Brevet FR2957188A1 — publié le 20110909

B10130 1 DÉTECTEUR DE RAYONNEMENT IONISANT Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine des détecteurs de particules ou de rayonnements ionisants, et en particulier des détecteurs de neutrons, de rayons y ou X. Exposé de l'art antérieur La figure 1 représente schématiquement une structure classique d'un détecteur sensible à un rayonnement ionisant. Ce détecteur comporte un tube conducteur 1 rempli d'un mélange gazeux, scellé à ses extrémités par des bouchons isolants 3. Un fil conducteur 5 dont les extrémités traversent de manière étanche les bouchons 3 est maintenu tendu au centre du tube 1 par un ressort 7 situé à l'intérieur du tube. Un potentiel électrique positif appliqué au fil 5 par un circuit de mesure 9 permet de définir à l'intérieur du tube un champ électrique qui est propice à la dérive et à l'amplification d'électrons générés au passage du rayonnement ionisant. Le mélange gazeux contenu dans le tube est prévu pour être ionisé par les particules que l'on veut détecter, soit directement, soit après conversion en particules ionisantes. Par exemple, on peut utiliser pour la détection de neutrons un mélange de CF4 et de 3He dans lequel le 3He joue le rôle de convertisseur, et le CF4 celui de gaz d'arrêt des deux parti- B10130 2 cules ionisantes (proton et triton) émises après capture d'un neutron par un atome de 3He. Pour mesurer la position de l'impact le long du tube on utilise couramment un procédé dit par division de charge. Le fil est alors résistif. Le circuit de mesure comprend une électronique de lecture permettant une mesure d'amplitude de signal de charge à chaque extrémité du fil. Ce mode de détection est toujours complexe. Un autre mode de fonctionnement, dit "de comptage", utilise une électronique basée sur la comparaison, par rapport à une tension de référence, du signal mesuré à une seule extrémité du fil. Ce mode de détection est généralement imprécis dans ses implémentations courantes. L'uniformité de réponse du détecteur est affectée par l'imprécision de centrage du fil à l'intérieur du tube, et ce centrage est difficile à réaliser. La difficulté de centrage du fil 8 limite le gain d'amplification maximum avec lequel peut fonctionner le détecteur, ce qui a des conséquences directes sur les performances du détecteur (résolution en énergie et en position). Un détecteur de rayonnement ionisant est classiquement formé de plusieurs détecteurs élémentaires dont les tubes sont juxtaposés. Le fonctionnement d'un détecteur dépend de la qualité et de la pression du mélange gazeux qu'il contient. En outre, lorsque plusieurs détecteurs doivent être utilisés ensem- ble avec un minimum d'espace entre les tubes, il est difficile d'assurer la continuité du blindage électromagnétique entre l'enveloppe du tube et le circuit de mesure 9 sans dépasser le diamètre extérieur du tube, ce qui a pour effet de créer des espaces morts entre les détecteurs, d'où une perte de sensibi- lité de l'ensemble. Résumé Un objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de prévoir un assemblage simple et peu coûteux à réaliser de détecteurs sensibles à des rayonnements ionisants. B10130 3 Un objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de prévoir un détecteur de rayonnement ionisant particulièrement adapté à utiliser des couches minces de matériau convertisseur produisant des particules chargées. Un autre objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de prévoir un détecteur adapté à détecter la présence ou l'absence de rayonnement ionisant, avec ou sans localisation du point de conversion dudit rayonnement. Pour atteindre ces objets, un mode de réalisation de la présente invention prévoit un détecteur de rayonnement ionisant comprenant une pluralité de tubes conducteurs disposés parallèlement contenant un mélange gazeux sous pression, un conducteur étant tendu au centre de chaque tube et propre à être polarisé par rapport à celui-ci, dans lequel chaque tube est divisé en sections longitudinales isolées, toutes les sections de tubes d'une même tranche transversale étant connectées électriquement et chaque ensemble de sections d'une même tranche comprenant un moyen de connexion à un détecteur. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 20 chaque tranche est constituée d'un quadrillage de lames liées à un cadre. Selon un mode de réalisation de la présente invention, chaque lame est revêtue d'une couche contenant un produit convertisseur de rayonnement générant des ions en réponse à un 25 rayonnant ionisant. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le produit convertisseur contient du bore-10. Brève description des dessins Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que 30 d'autres seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1, décrite précédemment, représente le schéma d'un élément d'un détecteur de rayonnement classique ; B10130 4 la figure 2 représente de façon schématique une vue de face d'un détecteur de rayonnement ionisant selon un mode de réalisation de la présente invention ; la figure 3 est un schéma destiné à préciser les axes de coordonnées utilisés dans la présente description ; et la figure 4 représente un mode de réalisation d'un élément d'un détecteur selon un mode de réalisation de la présente invention. Description détaillée Comme le représente la figure 2, un détecteur de rayonnement ionisant comprend un ensemble en parallèle de tubes 10-1, 10-2, 10-3, 10-n, chaque tube étant constitué d'un ensemble de sections empilées 12-11, 12-12, 12-13..., 12-1m isolées électriquement par un isolant 11. Chaque tube est traversé par un élément conducteur 14-1, 14-2...14-n, cet élément conducteur ayant par exemple la forme d'un fil, ou comme on le verra ci-après, d'une bande mince. Les fils sont connectés à un circuit 16 de polarisation et de détection, et tous les éléments de tube correspondant à une même tranche (une grille) sont reliés à un dispositif de polarisation et de détection 18. Ainsi, la structure peut être considérée comme constituée d'un ensemble de cellules 12-ijk, i étant compris entre 1 et n, j étant compris entre 1 et m, et k étant compris entre 1 et 1, 1 étant le nombre de tubes dans la direction perpendiculaire au plan de la figure. Quand un rayonnement ionisant interagit au niveau de l'une des cellules, il se produit une ionisation d'un gaz contenu dans la cellule et cette ionisation fournit un signal électrique d'une part sur le conducteur central, d'autre part sur la paroi du tube. On dispose ainsi d'une indication en x, y et z de l'emplacement au niveau duquel l'ionisation est survenue. Pour les orientations des axes x, y et z, on se réfèrera à la figure 3 qui représente très schématiquement un assemblage de détecteurs. Cet assemblage de détecteurs comprend des tranches empilées verticalement dans la direction des y, l'axe x désigne la direction horizontale et l'axe z désigne la B10130 direction dans lequel les rayonnements isolants sont susceptibles d'arriver. Ainsi, avec les détecteurs 16 et 18, on pourra déterminer avec précision la cellule au niveau de laquelle a eu lieu 5 une conversion d'un rayonnement, par exemple d'un neutron. L'ensemble de la structure est disposé dans une enceinte remplie d'un gaz sous pression, propre à être ionisée, de façon classique. D'autre part, le produit convertisseur réagissant au rayonnement ionisant (par exemple des neutrons), peut être, comme dans l'art antérieur décrit précédemment, un gaz tel que de l'hélium-3 ou du BF3. Il pourra aussi s'agir d'un matériau réactif déposé en couche mince, seul ou en combinaison avec un autre matériau, sur les parois de chaque tube, ou bien encore de la combinaison d'hélium-3 ou de BF3 et de couches minces de matériau réactif. Ce matériau réactif pourra être du bore-10, susceptible d'interagir avec un neutron pour fournir du lithium-7 et une particule alpha-4. D'autres produits susceptibles d'être utilisés sont connus dans la technique. Il pourra par exemple s'agir d'isotopes de gadolinium ou de lithium, ces matériaux étant disposés en couches minces sur les parois du tube et/ou sur la bande centrale. Il est intéressant d'utiliser de tels matériaux convertisseurs car actuellement l'hélium 3 est extrêmement coûteux et difficilement disponible. Par contre, il est très difficile de revêtir les parois internes d'un tube d'une couche contenant un tel matériau. La structure proposée ici permet, comme on le verra ci-après, de réaliser très simplement le revêtement des parois. La figure 4 est une vue explosée d'un exemple de réalisation d'une tranche horizontale (disposée entre deux plans horizontaux voisins) de sections de tubes d'un détecteur selon un mode de réalisation de la présente invention. La tranche est constituée à partir d'un cadre 21 dont des bords opposés sont munis de rainures 22 destinées à recevoir des premières plaques 23 orientées dans la direction z. Les plaques 23 sont munies de fentes 24 dans lesquelles sont destinées à venir s'emboîter des B10130 6 plaques orthogonales 25 munies de fentes 26 coopérant avec les fentes 24. Les extrémités des plaques 25 sont reçues dans des fentes opposées 27 des bords du cadre orientés selon la direction z. Le contact entre les plaques 23, 25 et le cadre 21 et entre les plaques est conducteur. On obtient ainsi l'ensemble de cellules ou sections d'une tranche horizontale (une grille) du détecteur. On notera que les plaques 23 et 25 pourront sans difficulté être enduites d'un produit convertisseur avant montage, ce qui simplifie beaucoup cette enduction ou dépôt. On a en outre représenté en figure 4 un joint isolant 28 destiné à séparer deux tranches d'un détecteur selon l'invention. On comprendra qu'il ne s'agit là que d'un exemple de réalisation de la présente invention. On pourra utiliser toute structure en nid d'abeille, comportant par exemple des cellules de forme hexagonale ou autre. On a indiqué précédemment que chaque section et chaque fil traversant un ensemble de sections alignées verticalement sont reliés à un système de polarisation et de détection de sorte que les fils constituent des anodes et les parois des sections d'une tranche des cathodes permettant d'attirer les gaz ionisés produits par la conversion du bombardement ionisant. On a également indiqué que chaque fil et chaque tranche de cellules était relié par un conducteur séparé pour pouvoir reconnaître la cellule au niveau de laquelle le rayonnement ionisant a été converti. En fait, cette discrimination des cellules n'est pas toujours nécessaire. Dans certains cas, on veut simplement, par exemple dans des dispositifs de sécurité d'aéroport, savoir si un bagage ou un conteneur contient des produits radioactifs émettant des neutrons. Il suffira alors de relier ensemble tous les fils et toutes les sections pour disposer d'un dispositif très simple à utiliser. A titre d'exemple de dimensions, chaque section pourra avoir un côté de l'ordre de 2 cm et une hauteur de l'ordre de 2 cm et l'ensemble de la structure pourra avoir une hauteur de B10130 7 l'ordre de 3 m. L'homme de l'art saura adapter ces dimensions à ses besoins. Des modes de réalisation particuliers de la présente invention ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, les tranches superposées pourront définir diverses formes d'alvéoles et être constituées de diverses manières. REVENDICATIONS1. Détecteur de rayonnement ionisant comprenant une pluralité de tubes conducteurs disposés parallèlement contenant un mélange gazeux sous pression, un conducteur (14-1, ... 14-n) étant tendu au centre de chaque tube et propre à être polarisé par rapport à celui-ci, dans lequel chaque tube est divisé en sections longitudinales isolées (12-ijk), toutes les sections de tubes d'une même tranche transversale étant connectées électriquement et chaque ensemble de sections d'une même tranche comprenant un moyen de connexion à un détecteur (16). 2. Détecteur selon la revendication 1, dans lequel chaque tranche est constituée d'un quadrillage de lames (23, 25) liées à un cadre (21). 3. Détecteur selon la revendication 2, dans lequel chaque lame est revêtue d'une couche contenant un produit convertisseur de rayonnement générant des ions en réponse à un rayonnant ionisant. 4. Détecteur selon la revendication 3, dans lequel le produit convertisseur contient du bore-10.