CH423004A - Nuclear Particle Detector Assembly - Google Patents

Nuclear Particle Detector Assembly

Info

Publication number
CH423004A
CH423004A CH755364A CH755364A CH423004A CH 423004 A CH423004 A CH 423004A CH 755364 A CH755364 A CH 755364A CH 755364 A CH755364 A CH 755364A CH 423004 A CH423004 A CH 423004A
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
cathode
grid
anode
detector
assembly according
Prior art date
Application number
CH755364A
Other languages
French (fr)
Inventor
Lansiart Alain
Leloup Jean
Lequais Jean
Original Assignee
Commissariat Energie Atomique
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from FR937613A external-priority patent/FR1369414A/en
Priority claimed from FR971293A external-priority patent/FR1401288A/en
Application filed by Commissariat Energie Atomique filed Critical Commissariat Energie Atomique
Publication of CH423004A publication Critical patent/CH423004A/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T5/00Recording of movements or tracks of particles; Processing or analysis of such tracks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J47/00Tubes for determining the presence, intensity, density or energy of radiation or particles
    • H01J47/10Spark counters

Description

       

      Ensemble        détecteur    de     particules    nucléaires    La présente     invention    a     pour    objet un ensemble  détecteur de particules nucléaires.  



  L'ionisation d'un gaz, sous     l'influence    de parti  cules ionisantes, est un phénomène     connu    permettant  de détecter ces particules. Un     dispositif    connu per  mettant la     visualisation    de rayonnements nucléaires  comporte une chambre à étincelles à grilles paral  lèles, associée à un télescope de     détecteurs    à scin  tillations dont la coïncidence de fonctionnement cor  respondant à une traversée de la chambre par une  particule, provoque l'application d'une impulsion de  haute tension sur les électrodes et l'éclatement d'une  étincelle le long du parcours     ionisé    par le passage  de la particule.  



  La présente invention vise à la     conception    d'un  ensemble détecteur de     particules    nucléaires     utilisable     pour la localisation de particules     (3    et de photons  gamma ou X, caractérisé en ce qu'il comprend une  chambre à étincelles présentant une enceinte occupée  par un gaz et dans laquelle sont disposées une anode  et une cathode entre lesquelles est interposée une  grille, ces trois électrodes étant     parallèles,

      des moyens  pour établir entre l'anode et la grille une différence  de potentiel légèrement inférieure à la tension     dis-          ruptive    et entre la cathode et la grille une tension  de collection des électrons vers l'espace     grille-anode.     



  L'invention a aussi pour objet un procédé de  mise en action de cet ensemble détecteur, caractérisé  en ce qu'on choisit l'intervalle séparant la     grille    de  la cathode selon le rayonnement incident et le gaz  de remplissage, mais     suffisamment    grand pour qu'une  proportion élevée du rayonnement constituant     les     particules incidentes ou du rayonnement induit par  celles-ci sur la cathode et dans cet intervalle y perde  la plus grande partie de son énergie par l'ionisation    provoquant la     libération        d'électrons    et en     ce    qu'on  choisit la tension anodique suffisamment faible et la  maille de la grille suffisamment grande,

   pour que  seule une proportion     négligeable    desdits électrons  soit recueillie par la grille à la traversée de celle-ci.  



  L'ensemble détecteur de particules     ainsi    équipé  comprend de préférence, un     dispositif    de déclenche  ment de la chambre à étincelle     permettant    la     visuali-          sation    de l'impact de particules     chargées,    caractérisé  en ce que l'impulsion qui apparaît à l'anode de la  chambre,

   sans éclatement d'étincelles lors du pas  sage d'une particule chargée est appliquée à un am  plificateur rapide à grand gain     et    que les signaux  produits par cet amplificateur sont transmis d'une  part à un circuit qui bloque     l'amplificateur    pendant  une durée égale au temps mort du détecteur ainsi  que d'autre part à l'organe de     déclenchement    d'un  générateur d'impulsions dont la borne de sortie est  réunie à la cathode dudit détecteur.  



  Suivant une autre forme de     réalisation,    l'ensemble  détecteur comprend un amplificateur, réuni au circuit  de blocage par un     discriminateur        supprimant    une  forte proportion des impulsions indésirables produites  par le détecteur, la pression du gaz dans     celui-ci     étant comprise entre 104 et 105 pascals.  



  Suivant une autre forme de     réalisation,    l'en  semble détecteur de     particules    nucléaires     comprend     un amplificateur,     réuni    au     dispositif    de blocage et au  générateur d'impulsions, par un     discriminateur    éli  minant une partie des impulsions produites par le  détecteur et un dispositif à retard réglable est placé  entre le     discriminateur    et le générateur d'impulsions.  



  Dans ce cas     particulier,    1a valeur du retard peut  être déterminée pour que l'impulsion     soit    appliquée  à la cathode, quand les ions, crées lors de la multi-           plication    électronique, atteignent cette     cathode,    la  valeur de la pression du gaz dans le détecteur étant  alors comprise entre 10 et 103     pascals.     



  Dans un mode de mise en     aeuvre    préféré du pro  cédé que     comprend    l'invention, on     utilise    une     grille     de pas 75     microns    constituée de     fils    de 30     microns     de diamètre, la tension de     collection    présente une  valeur telle que le     champ    électrique     dans        l'espace     entre la cathode et la grille soit compris     entre    10  et 100     volts/cm,    le gaz occupant l'enceinte étant à la  pression atmosphérique.  



  Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple,  diverses formes de réalisation de l'appareil selon  l'invention.  



  La     fig.    1 représente une forme de réalisation  d'un     ensemble    détecteur équipé d'une chambre à  étincelles et d'un circuit déclencheur.  



  La     fig.    2 .est un     graphique        représentant    les va  riations de l'amplitude d'une impulsion électrique  (ordonnées) produite par une     chambre    à étincelles  de la     fig.    1, en fonction du temps     (abscisses).     



  La     fig.    3 représente une variante possible de la  chambre à étincelles représentée sur la     fig.    1.  



  La     fig.    4 montre une variante du détecteur re  présenté schématiquement en coupe suivant un plan  passant par son axe,     ainsi    que les circuits électriques  qui lui sont associés.  



  Le dispositif représenté     (fig.    1) comprend une  chambre à étincelles 1 dont l'anode 2 est     reliée    d'une       part    à une source 3 de potentiel continu constant,  d'autre part à l'entrée d'un     amplificateur    rapide de  grand gain 4 par     l'intermédiaire    d'une     capacité    de  liaison 5.

   La valeur de la tension produite par la       source    3 est choisie telle qu'une particule nucléaire  traversant la cathode 6 et     pénétrant    dans la     chambre     1 provoque une     multiplication    des électrons dans le  gaz de ladite chambre et par suite l'apparition d'une  impulsion électronique sur l'anode 2. Cependant l'in  tensité du champ     élecrique    entre anode 2 et cathode 5  est     insuffisante    pour     permettre    l'amorçage d'une     étin-          celle    entre ces électrodes.  



  La     fig.    2     représente    l'amplitude de l'impulsion  électronique 7 en fonction du temps. Cette impulsion  7 très brève,     est    suivie d'un     palier    8 de durée notable  ment supérieure (de l'ordre d'une     dizaine    de micro  secondes).

   Lors de l'ionisation du gaz contenu dans  la chambre 1, sur le trajet d'une     particule        (3    et d'un  photon X ou y ayant pénétré     dans    la chambre, le  déplacement des     électrons,    beaucoup plus rapide que  celui des ions,     explique    la brièveté de l'impulsion 7  comparée à la durée du palier 8 lequel est dû au  mouvement lent des ions. Un générateur de tension  9 déclenché par impulsion électronique sur l'anode 2,  applique à la     cathode    de la chambre une impulsion  de tension négative.

   Un     discri_minateur        d'amplitude     11,     relié    à la     sortie    de l'amplificateur,     délivre    en sa  sortie 12 une impulsion électrique qu'il transmet  simultanément au générateur 9 et à un     circuit    de  blocage 13 si la valeur maximale de     l'amplitude    des  impulsions reçues par ce     discriminateur    est com-    prise entre deux seuils réglables séparément.

   Le     choix     de la valeur correspondant à     chaque    seuil permet  au     discriminateur    1     d'éliminer    une     partie    des impul  sions électroniques délivrées par la chambre 1.

   Le  circuit de blocage 13 recevant une impulsion de ce       discriminateur    11 délivre, par exemple, une impul  sion paralysant     l'amplificateur    4 pendant une durée  égale au     temps    mort de la chambre 1, soit de  l'ordre de quelques     millisecondes.    Pour que le retard  de l'impulsion appliquée à la cathode, par rapport  à l'impulsion apparaissant à l'anode soit     compris     entre 200 et 1000     nanosecondes,    il n'y a pas lieu  d'utiliser un dispositif à retard spécial les organes 4  et 11 créant un retard suffisant,

   mais si l'on désire  que l'impulsion de haute tension délivrée par le gé  nérateur 9 soit     appliquée    sur la cathode 6 avec un  retard supérieur, en simultanéité par exemple avec       l'arrivée    sur     cette    dernière des ions créés lors de la  multiplication électronique, on     dispose    un dispositif  à retard 10     entre    le point commun 12 au     discrimi.-          nateur    11 et au dispositif de blocage et le généra  teur 9.

   L'impulsion de haute tension     appliquée    sur la       cathode    6     accroft        l'intensité    du     champ    électrique  existant préalablement entre cette     cathode    et l'anode  2 jusqu'à une valeur     telle    qu'une étincelle, localisée  au point     d'impact    de la     particule        nucléaire    sur la       cathode,    éclate alors entre     cathode    et     anode,

      selon  le trajet préférentiel ionisé lors de la traversée de la  chambre à étincelles 1 par ladite     particule.    Après un  intervalle de temps égal au temps mort du dispositif  1, le circuit de blocage 13     cesse    son     action    sur     l'am-          plificateur    4 qui devient     alors    de nouveau sensible  aux impulsions électroniques délivrées par l'anode 2  de la chambre à étincelles 1.

   La     présence    de     ce    cir  cuit de blocage et du     discriminateur    11 garantit     que     l'éclatement d'une étincelle dans la chambre 1 cor  respond uniquement à la réception d'une impulsion  électronique     d'amplitude    convenable par l'amplifi  cateur 4.         La.        fig.    3 représente une variant de la chambre  à étincelles de la     fig.    1.

           Cette        chambre    à étincelles est de     révolution    au  tour d'un axe     vertical.    Elle comporte une     enceinte          métallique    14 rendue étanche à sa     partie    supérieure  par un disque de     verre    15     transparent    et pressé sur  les bords de     l'enceinte    14, avec     interposition    d'un  joint toroïdal     élastique    16, par un anneau métallique  17.

   La partie inférieure de l'enceinte 14 est fermée  par une     cathode        métallique    mince 18, en forme de  disque, coaxiale à ladite enceinte, et isolée électrique  ment de celle-ci par un anneau 19. Une anode 20,  ou grille,     constituée    de     fils    métalliques tendus dans  un plan selon deux     directions    perpendiculaires, est       disposée    en regard de la cathode 18,à une     distance     de l'ordre de trois à dix     millimètres.    La cathode 18  et     l'anode    20 ont     des    diamètres égaux,

   de l'ordre de  quinze à     vingt        centimètres.    Un support 21, isolé  électriquement de l'enceinte 14 et s'appuyant sur un  manchon 22 en matière isolante, maintient l'anode 20.      Le rendement de détection des     particules    nuclé  aires traversant la chambre 1 est le rapport entre  le nombre de particules détectées et le nombre de  particules réellement reçues par le détecteur.

   Ce ren  dement est augmenté si on remplace la cathode mé  tallique 18 par l'association d'une part d'une photo  cathode 23 à laquelle est accolé un     scintillateur,    no  tamment un cristal d'iodure de     sodium        activé    au  thallium de     forme    analogue à la cathode 18, et  d'autre part d'une     grille    de commande 24, analogue  à la     grille    d'anode 20, et disposée en regard de la       photocathode    23.

       Cette    grille 24 est     portée    à un  potentiel continu positif dont la valeur est supérieure  de quelques volts à     celle    du     potentiel    de même na  ture auquel est portée la     photocathode    23.

   L'anode  20 est portée à un potentiel continu     positif    inférieur  de 50 à 100 V au     potentiel        disrnptif.        Le    champ  continu existant entre la     photocathode    23 et la grille  24 est inférieur au     potentiel    d'ionisation du gaz con  tenu dans la chambre à étincelles mais     permet    la  canalisation des électrons émis par la     photocathode     dans le champ multiplicateur existant     entre    la     grille     24 et l'anode 20.

   La grille 24 permet en     outre    le  blocage des     électrons    émis par la     photocathode,    l'im  pulsion de haute tension délivrée par le générateur 9  étant alors     appliquée    sur l'anode 20.  



  L'atmosphère de l'enceinte 14 est     constituée    par  un gaz rare, ou un mélange de gaz rares, sous une  pression     comprise        soit    entre 104 et 105 Pa si le dé  clenchement du détecteur 1 s'effectue avec un retard  minimal, soit entre 10 et 103 Pa si le     déclenchement     dudit détecteur s'effectue au contraire avec un cer  tain retard. La     cathode    ou le scintillateur 18     reçoit     le rayonnement nucléaire par sa     partie    inférieure et  le disque de verre 15 permet l'observation optique ou  la photographie des étincelles.  



  Le présent ensemble détecteur, associé à un col  limateur, soit     sténopéique    soit percé de nombreux  trous, permet la restitution d'une image traduisant  la répartition d'un émetteur radioactif in     vivo.    Son  emploi     concerne    notamment les     applications    de la       gammascintigraphie    à usage médical.  



  La chambre à étincelles comprend une     enceinte     étanche constituée par un     manchon        cylindrique    en  verre 32 dont l'extrémité supérieure est fermée par  une     glace    transparente 34 et dont     l'extrémité    infé  rieure est fermée par une cathode métallique     mince     36.

   Lorsque le     détecteur    est     destiné    à l'étude du  rayonnement gamma mou d'un échantillon     placé    sous  la cathode,     celle-ci    peut être constituée par une  lame       mylar      de 0,5 mm d'épaisseur revêtue in  térieurement par une feuille     d'aluminium    de 10 à  20 microns d'épaisseur constituant     source    d'élec  trons. La lame de       mylar      38 est     supportée    par une  plaque 42 située à l'extérieur de l'enceinte     percée     d'orifices parallèles     rapprochés    tels que 44.

   Cette  plaque peut jouer le rôle de     collimateur,    comme on  le verra plus loin.  



  L'étanchéité des jonctions entre le manchon 32  d'une part, la lame de       mylar      38 et la glace 34    d'autre     part,    est assurée par des joints toriques en  indium 46 et 48. La rigidité de l'assemblage est  assurée par deux rondelles de laiton 50 et 52 reliées  par des boulons de serrage répartis     autour    de la  chambre à     étincelles    et dont un seul 54 est re  présenté.  



  L'enceinte est     occupée    par un gaz     ionisable    par  le passage de particules.     On    peut notamment     utiliser     pour la détection des photons mous un mélange à       90        %        d'argon        et        10        %        de        méthane        sous        pression          atmosphérique.    Un orifice 56     permet    éventuellement  de     modifier    l'atmosphère de l'enceinte.

    



  A l'intérieur de     l'enceinte    sont disposées,     au-          dessus    de la cathode 36 et parallèlement à elle, une  grille 58 et une anode 60. Ces deux électrodes sont  par exemple constituées l'une et     l'autre    par une  grille en fil de bronze phosphoreux de 36 microns  de diamètre     délimitant    un réseau     carré    présentant  un pas de 75     microns.    La grille 58     délimite    avec la  cathode 36 un     espace    de collection     tandis    que la  grille et l'anode     définissent    un     espace     <RTI  

   ID="0003.0091">   d'étincelle.     L'écartement et la parallélisme des     électrons    sont  assurés par des rondelles en     matériau    isolant, en       polyméthacrylate    de méthyle connu sous le nom de        Plexiglas      (marque déposée) par exemple.  



  La grille étant reliée à la masse, l'anode est reliée  à une     source    de haute tension positive par un con  ducteur 62 comportant une résistance élevée, à tra  vers un joint d'araldite 64. La cathode est portée par  un conducteur 66, qui traverse le     manchon    à travers  un autre joint d'araldite 68 à un potentiel continu       négatif    de polarisation. La haute tension est légère  ment inférieure (de 100 à 150 V) à la tension     dis-          ruptive.     



  La dispersion décrite jusqu'ici est comparable à  celle de la chambre à     étincelles    1 de la     fig.    1. Mais  d'une part, aucun     circuit    de création d'impulsions  de haute tension n'est prévu entre la grille et l'anode  et, d'autre part, la     tension    de polarisation de la  grille par rapport à la     cathode    présente une valeur  plus faible.

   Les inventeurs ont en .effet     constaté    que  pour une valeur optimum du champ     électrique    dans  l'espace de collection, on favorise le     passage    des  électrons dans l'espace     d'étincelles    et celles-ci     jail-          lissent    spontanément sans     qu'il    soit nécessaire d'ap  pliquer une impulsion.  



  Le     fonctionnement    de la chambre exige que l'in  tensité du champ électrique dans l'espace de     collec-          tion    soit     compris    dans un domaine restreint: si en  effet la     tension    négative de polarisation est trop éle  vée, les électrons formés dans l'espace d'accéléra  tion sont absorbés par la grille et le rendement en  étincelles sera faible ou même     celles-ci        cesseront    de  se produire, si au contraire     cette    tension est trop  faible,

   il n'y aura pas     d'accélération    des     électrons     apparus lors de l'impact d'une particule à détecter.  



  Par exemple, un     détecteur    rempli d'un mélange       de        90        %        d'argon        et        10        %        de        méthane    à     la        pression     normale, a fonctionné avec une haute tension de  6000 V, une polarisation de cathode de -30 V, un      espace     d'étincelle        (entre        grille    et     anode)

      de 5 mm et  un espace     d'accélération    (entre     cathode    et grille) de  10 mm ; à titre de comparaison, la tension de polari  sation pour le     régime    de fonctionnement suivant la       fig.    1 est de     l'ordre    de -300 V.  



  Le     fonctionnement    de la chambre à     étincelles     lors de la réalisation d'une     gammascintigraphie    d'un  échantillon déposé sous le bloc sera décrit     maintenant.     Des     photons    émis par     l'échantillon    suivant une     direc-          tion    sensiblement     normale    à la plaque 42 traversent  les     orifices    44 de     celle-ci    et viennent     frapper    la ca  thode 36 et l'atmosphère de l'espace de     détection    et       d'accélération.   

   L'absorption de ces     photons    provoque  l'apparition de rayons     beta        ionisant    le gaz. Les élec  trons ainsi     libérés    sont     accélérés    vers la     grille    58 et  passent dans     l'espace    d'étincelle en provoquant un  amorçage, s'ils sont en nombre     suffisant.    Les étin  celles sont enregistrées par un     appareil    photogra  phique 70, représenté en traits     mixtes        sur    la     figure,     fonctionnant en pause pendant un temps     suffisant.     



  Le rendement de la chambre à     étincelles    dépend  de nombreux paramètres, notamment du rendement  des photons en rayonnement     beta    et du temps mort  de la chambre. Ce     dernier    variant avec la valeur de  la     résistance    de charge     interposée    sur le conducteur  <B>32:</B> Une résistance de 20     MQ    conduit à un temps       mort    de l'ordre de 50 ms, donc à un débit     maximal          d'étincelles    de 20 par seconde<B>:

  </B>     ce    taux est en général       suffisant,    les     échantillons    mesurés     constituant    en gé  néral des sources peu actives.  



  La     limite    inférieure de     1a    résistance de charge  est fixée par la chambre,     celle-ci    pouvant     redéclen-          cher    une étincelle au même endroit si la tension est  rétablie trop tôt sur les électrodes. La nature des  électrodes et celle du gaz     influencent    nettement cette  valeur.  



  A titre d'exemple, on a     utilisé    une chambre à  étincelle pour     réaliser    une     gammascintigraphie    de  fantômes     d'organes        chargés    en iode 125 dont l'émis  sion X     s'effectue    sur 27,3     KeV    :

   :les rendements     théo-          riques        d'absorption        sont        alors        de        l'ordre        de        0,64        %     dans     l'espace    de détection et     d'accélération        (atmos-          phère        argonméthane),        de        0,

  2        %        dans        la        cathode          d'aluminium        et        de        0,2        %        dans        l'espace        d'étincelle     le rendement     théorique    total s'établit à     environ    1 Vo.  



  Avec un fantôme présentant     une    radioactivité de  100     #tC        placé    à 3 cm du     collimateur    et une chambre  utilisant une résistance de 20     MQ    (conduisant à cinq  étincelles par seconde au maximum) on a obtenu  pour quelques     minutes    de pause des     photographies          parfaitement    lisibles et comparables à celles obtenues  précédemment avec des échantillons présentant une  radioactivité plusieurs fois plus élevée.  



  La     constitution    de la     cathode    et de l'atmosphère  de la chambre à étincelles seront avantageusement  adaptées au rayonnement à détecter. L'emploi du  xénon à la place du     méthane    permet d'augmenter le  rendement de     détection-    du gaz. Ce rendement est  amélioré si la pression est accrue. Un revêtement d'or  sur la cathode permet également d'augmenter le    rendement de détection des photons X ou y     grâce    à  l'effet de paroi.  



  Mais dans tous les cas la     simplicité    du     dispositif     reste remarquable puisqu'il     suffit    d'une seule haute  tension.



      Nuclear Particle Detector Assembly The present invention relates to a nuclear particle detector assembly.



  The ionization of a gas, under the influence of ionizing particles, is a known phenomenon making it possible to detect these particles. A known device enabling the visualization of nuclear radiation comprises a spark chamber with parallel grids, associated with a telescope of scintillations detectors, the operating coincidence of which corresponding to a passage of the chamber by a particle, causes the application. of a high voltage pulse on the electrodes and the bursting of a spark along the path ionized by the passage of the particle.



  The present invention aims at the design of a nuclear particle detector assembly that can be used for the localization of particles (3 and of gamma or X photons, characterized in that it comprises a spark chamber having an enclosure occupied by a gas and in which are arranged an anode and a cathode between which is interposed a grid, these three electrodes being parallel,

      means for establishing between the anode and the grid a potential difference slightly less than the breakdown voltage and between the cathode and the grid a voltage for collecting electrons towards the grid-anode space.



  The subject of the invention is also a method for activating this detector assembly, characterized in that the interval separating the grid from the cathode is chosen according to the incident radiation and the filling gas, but sufficiently large so that a high proportion of the radiation constituting the incident particles or of the radiation induced by them on the cathode and in this interval loses most of its energy there by the ionization causing the release of electrons and in that one chooses the anode voltage sufficiently low and the mesh of the grid sufficiently large,

   so that only a negligible proportion of said electrons is collected by the grid as it passes through it.



  The particle detector assembly thus equipped preferably comprises a device for triggering the spark chamber allowing the visualization of the impact of charged particles, characterized in that the pulse which appears at the anode of the spark chamber. bedroom,

   without bursting sparks during the wise passage of a charged particle is applied to a fast high gain amplifier and the signals produced by this amplifier are transmitted on the one hand to a circuit which blocks the amplifier for an equal duration the dead time of the detector as well as on the other hand to the triggering member of a pulse generator whose output terminal is joined to the cathode of said detector.



  According to another embodiment, the detector assembly comprises an amplifier, joined to the blocking circuit by a discriminator suppressing a high proportion of the undesirable pulses produced by the detector, the gas pressure in the latter being between 104 and 105 pascals. .



  According to another embodiment, the nuclear particle detector assembly comprises an amplifier, joined to the blocking device and to the pulse generator, by a discriminator eliminating part of the pulses produced by the detector and an adjustable delay device. is placed between the discriminator and the pulse generator.



  In this particular case, the value of the delay can be determined so that the pulse is applied to the cathode, when the ions, created during the electron multiplication, reach this cathode, the value of the gas pressure in the detector. being then between 10 and 103 pascals.



  In a preferred embodiment of the process that comprises the invention, a 75 micron pitch grid made up of wires 30 microns in diameter is used, the collection voltage has a value such as the electric field in space. between the cathode and the grid is between 10 and 100 volts / cm, the gas occupying the enclosure being at atmospheric pressure.



  The accompanying drawing illustrates, by way of example, various embodiments of the apparatus according to the invention.



  Fig. 1 shows an embodiment of a detector assembly equipped with a spark chamber and a trigger circuit.



  Fig. 2. Is a graph showing the variations in the amplitude of an electrical pulse (ordinates) produced by a spark chamber of FIG. 1, as a function of time (abscissa).



  Fig. 3 shows a possible variant of the spark chamber shown in FIG. 1.



  Fig. 4 shows a variant of the detector shown schematically in section along a plane passing through its axis, as well as the electrical circuits associated with it.



  The device shown (fig. 1) comprises a spark chamber 1, the anode 2 of which is connected on the one hand to a source 3 of constant DC potential, on the other hand to the input of a high-gain fast amplifier. 4 via a link capacitor 5.

   The value of the voltage produced by the source 3 is chosen such that a nuclear particle passing through the cathode 6 and entering the chamber 1 causes a multiplication of the electrons in the gas of said chamber and consequently the appearance of an electronic pulse. on the anode 2. However, the intensity of the electric field between anode 2 and cathode 5 is insufficient to allow the ignition of a spark between these electrodes.



  Fig. 2 represents the amplitude of the electronic pulse 7 as a function of time. This very short pulse 7 is followed by a level 8 of significantly longer duration (of the order of ten microseconds).

   During the ionization of the gas contained in chamber 1, on the path of a particle (3 and of an X photon or having entered the chamber there, the movement of electrons, much faster than that of ions, explains the shortness of the pulse 7 compared to the duration of the stage 8 which is due to the slow movement of the ions. A voltage generator 9 triggered by an electronic pulse on the anode 2, applies to the cathode of the chamber a negative voltage pulse .

   An amplitude discriminator 11, connected to the output of the amplifier, delivers at its output 12 an electrical pulse which it transmits simultaneously to the generator 9 and to a blocking circuit 13 if the maximum value of the amplitude of the pulses received by this discriminator is comprised between two separately adjustable thresholds.

   The choice of the value corresponding to each threshold allows the discriminator 1 to eliminate some of the electronic pulses delivered by the chamber 1.

   The blocking circuit 13 receiving a pulse from this discriminator 11 delivers, for example, a pulse paralyzing the amplifier 4 for a period equal to the dead time of the chamber 1, ie of the order of a few milliseconds. In order for the delay of the pulse applied to the cathode, relative to the pulse appearing at the anode, to be between 200 and 1000 nanoseconds, there is no need to use a special delay device for organs 4 and 11 creating a sufficient delay,

   but if it is desired that the high voltage pulse delivered by the generator 9 be applied to the cathode 6 with a greater delay, simultaneously for example with the arrival on the latter of the ions created during the electronic multiplication, a delay device 10 is placed between the point 12 common to the discriminator 11 and to the blocking device and the generator 9.

   The high voltage pulse applied to cathode 6 increases the intensity of the electric field previously existing between this cathode and anode 2 to a value such as a spark, located at the point of impact of the nuclear particle on the cathode, then bursts between cathode and anode,

      according to the preferential path ionized during the passage of the spark chamber 1 by said particle. After an interval of time equal to the dead time of the device 1, the blocking circuit 13 ceases its action on the amplifier 4 which then again becomes sensitive to the electronic pulses delivered by the anode 2 of the spark chamber 1.

   The presence of this blocking circuit and of the discriminator 11 guarantees that the bursting of a spark in the chamber 1 corresponds only to the reception of an electronic pulse of suitable amplitude by the amplifier 4. FIG. . 3 represents a variant of the spark chamber of FIG. 1.

           This spark chamber is of revolution around a vertical axis. It comprises a metal enclosure 14 sealed at its upper part by a transparent glass disc 15 and pressed on the edges of the enclosure 14, with the interposition of an elastic toroidal seal 16, by a metal ring 17.

   The lower part of the enclosure 14 is closed by a thin metal cathode 18, disc-shaped, coaxial with said enclosure, and electrically insulated from the latter by a ring 19. An anode 20, or grid, made of wires metal stretched in a plane in two perpendicular directions, is disposed opposite the cathode 18, at a distance of the order of three to ten millimeters. The cathode 18 and the anode 20 have equal diameters,

   of the order of fifteen to twenty centimeters. A support 21, electrically isolated from the enclosure 14 and based on a sleeve 22 of insulating material, maintains the anode 20. The efficiency of detection of the nuclear particles passing through the chamber 1 is the ratio between the number of particles detected. and the number of particles actually received by the detector.

   This yield is increased if the metal cathode 18 is replaced by the association of a part of a photo cathode 23 to which is attached a scintillator, in particular a sodium iodide crystal activated with thallium of shape similar to the cathode 18, and on the other hand a control grid 24, similar to the anode grid 20, and arranged opposite the photocathode 23.

       This gate 24 is brought to a positive DC potential, the value of which is a few volts greater than that of the potential of the same nature to which the photocathode 23 is brought.

   The anode 20 is brought to a positive DC potential 50 to 100 V lower than the disrnptive potential. The DC field existing between the photocathode 23 and the grid 24 is less than the ionization potential of the gas contained in the spark chamber but allows the channeling of the electrons emitted by the photocathode in the multiplier field existing between the grid 24 and the anode 20.

   The gate 24 also allows the blocking of the electrons emitted by the photocathode, the high voltage pulse delivered by the generator 9 then being applied to the anode 20.



  The atmosphere of the enclosure 14 consists of a rare gas, or a mixture of rare gases, under a pressure of either between 104 and 105 Pa if the triggering of the detector 1 is effected with a minimum delay, or between 10 and 103 Pa if the triggering of said detector is effected on the contrary with a certain delay. The cathode or the scintillator 18 receives the nuclear radiation through its lower part and the glass disc 15 allows optical observation or photography of the sparks.



  The present detector assembly, associated with a limator neck, either pinhole or pierced with numerous holes, allows the restoration of an image reflecting the distribution of a radioactive emitter in vivo. Its use relates in particular to the applications of gammascintigraphy for medical use.



  The spark chamber comprises a sealed enclosure formed by a cylindrical glass sleeve 32 whose upper end is closed by a transparent glass 34 and whose lower end is closed by a thin metal cathode 36.

   When the detector is intended for studying the soft gamma radiation of a sample placed under the cathode, the latter may consist of a 0.5 mm thick mylar slide coated internally with an aluminum foil of 10 to 20 microns thick constituting a source of electrons. The mylar blade 38 is supported by a plate 42 located outside the enclosure pierced with closely parallel orifices such as 44.

   This plate can act as a collimator, as will be seen later.



  The tightness of the junctions between the sleeve 32 on the one hand, the mylar blade 38 and the glass 34 on the other hand, is ensured by indium O-rings 46 and 48. The rigidity of the assembly is ensured by two brass washers 50 and 52 connected by tightening bolts distributed around the spark chamber and of which only one 54 is shown.



  The enclosure is occupied by a gas which can be ionized by the passage of particles. A mixture of 90% argon and 10% methane at atmospheric pressure can in particular be used for the detection of soft photons. An orifice 56 optionally makes it possible to modify the atmosphere of the enclosure.

    



  Inside the enclosure are arranged, above the cathode 36 and parallel to it, a grid 58 and an anode 60. These two electrodes are for example formed by one and the other by a wire grid. of phosphor bronze 36 microns in diameter defining a square network with a pitch of 75 microns. The grid 58 defines with the cathode 36 a collection space while the grid and the anode define a space <RTI

   Spark ID = "0003.0091">. The separation and parallelism of the electrons are ensured by washers made of insulating material, polymethyl methacrylate known under the name of Plexiglas (registered trademark) for example.



  The grid being connected to ground, the anode is connected to a source of high positive voltage by a conductor 62 having a high resistance, through an araldite joint 64. The cathode is carried by a conductor 66, which passes through the sleeve through another araldite seal 68 at a negative DC bias potential. The high voltage is slightly lower (100 to 150 V) than the cutoff voltage.



  The dispersion described so far is comparable to that of the spark chamber 1 of FIG. 1. But on the one hand, no circuit for creating high voltage pulses is provided between the grid and the anode and, on the other hand, the bias voltage of the grid with respect to the cathode has a lower value.

   The inventors have in fact observed that for an optimum value of the electric field in the collection space, the passage of electrons in the space of sparks is favored and the sparks spurt out spontaneously without the need for sparking. 'apply an impulse.



  The operation of the chamber requires that the intensity of the electric field in the collec- tion space be included in a restricted range: if in fact the negative polarization voltage is too high, the electrons formed in the space d acceleration are absorbed by the grid and the sparking efficiency will be low or even these will cease to occur, if on the contrary this voltage is too low,

   there will be no acceleration of the electrons appearing during the impact of a particle to be detected.



  For example, a detector filled with a mixture of 90% argon and 10% methane at normal pressure, operated with a high voltage of 6000 V, cathode bias of -30 V, spark gap (between grid and anode)

      of 5 mm and an acceleration space (between cathode and grid) of 10 mm; by way of comparison, the polarization voltage for the operating regime according to fig. 1 is of the order of -300 V.



  The operation of the spark chamber when performing gammascintigraphy of a sample deposited under the block will now be described. Photons emitted by the sample in a direction substantially normal to the plate 42 pass through the orifices 44 of the latter and strike the cathode 36 and the atmosphere of the detection and acceleration space.

   The absorption of these photons causes the appearance of beta rays ionizing the gas. The electrons thus released are accelerated towards the grid 58 and pass into the spark space, causing an ignition, if they are in sufficient number. The stars are recorded by a camera 70, shown in phantom in the figure, operating in pause for a sufficient time.



  The efficiency of the spark chamber depends on many parameters, in particular the efficiency of the photons in beta radiation and the dead time of the chamber. The latter varying with the value of the load resistance interposed on the conductor <B> 32: </B> A resistance of 20 MΩ leads to a dead time of the order of 50 ms, therefore to a maximum flow of sparks of 20 per second <B>:

  </B> this rate is generally sufficient, the measured samples generally constituting not very active sources.



  The lower limit of the load resistance is set by the chamber, which may re-trigger a spark at the same location if voltage is restored too early to the electrodes. The nature of the electrodes and that of the gas clearly influence this value.



  By way of example, a spark chamber was used to perform gammascintigraphy of phantoms of organs loaded with iodine-125 whose X-ray emission is carried out at 27.3 KeV:

   : the theoretical absorption yields are then of the order of 0.64% in the detection and acceleration space (argonmethane atmosphere), 0,

  2% in the aluminum cathode and 0.2% in the spark space the total theoretical efficiency is about 1 Vo.



  With a phantom exhibiting a radioactivity of 100 #tC placed 3 cm from the collimator and a chamber using a resistance of 20 MΩ (leading to five sparks per second at most), perfectly legible photographs were obtained for a few minutes of pause, comparable to those obtained previously with samples exhibiting several times higher radioactivity.



  The constitution of the cathode and of the atmosphere of the spark chamber will advantageously be adapted to the radiation to be detected. The use of xenon instead of methane makes it possible to increase the gas detection efficiency. This efficiency is improved if the pressure is increased. A gold coating on the cathode also makes it possible to increase the detection efficiency of X or y photons thanks to the wall effect.



  But in all cases the simplicity of the device remains remarkable since a single high voltage is sufficient.


    

Claims (1)

REVENDICATIONS I. Ensemble détecteur de particules nucléaires utilisable pour la localisation de particules beta et de photons gamma ou X, caractérisé en ce qu'il com prend une chambre à étincelles présentant une en ceinte occupée par un gaz et dans laquelle sont dis posées une anode et une cathode entre lesquelles est interposée une grille, CLAIMS I. Nuclear particle detector assembly usable for the localization of beta particles and gamma or X photons, characterized in that it comprises a spark chamber having an enclosure occupied by a gas and in which an anode is placed. and a cathode between which is interposed a grid, ces trois électrodes étant paral lèles, des moyens pour établir entre l'anode et la grille une différence de potentiel légèrement infé rieure à la tension disruptive et entre la cathode et la grille une tension de collection des électrons vers l'espace grille-anode. II. these three electrodes being parallel, means for establishing between the anode and the grid a potential difference slightly lower than the breakdown voltage and between the cathode and the grid a voltage for collecting electrons towards the grid-anode space. II. Procédé de mise en action de l'ensemble sui vant la revendication I, caractérisé en ce qu'on choisit l'intervalle séparant la grille de la cathode, selon le rayonnement incident et le gaz de remplissage, mais suffisamment grand pour qu'une proportion élevée du rayonnement constituant les particules incidentes ou du rayonnement induit par celles-ci sur la cathode et dans cet intervalle y perde la plus. Method of activating the assembly according to claim I, characterized in that the interval separating the grid from the cathode is chosen according to the incident radiation and the filling gas, but sufficiently large so that a proportion high radiation constituting the incident particles or radiation induced by them on the cathode and in this range loses the most. grande partie de son énergie par l'ionisation provoquant la libéra tion d'électrons et en ce qu'on choisit la tension anodique suffisamment faible et la maille de la grille suffisamment grande, pour que seule une proportion négligeable desdits électrons soit recueillie par la grille à la traversée de celle-ci. SOUS-REVENDICATIONS 1. large part of its energy by ionization causing the release of electrons and in that one chooses the anode voltage sufficiently low and the mesh of the grid sufficiently large, so that only a negligible proportion of said electrons is collected by the grid crossing it. SUB-CLAIMS 1. Ensemble suivant la revendication I, com prenant un dispositif de déclenchement de la chambre à étincelles permettant la visualisation de l'impact de particules nucléaires, caractérisé en ce que l'impul sion qui apparaît à l'anode de la chambre, Assembly according to Claim I, comprising a device for triggering the spark chamber allowing the visualization of the impact of nuclear particles, characterized in that the pulse which appears at the anode of the chamber, sans éclatement d'étincelles lors du passage d'une parti cule chargée est appliquée à un amplificateur rapide à grand gain et que les signaux produits par cet am- plificateur sont transmis d'une part à un circuit qui bloque l'amplificateur pendant une durée égale au temps mort du détecteur ainsi que d'autre part à l'organe de déclenchement d'un générateur Mmpul- sions dont la borne de sortie est réunie à la cathode dudit détecteur. without bursting sparks during the passage of a charged particle is applied to a fast high-gain amplifier and the signals produced by this amplifier are transmitted on the one hand to a circuit which blocks the amplifier for a period of time. equal to the dead time of the detector as well as, on the other hand, to the triggering member of an Mmpul- sion generator, the output terminal of which is joined to the cathode of said detector. 2. Ensemble suivant la revendication I et la sous- revendication 1, caractérisé en ce que l'amplificateur est réuni au circuit de blocage par un discriminateur éliminant une partie des impulsions produites par le détecteur, la pression du gaz dans celui-ci étant comprise entre 104 et 105 Pa. 3. 2. Assembly according to claim I and sub-claim 1, characterized in that the amplifier is joined to the blocking circuit by a discriminator eliminating part of the pulses produced by the detector, the pressure of the gas therein being included between 104 and 105 Pa. 3. Ensemble suivant la revendication I et la sous- revendication 1, caractérisé en ce que l'amplificateur est réuni au dispositif de blocage et au générateur d'impulsions par un discriminateur éliminant une partie des impulsions produites par le détecteur et en ce qu'un dispositif à retard réglable est placé entre le discriminateur et le générateur d'impulsions. 4. Assembly according to claim I and sub-claim 1, characterized in that the amplifier is joined to the blocking device and to the pulse generator by a discriminator eliminating part of the pulses produced by the detector and in that a device adjustable delay is placed between the discriminator and the pulse generator. 4. Ensemble suivant la revendication I, carac- t6ris6 en ce que sa chambre à étincelles a une cathode constituée par l'association d'une photocathode et d'un scintillateur qui est accolé à cette dernière, ce scintillateur étant un cristal d'iodure de sodium activé au thallium, et qu'une grille de commande est disposée parallèlement à la cathode et à une petite distance de celle-ci. 5. Assembly according to claim I, characterized in that its spark chamber has a cathode formed by the association of a photocathode and a scintillator which is attached to the latter, this scintillator being a sodium iodide crystal. activated with thallium, and that a control grid is arranged parallel to the cathode and at a small distance from it. 5. Ensemble suivant la revendication I, carac térisé en ce que la cathode de la chambre à étincelles est constituée par une couche mince d'un métal four nissant une émission beta lors de l'absorption des photons. Assembly according to Claim I, characterized in that the cathode of the spark chamber consists of a thin layer of a furnace metal which produces beta emission during absorption of the photons. 6. Ensemble suivant la revendication I, carac térisé en ce que la cathode de la chambre à étin celles est séparée par une plaque épaisse, située à l'extérieur de l'enceinte, percée de trous parallèles et constituant collimateur pour le rayonnement émis par un échantillon placé à l'opposé de la cathode par rapport à la plaque. 7. 6. Assembly according to claim I, charac terized in that the cathode of the spark chamber is separated by a thick plate, located outside the enclosure, pierced with parallel holes and constituting a collimator for the radiation emitted by a sample placed opposite the cathode from the plate. 7. Procédé selon la revendication II, pour la mise en action de l'ensemble selon la sous-revendi- cation 3, caractérisé en ce que la valeur du retard est déterminée pour que l'impulsion soit appliquée à la cathode quand les ions créés lors de la multi plication électronique atteignent cette cathode, la va leur de la pression du gaz dans le détecteur étant alors comprise entre 10 et 103 Pa. 8. A method according to claim II, for actuating the assembly according to sub-claim 3, characterized in that the value of the delay is determined so that the pulse is applied to the cathode when the ions created during the electronic multiplication reach this cathode, the value of the gas pressure in the detector then being between 10 and 103 Pa. 8. Procédé suivant la revendication II, caractérisé en ce que la tension de collection appliquée entre 11a cathode et les grilles de la chambre à étincelles pré sente une valeur telle que le champ électrique dans l'espace entre la cathode et la grille soit compris entre 10 et 100 volts/cm et soit avantageusement de l'ordre de 30 volts/cm, le gaz occupant l'enceinte étant l'argon-méthane à la pression atmosphérique, Process according to Claim II, characterized in that the collection voltage applied between the cathode and the gates of the spark chamber has a value such that the electric field in the space between the cathode and the grid is between 10 and 100 volts / cm and is advantageously of the order of 30 volts / cm, the gas occupying the enclosure being argon-methane at atmospheric pressure, le pas de la grille étant de l'ordre du .dixième de milli mètre et le diamètre des fils étant de l'ordre du tiers ou de la moitié de ce pas. 9. Procédé suivant la revendication II, caractérisé en ce que le gaz de remplissage de la chambre à étin- celles est choisi pour absorber les photons X ou gamma incidents en fournissant un rayonnement beta. the pitch of the grid being of the order of a tenth of a millimeter and the diameter of the wires being of the order of a third or half of this pitch. 9. Method according to claim II, characterized in that the gas for filling the spark chamber is chosen to absorb the incident X or gamma photons by providing beta radiation.
CH755364A 1963-06-11 1964-06-10 Nuclear Particle Detector Assembly CH423004A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR937613A FR1369414A (en) 1963-06-11 1963-06-11 Method and device for triggering a gas detector for locating nuclear particles
FR971293A FR1401288A (en) 1964-04-17 1964-04-17 Particle detector

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CH423004A true CH423004A (en) 1966-10-31

Family

ID=26201791

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CH755364A CH423004A (en) 1963-06-11 1964-06-10 Nuclear Particle Detector Assembly

Country Status (4)

Country Link
BE (1) BE649118A (en)
CH (1) CH423004A (en)
ES (1) ES300897A1 (en)
LU (1) LU46234A1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
ES300897A1 (en) 1964-12-01
LU46234A1 (en) 1965-12-02
BE649118A (en) 1964-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0810631B1 (en) High resolution radiographic imaging device
EP3071292A1 (en) Irradiation device using ionizing radiation, particularly for radiotherapy and/or radiobiology
EP0678896A1 (en) Low dose ionizing X- or gamma-ray medical imaging device
EP0008302A1 (en) Detection and localization of neutral radiations
FR2482404A1 (en) ACCELERATOR TUBE NEUTRON SOURCE WITH PERFECTED TARGET SECTION
EP0730291B1 (en) Ionizing X-ray or low dosis gamma medical imaging devices
Vorobiev et al. A PS-1/S1 picosecond streak camera in experimental physics
EP0362946A1 (en) Ion extraction and acceleration device limiting reverse acceleration of secondary electrons in a sealed high flux neutron tube
FR2702571A1 (en) Device for imaging ionizing particles by means of a multiwire proportional chamber.
EP0395510B1 (en) Method and device for determining the distribution of beta-rays emitted from a surface
CH423004A (en) Nuclear Particle Detector Assembly
FR3035263A1 (en)
FR2738669A1 (en) Neutron generator tube
FR3087902A1 (en) HIGH TEMPERATURE FISSION CHAMBER
EP0018253B1 (en) Particles detection device
Porter et al. A space-time detector for cosmic ray showers
FR2481868A1 (en) NEUTRON ACCELERATOR TUBE WITH IMPROVED IONIZATION SECTION
WO2021058752A1 (en) Device and method for detecting neutrinos
FR2912837A1 (en) Electron multiplying device for e.g. alpha ray detection system, has coating presenting low resistivity characteristics to create electric field, so that multiplication of electrons is high to prevent formation of secondary avalanches
EP0362953A1 (en) Sealed neutron tube provided with an ion source with electrostatic confinement
CH406451A (en) Electrometric device
EP0362945A1 (en) Device for treating the Penning ion source in a neutron tube
FR2584815A1 (en) System for measuring the flux of gamma or X photons, or thermal and/or fast neutrons
FR2481869A1 (en) NEUTRON ACCELERATOR TUBE WITH VERY IMPROVED IONIZATION SECTION
Willis et al. High resolution optical spark chamber