CA2642092A1 - Equipement de caracterisation d'un faisceau de particules - Google Patents
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Abstract
La présente invention se rapporte à un équipement d'analyse d'un faisceau de particules comprenant au moins un détecteur comprenant un réseau de fibres optiques (9), le réseau de fibres parallèles comprenant au moins un premier plan de fibres optiques parallèles orientées selon une première direction X; le détecteur étant agencé pour produire un signal lumineux lorsque le faisceau de particules traverse le réseau de fibres optiques, un capteur d'image couplé avec le détecteur de sorte à délivrer un signal représentatif des caractéristiques du signal lumineux, caractérisé en ce que le capteur d'image comprend un capteur CCD ou CMOS, et dans lequel les extrémités des fibres optiques du réseau de fibres sont agencées pour former une image du signal lumineux dans le plan objet du capteur CCD ou CMOS.
Description
ÉQUIPEMENT DE CARACTÉRISATION
D'UN FAISCEAU DE PARTICULES
La présente invention se rapporte au domaine des équipements d'analyse de faisceaux de particules.
Il est fréquent de vouloir caractériser un faisceau de particules dans différentes applications comme dans les domaines de la physique fondamentale, de la biophysique, des machines destinées à la production de rayonnement synchrotron, et plus généralement de tout faisceau de particules chargées.
L'art antérieur connaît déjà des équipements d'analyse permettant de détecter et de caractériser un faisceau de particules, comme les chambres à fils. Ce sont des dispositifs qui nécessitent une alimentation en gaz impliquant un dispositif d'alimentation, de régulation mais aussi un système de sécurité et de surveillance par un opérateur qualifié. Ils sont du reste encombrant, pas flexible, difficiles d'utilisation, de manipulation et d'entretien.
On connaît aussi le brevet US4942302 décrivant un dispositif comprenant deux détecteurs couplés chacun à un plan de fibres scintillantes s'étendant respectivement en direction horizontale pour l'un et en direction verticale pour l'autre. Ces détecteurs comprenant des fibres optiques scintillantes ont un système de lecture reposant sur des photomultiplicateurs (PMT) qui obtiennent un signal qui est ensuite amplifié puis converti en un signal numérique.
La présente invention se rapporte plus particulièrement à
un équipement d'analyse d'un faisceau de particules comprenant :
D'UN FAISCEAU DE PARTICULES
La présente invention se rapporte au domaine des équipements d'analyse de faisceaux de particules.
Il est fréquent de vouloir caractériser un faisceau de particules dans différentes applications comme dans les domaines de la physique fondamentale, de la biophysique, des machines destinées à la production de rayonnement synchrotron, et plus généralement de tout faisceau de particules chargées.
L'art antérieur connaît déjà des équipements d'analyse permettant de détecter et de caractériser un faisceau de particules, comme les chambres à fils. Ce sont des dispositifs qui nécessitent une alimentation en gaz impliquant un dispositif d'alimentation, de régulation mais aussi un système de sécurité et de surveillance par un opérateur qualifié. Ils sont du reste encombrant, pas flexible, difficiles d'utilisation, de manipulation et d'entretien.
On connaît aussi le brevet US4942302 décrivant un dispositif comprenant deux détecteurs couplés chacun à un plan de fibres scintillantes s'étendant respectivement en direction horizontale pour l'un et en direction verticale pour l'autre. Ces détecteurs comprenant des fibres optiques scintillantes ont un système de lecture reposant sur des photomultiplicateurs (PMT) qui obtiennent un signal qui est ensuite amplifié puis converti en un signal numérique.
La présente invention se rapporte plus particulièrement à
un équipement d'analyse d'un faisceau de particules comprenant :
2 - au moins un détecteur comprenant un réseau de fibres optiques (9), le réseau de fibres comprenant au moins un premier plan de fibres optiques parallèles orientées selon une première direction X ;
- le détecteur étant agencé pour produire un signal lumineux lorsque le faisceau de particules traverse le réseau de fibres optiques, - un capteur d'image couplé avec le détecteur de sorte à
délivrer un signal représentatif des caractéristiques du signal lumineux.
Un tel équipement est connu de la demande de brevet français FR 2 849 697. Dans cette demande de brevet, le capteur d'image comprend un photomultiplicateur. Il est bien connu qu'un tel photomultiplicateur ne peut réaliser un détecteur d'un faisceau lumineux que particule par particule. Dans l'équipement décrit dans la demande française susmentionnée, on réalise donc un dosage du faisceau de particules en comptant une par une les particules de ce faisceau. Du fait de ce comptage particule par particule, la Demanderesse a démontré qu'un tel équipement muni d'un photomultiplicateur ne peut détecter que moins d'un million (106) de particules par seconde. Pour obtenir un meilleur taux de détection, le courant induit dans le photomultiplicateur devient trop important et il faudrait une électronique extrêmement complexe en sortie du photomultiplicateur. Pour un taux de détection supérieur à un million de particules par seconde, un tel équipement comprenant un photomultiplicateur est donc très limité par l'intensité d'un faisceau de particules. Depuis de nombreuses années, l'homme du métier tente, à partir de tels équipements à
photomultiplicateur, de fournir une électronique pouvant traiter de telles intensités du faisceau de particules.
- le détecteur étant agencé pour produire un signal lumineux lorsque le faisceau de particules traverse le réseau de fibres optiques, - un capteur d'image couplé avec le détecteur de sorte à
délivrer un signal représentatif des caractéristiques du signal lumineux.
Un tel équipement est connu de la demande de brevet français FR 2 849 697. Dans cette demande de brevet, le capteur d'image comprend un photomultiplicateur. Il est bien connu qu'un tel photomultiplicateur ne peut réaliser un détecteur d'un faisceau lumineux que particule par particule. Dans l'équipement décrit dans la demande française susmentionnée, on réalise donc un dosage du faisceau de particules en comptant une par une les particules de ce faisceau. Du fait de ce comptage particule par particule, la Demanderesse a démontré qu'un tel équipement muni d'un photomultiplicateur ne peut détecter que moins d'un million (106) de particules par seconde. Pour obtenir un meilleur taux de détection, le courant induit dans le photomultiplicateur devient trop important et il faudrait une électronique extrêmement complexe en sortie du photomultiplicateur. Pour un taux de détection supérieur à un million de particules par seconde, un tel équipement comprenant un photomultiplicateur est donc très limité par l'intensité d'un faisceau de particules. Depuis de nombreuses années, l'homme du métier tente, à partir de tels équipements à
photomultiplicateur, de fournir une électronique pouvant traiter de telles intensités du faisceau de particules.
3 En outre, les photomultiplicateurs ont l'inconvénient de ne pas pouvoir être utilisés dans le vide, où circulent de préférence les faisceaux.
En outre, seul un dosage du faisceau de particules est possible directement avec un tel équipement. En particulier, il n'est pas possible, avec un tel équipement, de mesurer la directement position moyenne et/ou l'intensité et/ou la dispersion spatiale et temporelle d'un faisceau de particules.
L'invention vise notamment à pallier ces inconvénients.
Un but de l'invention est de fournir un équipement d'analyse d'un faisceau de particules tel que décrit ci-dessus, qui puisse être efficace dans une large gamme d'intensités du faisceau de particules, par exemple entre mille (103) et dix mille milliards (1013) de particules par seconde.
L'invention a également pour but de proposer un équipement ayant une mise en oeuvre facile, adapté à une structure de type industrielle.
L'invention a également pour but de fournir un équipement qui soit très stable dans le temps, ne nécessitant pas de maintenance, et ne présentant pas de phénomène de saturation.
La présente invention a également pour but de fournir équipement d'analyse qui permette de mesurer la position moyenne et/ou l'intensité et/ la dispersion spatiale et temporelle d'un faisceau de particules.
En outre, seul un dosage du faisceau de particules est possible directement avec un tel équipement. En particulier, il n'est pas possible, avec un tel équipement, de mesurer la directement position moyenne et/ou l'intensité et/ou la dispersion spatiale et temporelle d'un faisceau de particules.
L'invention vise notamment à pallier ces inconvénients.
Un but de l'invention est de fournir un équipement d'analyse d'un faisceau de particules tel que décrit ci-dessus, qui puisse être efficace dans une large gamme d'intensités du faisceau de particules, par exemple entre mille (103) et dix mille milliards (1013) de particules par seconde.
L'invention a également pour but de proposer un équipement ayant une mise en oeuvre facile, adapté à une structure de type industrielle.
L'invention a également pour but de fournir un équipement qui soit très stable dans le temps, ne nécessitant pas de maintenance, et ne présentant pas de phénomène de saturation.
La présente invention a également pour but de fournir équipement d'analyse qui permette de mesurer la position moyenne et/ou l'intensité et/ la dispersion spatiale et temporelle d'un faisceau de particules.
4 Au moins un de ces problèmes est résolu par l'invention, qui se rapporte, comme mentionné ci-dessus, à un équipement d'analyse d'un faisceau de particules comprenant :
- au moins un détecteur comprenant un réseau de fibres optiques (9), le réseau de fibres parallèles comprenant au moins un premier plan de fibres optiques parallèles orientées selon une première direction X
- le détecteur étant agencé pour produire un signal lumineux lorsque le faisceau de particules traverse le réseau de fibres optiques, - un capteur d'image couplé avec le détecteur de sorte à délivrer un signal représentatif des caractéristiques du signal lumineux, dans lequel le capteur d'image comprend un capteur CCD
ou CMOS, et dans lequel les extrémités des fibres optiques du réseau de fibres sont agencées pour former une image du signal lumineux dans le plan objet du capteur CCD ou CMOS.
Grâce à l'utilisation du capteur CCD ou CMOS, la Demanderesse a démontré notamment que des intensités beaucoup plus importantes du faisceau de particules pouvaient être analysées de façon satisfaisante. Ainsi, au lieu de chercher à
développer une électronique adaptée aux fortes intensités, la Demanderesse a modifié le capteur d'image le plus répandu de l'art antérieur. De façon surprenante, elle a démontré que l'utilisation des capteurs CCD ou CMOS permettait de pallier les inconvénients susmentionnés.
En outre, les capteurs CCD ou CMOS ont l'avantage d'être utilisables dans des caméras comprenant des moyens de
- au moins un détecteur comprenant un réseau de fibres optiques (9), le réseau de fibres parallèles comprenant au moins un premier plan de fibres optiques parallèles orientées selon une première direction X
- le détecteur étant agencé pour produire un signal lumineux lorsque le faisceau de particules traverse le réseau de fibres optiques, - un capteur d'image couplé avec le détecteur de sorte à délivrer un signal représentatif des caractéristiques du signal lumineux, dans lequel le capteur d'image comprend un capteur CCD
ou CMOS, et dans lequel les extrémités des fibres optiques du réseau de fibres sont agencées pour former une image du signal lumineux dans le plan objet du capteur CCD ou CMOS.
Grâce à l'utilisation du capteur CCD ou CMOS, la Demanderesse a démontré notamment que des intensités beaucoup plus importantes du faisceau de particules pouvaient être analysées de façon satisfaisante. Ainsi, au lieu de chercher à
développer une électronique adaptée aux fortes intensités, la Demanderesse a modifié le capteur d'image le plus répandu de l'art antérieur. De façon surprenante, elle a démontré que l'utilisation des capteurs CCD ou CMOS permettait de pallier les inconvénients susmentionnés.
En outre, les capteurs CCD ou CMOS ont l'avantage d'être utilisables dans des caméras comprenant des moyens de
5 PCT/FR2007/050790 traitement aptes à traiter les informations acquises par le capteur CCD ou CMOS pour une forte intensité de particules.
Les capteurs CCD ou CMOS ont également l'avantage de 5 pouvoir être utilisés dans le vide.
Grâce aux niveaux d'intensité du faisceau de particules obtenus selon l'invention, la Demanderesse a démontré qu'il était possible d'utiliser l'invention pour l'hadronthérapie.
Selon l'invention, le capteur préféré est un capteur CCD
puisqu'il permet de mesurer des faisceaux de particules pour des intensités très fortes. Le capteur CMOS permet également de résoudre les problèmes liés à l'intensité, mais dans une gamme d'intensité légèrement inférieure à celle du capteur CCD.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le réseau de fibres peut comprendre un premier plan de fibres optiques parallèles orientées selon une première direction X et un deuxième plan de fibres optiques parallèles orientées selon une deuxième direction Y, les extrémités des fibres optiques de chaque plan étant agencées pour former l'image du signal lumineux dans le plan objet du capteur CCD ou CMOS.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les extrémités des fibres optiques du réseau de fibres optiques sont rassemblées en sortie du détecteur pour former l'image du signal lumineux dans le plan objet du capteur CCD ou CMOS. Ceci a pour avantage de limiter la taille d'un objectif qui pourrait être placé
entre les extrémités des fibres et le plan objet du capteur CCD ou CMOS.
Les capteurs CCD ou CMOS ont également l'avantage de 5 pouvoir être utilisés dans le vide.
Grâce aux niveaux d'intensité du faisceau de particules obtenus selon l'invention, la Demanderesse a démontré qu'il était possible d'utiliser l'invention pour l'hadronthérapie.
Selon l'invention, le capteur préféré est un capteur CCD
puisqu'il permet de mesurer des faisceaux de particules pour des intensités très fortes. Le capteur CMOS permet également de résoudre les problèmes liés à l'intensité, mais dans une gamme d'intensité légèrement inférieure à celle du capteur CCD.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le réseau de fibres peut comprendre un premier plan de fibres optiques parallèles orientées selon une première direction X et un deuxième plan de fibres optiques parallèles orientées selon une deuxième direction Y, les extrémités des fibres optiques de chaque plan étant agencées pour former l'image du signal lumineux dans le plan objet du capteur CCD ou CMOS.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les extrémités des fibres optiques du réseau de fibres optiques sont rassemblées en sortie du détecteur pour former l'image du signal lumineux dans le plan objet du capteur CCD ou CMOS. Ceci a pour avantage de limiter la taille d'un objectif qui pourrait être placé
entre les extrémités des fibres et le plan objet du capteur CCD ou CMOS.
6 Selon un mode de réalisation le faisceau de fibres du premier plan est sensiblement coplanaire avec le faisceau de fibres du deuxième plan, l'extrémité desdits deux faisceaux de fibres formant deux images contiguës. Le capteur CCD ou CMOS
est choisi pour pouvoir recevoir ces deux images contiguës, qui peuvent être juxtaposées ou chevauchées sur le capteur.
Selon un mode de réalisation, les extrémités des faisceaux de fibres du premier et deuxième plan sont réunies dans le même plan image objet.
Selon un mode de mise en oeuvre particulier, l'équipement comprend une bride ultravide, et le plan image objet est formé derrière la bride ultravide.
Avantageusement, ledit capteur CCD est directement monté dans le plan image objet.
Selon une variante, ledit capteur CCD est intégré dans une caméra CCD.
Selon un mode de mise en aeuvre, le détecteur comporte deux étages reliés par une bride ultravide.
Selon un mode de réalisation, la bride ultravide est équipée d'un hublot pour le passage de la lumière émise par les fibres.
Selon un mode de réalisation, le premier étage comprend deux armatures identiques dans lesquelles viennent se
est choisi pour pouvoir recevoir ces deux images contiguës, qui peuvent être juxtaposées ou chevauchées sur le capteur.
Selon un mode de réalisation, les extrémités des faisceaux de fibres du premier et deuxième plan sont réunies dans le même plan image objet.
Selon un mode de mise en oeuvre particulier, l'équipement comprend une bride ultravide, et le plan image objet est formé derrière la bride ultravide.
Avantageusement, ledit capteur CCD est directement monté dans le plan image objet.
Selon une variante, ledit capteur CCD est intégré dans une caméra CCD.
Selon un mode de mise en aeuvre, le détecteur comporte deux étages reliés par une bride ultravide.
Selon un mode de réalisation, la bride ultravide est équipée d'un hublot pour le passage de la lumière émise par les fibres.
Selon un mode de réalisation, le premier étage comprend deux armatures identiques dans lesquelles viennent se
7 placer les fibres optiques.
Avantageusement, chacune des armatures du premier étage correspond respectivement aux coordonnées horizontales et verticales du faisceau de particules en fixant à 90 l'angle entre les deux plans de fibres.
Selon une variante, le premier étage est situé dans le tube à vide du faisceau.
Selon une autre variante, le deuxième étage comprend un système optique associé à une caméra numérique CCD.
Avantageusement, les fibres optiques scintillantes sont aluminisées sur toute leur longueur.
Selon un mode de mise en oeuvre, les fibres optiques sont fabriquées en polystyrène.
Selon un autre mode de réalisation, le deuxième étage bénéficie d'un blindage électromagnétique.
Selon une variante, les images sont transférées sur un calculateur de type PC.
Avantageusement, le capteur CCD est formé par des barrettes CCD avec une électronique numérique associée.
Avantageusement, chacune des armatures du premier étage correspond respectivement aux coordonnées horizontales et verticales du faisceau de particules en fixant à 90 l'angle entre les deux plans de fibres.
Selon une variante, le premier étage est situé dans le tube à vide du faisceau.
Selon une autre variante, le deuxième étage comprend un système optique associé à une caméra numérique CCD.
Avantageusement, les fibres optiques scintillantes sont aluminisées sur toute leur longueur.
Selon un mode de mise en oeuvre, les fibres optiques sont fabriquées en polystyrène.
Selon un autre mode de réalisation, le deuxième étage bénéficie d'un blindage électromagnétique.
Selon une variante, les images sont transférées sur un calculateur de type PC.
Avantageusement, le capteur CCD est formé par des barrettes CCD avec une électronique numérique associée.
8 L'invention se rapporte également à l'utilisation de l'équipement d'analyse susmentionné pour l'hadronthérapie.
On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description, faite ci-après à titre purement explicatif, d'un mode de réalisation de l'invention, en référence à la figure annexée :
- la figure 1 illustre une vue d'ensemble du détecteur.
Selon l'invention, illustrée figure 1, le détecteur comporte deux étages (1)(2) reliés par une bride ultravide (7). Le premier étage (2) est compris dans le tube à vide du faisceau.
Il comporte deux armatures (4)(5) identiques en acier inoxydable, un pour les coordonnées horizontales et l'autre pour les coordonnées verticales. Autrement dit une armature (4) supporte les fibres d'un plan X et une autre armature (5) supporte les fibres d'un plan Y. Dans chacun des plans de ces armatures (4)(5), viennent se placer de manière parallèle des fibres optiques scintillantes (9) parcourant chacune les armatures (4)(5) d'une extrémité à l'autre. L'extrémité côté
faisceau de chacune desdites armatures (4)(5) est pourvue d'une ouverture décrivant un quadrilatère. Ces deux armatures (4)(5) sont assemblées de façon à former un support de fibres qui définit une matrice de colonnes et de lignes de fibres au niveau de l'ouverture de cette extrémité. L'autre extrémité de ce support de fibres aboutit dans le plan image objet. Au niveau de cette autre extrémité les différentes terminaisons de ces fibres (9) transmettent au système optique (6) la lumière créée par le faisceau de particules qui les parcourt.
On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description, faite ci-après à titre purement explicatif, d'un mode de réalisation de l'invention, en référence à la figure annexée :
- la figure 1 illustre une vue d'ensemble du détecteur.
Selon l'invention, illustrée figure 1, le détecteur comporte deux étages (1)(2) reliés par une bride ultravide (7). Le premier étage (2) est compris dans le tube à vide du faisceau.
Il comporte deux armatures (4)(5) identiques en acier inoxydable, un pour les coordonnées horizontales et l'autre pour les coordonnées verticales. Autrement dit une armature (4) supporte les fibres d'un plan X et une autre armature (5) supporte les fibres d'un plan Y. Dans chacun des plans de ces armatures (4)(5), viennent se placer de manière parallèle des fibres optiques scintillantes (9) parcourant chacune les armatures (4)(5) d'une extrémité à l'autre. L'extrémité côté
faisceau de chacune desdites armatures (4)(5) est pourvue d'une ouverture décrivant un quadrilatère. Ces deux armatures (4)(5) sont assemblées de façon à former un support de fibres qui définit une matrice de colonnes et de lignes de fibres au niveau de l'ouverture de cette extrémité. L'autre extrémité de ce support de fibres aboutit dans le plan image objet. Au niveau de cette autre extrémité les différentes terminaisons de ces fibres (9) transmettent au système optique (6) la lumière créée par le faisceau de particules qui les parcourt.
9 La bride ultravide (7) comprend un hublot permettant la transmission de la lumière au système optique (6) et est destinée à être montée sur une bride équivalente du tube à vide du faisceau. La bride ultravide (7) isole du vide d'environ 10-8 mbar/cm2 dans lequel sont placées les fibres, le système CCD
situé à l'extérieur du tube à vide (7) à la pression atmosphérique.
Le deuxième étage (1) de ce détecteur est situé hors du tube à vide du faisceau et correspond au système d'enregistrement de la quantité de lumière. II peut être pourvu d'un blindage électromagnétique permettant son utilisation dans ou auprès d'équipement générant des champs électromagnétiques. Comme nous l'avons vu précédemment ce deuxième étage (1) comporte un système optique (7) qui focalise la lumière émanant des fibres optiques scintillantes (9) dans le plan image du capteur CCD de la caméra numérique (3).
Cette caméra numérique CCD (3) est reliée à un ordinateur de type PC par un câble FIREWIRE (8) au standard IEEE 1394 identique au mode grand public ; les images obtenues sont traitées et ensuite stockées.
Les fibres optiques scintillantes (9) utilisées sont en polystyrène et ont subi un traitement spécifique. Elles ont en effet été aluminisées sur toute leur longueur par pulvérisation.
Une des extrémités de chacune des fibres optiques scintillantes a subi une aluminisation de haute qualité pour un gain de lumière d'environ 60% afin de renvoyer la lumière produite vers l'autre extrémité de la fibre en direction du plan image objet.
Les fibres optiques scintillantes de marque Kuraray utilisées dans cette application sont des fibres carrées.
Dans un mode de réalisation, l'équipement d'analyse 5 d'un faisceau de particules comporte un détecteur composé de deux plans de 32 fibres optiques scintillantes chacun. Chaque fibre optique scintillante en polystyrène a une section carrée de 0.5x0.5 mm2. Les fibres optiques scintillantes verticales fournissent une coupe horizontale de la forme du faisceau de
situé à l'extérieur du tube à vide (7) à la pression atmosphérique.
Le deuxième étage (1) de ce détecteur est situé hors du tube à vide du faisceau et correspond au système d'enregistrement de la quantité de lumière. II peut être pourvu d'un blindage électromagnétique permettant son utilisation dans ou auprès d'équipement générant des champs électromagnétiques. Comme nous l'avons vu précédemment ce deuxième étage (1) comporte un système optique (7) qui focalise la lumière émanant des fibres optiques scintillantes (9) dans le plan image du capteur CCD de la caméra numérique (3).
Cette caméra numérique CCD (3) est reliée à un ordinateur de type PC par un câble FIREWIRE (8) au standard IEEE 1394 identique au mode grand public ; les images obtenues sont traitées et ensuite stockées.
Les fibres optiques scintillantes (9) utilisées sont en polystyrène et ont subi un traitement spécifique. Elles ont en effet été aluminisées sur toute leur longueur par pulvérisation.
Une des extrémités de chacune des fibres optiques scintillantes a subi une aluminisation de haute qualité pour un gain de lumière d'environ 60% afin de renvoyer la lumière produite vers l'autre extrémité de la fibre en direction du plan image objet.
Les fibres optiques scintillantes de marque Kuraray utilisées dans cette application sont des fibres carrées.
Dans un mode de réalisation, l'équipement d'analyse 5 d'un faisceau de particules comporte un détecteur composé de deux plans de 32 fibres optiques scintillantes chacun. Chaque fibre optique scintillante en polystyrène a une section carrée de 0.5x0.5 mm2. Les fibres optiques scintillantes verticales fournissent une coupe horizontale de la forme du faisceau de
10 particules ; ainsi elles donnent les caractéristiques horizontales du faisceau et vice-versa.
Dans ce mode de réalisation le pas des fibres optiques scintillantes (9) est de 2 mm conférant ainsi une surface de détection de 62.5x 62.5 mm2. Les fibres optiques scintillantes sont ensuite regroupées dans une matrice de 512x512 pixels sur le CCD à l'intérieur de la caméra (3). La lecture se fait par regroupement de 8x8 pixels que nous appellerons cellules par la suite.
L'image complète des 64 fibres optiques scintillantes recouvre 64x64 cellules à la fois pour les plans horizontaux et verticaux.
L'image de chaque fibre optique scintillante de 0.5x0.5 mm2 recouvre 4x4 cellules. Le contenu numérique des 16 cellules est sommé pour chaque fibre optique scintillante après soustraction du bruit de fond. Le résultat est proportionnel au nombre de particules qui ont traversé le détecteur. Les 32 + 32 sommes ainsi obtenues pour chaque position de fibre formeront le profil de faisceau dans chaque plan.
Dans ce mode de réalisation le pas des fibres optiques scintillantes (9) est de 2 mm conférant ainsi une surface de détection de 62.5x 62.5 mm2. Les fibres optiques scintillantes sont ensuite regroupées dans une matrice de 512x512 pixels sur le CCD à l'intérieur de la caméra (3). La lecture se fait par regroupement de 8x8 pixels que nous appellerons cellules par la suite.
L'image complète des 64 fibres optiques scintillantes recouvre 64x64 cellules à la fois pour les plans horizontaux et verticaux.
L'image de chaque fibre optique scintillante de 0.5x0.5 mm2 recouvre 4x4 cellules. Le contenu numérique des 16 cellules est sommé pour chaque fibre optique scintillante après soustraction du bruit de fond. Le résultat est proportionnel au nombre de particules qui ont traversé le détecteur. Les 32 + 32 sommes ainsi obtenues pour chaque position de fibre formeront le profil de faisceau dans chaque plan.
11 Dans cette variante du détecteur, le système optique (6) comporte une lentille optique à montage C, de focale 25 mm, et d'ouverture 1.3 à 1.4, il focalise une image c'est-à-dire une quantité de lumière qui sera déposée sur le capteur CCD de la caméra numérique (3). Cette étape d'enregistrement de la quantité de lumière nécessite une caméra numérique CCD (3) répondant à certains critères comme la sensibilité, un faible taux de bruit résiduel et la facilité d'enregistrement des données.
La caméra (3) choisie dans notre mode de réalisation est de la marque Hamamatsu modèle 8084-03G. Le choix de cette marque et de ce modèle n'est pas limitatif.
Les caractéristiques techniques de cette caméra numérique CCD (3) sont les suivantes:
- refroidissement Peltier, - un nombre effectif de pixels de 1344 x1024, - une horloge à 40MHz/pixel, - nombre d'images par seconde: nominal 12.2 images/s et 58 images/s en groupant les pixels en 8x8, - une dynamique de 12 bits (212 = 4096) du convertisseur analogique/numérique (ADC), - Un temps d'exposition variable de 10Ns à 10s.
Un convertisseur analogique/numérique (ADC) de 12 bits (212 = 4096) permet la mesure de la lumière induite dans chaque fibre optique scintillante (9). Connaissant la position géométrique de chaque fibre optique scintillante, la représentation du contenu de la fibre optique scintillante en
La caméra (3) choisie dans notre mode de réalisation est de la marque Hamamatsu modèle 8084-03G. Le choix de cette marque et de ce modèle n'est pas limitatif.
Les caractéristiques techniques de cette caméra numérique CCD (3) sont les suivantes:
- refroidissement Peltier, - un nombre effectif de pixels de 1344 x1024, - une horloge à 40MHz/pixel, - nombre d'images par seconde: nominal 12.2 images/s et 58 images/s en groupant les pixels en 8x8, - une dynamique de 12 bits (212 = 4096) du convertisseur analogique/numérique (ADC), - Un temps d'exposition variable de 10Ns à 10s.
Un convertisseur analogique/numérique (ADC) de 12 bits (212 = 4096) permet la mesure de la lumière induite dans chaque fibre optique scintillante (9). Connaissant la position géométrique de chaque fibre optique scintillante, la représentation du contenu de la fibre optique scintillante en
12 fonction de sa position, on obtient la distribution en intensité du faisceau. La mesure jusqu'à 3 écarts standard implique d'entrée une dynamique de 100 (3 écarts standard correspondants à 99%
du faisceau de particules). D'autre part la largeur de la distribution peut varier d'un facteur 10 (entre 1 et 10 mm).
La caméra (3) utilisée permet un temps de pose allant de 10 s jusqu'à 10s. Elle possède également deux niveaux de gains séparés de 14dB. L'ensemble donne une dynamique totale supérieure à 109.
L'invention prévoit ensuite le traitement des images obtenues, par un programme informatique afin de pouvoir déterminer la position, la taille et l'intensité du faisceau. En dehors des éjections de particules, une centaine d'images sont enregistrées. Elles fourniront une base au calcul d'une image dite image de piédestal. Cette image de piédestal sera ensuite soustraite cellule par cellule de l'image du faisceau. Le contenu numérique de la matrice après soustraction du piédestal est ensuite corrigé par un facteur de calibrage. Ce facteur de calibrage est obtenu hors faisceau et correspond essentiellement à I'acceptance géométrique de la fibre optique scintillante à
travers l'objectif de la caméra. Il est obtenu en mesurant le signal déposé dans chaque fibre optique scintillante par une source de Sr90 pour une durée d'exposition fixe. Le résultat obtenu sera le contenu de deux vecteurs de dimension du nombre de fibres optiques scintillantes par plan X et Y. Les profils de faisceau pourront être représentés sous forme de cascade, et décriront la position et la forme du faisceau par plan de mesure en fonction du temps.
du faisceau de particules). D'autre part la largeur de la distribution peut varier d'un facteur 10 (entre 1 et 10 mm).
La caméra (3) utilisée permet un temps de pose allant de 10 s jusqu'à 10s. Elle possède également deux niveaux de gains séparés de 14dB. L'ensemble donne une dynamique totale supérieure à 109.
L'invention prévoit ensuite le traitement des images obtenues, par un programme informatique afin de pouvoir déterminer la position, la taille et l'intensité du faisceau. En dehors des éjections de particules, une centaine d'images sont enregistrées. Elles fourniront une base au calcul d'une image dite image de piédestal. Cette image de piédestal sera ensuite soustraite cellule par cellule de l'image du faisceau. Le contenu numérique de la matrice après soustraction du piédestal est ensuite corrigé par un facteur de calibrage. Ce facteur de calibrage est obtenu hors faisceau et correspond essentiellement à I'acceptance géométrique de la fibre optique scintillante à
travers l'objectif de la caméra. Il est obtenu en mesurant le signal déposé dans chaque fibre optique scintillante par une source de Sr90 pour une durée d'exposition fixe. Le résultat obtenu sera le contenu de deux vecteurs de dimension du nombre de fibres optiques scintillantes par plan X et Y. Les profils de faisceau pourront être représentés sous forme de cascade, et décriront la position et la forme du faisceau par plan de mesure en fonction du temps.
13 L'équipement d'analyse peut établir la position du faisceau de particules avec une précision pouvant aller jusqu'à
deux dizaines de microns, la taille du faisceau de 1 mm jusqu'à
30 mm, et son intensité de 103 jusqu'à 1012 particules par secondes.
La flexibilité est obtenue par l'arrangement mécanique des fibres optiques scintillantes et par la dynamique variable de la caméra numérique CCD.
Dans un autre mode de réalisation le détecteur de l'équipement comprend deux plans de 128 fibres optiques scintillantes, de section carrée (0.5x0.5mm2) placées côte à
côte. La surface de détection est alors de 64x64 mm2. Les fibres optiques scintillantes sont ensuite groupées par deux (lxO.5mm2) dont l'image sera formée sur le CCD de la caméra (3). L'image d'une fibre optique scintillante couvrirait alors 8x4 cellules. L'image totale recouvrira 1344x512 pixels. Chacun des deux groupes de 64 fibres optiques scintillantes fournira l'image du faisceau respectivement dans le plan horizontal et vertical.
Ce mode de réalisation peut être utilisé pour équiper un dispositif tel que des accélérateurs pour l'hadronthérapie.
L'image digitisée provenant du capteur CCD est lue par un ordinateur de la même façon qu'avec un appareil photographique ou caméra grand public et permet le traitement et le stockage des images. Le traitement de l'image donnera les caractéristiques du faisceau mesuré, c'est-à-dire sa position moyenne, sa taille et son intensité. Ces caractéristiques pourront être comparées à un registre afin de décider de l'arrêt du faisceau ou du réglage à effectuer pour les prochains passages du faisceau.
deux dizaines de microns, la taille du faisceau de 1 mm jusqu'à
30 mm, et son intensité de 103 jusqu'à 1012 particules par secondes.
La flexibilité est obtenue par l'arrangement mécanique des fibres optiques scintillantes et par la dynamique variable de la caméra numérique CCD.
Dans un autre mode de réalisation le détecteur de l'équipement comprend deux plans de 128 fibres optiques scintillantes, de section carrée (0.5x0.5mm2) placées côte à
côte. La surface de détection est alors de 64x64 mm2. Les fibres optiques scintillantes sont ensuite groupées par deux (lxO.5mm2) dont l'image sera formée sur le CCD de la caméra (3). L'image d'une fibre optique scintillante couvrirait alors 8x4 cellules. L'image totale recouvrira 1344x512 pixels. Chacun des deux groupes de 64 fibres optiques scintillantes fournira l'image du faisceau respectivement dans le plan horizontal et vertical.
Ce mode de réalisation peut être utilisé pour équiper un dispositif tel que des accélérateurs pour l'hadronthérapie.
L'image digitisée provenant du capteur CCD est lue par un ordinateur de la même façon qu'avec un appareil photographique ou caméra grand public et permet le traitement et le stockage des images. Le traitement de l'image donnera les caractéristiques du faisceau mesuré, c'est-à-dire sa position moyenne, sa taille et son intensité. Ces caractéristiques pourront être comparées à un registre afin de décider de l'arrêt du faisceau ou du réglage à effectuer pour les prochains passages du faisceau.
14 Par conséquent la présente invention peut être utilisée dans le cadre de l'hadronthérapie, pour la précision, la flexibilité
et le faible coût que confère ce type d'équipement.
L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour autant sortir du cadre du brevet.
et le faible coût que confère ce type d'équipement.
L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour autant sortir du cadre du brevet.
Claims (18)
1. Equipement d'analyse d'un faisceau de particules comprenant :
- au moins un détecteur comprenant un réseau de fibres optiques (9), le réseau de fibres parallèles comprenant au moins un premier plan de fibres optiques parallèles orientées selon une première direction X ;
- le détecteur étant agencé pour produire un signal lumineux lorsque le faisceau de particules traverse le réseau de fibres optiques, - un capteur d'image couplé avec le détecteur de sorte à
délivrer un signal représentatif des caractéristiques du signal lumineux, caractérisé en ce que le capteur d'image comprend un capteur CCD ou CMOS, et dans lequel les extrémités des fibres optiques du réseau de fibres sont agencées pour former une image du signal lumineux dans le plan objet du capteur CCD ou CMOS.
- au moins un détecteur comprenant un réseau de fibres optiques (9), le réseau de fibres parallèles comprenant au moins un premier plan de fibres optiques parallèles orientées selon une première direction X ;
- le détecteur étant agencé pour produire un signal lumineux lorsque le faisceau de particules traverse le réseau de fibres optiques, - un capteur d'image couplé avec le détecteur de sorte à
délivrer un signal représentatif des caractéristiques du signal lumineux, caractérisé en ce que le capteur d'image comprend un capteur CCD ou CMOS, et dans lequel les extrémités des fibres optiques du réseau de fibres sont agencées pour former une image du signal lumineux dans le plan objet du capteur CCD ou CMOS.
2. Equipement d'analyse selon la revendication 1 dans lequel, le réseau de fibres comprend un premier plan de fibres optiques parallèles orientées selon une première direction X et un deuxième plan de fibres optiques parallèles orientées selon une deuxième direction Y, les extrémités des fibres optiques de chaque plan étant agencées pour former l'image du signal lumineux dans le plan objet du capteur CCD ou CMOS.
3. Equipement d'analyse selon la revendication 1 ou 2 dans lequel les extrémités des fibres optiques du réseau de fibres optiques sont rassemblées en sortie du détecteur pour former l'image du signal lumineux dans le plan objet du capteur CCD ou CMOS.
4. Équipement d'analyse d'un faisceau de particules selon l'une des revendications 2 ou 3, dans lequel le faisceau de fibres optiques du premier plan est sensiblement coplanaire avec le faisceau de fibres optiques du deuxième plan, l'extrémité
desdits deux faisceaux de fibres formant deux images contiguës.
desdits deux faisceaux de fibres formant deux images contiguës.
5. Équipement d'analyse d'un faisceau de particules selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel les extrémités des faisceaux de fibres optiques du premier et deuxième plan sont réunies dans le même plan image objet.
6. Équipement d'analyse d'un faisceau de particules selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une bride ultravide, et dans lequel le plan image objet est formé derrière le hublot de la bride ultravide (7).
7. Équipement d'analyse d'un faisceau de particules selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit capteur CCD ou CMOS est directement monté dans le plan image objet.
8. Équipement d'analyse d'un faisceau de particules selon la revendication 1 ou 2, comprenant une caméra numérique CCD, et dans lequel ledit capteur CCD est intégré dans la caméra numérique CCD (3).
9. Équipement d'analyse d'un faisceau de particules selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le détecteur comporte deux étages reliés par une bride ultravide (7).
10. Équipement d'analyse d'un faisceau de particules selon l'une quelconque des revendications 6 ou 9, caractérisé en ce que la bride ultravide (7) est équipée d'un hublot pour le passage de la lumière émise par les fibres optiques.
11. Équipement d'analyse d'un faisceau de particules selon la revendication 9, caractérisé en ce que le premier étage (2) comprend deux armatures (4),(5) identiques dans lesquelles viennent se placer les fibres optiques (9).
12. Équipement d'analyse d'un faisceau de particules selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chacune des armatures (4), (5) du premier étage (2) correspond respectivement aux coordonnées horizontales et verticales du faisceau de particules en fixant à 900 l'angle entre les deux plans de fibres.
13. Équipement d'analyse d'un faisceau de particules selon l'une quelconque des revendications 9 ou 11, caractérisé en ce que le premier étage (2) est situé dans un tube à vide du faisceau.
14. Équipement d'analyse d'un faisceau de particules selon la revendication 9, caractérisé en ce que le deuxième étage (1) comprend un système optique associé à une caméra numérique CCD (3).
15. Équipement d'analyse d'un faisceau de particules selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fibres optiques (9) sont aluminisées sur toute leur longueur.
16. Équipement d'analyse d'un faisceau de particules selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fibres optiques (9) sont fabriquées en polystyrène.
17. Équipement d'analyse d'un faisceau de particules selon l'une quelconque des revendications 9 ou 14, caractérisé en ce que le deuxième étage (1) bénéficie d'un blindage électromagnétique.
18. Équipement d'analyse d'un faisceau de particules selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit capteur CCD est formé par des barrettes CCD avec une électronique numérique associée.
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