Brevet FR2461267A1 — publié le 19810130

1. L'invention concerne un détecteur de scintil- lation avec un transformateur photoélectrique, auquel est optique- ment couplé un scintillateur en forme de disque, à symétrie de révolution, ayant un volume inférieur à un centimètre cube, à travers une surface de sortie de lumière plane, tournée vers le transformateur photoélectrique, le scintillateur étant limité par une partie de paroi circulaire cylindrique, dont la droite gJné- ratrice présente un passage arqué continu vers la génératrice de la partie de surface du scintillateur tournée vers le côté opposé au transformateur photoélectrique. Pour l'indication énergétique de rayonnements d'ionisation, on emploie des scintillateurs dans lesquels, lors de l'absorption d'énergie de quantas de rayonnement individuels, ou de particules chargées, il y a déclenchement d'éclairs lumineux, ou de phénomènes de luminescence. La quantité de lumière ainsi produite est proportionnelle en intensité au rayonnement intégré dans le volume du scintillateur. La quantité de lumière produite à chaque occuwence est habituellement amplifiée avec un photomulti- plicateur, et analysée dans un transformateur de données branché en aval, suivant les hauteurs d'impulsion. -Le rayonnement ionisant l'absorption peut avoir lieu dans chaque élément de volume du scintillateur. La lu- mière dont dispose le transformateur de données à chaque absorption d'énergie se compose d'une proportion de lumière primaire irradiée de chaque élément de volume directement sur le photomultiplicateurp et d'une proportion de lumière secondaire, qui résulte de la somme de toutes réflexions sur la face intérieure du scintillateur. En fonction de la position de l'élément de volume dans lequel l'absorption d'énergie a lieu à l'intérieur du volume de scintillateurs le nombre des réflexions multiples se mo- difie. Comme chaque réflexion est égale à une perte d'énergie, il s'en suit que même pour l'absorption de la même énergie en diffé- rents points du volume du scintillateur, à l'entrée du photomulti- plicateur, il se produit des impulsions lumineuses d'intensité variable. La conséquence directe de ce processus est un abaissement de la décomposition d'énergie que l'on peut attein- dre pour le rayonnement à mesurer. Cet effet indésirable s'amplifie avec de faibles volumes de scintillateur, cependant que les écarts entre les surfaces limites du scintillateur effectuant les réflexions 2.- augmentent rapidement. L'invention a pour but de créer un détecteur de scintillation, dont la décomposition d'énergie est largement indépendante du volume du scintillateur, et qui, en particulier également dans le cas de scintillateurs dont le volume est infé- rieur à un centimètre cube, permet une amélioration considérable de la décomposition d'énergie. A cet effet, l'invention propose un détecteur de scintillation du type décrit en introduction, caractérisé en ce que la surface du scintillateur qui est éloignée du transfor- mateur photoélectrique, est en forme de cuvette présentant, dans sa zone centrale, une courbure convexe tournée vers la surface de sortie de lumière plane, défocalisant la lumière secondaire et élevant le nombre des réflexions multiples, le passage arqué continu présentant une courbure concave, tournée vers la surface de sortie de lumière plane, défocalisant la lumière secondaire, et abaissant le nombre des réflexions multiples. Les avantages obtenus avec le détecteur de scintillation proposé consistent en particulier en ce que, par une mesure simple à réaliser, on obtient une amélioration consi- dérable de l'analyse énergétique, et que la possibilité est proposée d'employer également des petits détecteurs de scintil- lation pour l'analyse du niveau d'impulsions et d'ouvrir ainsi de nouveaux domaines pour leur mise en oeuvre. Un mode de réalisation d'un détecteur de scintillation selon l'invention, est représenté sur le dessin et sera décrit plus en détail ci-dessous. le scintillateur 1 est constitué par un cristal de iodure de sodium activé au thallium, ayant la forme d'un disque et dont le diamètre est 2 r = 3 mm et l'épaisseur d = 1 mm. La surface du scintillateur 1 tournée vers la source de rayonnement 2, la surface d'entrée du rayonnement 3, est arrondie dans sa zone de bordure, c'est-à-dire dans la zone de perte de lumière extrême par réflexion multiple, de telle façon que la courbe génératrice du scintillateur 1 à symétrie de révolution; présente un passage 4 arqué continu depuis la paroi 5 parallèle à l'axe, jusqu'à la ligne de démarcation de la surface 3 du scintillateur 1 tournée vers la source de rayonnement 2. La zone centrale 6 de la surface d'entrée 3 du rayonnement, c'est-à-dire la zone de gain lumineux le plus 3.- élevé, a une forme concave. Ces deux mesures, dans la zone de bordure de la face d'entrée 3 du rayonnement, l'abaissement du nombre de réflexions multiples par arrondissement, et dans la zone centrale 6 de la face d'entrée 3 du rayonnement, l'augmenta- tion du nombre des réflexions multiples par conception concave de la surface du scintillateur, se complètent de telle façon, que le gain lumineux soit, en chaque point du volume du scintillateur, pratiquement de la même grandeur. Sur la face circulaire du scintillateur 1, tournée à l'opposé de la source de rayonnement 2, la face de sortie 7 de la lumière, se trouve raccordé un photomultiplicateur 9, à travers une conduite d'éclairage 8, qui est constituée par une baguette de verre de 3 mm de diamètre. Un capuchon 10 en aluminium entoure le scin- tillateur 1 et l'extrémité de la conduite d'éclairage 8 raccordée au scintillateur 1 au moyen d'une colle transparente à la lumière. Le capuchon 10 est conçu, sur sa face frontale plane tournée vers la source de rayonnement 2, sous forme de fenêtre 11 transparente au rayonnement, dont l'épaisseur de paroi se monte à 50 >km. L'espace creux entre le capuchon 10 avec la fenêtre à rayonnement 11 et le scintillateur 1 avec l'extrémité de la conduite d'éclairage 8, est complètement rempli par une poudre d'oxyde métallique 12 comme le MgO. De capuchon 10 est fermement relié à son extrémité ouverte, avec la conduite d'éclairage 8, au moyen d'une colle 13. La conduite d'éclairage 8 est entourée d'un tube 14 en aluminium de façon étanche à la lumière. Le tube 14 entourant la conduite d'éclairage 8, s'élargit en diamètre inté- rieur vers son extrémité, et s'enfonce dans le capuchon 10 dont le diamètre extérieur se rétrécit à cet endroit. Le rayonnement X ou gamma 15 à faible énergie qui sort de la source 2, traverse la fenêtre à rayonnement 11 et la poudre d'oxyde de magnésium 12 et Va être absorbé par le scintillateur 1 constitué d'un cristal d'iodure de sodium (TL). La transformation d'énergie liée à cela con- duit, pour les différentes sortes de formation 16, 17, 18 repré- sentées à titre d'exemple, chaque fois à un éclair lumineux, dont la lumière est transmise en partie directement et en partie après ln" réflexions sur la face intérieure du scintillateur 1, comme 4 impulsion lumineuse 19 à travers la conduite d'éclairage 8, s1u le photomultiplicateur 9. REVENDICATIONS 1.- Détecteur de scintillation avec un transformateur photoélectrique (9), auquel est optiquement couplé un scintillateur (1) en forme de disque, à symétrie de révolution, ayant un volume inférieur à un centimètre cube, à travers une surface de sortie de lumière (7) plane, tournée vers le transfor- mateur photoélectrique (9), le scintillateur (1) étant limité par une partie de paroi circulaire cylindrique, dont la droite géné- ratrice présente un passage (4) arqué continu vers la génératrice de la partie de surface du scintillateur (1) tournée vers le côté opposé au transformateur photoélectrique (9), détecteur caracté- risé en ce que, la surface du scintillateur (1) qui est éLoignée du transformateur photoélectrique (9), est en forme de.cuvette présentant, dans sa zone centrale (6) une courbure convexe tournée vers la surface de sortie de lumière (7) plane, défocalisant la lumière secondaire etélevant le nombre des réflexions multiples, le passage arqué continu (4) présentant une courbure concave, tournée vers la surface de sortie de lumière (7) plane, défocali- sant la lumière secondaire, et abaissant le nombre des réflexions multiples. 2.- Détecteur de scintillation selon la revendication 1, caractérisé par les points suivants: 1) le scinti llateur est relié à un conducteur d'éclairage (8), par sa surface de sortie de lumière (7) plane, tournée vers le transformateur photoélectrique, au moyen d'une colle transparente à la lumière, 2) le scintillateur (1) et la conduite d'éclairage (8) ont le même diamètre, 3) un capuchon (10) en aluminium entoure le scintillateur (1) et l'extrémité de la conduite d'éclairage (8) raccordée au scintil- lateur (1), 4) le capuchon (10) est conçu, sur sa face frontale plane tournée vers la source de rayonnement (2), comme une fenêtre (11) transpa- rente au rayonnement, 5) le volume creux entre le capuchon (10) et le scintillateur (1), avec l'extrémité de la conduite d'éclairage (8), est entièrement rempli d'une poudre d'oxyde métallique (12), 6) le capuchon (10) est, à son extrémité ouverte, relié à la conduite d'éclairage (8) par une colle (13), 5.- 7) la conduite d'éclairage (8) est entourée par un tube (14) en aluminium, de façon étanche à la lumière, 8) le tube (14) entourant la conduite d'éclairage (8) est fiché sur l'extrémité du capuchon (10).