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.