Brevet FR2713348A1 — publié le 19950609

"Dispositif de détection de rayons X de faible énergie" DESCRIPTION Domaine technique La présente invention concerne un dispositif de détection de rayons X de faible énergie (2 KeV à 50 KeV environ). De tels rayons X 1o peuvent être par exemple produits par un générateur classique de rayons X ou par un synchrotron, en particulier dans le domaine de la mesure de flux incidents. Etat de la technique antérieure De nombreux détecteurs de rayons X de faible énergie existent actuellement: - les chambres à ionisation: elles sont de grande dimensions en général et fonctionnent sous gaz; - les détecteurs à scintillation: leur électronique associée est complexe; - les chambres à fils: leur coût est élevé; - les détecteurs à circuits solides: ils sont sensibles aux dégâts dus aux rayonnements de flux élevé. Les circuits à diode ont des durées de vie courtes sous faisceau élevé au flux et les barillets de diodes sur un petit synchrotron sont détruits au bout de quelques mois de fonctionnement de façon partielle (5 % des barillets détruits). Les systèmes utilisés actuellement sont classiquement: -soit inexistants sur les chambres à rayons X o la puissance est seulement régulée; - soit formés de deux lèvres et de deux détecteurs situés sur les deux bords du faisceau. Dans ce dernier cas le système, utilisé sur les synchrotrons, présente plusieurs inconvénients: - il ne mesure que les bords du pinceau en le supposant symétrique; - il n'intègre pas les rayons X sur toute la surface du pinceau. La présente invention a pour objet un dispositif de rayons X de faible énergie ne présentant plus les inconvénients énumérés cidessus. Exposé de l'invention L'invention propose, à cet effet, un dispositif de détection de rayons X de faible énergie comportant une enceinte sous vide pourvue sur i5 deux de ses faces latérales opposées, d'ouvertures munies de couvercles étanches, entre lesquelles sont disposées une anode et une cathode, caractérisé en ce que l'anode est creuse et forme un cadre, en ce que la cathode comprend une feuille de détection, par exemple en or, et en ce que l'anode, ou la cathode, est reliée à un ampèremètre très bas bruit. Avantageusement, chaque couvercle étanche comprend une feuille de Kapton. Le dispositif de l'invention présente les avantages suivants: - il intègre toute la section du pinceau et il suffit d'adapter la forme de la feuille de détection, que constitue la cathode, à la forme du pinceau; - il est très simple de conception et parfaitement reproductible, et donc facilement réalisable d'un point de vue industriel; - il est d'une durée de vie pratiquement infinie pour la partie détection; - il est d'un coût très faible et peut être mis directement dans le tube sous vide du pinceau. Dans une variante de réalisation, la feuille d'or qui forme la cathode peut être scindée en plusieurs parties. Le dispositif peut alors déterminer une variation en position du faisceau incident et sa variation dans le temps, ce que ne peuvent faire aussi facilement les autres détecteurs. Brève description des dessins - La figure 1 illustre le dispositif de détection selon l'invention; - les figures 2 et 3 illustrent le fonctionnement du dispositif de détection selon l'invention; - la figure 4 illustre une forme de cathode dans une variante de réalisation du dispositif selon l'invention. Exposé détaillé de modes de réalisation Le dispositif de détection de rayons X de faible énergie selon l'invention, tel que représenté sur la figure 1, comprend une enceinte sous vide 10, par exemple de forme parallélépipédique, pourvue, sur deux faces latérales opposées, de deux ouvertures 11 et 12 munies ici de feuilles 13 et 14 de Kapton (marque déposée); un faisceau de rayons X incidents 14 pouvant ainsi transiter par ces deux ouvertures. Une cathode 15 formée par une feuille de détection, par exemple en or, et une anode 16 formée par exemple par une grille portée à une très haute tension (THT) positive sont disposées, en utilisant des moyens de maintien connus de l'homme de l'art perpendiculairement à cette trajectoire. Sur la figure l'anode est reliée à un générateur de tension 16. Un ampèremètre très bas bruit 17 est relié par l'intermédiaire de câbles à double blindage 18 et 19 d'une part à la cathode et, d'autre part au générateur. De façon connue de l'homme de rart les liaisons à la cathode et à l'anode se font par des liaisons étanches 20 et 21. La cathode, formée par une feuille d'or, peut soit être fine et en ce cas mesurer (par une faible absorption) le flux incident, soit être plus épaisse (3 à 4 pm) et réaliser une mesure du faisceau. L'anode est creuse et forme un cadre afin d'éviter toute absorption. La haute tension est choisie pour collecter les électrons émis par effet photoélectrique par la cathode. Cette tension est définie par la géométrie des cathode et anode (en particulier la distance inter-électrode 1), et par le type de matériau servant d'émetteur. Pour une cathode réalisée par une feuille d'or, et une distance 1 de 2 à 3 mm entre les électrodes, le courant optimum obtenu correspond à une haute tension de 1000 volts, la mesure étant faite en utilisant un picoampèremètre bas bruit ( masse, longueur de jonction minimum). L'invention permet en utilisant les électrons arrachés à la matière de la cathode dans le vide, de mesurer très simplement un courant proportionnel au faisceau de rayons X grâce à l'anode de collection de ces électrons dans le vide, l'anode 16 ou la cathode 15 étant reliée à iS l'ampèremètre très bas bruit (de l'ordre de 10-14 A). Dans un exemple de réalisation le détecteur de rinvention et les différents appareils de mesure utilisés présentent les caractéristique suivantes: Cathode: feuille d'or épaisseur de 0,5 pmn, diamètre 10 mm anode: anneau en laiton muni d'un trou intérieur de diamètre 12,5 mm Distance inter-électrode: 2,5 mm Générateur de ravons X: tube en cuivre haute tension de 30 KV 30 mA Haute tension: 3KV sur l'anode Section du faisceau de rayons X: environ 5 mm x 5 mm On obtient le tableau de mesure donné en fin de description en testant ledit dispositif sur un générateur classique de rayons X de 3 KV maximum de puissance sous haute tension maximum de 50 KV, pour des courants allant jusqu'à 30 milliampères. Le courant généré par ce détecteur a été mesuré en fonction du courant régulé du générateur (en milliampères). La courbe représentée sur la figure 2 est parfaitement linéaire. On a alors déplacé devant la cathode maintenue sous vide une fente de 0,5 x 10 mm, ce qui permet d'obtenir une cartographie de densité du faisceau représentée sur la figure 3. Sur la figure 1 n'est pas représentée cette fente amovible permettant de définir une cartographie du flux en x ou en y (deux directions orthogonales), la mise en oeuvre d'une telle fente étant bien connue de l'homme de l'art. On peut déduire de ces mesures, compte tenu du bruit de fond ( pinceau de + 1 pm. Dans une variante de réalisation du dispositif de l'invention la feuille de détection par exemple en or, qui forme la cathode, est divisée en quatre parties, comme représenté sur la figure 4, ces quatre parties étant séparées entre elles par le vide ou par un isolant et étant maintenues les unes par rapport aux autres par des moyens bien connus de l'homme de l'art. Ces quatre parties délivrent des courants I,2,13 et 14. On peut alors traiter les signaux suivants: E I = 1 + 13 +14 m total photons/s Isp = Il +12 = photons du haut du faisceau lf = 13 + 14 - I photons du bas du faisceau x (I,, - I") - déplacement en hauteur -.I x [(I, + 3) - (I2 + 14)] - déplacement latéral x [(Il + I4) - (12 + 13)] basculement du faisceau Le dispositif de l'invention permet donc, pour une géométrie adéquate de la feuille de détection, que forme la cathode, de déterminer une variation en position du faisceau incident et sa variation dans le temps, ce que ne peuvent faire facilement les autres détecteurs. TABLEAU Courant du générateur (Ig) Courant mesuré en détection (Im) OmA 32,8 pA mA 49,6 pA mA 66,8 pA mA 83,4 pA mA 102 pA REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection de rayons X de faible énergie comportant une enceinte sous vide (10) pourvue, sur deux de ses faces latérales opposées d'ouvertures (1l1, 12) munies de couvercles étanches (13, 14) entre lesquelles sont disposées une anode (16) et une cathode (15), caractérisé en ce que l'anode (16) est creuse et forme un cadre, en ce que la cathode (15) comprend une feuille de détection, et en ce que l'anode (16), ou la cathode (15) est reliée à un amplremètre très bas bruit (17). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la feuille de détection est une feuille d'or. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque couvercle étanche (13, 14) comprend une feuille de Kapton. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cathode est divisée en plusieurs parties. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la cathode est divisée en quatre parties.