire. 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que ledit circuit comporte un inverseur et un circuit dérivateur attaquant un transistor constituant le second interrupteur. 6. Dispositif suivant la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que ledit circuit comprend un réseau d'inverseurs et un transformateur à tore dont le primaire unique est attaqué parle réseau d'inverseurs et dont les n secondaires sont reliés aux bases de n transistors montés en cascade et constituant le premier interrupteur.