Brevet FR2497961A1 — publié le 19820716

I La présente invention se rapporte à une sorte de sonde de détection de rayons gamma avec un tube Geiger-Mnller à halogène ainsi qu'à un processus qui étend la gamme de mesure de ce tube, compense les pertes d'impulsions dues au temps mort et évite les effets de saturation du tube en employant simultanément les impisions électriques et le courant délivré par le tube Geiger quand ce dernier est exposé à un champ de rayons gamma. Par ailleurs, le processus comprend un moyen pour ajuster la réponse de la sonde pour une certaine valeur du débit d'exposition, quel que soit le tube Geiger utilisé parmi ceux du même type. Des moyens empêchant la température du tube Geiger de baisser à partird'une certaine valeur réglable sont également prévus, dans le but d'allonger la durée de vie du tube. On sait que quand le débit d'exposition des rayons gamma qui sont incidents sur un tube Geiger-M ller est accru, les pertes des impulsions dues au temps mort de ce tube deviennent plus importantes, ce qui provoque une perte de proportionnalité entre le débit d'exposition et le nombre d'impulsions délivrées par le tube Ceiger; par conséquent, l'utilisation du tube est limitée à moins que des corrections ne soient faites, avec des calculs qui sont plus ou moins possibles et dans tous les cas fastidieux. On sait également qu'en augmentant l'exposition aux rayons gammaà Ès valeurs supérieures à celles corres- pondant à la gamme de mesure, les impulsions électriques que le tube délivre diminuent en amplitude jusqu'au point de disparaître, du fait de la réduction de la charge électrique par impulsion, par suite de l'augmentation du courant moyen qui passe à travers le tube. Cette réduction de l'amplitude et la disparition des impulsions peuvent produire des situations dangereuses et provoquer des accidents dûs à des indications erronées de l'équipement de mesure à des débitsélevés d'exposition. 2497 61 Les deux phénomènes qui précèdent produisent, comme résultat, une dépendance du courant du tube Geiger qui est proportionnelle au logarithme du débit d'exposition, jusqu'à ce que la valeur constante du courant de satura- tion soit atteinte. Des processus ont été employés pour étendre la gamme d'utilisation des tubes Geiger et linéariser leur réponse par rapport au débit d'exposition, en pulsant la haute tension de polarisation du tube ou en superposant une impulsion de tension sur cette dernière. Ce processus présente l'inconvénient qu'il faut produire des impulsions électriques de quelques centaines de volts d'amplitude. Dans la présente invention, on utilise simulta- nément les impulsions de tension produites par le tube Geiger et le courant qui le traverse, avec pour résultat net une linéarisation de la caractéristique taux de comp- tage-débit d'exposition de la sonde, ainsi cette dernière délivre des impulsions électriques dont la fréquence est en une relation linéaire appréciable avec le taux d'exposition dans toute la gamme de mesure. Cette fréquence d'impulsion peut être mesurée avec tout dispositif de mesure de fréquence ou équipement approprié de mesure. La sonde a deux canaux pour transmission des signaux que le tube Geiger produit quand il est situé dans un champ de rayons gamma. Le premier canal est le canal d'impulsions et il transmet une fraction fixe de celles que le tube Geiger produit. Des tubes Geiger du même type présentent à peu près des taux de comptage égaux pour un débit donné d'exposition, mais il y a une certaine dispersion parmi eux, due aux différences de sensibilité. Afin de corriger une telle dispersion et de compenser les différences de sensibilité des tubes Geiger, parmi ceux du même type, le passage des impulsions du tube Geiger à travers le canal d'impulsions de la sonde, est périodiquement bloqué pendant des périodes fixes et réglables de temps, afin que la sonde délivre un nombre fixe d'impulsions par seconde pour une valeur donnée du débitd'exposition. Le processus est caractérisé par la possibilité d'étalonner et d'ajuster la sonde indépendamment de l'équipement de mesure. Le second canal parmi ceux mentionnés est le canal de courant. Il agit quand la valeur du courant moyen qui passe par le tube Geiger dépasse une certaine valeur. Quand cela se produit, une conversion courant- fréquence des impulsions a lieu, avec une caractéristique de proportionnalité entre le courant du tube Geiger et le logarithme de la fréquence des impulsions. Les impulsions à la sortie de ce canal sont mélangées ou additionnées dans un sens booléen, dans un dispositif approprié, à celles du canal d'impulsions, afin d'obtenir ainsi une caractéristique à peu près linéaire entre ledébit d'exposition et la fréquence des impulsions à la sortie du dispositif de mélange. Quand ledébit d'exposition a des valeurs très élevées o le tube Geiger est saturé, et ne produit pas d'impulsions électriques, le canal de courant continue à fournir des impulsions d'une fréquence supérieure à celle correspondant à la limite supérieure de la gamme de mesure; dans de telles circonstances, l'indication de la mesure ne diminue pas, et n'atteint pas non plus zéro, ce qui évite ainsi la possibilité d'accidents dés à une indication erronée aux débits élevés d'exposition. Comme la sonde peut être soumise à de larges variations de température et que, par ailleurs, il semble y avoir un certain degré d'évidence que la durée de vie utile d'un tube Geiger est écourtée par des chutes rapides de température, le tube est abrité dans une enceinte thermiquement isolée et appropriée, dont la température est empêchée de baisser à partir d'une valeur préajustée. Dans les cas o la sonde peut être soumise à des conditions sévères d'impact ou de vibration, des mesures sont prises, dans une autre forme de mode de réalisation non limitatif, pour encapsuler le tube Geiger et le circuit électronique dans un élastomère de silicone ou autre matériau ayant des propriétés physiques appro- priées. Le circuit électronique se compose des pièces qui suivent: Un tube Geiger-MUller à halogène en tant que détecteur de rayons gamma. Une porte pour la transmission et le blocage des impulsions. Un formeur d'impulsions. Un convertisseur courant-fréquence. Un étage de sortie. Un contrôleur de température. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 montre un mode de réalisation de la présente invention; - la figure la montre le contrôleur de température; et - la figure 2 montre un mode de réalisation de la sonde. Les impulsions produites par le tube Geiger 1 atteignent le canal d'impulsions par le réseau de diffé- renciation formé de la résistance 2 et du condensateur 3. Ce canal est formé de la porte 4 qui s'ouvre et se ferme périodiquement par l'action du créneau produit par le multivibrateur astable 5, validant ou inhibant ainsi le passage des impulsions du tube Geiger. Le potentiomètre 6 permet de faire varier la symétrie du créneau et d'ajuster la fréquence des impulsions qui passent pour une certaine valeur du débit d'exposition, c'est-à-dire qu'il permet d'ajuster la sensibilité. Les impulsions transmises par la porte 4 déclenchent le formeur d'impulsions 7, qui délivre des impulsions à une amplitude, une largeur et une forme appropriées. Ces impulsions sont appliquées à l'étage de sortie 8 qui produit une faible impédance de sortie. Le canal de courant est formé du convertisseur courant-fréquence. Le courant fourni par le tube Geiger 1, filtré par la résistance 9 et le condensateur 10, force le transistor 13 à conduire quand ce courant atteint un certain seuil, qui dépend de la valeur de la résistance 11. Le transistor 13, quand il est conducteur, charge le condensateur 15 afin que la tension du condensa- teur augmente jusqu'à ce qu'elle dépasse légèrement la tension à l'entrée directe du comparateur de tension 18, établie par les résistances 16, 17 et 19, moment auquel un changement abrupt à l'état de niveau bas se produit à la sortie du comparateur 18, état auquel le condensateur 21 se décharge à travers la diode 20 et la résistance 22, jusqu'à ce que le changement d'état pour le niveau haut se produise à la sortie du comparateur 18, débutant de nouveau la charge du condensateur 15 pour répéter le cycle. De cette façon, il y a des impulsions négatives d'une microseconde de large à la sortie du comparateur 18, dont la fréquence est proportionnelle au courant de collecteur du transistor 13. La récupération du circuit est accélérée par l'action de la diode 23. Les impulsions produites par le comparateur 18 sont appliquées au transistor 25 au moyen de la résistance 24; ces impulsions forcent le transistor 25 à être conducteur et le transistor 25 force les transistors 27 et 29 à être conducteurs, par les résistances 26 et 28, ce qui charge les condensateurs 30 et 36 à la tension d'alimentation à chaque impulsion, et ils sont déchargés entre les impulsions par les résistances 31, 32 et 34, 35, respectivement; on peut voir que la somme des courants moyens de décharge des condensateurs 30 et 36 est à peu près proportionnelle au logarithme de la fréquence des impulsions du comparateur 18. A un état stationnaire, une fraction de la somme précédente des courants, filtrée par le condensateur 33, est soustraite par la résistance 37 pour passer, par la résistance 12, au tube Geiger, avec pour résultat que la fréquence des impulsions à la sortie du comparateur 18 est proportionnelle à l'anti- logarithme du courant du tube Geiger, et en conséquence au débitd'exposition du rayonnement incident. Les potentiomètres 31 et 34 permettent un ajustement de la fréquence des impulsions du comparateur 18 pour des valeurs haute et basse du courant du tube Geiger, afin que la réponse de l'ensemble soit linéaire dans la gamme souhaitée. Pour des applications nécessitant une compen- sation moins précise, les réseaux d'ajustement de fréquence formés par les transistors 25, 27 et 29 et les éléments associés sont remplacés par de plus simples. Les impulsions qui apparaissent à la sortie du comparateur 18 sont mises en forme dans le formeur d'impulsions 7, et elles y sont réunies aux impulsions produites par Le tube Geiger. Le contrôleur de température, au type "tcut ou rien" empêche la température du tube Geiger 1 d'être plus faible qu'une valeur déterminée. Cela, avec le logement de ce tube dans une enceinte thermiquement isolée appropriée, réduit les chutes de température auxquelles le tube Geiger peut être soumis. Le contrôleur de la figure la est formé essentiellement des transistors 43 et 46, du pont de résistances qui comprend les résistances 39, 40, 41 et 42, de la thermistance 38 et du réchauffeur 47. La thermistance 38 qui sert de capteur de température et le réchauffeur 47 sont abrités dans un bloc métallique qui est utilisé comme support du tube Geiger, ainsi la température de ce dernier tube est pratiquement celle que la thermistance 38 mesure, et la chaleur produib par le réchauffeur 47 est rapidement transmise au tube. La température peut être ajustée au moyen du potentiomètre 41, à celle à laquelle le dispositif doit commencer à fonctionner. Les résistances 44 et 45 sont les résistances de charge et de base des transistors 43 et 46 respectivement. Le contrôleur de température est éliminé dans des applications o la sonde ne doit pas être soumise à de très basses températures. La figure 2 montre une forme non limitative du mode de réalisation de la sonde o on peut voir le bloc métallique 48 qui abrite le tube Geiger 1, la thermis- tance 38 et le réchauffeur 47, le tout étant entouré d'un isolement thermique approprié 49. De plus, on peut voir deux planches de circuit imprimé 50 et 51 avec divers composants qu'elles abritent. R E V E N D I C A T I 0 NI S 1.- Sonde de détection de rayons gamma avec tube Geiger-Miller du type compensant les pertes d'impulsions du tube Geiger-Mûller dues au temps mort et linéarisant sa réponse sur le nombre d'impulsions par temps unitaire par rapport au débit d'exposition aux rayons gamma, caractérisée en ce qu'elle comprend un convertis- seur (13, 18) du courant électrique du tube Geiger (1) en une fréquence d'impulsions dépendant du courant, un élément pour combiner ou mélanger lesdites impulsions à celles fournies par la fréquence du convertisseur afin de linéariser la réponse de l'ensemble. 2.- Sonde selon la revendication 1, caractérisée en ce que pour augmenter les valeurs du d6bit d'exposition jusqu'au point de forte saturation du tube Geiger, la fréquence des impulsions produites augmente de façon constante Jusqu'à une valeur supérieure à celle correspon- dant à la limite supérieure de la gamme de mesure, afin d'éviter ainsi des indications erronées dans l'équipement de mesure, à des débits élevés d'exposition. 3.- Sonde selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif (4) pour bloquer périodiquement la transmission des impulsions du tube Geiger de façon que seule une fraction fixe et réglable d'entre elles soit transmise. 4.- Sonde selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par une caractéristique linéaire de la fréquence des impulsions délivrées par la sonde par rapport au débit d'exposition aux rayons gamma comprenant des débits élevés d'exposition proches de ceux de la saturation du tube, et par la possibilité d'ajuster la sensibilité en impulsions par temps unitaire pour une valeur donnée dudébit d'exposition. 5.- Sonde selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est pourvue d'un contrôleur de température (43, 46, 39, 40, 41, 42, 38, 47) qui empêche la température du tube Geiger précité de baisser à partir d'une valeur pré-établie et réglable afin d'allonger la durée utile du tube dans des conditions d'environnement à une très basse température. 6.- Sonde selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le tube Geiger précité est abrité dans une enceinte (50) pourvted'un capteur de température (38) avec un élément réchauffeur (47), le tout étant enfermé dans un matériau thermiquement isolant (49).