Brevet FR2597254A1 — publié le 19871016

DISPOSITIF D'IMAGERÀGRANDE SENS ED'UN FAISCEAU DE PARTICULES La présente invention a pour objet un dispositif d'imagerie, à grande sensibilité, d'un faisceau de particules notamment choisi dans le groupe comprenant les ions lourds, les protons, les photons X et gamma. On connaît dans la technique actuelle d'assez nombreux dispositifs qui permettent théoriquement de visualiser un faisceau de particules, notamment ionisantes, mais qui présentent tous l'inconvénient d'avoir une sensibilité réduite et une faible dynamique. En d'autres termes, on ne sait aujourd'hui mettre en évidence optiquement parlant de façon pratique que des faisceaux de particules de grande énergie ou à flux élevé. La présente invention a précisément pour objet un dispositif d'imagerie d'un faisceau de particules, beaucoup plus sensible que les dispositifs de l'art antérieur. Ce dispositif se caractérise en ce qu'il comprend dans un espace vide et dans cet ordre, sur le trajet du faisceau à visualiser : - des moyens de conversion des particules en électrons - un jeu de galettes de microcanaux pour réaliser l'amplification du flux d'électrons par multiplication de ceuxci ; - un écran électroluminescent couplé à un ensemble de fibres optiques collectant les photons lumineux apparus sur cet écran ; - une matrice de diodes photosensibles ; - un dispositif de numérisation et de mémorisation des signaux délivrés par les diodes. Comme on le voit, le dispositif de L'invention conduit à transformer les particules à visualiser en électrons, à multiplier ces électrons et à utiliser ensuite un écran luminescent pour obtenir des photons lumineux que l'on adresse enfin à une matrice de diodes et à un dispositif d'analyse d'images. Dans cette combinaison de moyens, c'est le jeu de galettes de microcanaux qui constitue l'un des moyens essentiels de l'invention car, en produisant une multiplication importante, 4 5 par exemple de L'ordre de 10 à 10 , du nombre des électrons,il permet d'augmenter considerablement la sensibilité du dispositif. On connait en effet de telles galettes de microcanaux qui sont constituées de disques en matière isolante, percés de canaux micrométriques Légèrement inclinés par rapport aux faces de la galette et sur lesquelles les électrons incidents, accélérés par une différence de potentiel de plusieurs centaines de volts, se multiplient par chocs. Selon une caractéristique également importante de la présente invention, les moyens de conversion des particules en électrons consistent en une feuille mince de matière plastique recouverte d'un métal électriquement conducteur, par exemple de l'or. La feuille de matière plastique utilisée est suffisamment mince pour que le faisceau de particules à visualiser puisse le traverser et atteindre la couche métallique où elle provoque la naissance d'un flux d'électrons secondaires. Selon une autre caractéristique du dispositif objet de l'invention, l'écran luminescent utilisé et la matrice de diodes sont des éléments achetés dans le commerce et comme généralement L'écran luminescent a une surface très supérieure à celle de la matrice de diodes, on tes relie à l'aide d'un faisceau de fibres optiques convergent pour assurer la réduction correspondante de l'image. Derrière la matrice de diodes, on peut envisager d'utiliser selon les cas tout dispositif de numérisation et de mémorisation de l'information et l'on peut même envisager un traitement particulier des informations par ordinateur si l'analyse que l'on souhaite pratiquer le nécessite. De toute façon, l'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui suit de deux exemples de mise en oeuvre du dispositif d'imagerie qui sera faite en se référant aux figures 1 et 2 ci-jointes sur lesquelles : - la figure 1 est un schéma de principe de L'ensemble du dispositif objet de l'invention ; - la figure 2 montre un mode d'emploi particulier du disositif de la figure 1. Sur le dispositif de la figure i, on a figuré par des flèches F un faisceau de particules invisibles que l'on désire imager. Conformement à l'invention, ce faisceau rencontre successivement une feuille 1 de matière plastique recouverte d'une couche métallique, qui a pour but d'opérer la conversion des particules en électrons ; derrière la feuille 1 se trouve un systeme de deux galettes à microcanaux 2 que l'on utilise sous haute tension pour provoquer une multiplication du flux 4 précédent dans un apport de L'ordre de 104 5 d'électrons précédent dans un rapport de l'ordre de 10 à 10 . Les électrons ainsi multipliés atteignent ensuite L'écran luminescent 3 d'un type en soi connu qui transforme Le flux d'électrons en un flux de photons lumineux. L'ensemble des moyens qui viennent d'etre décrits jusqu'à la face d'entrée de L'écran luminescent 3 est situé dans une enceinte sous vide 4. L'image optique qui nait au niveau de L'écran luminescent 3 est presente sur sa face de sortie et elle est collectée à L'aide d'un système de fibres optiques 5, de forme générale convergente comme on le voit sur la figure, de façon à transporter l'image par homothétie sur une matrice de diodes 6. A titre d'exemple, des matériels courants vendus dans le commerce conduisent à l'emploi d'écrans luminescents 3 dont la surface est 2 de 65mm et à des matrices de diodes 6 dont l-a surface est de 2 l'ordre de 18mm . C'est pour assurer cette réduction de la surface de l'image que l'on emploie le faisceau de fibres optiques convergentes 5. Derriere la matrice de diodes 6 se trouve un système 7 de numérisation et mémorisation. Un traitement de L'image enregistree peut être envisagé à l'aide d'un ordinateur si l'étude que l'on envisage pour le faisceau de particules le necessite. La sensi-bilité du dispositif qui vient d'être décrit est sans commune mesure avec celle des dispositifs antérieurement connus puisqu'elle a permis au voisinage d'un accélérateur et en couplage avec un système de pulsation du faisceau, de visualiser une seule bouffée de particules contenant une cinquantaine de celles-ci. On conçoit également qu'il est possible, en modifiant le facteur de multiplication des galettes de microcanaux 2, d'obtenir une dynamique extrêmement large de mesure de flux de particules incidentes. Des essais effectués avec le dispositif objet de l'invention ont permis de visualiser des bouffées de 50 à 104 particules, dont La duree s'étalait de 5 à 1D nanosecondes. La limite supérieure des performances obtenues était d'ailleurs limitée par l'appareillage d'essai utilisé autour de l'accélérateur et non par le dispositif objet de l'invention luimême. L'analyse des images permet de reconstituer toutes les particularités du faisceau et en particulier ses zones d'isodensité. Si l'on veut dans certains cas utiliser le dispositif objet de L'invention pour réaliser une analyse non destructive d'un faisceau de particules, on peut avoir recours au montage de la figure 2 où les électrons engendrés par le faisceau de particules incidentes 8, sont préalablement déviés par un faible champ magnétique B selon une trajectoire semi-circulaire 9 entre la sortie de la feuille mince 1 et l'entrée de la premiere galette de microcanaux 2. Le reste du fonctionnement du dispositif est évidemment le même que pour celui de la figure 1. Dans ce cas il est alors possible d'avoir une mesure fine des caracteristiques du faisceau et si l'on utilise un système d'analyse des images 6 de fonctionnement rapide, on peut également reagir en ligne sur les paramètres qui règlent l'évolution du faisceau de particules de façon à optimiser en permanence la conduite d'un faisceau de telles particules. Le dispositif objet de l'invention trouve tout naturellement son application auprès des accélérateurs de particules pour obtenir une analyse fine du faisceau que ceux-ci produisent et également comme système de detection accouplé à des spectrometres. Le dispositif objet de L'invention est statique et purement électronique, et il est de plus très bien adapté à un traitement par informatique. Si l'on veut obtenir une résolution temporelle d'un faisceau détermine (analyse d'une seule ou de plusieurs bouffées de particules) on peut parvenir à ce resultat en pulsant Le faisceau incident ou en déviant le faisceau délecterons dans un plan symetrique par rapport à celui de la figure 2. Cette façon de procéder permet de suivre l'évolution des phénomènes au cours du temps. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'imagerie à grande sensibilité, d'un faisceau de particules choisies dans le groupe comprenant les ions lourds, les protons, les photons X et gamma, caractérisé en ce qu'il comprend, dans un espace vide, et dans cet ordre, sur le trajet du faisceau à visualiser : - des moyens de conversion des particules en électrons ; - un jeu de galettes de microcanaux pour réaliser l'amplification du flux d'électrons par multiplication de ceux-ci ; - un écran électroluminescent couplé à un ensemble de fibres optiques collectant les photons lumineux apparus sur cet écran ; - une matrice de diodes photosensibles ; - un dispositif de numérisation et de mémorisation des signaux délivrés par les diodes. 2. Dispositif d'imagerie selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de conversion des particules en électrons consistent en une feuille mince de matière plastique recouverte d'or. 3. Dispositif d'imagerie selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'ensemble des fibres optiques a une forme générale convergente de façon à adapter la surface de l'écran luminescent à une matrice de diodes du commerce.