Brevet FR2540252A1 — publié le 19840803

La présente invention est relative à un moyen permettant de prolonger la durée du service de compteurs proportionnels remplis de gaz, un gaz contenant de l'hydro- gène étant utilisé comme mélange gazeux dans les compteurs. Il est de pratique courante d'utiliser, dans des compteurs proportionnels remplis de gaz, en tant que mélanges gazeux, des gaz rares additionnés de gaz de trempe en vue d'obtenir un gain plus élevé Les gaz de trempe sont généra- lement des hydrocarbures simples, du méthane par exemple. L'utilisation d'un mélange comprenant un gaz rare et un hydrocarbure est considérablement limitée par la brève durée de vie des compteurs proportionnels, parce que, sous l'effet de l'irradiation, de lourds produits de polymérisation sont formés à partir de l'hydrocarbure, lesquels contaminent le ou les fils anodiques du compteur proportionnel, en altérant ainsi les propriétés du compteur proportionnel (Turala M, Vermeulen J C, Ageing effects in drift chambers, CERN-EP- Raport 82-79). La polymérisation contaminant le fil anodique dans un compteur proportionnel est principalement due au fait que, dans l'amplification par gaz qui est une décharge électrique confinée dans le gaz, l'hydrocarbure est décomposé en un radical et de l'hydrogène La réaction suivante a alors lieu (en considérant du méthane à titre d'exemple) CH 4 ->-:CH 2 + H 2 Le méthylène:CH 2 ainsi produit réagit à nouveau avec du méthane, en produisant de l'éthane, conformément à la présente invention :,CH 2 + CH 4 > CH 3 -CH 3 De cette façon, il se forme peu-à-peu des hydro- carbures de plus en plus longs dans la décharge, qui conta- minent le fil anodique du compteur proportionnel Ainsi, comme la durée du service effective du compteur proportionnel dépend de la hauteur de l'impulsion mesurée et que cette hauteur à son tour repose sur la stabilité du diamètre du fil anodique, les produits de polymérisation se déposant comme contaminant sur la surface du fil anodique, provoquent un important raccourcissement de la durée de service d'un comp- teur proportionnel. La durée de vie des compteurs proportionnels remplis d'un mélange gazeux argon/méthane et xénon/méthane, a été étudiée, par exemple dans: Smith A, Turner M J L, Lifetime of proportional counters filled with xenon/methane and argon/methane, Nuclear Instruments and Medicine, 192, ( 1982) pp 475481 Ainsi qu'il est indiqué dans cet article, lorsqu'on utilise un gaz comprenant de l'argon/méthane (Ar: 90 % en poids, CH 4: 10 % en poids), qui est un gaz classique de remplissage en raison de son faible prix et de ses propriétés, permettant des fréquences de comptage élevées, on établit que la durée de service des compteurs est de l'ordre de 5 1010 impulsions Dans le cas d'un mélange gazeux de xénon/méthane, (Xe: 90 à 95 % en poids, CH 4: 10 à 5 % en poids), servant de gaz de remplissage, la durée de service des compteurs proportionnels est même plus courte. La présente invention a pour objet d'inhiber les produits de polymérisation précipités sur la surface du fil anodique d'un compteur proportionnel à partir du gaz de remplis- sage et de cette façon, prolonger la durée de service du compteur, par addition d'hydrogène au mélange de remplissage gazeux La principale caractéristique du procédé conforme à la présente invention réside dans le fait que l'hydrogène gazeux est ajouté au mélange gazeux. Lorsque le gaz de remplissage est-additionnel d'hydrogène, conformément à la présente invention, cela provo- que le déplacement de l'équilibre de la réaction vers le côté de la substance de départ CH 4, dans la réaction présentée ci- dessus (à partir du méthane par exemple) CH 4 >: CH 2 + H 2 au moins dans l'étape initiale de l'amplification, si bien que, grâce à l'hydrogène gazeux déjà présent dans le gaz de remplis- sage, la réaction de polymérisation initiale peut être inhi- bée pendant une période relativement longue Ainsi, comme on peut maintenir la stabilité du diamètre du fil anodique du compteur proportionnel, en inhibant la création de produits de polymérisation, on atteint une prolongation notable de la durée de service du compteur proportionnel, conformément au procédé de la présente invention. Lorsqu'on ajoute de l'hydrogène conformément à la présente invention au gaz de remplissage des compteurs propor- tionnels, on doit aussi considérer l'effet potentiel de l'ad- dition sur les caractéristiques des compteurs, telles que leur efficacité et leur résolution. Afin d'élucider l'influence exercée par l'addition d'hydrogène conformément à la présente invention, sur la durée de service des compteurs proportionnels et de découvrir la quantité avantageuse de cette addition, des expériences ont été réalisées avec des mélanges gazeux contenant 90 % en poids d'argon et 10 % en poids de méthane ou d'isobutane (i-C 4 H 10) Ces mélanges sont additionnés de 0,01 à 10 % en poids d'hydrogène Le Tableau I ci-dessous présente les longueurs de durée de service d'un compteur proportionnel les plus favorables obtenues après addition d'hydrogène (source d'irradiation Fe-55) en parallèle avec des valeurs obtenues avec des mélanges gazeux de l'art antérieur. TABLEAU I Effet de l'addition d'hydrogène sur la durée de service de compteurs proportionnels. Gaz de remplissage Nombre d'impulsions Ar/CH 4 * 5,5 x 101 l Ar/CH 4/H 2 2,3 x 10 Ar/i-C 4 H 10 4,0 x 1010 Ar/i)C 4 H 1 O/H 2 1 x 10 * Valeur provenant de: Smith A, Turner, M J L, Lifetime of proportional counters filled with xenon-methane and argon- méthane, Nuclear Instruments and Methods, 192 ( 1982) pp. 475-481. On peut noter, en s'appuyant sur les essais effec- tués, que l'influence sur la durée de service du compteur proportionnel, exercée par l'addition d'hydrogène conforme à la présente invention, lorsque l'addition n'a aucun effet notable sur d'autres caractéristiques du compteur, est la plus favorable lorsque la quantité ajoutée est de 0,1 à 2,0 % en poids d'hydrogène De plus, des effets avantageux sur la durée de service des compteurs proportionnels employés peuvent être remarqués avec une addition d'hydrogène compri- se entre 0,05 et 5,0 % en poids de H 2, la durée de vie aug- mentant de façon considérable. Les résultats fournis dans le Tableau I montrent que l'addition d'hydrogène conforme-à la présente invention, ajoutéeau mélange de remplissage gazeux Ar/CH 4 couramment utilisé, provoque l'allongement de la durée de service du compteur proportionnel de près de 100 fois. Bien que dans ce qui précède, on ait présenté l'addition d'hydrogène au gaz de remplissage de compteurs proportionnels, lorsque le gaz de trempe dans le gaz de remplis- sage est du méthane ou de l'isobutane, il est également possible d'utiliser d'autres hydrocarbures simples comme gaz de trempe, comme l'éthane, le propane et/ou l'isopropane, sans que cela ne provoque de quelconque changement notable dans l'invention De plus, l'hydrogène dans le mélange gazeux de remplissage peut, en partie au moins, être remplacé par de l'hydrogène lourd ou deutérium, sans que cela n'engendre une quelconque diminution de l'inhibition des produits de polymérisation conforme à la présente invention De plus, cela n'a pas d'effet essentiel sur le moyen conforme à la présente invention, que l'addition d'hydrogène au gaz de remplissage soit appliquée dans le cas des compteurs propor- tionnels scellés ou du type à écoulement. REVENDICATIONS 1 Moyen pour prolonger la durée de service de compteurs proportionnels lorsque le gaz de remplissage est un mélange gazeux d'un gaz rare et d'un hydrocarbure, caractérisé en ce que de l'hydrogène gazeux est ajouté au mélange gazeux. 2 Moyen selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'hydrogène est ajouté à raison de 0,05 à 5,0 % en poids, de préférence de 0,1 à 2,0 % en poids calculé par rapport à la quantité de mélange gazeux de remplissage. 3 Moyen selon la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce que l'hydrogène gazeux est, en partie au moins, du deutérium.