INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Ensuite, une description d'un deuxième mode de réalisation qui utilise un scintillateur ayant une structure différente de celle du scintillateur 10 montré dans les FIGS. 1A, 1B sera détaillé. La est une vue en coupe transversale montrant la structure d'un tel scintillateur 50 utilisé dans le présent mode de réalisation, qui correspond à la . Dans le scintillateur 50, comme dans le scintillateur 10, cinq couches de phosphore 11 et cinq couches de transmission de la lumière 12 sont prévues, et les couches de phosphore 11 émettent une lumière fluorescente par interaction avec des neutrons (ou des rayons gamma).
Toutefois, dans le cas présent, une fine couche de protection contre la lumière 13 qui ne transmet pas, mais réfléchit la lumière fluorescente est formée sur le côté droit de chacune des couches de transmission de la lumière 12 dans le schéma. Il est préférable que la couche de protection contre la lumière 13 soit constituée d'un matériau ne transmettant pas la lumière fluorescente, mais absorbant de manière négligeable les neutrons (par exemple, l'aluminium). En général, il est difficile d'absorber les neutrons, mais facile de protéger la lumière visible et la lumière ultraviolette en utilisant un métal mince, et il est donc facile de fournir une telle couche de protection contre la lumière 13. De plus, l'énergie des rayons gamma ou des électrons de haute énergie générés par les rayons gamma peut être absorbée par la couche de protection contre la lumière 13. Parallèlement, dans le scintillateur 50, la détection de la lumière est effectuée en termes de chacun des segments, comme cela sera décrit plus tard, où la couche de protection contre la lumière 13 sert de limite entre les segments. L'épaisseur de la couche de protection contre la lumière 13 peut être réglée de manière à faciliter la détection de la lumière au niveau de chaque segment. Ce réglage est également facile, car l'absorption des neutrons par l'aluminium ou similaire, par exemple, est faible.
Sur la , la lumière émise par une couche de phosphore 11 entre dans la couche de transmission de la lumière 12 adjacente, mais son incidence sur une couche de phosphore 11 voisine de la couche de transmission de la lumière 12 adjacente est empêchée par la couche de protection contre la lumière 13. Par conséquent, le scintillateur 50 est divisé en cinq segments S1 à S5 dans la direction z, la couche de protection contre la lumière 13 étant chaque limite, en ce qui concerne la lumière fluorescente. Dans la , une couche de phosphore 11 et une couche de transmission de la lumière 12 sont prévues dans chaque segment, et la lumière émise par l'une des couches de phosphore 11 progresse uniquement à l'intérieur du segment comprenant la couche de phosphore 11, en particulier le long de la direction y. De plus, en raison de l'existence de la couche de protection contre la lumière 13, la lumière émise par la couche de phosphore 11 est envoyée uniquement dans les directions des flèches C et D illustrées sur la , mais pas dans la direction d'une flèche B sur la .
Comme décrit précédemment, la direction de progression des électrons à haute énergie est sensiblement égale à la direction d'incidence (de progression) des rayons gamma, il est préférable, afin d'améliorer l'effet décrit ci-dessus, que la direction d'incidence des rayons gamma soit égale à la direction de l'épaisseur du luminophore lorsque le luminophore est sous forme de film mince. Dans de nombreux cas où les neutrons et les rayons gamma sont présents, la source de neutrons et la source de rayons gamma se chevauchent, et la condition est donc satisfaite.
Comme la probabilité d'absorption des neutrons n'est pas élevée, il peut y avoir un cas, tel que celui illustré en (B) sur la , où les neutrons sont absorbés près de la surface et où des particules chargées secondaires sont générées à cet endroit, et il peut également y avoir un cas, tel que celui illustré en (C), où les neutrons sont absorbés à une position profonde dans le luminophore et où des particules chargées secondaires sont générées à cet endroit. Lorsque le luminophore est mince et composé d'une seule couche, les neutrons peuvent être détectés dans le cas (B), mais les neutrons ne peuvent pas être détectés dans le cas (C) correspondant à un cas où les neutrons passent à travers le luminophore sans subir d'interaction, où l'efficacité de détection des neutrons peut par conséquent être réduite. En revanche, en employant une structure multicouche composée de couches de phosphore 11 et de couches de transmission de la lumière 12, comme illustrer sur la , pour maintenir une épaisseur totale des couches de phosphore 11, il devient possible de détecter les neutrons même dans le cas (C), et de conserver ainsi une efficacité élevée de détection des neutrons.
Ci-après, une description du résultat d'une enquête spécifique effectuée sera donnée pour clarifier la question décrite ci-dessus. La montre le résultat du calcul de la probabilité que la majeure partie de l'énergie des particules chargées secondaires (particules α, noyaux 3 H) générées par les neutrons soit absorbée par le phosphore. Ici, il est supposé que l'isotope absorbant les neutrons est le 6 Li comme décrit précédemment, par conséquent les particules chargées secondaires sont des particules α et des noyaux 3 H, et que le luminophore est le GS20 déjà décrit. Bien qu'il soit préférable que le luminophore soit épais afin d'augmenter suffisamment la probabilité d'absorption (jusqu'à près de 1), il est reconnu d'après le résultat que le taux d'absorption est de 0,98 lorsque l'épaisseur du luminophore est de 1,0 mm, d'environ 0,94 même lorsque l'épaisseur est de 0,25 mm, mais qu'il est drastiquement réduit pour des épaisseurs plus petites.
D'autre part, comme décrit précédemment, l'énergie équivalente des électrons correspondant à la quantité de luminescence due aux neutrons (particules chargées secondaires décrites ci-dessus) lors de l'utilisation du GS20 est de 1,6 MeVee. C’est-à-dire, la hauteur d'impulsion en sortie devient sensiblement la même pour les électrons ayant cette énergie et pour les particules chargées secondaires, il est donc impossible de faire la distinction entre les rayons gamma et les neutrons (ou entre les électrons à haute énergie et les particules chargées secondaires) par la hauteur d'impulsion, comme indiqué par D1 et D2 sur la .
Pour permettre la distinction entre les neutrons et les photons de rayons gamma générant des électrons ayant le niveau d'énergie décrit ci-dessus par la hauteur d'impulsion des impulsions de sortie, la répartition de D3 sur la peut être réalisée en réduisant l'énergie transférée des rayons gamma (électrons générés par ceux-ci) au luminophore pour qu'elle soit suffisamment inférieure à 1,6 MeV. Par exemple, le cas considéré ici est celui de l'utilisation d'un détecteur général composé d'un tube photomultiplicateur et du luminophore GS20 (scintillateur) déjà décrit, dont la résolution en énergie (valeur obtenue en divisant la valeur de crête d'une distribution de hauteur d'impulsion par la largeur totale du demi-maximum de la distribution de hauteur d'impulsion) est d'environ 16% pour les particules chargées secondaires et d'environ 24% pour les électrons de 1,2 MeV. Dans ce cas, en fixant T, dans la distribution de la hauteur d'impulsion de la , de sorte que 99% de la distribution D1 pour les neutrons soit comprise dans une plage égale ou supérieure à T, et en faisant en sorte que le transfert d'énergie provoqué par les rayons gamma dans la couche de phosphore soit de 1,2 MeV ou moins, presque aucune valeur de hauteur d'impulsion pour les rayons gamma n'est comprise dans la plage égale ou supérieure au seuil T, et par conséquent la capacité de distinction n/γ par la hauteur d'impulsion est augmentée. Par conséquent, la couche de phosphore 11 peut être rendue mince afin que l'énergie transférée des électrons au phosphore devienne 1,2 MeV ou moins.
Comme décrit précédemment, la probabilité d'absorption des neutrons ayant une énergie égale ou supérieure à celle des neutrons épithermiques, l'épaisseur totale de la couche de phosphore 11 doit être égale ou supérieure à une certaine valeur afin de détecter les neutrons avec une efficacité élevée, pour cela, une telle structure multicouche telle que représentée sur la est efficace à cet effet. Toutefois, en adoptant la structure multicouche, la probabilité d'interaction avec les rayons gamma est également augmentée, et même si leur distribution de hauteur d'impulsion est déplacée vers le côté basse énergie comme décrit ci-dessus, il peut également arriver que la fréquence elle-même augmente pour provoquer une augmentation de la sensibilité aux rayons gamma. Par conséquent, une étude a été réalisée sur la sensibilité aux rayons gamma (probabilité de transfert d'une énergie supérieure à 1,2 MeV au phosphore) lorsque le nombre de couches de phosphore 11 (et l'épaisseur de chaque couche) varie, tout en maintenant l'épaisseur totale constante. La montre le résultat du calcul des valeurs relatives de la sensibilité aux rayons gamma lorsque l'épaisseur totale des couches de phosphore 11 est fixée à 5 mm, et est répartie sur une seule couche (avec une épaisseur de 5 mm), sur trois couches (chaque couche individuelle de phosphore 11 ayant une épaisseur de 1,67 mm), sur cinq couches (avec une épaisseur de 1,67 mm), sur trois couches (avec une épaisseur de 1,67 mm), sur trois couches (avec une épaisseur de 1,67 mm), sur trois couches (avec une épaisseur de 1,67 mm), sur cinq couches (avec une épaisseur de 1,67 mm). 67 mm), entre 5 couches (chaque couche individuelle 11 ayant une épaisseur de 1 mm), entre 10 couches (chaque couche individuelle 11 ayant une épaisseur de 0,5 mm) et entre 20 couches (chaque couche individuelle 11 ayant une épaisseur de 0,25 mm), où, dans les cas multicouches, la couche de transmission de la lumière 12 faite de quartz synthétique de 2 mm d'épaisseur est insérée entre les couches de phosphore 11, formant ainsi la structure multicouche des figures 1A et 1B. Dans ce cas, il est supposé que l'énergie des rayons gamma était de 2,2 MeV, ce qui correspond à celle qui est émise par la réaction entre les neutrons modérés et l'hydrogène dans le matériau modérateur de neutrons, comme décrit ci-dessus. De tels rayons gamma de 2,2 MeV peuvent constituer un événement de fond important dans diverses conditions de mesure, et sont donc l'un des rayons gamma auxquels il faut prêter le plus d'attention dans la pratique.
Sur la , le cas d'une épaisseur de 5 mm (couche unique) correspond à celui d'un scintillateur habituel entièrement et uniformément constitué d'un phosphore sans avoir de couche de transmission de la lumière 12. D'après la , il est évident qu'en adoptant la structure multicouche dans laquelle sont insérées les couches de transmission de la lumière 12, l'intensité de la luminescence due aux photons des rayons gamma peut être considérablement réduite par rapport au scintillateur habituel.
La quantité d'absorption d'énergie électronique dépend grandement du produit de la densité et de l'épaisseur du luminophore (appelé longueur de densité). Par conséquent, pour discuter du résultat de manière plus générale, il est préférable d'utiliser la longueur de densité obtenue en multipliant l'abscisse de la par la densité du GS20 (2,5 g/cm 3 ) comme indice, et de cette manière, il est considéré que même lorsqu'un luminophore autre que le GS20 est utilisé, un résultat similaire à celui du GS20 peut être obtenu en utilisant un luminophore ayant une longueur de densité équivalente. Par exemple, par rapport à un cas d'utilisation d'une seule couche de phosphore 11 avec une longueur de densité de 1,25 g/cm 2 (équivalent à 5 mm d'épaisseur de GS20), l'absorption d'énergie est réduite en adoptant la structure en couches décrite ci-dessus comprenant cinq couches de phosphore 11 ayant chacune une longueur de densité de 0,25 g/cm 2 (équivalent à 1 mm d'épaisseur de GS20), où le taux d'absorption d'énergie de 1,2 MeV ou plus passe à environ 1/10. Lorsque la longueur de densité est utilisée comme indice, la gamme préférée de la longueur de densité de la couche de phosphore 11 pour obtenir l'effet décrit ci-dessus est de 0,0625 à 0,5 g/cm 2 .
Par conséquent, même dans les cas où l'épaisseur totale des couches de phosphore 11 est identique, lorsque l'épaisseur de chaque couche de phosphore individuelle 11 est plus petite et que le nombre total de couches est plus grand, une différence entre la hauteur d'impulsion des impulsions de sortie dues aux neutrons et celle due aux photons de rayons gamma est augmentée.
Toutefois, si les neutrons sont absorbés dans la couche de transmission de la lumière 12, les neutrons ne sont pas détectés, car l'énergie due à cette réaction ne contribue pas à la luminescence. Par conséquent, dans le scintillateur 10 ayant la structure des figures 1A, 1B, l'efficacité de détection des neutrons est réduite d'une quantité correspondant à l'absorption des neutrons dans la couche de transmission de la lumière 12. Par conséquent, il est souhaitable qu'un matériau ayant une faible probabilité d'absorption de neutrons soit utilisé pour la couche de transmission de lumière 12.
Il est préférable que la couche de transmission de lumière 12 soit constituée d'un matériau ne contenant pas l'isotope absorbant les neutrons décrit précédemment et étant transparent à la lumière fluorescente. Toutefois, dans un détecteur de neutrons qui sera décrit plus tard, la lumière fluorescente extraite du scintillateur 10 est détectée à l'extérieur, où la réflexion à l'interface entre la couche de phosphore 11 et la couche de transmission de lumière 12 devient un obstacle à l'extraction de la lumière fluorescente vers l'extérieur du scintillateur 10. Pour supprimer cette réflexion à l'interface, il est préférable que l'indice de réfraction de la couche de phosphore 11 et celui de la couche de transmission de la lumière 12 soient proches l'un de l'autre pour la lumière fluorescente. Plus précisément, il est préférable que le rapport entre l'indice de réfraction de la couche de transmission de la lumière 12 et celui de la couche de phosphore 11 soit compris entre 0,90 et 1,10 à la longueur d'onde de la lumière fluorescente. Lorsque, par exemple, le GS20 décrit ci-dessus est utilisé pour la couche de phosphore 11, du quartz synthétique peut être utilisé comme matériau satisfaisant à l'exigence décrite ci-dessus. C'est-à-dire qu'en utilisant des matériaux dont le composant principal est le dioxyde de silicium (SiO 2 ) pour former la couche de phosphore 11 et la couche de transmission de la lumière 12, la réflexion à l'interface peut être supprimée.
Comme décrit ci-dessus, lors de l'utilisation du scintillateur 10 des figures 1A, 1B, il est possible de réduire de manière significative uniquement la hauteur d'impulsion de la sortie d'impulsion due aux photons gamma, sans réduire celle due aux neutrons et l'efficacité de détection des neutrons. Par conséquent, il devient possible de distinguer les neutrons des photons gamma uniquement par la hauteur d'impulsion. Ici, étant donné que la constante de temps de décroissance des impulsions de sortie est déterminée par le matériau constituant la couche de phosphore 11, et que la constante de temps de décroissance n'est pas augmentée au moins en employant la configuration décrite ci-dessus, l'utilisation d'un matériau ayant une petite valeur pour la constante de temps de décroissance, pour la couche de phosphore 11, permet la mesure dans une condition de dose élevée, de manière similaire aux scintillateurs habituels.
Ensuite, une description sera donnée d'un aspect de l'utilisation pratique du scintillateur 10 dans un détecteur. Les figures 6A et 6B montrent schématiquement deux types de détecteurs de neutrons 1 et 2 dans lesquels le scintillateur 10 décrit ci-dessus est utilisé. Dans les schémas, une flèche A représente la direction d'incidence des neutrons à détecter ou des rayons gamma qui constituent un obstacle à la détection des neutrons, et les flèches B, C et D représentent les directions progressives des parties respectives de la lumière fluorescente émise par les neutrons ou les rayons gamma dans le scintillateur 10 qui doivent être détectées par un photodétecteur.
Le photodétecteur utilisé ici est celui qui a une haute résolution temporelle et qui est capable d'émettre des impulsions de sortie en recevant la lumière fluorescente décrite ci-dessus émise par la couche de phosphore 11, et plus particulièrement un tube photomultiplicateur ou similaire.
Dans le détecteur de neutrons 1 de la , la direction d'incidence des neutrons (flèche A) et celle de la lumière à détecter par le photodétecteur 21 (flèche B) sont réglées pour être dans la direction de superposition de la (direction de l'axe z). Par conséquent, lorsque le scintillateur 10 est de forme plane s'étendant dans le plan x-y sur les figures 1A, 1B, la configuration peut être mise en œuvre particulièrement facilement.
De plus, bien que le photodétecteur unique 21 soit utilisé sur la , un photodétecteur multicanaux ou similaire peut être utilisé par rapport au plan x-y des figures 1A, 1B. Dans ce cas, les positions d'absorption des neutrons (positions de luminescence) dans le plan x-y du scintillateur 10 peuvent être reconnues avec une résolution presque égale à l'intervalle de canal du photodétecteur. Dans ce cas, tout comme le photodétecteur, le scintillateur 10 peut être disposé de manière similaire sous une forme divisée.
Au cours de cette étape, la première couche 103 et la deuxième couche 113 sont utilisées comme masque d'insolation. Dans cet exemple, la deuxième couche 113 est plus précisément en un matériau opaque ou absorbant pour le rayonnement émis par la source utilisée pour insoler la couche 207. À titre d'exemple, la couche 113 absorbe au moins 20 %, de préférence au moins 50 %, de préférence au moins 80 % du rayonnement émis par la source d'insolation. On insole ainsi principalement des parties de la couche 207 situées à l'intérieur et à l'aplomb des ouvertures 111 préalablement formées dans la première couche 103 et non comblées par les plots 205.
La est une vue en perspective illustrant une structure obtenue à l'issue d'une étape ultérieure d'élimination de parties non insolées, ou des parties les plus faiblement insolées (c'est-à-dire des parties masquées par la couche 113), de la troisième couche 207.
Dans l'exemple représenté, on forme plus précisément des plots 209 (R) correspondant à des premières parties de la couche 207 situées à l'intérieur et à l'aplomb des ouvertures 111 préalablement couvertes par le masque 201, c'est-à-dire les ouvertures 111 non comblées par les plots 205, et on élimine des deuxièmes parties de la couche 207 masquées par la couche 103 et par les plots 205, les premières parties de la couche 207 ayant été plus fortement insolées que les deuxièmes parties de la couche 207 à l'étape de la . Dans cet exemple, les plots 209 présentent des dimensions latérales sensiblement égales à celles des ouvertures 111.
Dans l'exemple illustré en , le filtre coloré 200 comporte une alternance (ou damier) de plots 205 et 209, adaptés respectivement à transmettre de la lumière dans les deuxième et troisième gammes de longueurs d'ondes, et des parties de la couche 103, adaptées à transmettre de la lumière dans la première gamme de longueurs d'ondes, s'étendant latéralement entre les plots 205, 209.
Un avantage du procédé de réalisation du filtre coloré 200 décrit ci-dessus en relation avec les figures 2A à 2D tient au fait qu'il permet de simplifier les opérations d'alignement, par exemple l'alignement des ouvertures 203 du masque 201 par rapport aux ouvertures 111 de la couche 103 pour la réalisation des plots 205, voire de s'affranchir d'opérations d'alignement, par exemple pour la réalisation des plots 209.
La est une vue en perspective, schématique et partielle, illustrant une structure obtenue à l'issue d'un exemple d'un procédé de fabrication d'un filtre coloré 300 selon encore un autre mode de réalisation.
Dans l'exemple représenté, le filtre coloré 300 comporte une alternance (ou damier) de plots 205 et 209, adaptés respectivement à transmettre de la lumière dans les deuxième et troisième gammes de longueurs d'ondes, et de plots 301 (K), adaptés à transmettre un rayonnement dans une quatrième gamme de longueurs d'ondes. Entre les plots 205, 209, 301 s'étendent les parties de la couche 103 adaptées à transmettre de la lumière dans la première gamme de longueurs d'ondes. À titre d'exemple, les plots 301 sont opaques à la lumière visible et transmettent des rayonnements infrarouges, par exemple dans le spectre infrarouge proche.
La réalisation du filtre coloré 300 est à la portée de la personne du métier à partir des indications de la présente description. À titre d'exemple, le filtre coloré 300 est obtenu à l'issue d'un procédé analogue à celui précédemment décrit en relation avec les figures 2A à 2C en insolant, à l'étape de la , la troisième couche 207 à travers un masque couvrant certaines ouvertures 111 non comblées par les plots 205, c'est-à-dire certaines ouvertures 111 couvertes par le masque 201 à l'étape de la , puis en réalisant des étapes ultérieures de dépôt d'une cinquième couche 303 du côté de la face supérieure 101T du substrat 101, d'insolation de la cinquième couche 303 depuis la face inférieure 101B du substrat 101, en utilisant les couches 103, 113 et 207 comme masque, et d'élimination des parties de la cinquième couche 303 non insolées, ou les plus faiblement insolées, pour former les plots 301. Dans cet exemple, la troisième couche 207 est plus précisément en un matériau opaque ou absorbant pour le rayonnement émis par la source utilisée pour insoler la couche 303. À titre d'exemple, la couche 207 absorbe au moins 20 %, de préférence au moins 50 %, de préférence au moins 80 % du rayonnement émis par la source d'insolation. On insole ainsi principalement des parties de la couche 303 situées à l'intérieur et à l'aplomb des ouvertures 111 préalablement formées dans la première couche 103 et non comblées par les plots 205 et 209.
À titre d'exemple, le masque 201 couvre dans ce cas environ un tiers des ouvertures 111 de la couche 103 et le masque utilisé pour insoler la troisième couche 207 couvre environ un autre tiers des ouvertures 111 de la couche 103. Dans cet exemple, le filtre coloré 300 comporte des nombres sensiblement égaux de plots 205, 209, 301. Les plots 205, 209, 301 forment par exemple un motif se répétant de façon régulière le long de lignes et de colonnes à la surface 101T du substrat 101.
Les figures 4A à 4C sont des vues en perspective, schématiques et partielles, illustrant des étapes successives d'un exemple d'un procédé de fabrication d'un masque pour la réalisation de filtres colorés, par exemple le masque 105 ( ) utilisé pour réaliser les filtres colorés 100, 200, 300.
La est une vue en perspective illustrant une structure obtenue à l'issue d'une étape de dépôt, sur la face supérieure 107T du substrat 107, d'une couche 401.
Dans l'exemple représenté, la couche 401 revêt toute la face supérieure 107T du substrat 107. Le dépôt de la couche 401 peut par exemple être effectué par une technique choisie parmi la liste des techniques mentionnées ci-dessus pour le dépôt de la couche 103.
Dans cet exemple, la couche 401 est en un matériau opaque au rayonnement émis par la source utilisée pour insoler la couche 103 à travers le masque 105, par exemple un matériau opaque dans l'ultraviolet. La couche 401 est par exemple en une résine photosensible. À titre d'exemple, la couche 401 est en le même matériau que la couche 103.
La est une vue en perspective illustrant une étape ultérieure d'insolation de la couche 401 à travers un masque 403 disposé du côté de la face supérieure 107T du substrat 107. Dans l'exemple représenté, le masque 403 comporte des ouvertures 405 de forme sensiblement carrée.
La est une vue en perspective illustrant une structure obtenue à l'issue d'une étape ultérieure d'élimination de parties non insolées de la couche 401.
Dans l'exemple représenté, on forme plus précisément les plots 109 correspondant à des parties de la couche 401 non couvertes par le masque 403. Dans cet exemple, les plots 109 présentent des dimensions latérales sensiblement égales à celles des ouvertures 405 du masque 403.