INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Le circuit de comptage d'anti-coïncidence 81 accepte CH1 (P 1 ) à CH5 (P 5 ) et ne sort qu'un seul CH1 (P 1 ) à CH5 (P 5 ) dont la synchronicité n'a pas été reconnue, à l'inverse du circuit de comptage de coïncidence 32 décrit ci-dessus. Par conséquent, l'un des éléments P 1 à P 5 est sorti du circuit de comptage d'anti-coïncidence 81. Le fait que la synchronisation de cette sortie n'a pas été reconnue signifie qu'aucun des autres segments que le segment correspondant à l'impulsion de sortie à délivrer (P 1 à P 5 ) n'a émis de lumière simultanément avec le segment correspondant. Alors que la distinction entre les neutrons et les photons gamma est effectuée sur la base de la hauteur d'impulsion, comme déjà décrit, les photons gamma peuvent provoquer une luminescence simultanée dans plus d'un des segments, et par conséquent l'utilisation du circuit de comptage anti-coïncidence 81 permet également de supprimer la détection des rayons gamma et d'augmenter encore la capacité de distinction n/γ. Comme dans le cas du circuit de comptage de coïncidence 32 décrit précédemment, le circuit de comptage anti-coïncidence 81 peut être configuré à l'aide d'un ordinateur, et le traitement informatique ne doit pas nécessairement être effectué en temps réel, mais peut être effectué hors ligne. En particulier dans une condition de dose élevée, la probabilité que plus d'un signal soit compté accidentellement en même temps dans chaque segment augmente, ce à quoi il faut faire attention lors de l'utilisation du circuit de comptage anti-coïncidence 81.
L'effet de la segmentation décrit ci-dessus varie en fonction de l'énergie des rayons gamma. La montre le résultat d'un calcul pour des rayons gamma de 5,0 MeV effectué de manière similaire à celui effectué pour obtenir le résultat pour des rayons gamma de 2,2 MeV montré à la . Lorsque les rayons gamma incidents sont de haute énergie, la probabilité est élevée que les électrons de haute énergie diffusés dans une couche de phosphore 11 pénètrent à travers la couche de phosphore 11, puis pénètrent également à travers une couche de transmission de la lumière 12, et entrent ensuite dans une couche de phosphore 11 située à côté de la couche de transmission de la lumière 12, contribuant ainsi à la luminescence de celle-ci. De plus, la probabilité est très élevée que les électrons à haute énergie diffusés dans une couche de transmission de lumière 12 ne soient pas complètement absorbés dans la couche de transmission de lumière 12 et soient également absorbés dans une couche de phosphore située à côté de la couche de transmission de lumière 12. Pour cette raison, dans le cas sans segmentation de la , la sensibilité aux rayons gamma est plus élevée lorsque l'épaisseur de la couche de phosphore 11 est de 1 mm (0,25 g/cm 2 en termes de longueur de densité) ou de 1,67 mm (0,42 g/cm 2 en termes de longueur de densité) que lorsqu'elle est de 5 mm (1,25 g/cm 2 en termes de longueur de densité) (art antérieur). Toutefois, lorsque la segmentation est adoptée, la luminescence se produisant dans une pluralité de couches de phosphore 11 génère séparément la sortie de chaque segment, et par conséquent la sortie de chaque segment diminue et la sensibilité est fortement réduite. Par conséquent, l'effet de la segmentation est plus important lorsque l'énergie des rayons gamma est plus élevée. De plus, pour ces rayons gamma à haute énergie, le circuit de comptage anti-coïncidence 81 décrit ci-dessus est particulièrement efficace.
Dans le deuxième mode de réalisation, une plage préférée de l'épaisseur (longueur de densité) de la couche de phosphore 11 est la même que celle du premier mode de réalisation. D'autre part, dans le cas du deuxième mode de réalisation, étant donné que la lumière fluorescente ne se propage pas entre les segments, la restriction sur l'épaisseur (longueur de densité) de la couche de transmission de la lumière 12 est relâchée. Toutefois, dans le deuxième mode de réalisation, lorsque chaque segment est épais, la zone de photodétection des photodétecteurs doit être grande, ce qui entraîne un inconvénient en termes de coût. Par conséquent, il n'est pas souhaitable d'augmenter l'épaisseur de la couche de transmission de lumière 12 plus que nécessaire, et une épaisseur de la couche de transmission de lumière 12 d'environ 6 mm (1,3 g/cm 2 en termes de longueur de densité) ou moins est préférable.
Dans le second mode de réalisation, alors que la couche de transmission de lumière 12 a pour fonction de propager la lumière fluorescente vers les photodétecteurs, la couche de phosphore 11 peut également guider de manière similaire la lumière fluorescente vers les photodétecteurs, et par conséquent, en particulier lorsque la segmentation est adoptée, la couche de transmission de lumière 12 n'est pas nécessairement prévue dans les segments. Toutefois, étant donné que la couche de phosphore 11 est fixée pour être mince comme décrit ci-dessus, son efficacité de propagation de la lumière (lumière fluorescente) vers les photodétecteurs n'est pas élevée dans la direction du plan. Également, il est préférable de prévoir également la couche de transmission de la lumière 12 dans les segments.
Dans la technologie décrite dans la littérature de brevet 2, des particules de phosphore inorganique et un matériau de résine sont utilisés, et il est possible de considérer que les particules de phosphore inorganique correspondent à la couche de phosphore 11 et qu'une couche faite du matériau de résine correspond à la couche de transmission de la lumière 12. Toutefois, contrairement à la couche de transmission de la lumière 12 décrite ci-dessus, la probabilité que les neutrons soient diffusés et ainsi thermalisés ou absorbés dans le matériau de résine contenant de l'hydrogène est élevée, et par conséquent, l'efficacité de détection des neutrons dans la technologie antérieure est inférieure à celle de la présente invention. De plus, alors que les particules de phosphore inorganique et le matériau de résine sont généralement constitués de matériaux complètement différents, leurs densités doivent être proches les unes des autres afin de les mélanger uniformément. Dans ces conditions, pour que leurs indices de réfraction soient proches les uns des autres afin de supprimer la réflexion à une interface entre eux, comme dans le cas de la couche de phosphore 11 et de la couche de transmission de la lumière 12 dans la présente invention, la restriction sur le matériau de la résine ou le matériau des particules de phosphore inorganique devient stricte, par conséquent, il est difficile de sélectionner et d'utiliser ces matériaux dans la pratique. En revanche, dans la présente invention, une telle restriction n'est pas placée sur les densités de la couche de phosphore 11 et de la couche de transmission de la lumière 12, et par conséquent le degré de liberté de sélection des matériaux est élevé.
De plus, dans le cas de la présente invention, en formant la couche de phosphore 11 pour qu'elle ait une forme de film mince avec une petite épaisseur dans la direction d'incidence des rayons gamma (neutrons) et en utilisant la structure en couches, la sensibilité aux rayons gamma peut être grandement réduite sans réduire celle aux neutrons, comme décrit ci-dessus, mais en revanche, dans la technologie décrite dans la littérature de brevet 2, comme la taille des particules de phosphore inorganique est isotrope et indépendante de la direction d'incidence, l'effet de réduction de la sensibilité aux rayons gamma sans réduire celle aux neutrons est faible.
Comme le montrent les points (B) et (C) de la , les positions auxquelles l'absorption des neutrons se produit varient en profondeur en raison d'une probabilité non élevée d'absorption des neutrons, et par conséquent, dans le cas présent, les couches de phosphore 11 et les couches de transmission de la lumière 12 sont configurées dans la structure multicouche, comme décrit ci-dessus. Sur la , la lumière fluorescente émise par la couche de phosphore 11 sur le côté le plus superficiel (le côté le plus à gauche sur la ) atteint le photodétecteur 21 après avoir traversé toutes les couches situées plus près du photodétecteur 21 que la couche de phosphore 11 (quatre couches de transmission de lumière 12 et quatre couches de phosphore 11), comme indiqué par un chemin R1. En revanche, la lumière fluorescente émise par la couche de phosphore 11 du côté le plus proche du photodétecteur 21 (le côté le plus à droite) atteint directement le photodétecteur 21 à une courte distance, comme indiqué par un chemin R2. Par conséquent, lorsque l'absorption, la désintégration et la réflexion entre les couches de lumière fluorescente ne peuvent être négligées dans les couches de phosphore 11 et les couches de transmission de la lumière 12, la première lumière fluorescente est détectée comme ayant une intensité plus faible (hauteur d'impulsion plus faible) que la seconde dans le photodétecteur 21. Par conséquent, même lorsque la même énergie est transférée, l'intensité de luminescence à détecter (hauteur d'impulsion) peut différer selon la couche de phosphore 11 de la dans laquelle l'énergie est transférée. Cela élargit D1 sur la dans la direction latérale.
La montre un résultat de la mesure pratique de l'influence de la couche de transmission de lumière 12 dans une telle détection de lumière fluorescente. C'est le résultat de la mesure des distributions de hauteur d'impulsion dans la sortie du photodétecteur 21 correspondant à D1 sur la , en utilisant la configuration de la , où, dans le but d'étudier l'influence, seule la plus à gauche des couches de phosphore 11 illustrées sur la a été fournie, sans qu'aucune autre des couches de phosphore 11 ne soit fournie, et le nombre de couches de transmission de lumière 12 fournies sur le côté droit de la couche de phosphore unique 11 a été modifié. La différence du nombre de couches de transmission de la lumière 12 entraîne une différence d'influence de l'épaisseur totale des couches de transmission de la lumière à travers lesquelles la lumière fluorescente doit passer, et de la réflexion entre les couches. Dans ce cas, les couches de transmission de la lumière 12 étaient faites de quartz synthétique, et l'épaisseur de chaque couche individuelle était fixée à 2,5 mm. Sur la , le cas représenté par « 0 couche de verre » correspond à celui où la lumière fluorescente émise par la couche de phosphore 11 atteint le photodétecteur 21 sans traverser aucune couche de transmission de lumière 12, le cas représenté par « 4 couches de verre » correspond à celui où quatre couches de transmission de lumière 12 (avec une épaisseur totale de 10 mm) sont prévues, et le cas représenté par « 12 couches de verre » correspond à celui où douze couches de transmission de lumière 12 (avec une épaisseur totale de 30 mm) sont prévues. A partir de ce résultat, même en utilisant un matériau présentant une transmission lumineuse suffisamment élevée comme le quartz synthétique, une diminution de la hauteur d'impulsion détectée n'est pas négligeable. Lorsque le scintillateur 10 ayant la structure de la est utilisé dans la , la couche de phosphore 11 à partir de laquelle la lumière fluorescente détectée par le photodétecteur 21 a été émise est variable, ce qui entraîne une variation du nombre (épaisseur totale) de couches traversées par la lumière fluorescente, et par conséquent, une distribution de hauteur d'impulsion pratiquement obtenue par le photodétecteur 21 devient la somme des distributions d'impulsion illustrées dans la . Dans ce cas, même si l'élargissement de la distribution des impulsions (largeur totale du demi-maximum) représentée sur la est faible pour chaque couche de phosphore individuelle, l'élargissement de la distribution de la hauteur d'impulsion additionnée est accru. Ceci n'est pas souhaitable pour rendre les distributions D1 et D3 de la distinctes l'une de l'autre.
Par conséquent, dans le cas de la configuration de la , il est préférable que la transmission de la lumière soit élevée pour la couche de phosphore 11 et la couche de transmission de la lumière 12 et que la réflectance à l'interface de ces couches soit faible (la différence d'indice de réfraction est faible entre les couches). De plus, il est préférable de ne pas augmenter le nombre total de couches stratifiées plus que nécessaire.
La , montre la variation de la distribution de la hauteur d'impulsion dans la détection des neutrons en fonction du nombre de couches de transmission de la lumière 12 que la lumière fluorescente doit traverser, concernant l'influence de la couche de transmission de la lumière 12 sur la détection de la lumière fluorescente par le photodétecteur 21. La sensibilité aux rayons gamma lorsque l'épaisseur de la couche de transmission de lumière 12 est variée est ensuite décrite.
Les figures 8 et 9 montrent chacune un résultat du calcul de la sensibilité aux rayons gamma lors de la variation de l'épaisseur de la couche de transmission de lumière 12, où, de manière similaire au cas de la , l'épaisseur totale des couches de phosphore 11 est fixée à 5 mm, et est répartie en une seule couche (avec une épaisseur de 5 mm), parmi trois couches (chaque couche individuelle ayant une épaisseur de 1,67 mm), parmi 5 couches (chaque couche individuelle ayant une épaisseur de 1 mm), parmi 10 couches (chaque couche individuelle ayant une épaisseur de 0,5 mm), et parmi 20 couches (chaque couche individuelle ayant une épaisseur de 0,5 mm). 67 mm), entre 5 couches (chaque couche individuelle ayant une épaisseur de 1 mm), entre 10 couches (chaque couche individuelle ayant une épaisseur de 0,5 mm), et entre 20 couches (chaque couche individuelle ayant une épaisseur de 0,25 mm), et les figures 8 et 9 montrent respectivement les résultats pour des cas d'énergie de rayons gamma de 2,2 MeV et 5 MeV. La couche de transmission de la lumière 12 est supposée être faite de quartz synthétique. Contrairement à la , l'axe vertical est représenté sur une échelle logarithmique.
D'après les résultats des figures 8 et 9, il est constaté que, dans la structure multicouche, la sensibilité aux rayons gamma (intensité de luminescence) diminue avec l'augmentation de l'épaisseur totale des couches de transmission de lumière 12 ne contribuant pas à la luminescence. De ce fait, lorsque l'absorption des neutrons par la couche de transmission de la lumière 12 peut être négligée, il est préférable que la couche de transmission de la lumière 12 soit épaisse afin de réduire l'intensité de la luminescence due aux photons des rayons gamma. Toutefois, lorsque l'absorption des neutrons par la couche de transmission de lumière 12 est faible, l'efficacité de détection des neutrons diminue progressivement avec l'augmentation de l'épaisseur totale des couches de transmission de lumière 12. De plus, en particulier dans un aspect illustré sur la , qui sera décrit ultérieurement, une zone de photodétection du photodétecteur doit être agrandie lorsque la couche de transmission de la lumière 12 est épaisse, ce qui entraîne un autre inconvénient en termes de coût. Par conséquent, il n'est pas souhaitable d'augmenter l'épaisseur de la couche de transmission de lumière 12 plus que nécessaire, et spécifiquement, une épaisseur de la couche de transmission de lumière 12 d'environ 6 mm (1,3 g/cm 2 en termes de longueur de densité) ou moins est préférable. Comme le montre la , lorsque la couche de phosphore 11 est fixée à 0,25 mm d'épaisseur (0,0625 g/cm 2 en termes de longueur de densité), un effet suffisant de suppression de la sensibilité aux rayons gamma de 2,2 MeV est attendu même lorsque la couche de transmission de lumière 12 a une épaisseur de 1 mm (0,2 g/cm 2 en termes de longueur de densité). Toutefois, lorsque la couche de phosphore 11 est fixée à 0,25 mm d'épaisseur, le nombre total de couches de phosphore 11 doit être élevé afin de garantir l'efficacité de la détection des neutrons, ce qui provoque un élargissement de la distribution de la hauteur d'impulsion dans la configuration de la , comme décrit ci-dessus, et est donc indésirable. Même dans le cas de l'utilisation de la configuration de la , lorsque la couche de transmission de la lumière 12 est trop mince, l'efficacité de la propagation de la lumière dans la direction du plan est diminuée, ce qui provoque également un élargissement de la distribution de la hauteur d'impulsion et, par conséquent, est indésirable en ce qui concerne la séparation des distributions D1 et D3 de la . Par conséquent, lorsqu'elle est exprimée en termes de longueur de densité comme dans le cas décrit ci-dessus de la couche de phosphore 11, la gamme préférée pour la couche de transmission de la lumière 12 est de 0,2 g/cm 2 à 1,3 g/cm 2 .
Durant ce temps, dans le détecteur de neutrons 2 de la , les directions d'incidence (flèches C et D) de la lumière fluorescente à détecter par les photodétecteurs sont différentes de celles du cas de la de 90 degrés, où deux photodétecteurs, un premier photodétecteur 31A et un second photodétecteur 31B, opposés l'un à l'autre sont utilisés, avec le scintillateur 10 inséré entre eux dans la direction y. Comme la luminescence qui se produit lorsque des neutrons sont absorbés dans la couche de phosphore 11 n'a pas de directionnalité spécifique, et que la lumière est émise dans toutes les directions, la lumière émise peut être détectée également par les photodétecteurs 31A et 31B.
Dans ce cas, la lumière émise par la couche de luminophore 11 la plus à gauche sur la et la lumière émise par la couche de luminophore 11 la plus à droite, mentionnées précédemment, traversent chacune la couche de luminophore 11 ayant émis la lumière et les couches de transmission de lumière 12 voisines de la couche de luminophore 11, le long de la direction y, et il n'y a pas de différence entre elles dans la longueur du trajet entre leur émission et leur arrivée aux photodétecteurs 31A et 31B. Par conséquent, dans le cas présent, contrairement au cas de la , la hauteur d'impulsion ne diffère pas en fonction de celle des cinq couches de phosphore 11 qui a émis la lumière (a absorbé les neutrons), et par conséquent, il ne se produit pas d'élargissement de la distribution de la hauteur d'impulsion en raison de l'utilisation de la structure multicouche.
D'autre part, lorsqu'une telle absorption de lumière ou similaire dans la couche de phosphore 11 et la couche de transmission de lumière 12 telle que décrite ci-dessus ne peut être négligée, elle affecte la hauteur d'impulsion des impulsions de sortie obtenues par les photodétecteurs 31A et 31B. Dans la , lorsque les neutrons sont absorbés du côté du photodétecteur 31A (côté supérieur dans le schéma) dans une couche de phosphore 11, la lumière ainsi émise atteint le photodétecteur 31A via un court chemin R3 et atteint le photodétecteur 31B via un long chemin R4. En revanche, lorsque les neutrons sont absorbés du côté du photodétecteur 31B (côté inférieur dans le schéma) dans une couche de phosphore 11, la lumière ainsi émise atteint le photodétecteur 31A par un long chemin R5 et le photodétecteur 31B par un court chemin R6. Par conséquent, dans un cas où l'absorption de la lumière ne peut pas être négligée, lorsque les neutrons sont absorbés du côté du photodétecteur 31A, la hauteur d'impulsion dans le photodétecteur 31A devient plus élevée et celle dans le photodétecteur 31B devient plus faible, l'une par rapport à l'autre, et elles ont une relation inverse lorsque les neutrons sont absorbés du côté du photodétecteur 31B. C'est-à-dire qu'il y a une distribution de la hauteur des impulsions de sortie dans chacun des photodétecteurs 31A et 31B en fonction de la position d'incidence des neutrons dans la direction y.
En revanche, dans le détecteur de neutrons 2, une impulsion de sortie du photodétecteur 31A (première impulsion de sortie) PA et celle du photodétecteur 31B (deuxième impulsion de sortie) PB sont entrées dans un circuit de comptage de coïncidences (unité de comptage de coïncidences) 32. Le circuit de comptage de coïncidences 32 émet leur somme PA+PB lorsqu'il reconnaît simultanément l'impulsion de sortie PA et l'impulsion de sortie PB. La hauteur d'impulsion de PA+PB est presque indépendante de la position d'incidence des neutrons dans la direction y, et correspond à l'énergie absorbée par absorption des neutrons dans la couche de phosphore 11. Par conséquent, en utilisant un tel circuit de comptage de coïncidences 32 et en obtenant ainsi des impulsions de sortie indépendantes de la position d'incidence des neutrons dans la direction y, même dans le cas où une absorption de lumière se produit dans la couche de phosphore 11, il est possible de supprimer l'élargissement de la distribution de la hauteur d'impulsion dans la détection des neutrons. Par conséquent, il est facile de distinguer les sorties des deux types de rayonnements. Toutefois, étant donné que la décroissance de la lumière due à l'absorption est liée de manière non linéaire à la distance entre la position incidente et le photodétecteur, par exemple, une simple somme de PA et PB n'est pas exactement une quantité indépendante de la position incidente. Plus exactement, il est préférable d'utiliser une hauteur d'impulsion indépendante de la position incidente calculée de manière appropriée à l'aide de PA et PB en tenant compte du point décrit ci-dessus. Ici, le circuit de comptage de coïncidences 32 peut être configuré sous la forme d'un circuit électrique, ou peut être configuré en utilisant un ordinateur ou similaire qui effectue un traitement sur des impulsions de sortie numérisées. En particulier, dans le cas de l'utilisation d'un ordinateur, le traitement ne doit pas nécessairement être effectué en temps réel au moment de la détection, et peut être effectué par l'ordinateur collectivement sur une série de données d'impulsions de sortie après avoir stocké les données pendant une certaine période de temps, par exemple. Dans ce cas, le traitement peut être effectué dans un état hors ligne séparé de l'environnement de mesure en disposant le circuit de comptage de coïncidences 32 à l'écart des photodétecteurs et autres.
De plus, même dans la configuration de la , en prévoyant des photodétecteurs 31A sous la forme d'un réseau le long de la direction x, en prévoyant de manière similaire des photodétecteurs 31B, et en prévoyant des circuits de comptage de coïncidence 32 en fonction des photodétecteurs, par exemple, les positions d'absorption de neutrons (positions de luminescence) dans la direction x peuvent être reconnues.
Dans la configuration de la , étant donné que la lumière fluorescente générée par l'absorption de neutrons est théoriquement toujours détectée par les photodétecteurs 31A et 31B en même temps, une composante de bruit sans rapport avec la détection de rayonnements tels que les neutrons est éliminée des sorties des photodétecteurs 31A et 31B et n'est pas comprise dans la sortie du circuit de comptage de coïncidence 32, à moins que sa sortie simultanée ne se produise accidentellement. Ici, en ce qui concerne la synchronisation des sorties des photodétecteurs 31A et 31B dans le circuit de comptage de coïncidences 32, celles qui se produisent toutes les deux dans une courte période de temps déterminée de manière appropriée sont reconnues comme étant synchrones entre elles.
Dans le cas illustré sur la où la lumière émise dans la direction y est détectée par les photodétecteurs, lorsque l'absorption de la lumière dans la couche de phosphore 11 peut être négligée, une configuration ne comprenant pas le circuit de comptage de coïncidences 32 sur la et comprenant uniquement l'un ou l'autre des photodétecteurs 31A et 31B peut être utilisée. De plus, il est particulièrement efficace d'utiliser une configuration telle que décrite précédemment, les couches de phosphore 11 sont formées pour être minces dans la direction z, et les couches de transmission de la lumière 12 plus épaisses que les couches de phosphore 11 sont prévues adjacentes aux couches de phosphore 11 respectives, permettant ainsi la détection non seulement de la lumière se propageant dans les couches de phosphore 11, mais également de la lumière se propageant dans les couches de transmission de la lumière 12, le long de la direction y. Second mode de réalisation