Compteur à scintillations pour la détection et la mesure de rayonnements émanant d'un corps
de grandes dimensions
L'invention a pour objet un compteur à scintillations pour la détection et la mesure de rayonnements émanant d'un corps entier de grandes dimensions ou d'une portion importante de ce corps, par exemple du corps humain ou du corps d'un animal.
De tels compteurs doivent être très grands pour pouvoir contenir les sujets soumis aux essais et dont il s'agit de compter les niveaux de radioactivité. Simplement à titre d'exemple, de tels compteurs possèdent généralement une longueur axiale qui peut dépasser 1,80 m lorsqu'ils servent à détecter et à mesurer des rayonnements émanant du corps d'un homme adulte; lorsque le corps soumis aux essais est celui d'un grand animal, la chambre de comptage peut même devoir être encore plus grande. En outre, afin de détecter et de mesurer, avec un haut rendement et une bonne résolution spectrale, des rayonnements émanant de tels corps, il est désirable que le milieu scintillateur liquide entoure le corps aussi totalement que possible.
En raison de leur grande dimension et de la quantité de milieu scintillateur liquide qu'ils renferment, les compteurs pour corps entiers connus sont extrêmement lourds et coûteux.
Leur prix est souvent prohibitif pour de petites installations d'essais ne disposant que de capitaux limités.
Jusqu'à présent, les compteurs pour corps entiers ont affecté la forme de cuves annulaires relativement grandes définissant une chambre de comptage interne dans laquelle se place le sujet soumis aux essais. La cuve de détection n'est parfois que semi-annulaire de manière à définir une chambre de comptage semi-cylindrique à l'intérieur de laquelle le sujet peut être couché ou se tenir debout. Dans chaque cas, le milieu scintillateur liquide se trouvait contenu dans une cuve annulaire ou semi-annulaire relativement longue ne comportant qu'un seul compartiment à liquide. La masse unique de milieu scintillateur liquide contenue dans la cuve était vue > par plusieurs photpmultipli- cateurs très voisins, montés dans la paroi externe de la cuve.
En cas de rupture de l'un de ces photomultiplicateurs, une quantité appréciable du milieu scintillateur relativement coûteux (dont le prix peut, en effet être de l'ordre de dix francs suisses le litre) est perdue; et la totalité du milieu scintillateur peut être perdue si le photomultiplicateur brisé se trouve à la partie e inférieure de la cuve. De plus, il va de soi que si une portion quelconque de l'intérieur de la cuve ou de son contenu vient à être contaminée, on peut être contraint d'éliminer et de remplacer la totalité du milieu scintillateur.
Un autre problème que rencontrent les utilisateurs des grands compteurs pour corps entiers des types antérieurement connus est celui d'un équilibrage adéquat des caractéristiques de réponse ou du gain des divers photomultiplicateurs que comporte l'appareil, afin que chacun d'entre eux produise un spectre identique de signaux de sortie lorsque les différents photomultiplicateurs sont soumis à des effets de désintégrations radioactives se produisant dans le corps soumis aux essais, ces désintégrations possédant le même spectre énergétique.
Etant donné que tous les photomultiplicateurs ne voilent, pas une masse de milieu scintillateur possédant exactement la même forme et le même volume (certains photomultiplicateurs étant, par exemple, plus proches que d'autres des parois extrêmes de la cuve), il était pratiquement impossible d'équilibrer avec précision les photomultiplicateurs en position. Par conséquent, il fallait, dans les agencements antérieurement connus, enlever les photomultiplicateurs, les équilibrer un par un das un montage d'essais, et les remettre en place.
Non seulement un tel mode opératoire exige beau
coup de temps, mais encore il ne peut pas donner
entièrement satisfaction étant donné que, le plus sou
vent, les photomultiplicateurs se trouveront à nou
veau déséquilibrés lorsque l'appareil sera réassemblé.
On a tenté de mettre au point des modes opératoires permettant de régler chacun des photomultiplicateurs
en place jusqu'à ce que le spectre de sortie cumulé de tous les photomultiplicateurs soit optimum, mais à l'expérience il s'est avéré qeu ce type de réglage n'est ni précis, ni satisfaisant.
L'invention tend à réaliser un compteur à scintillations pour la détection et la mesure de rayonnements émant d'un corps entier de grandes dimensions ou d'une portion importante de ce corps, ne présentant pas les inconvénients mentionnés ci-dessus, de construction, transport et installation faciles et ayant une grande souplesse de fonctionnement.
Le compteur à scintillations selon l'invention comprend des organes agencés pour maintenir un milieu liquide scintillateur distribué le long de l'axe du corps à examiner et des photo-multiplicateurs disposés à la périphérie desdits organes, et est caractérisé par le fait qu'il comprend plusieurs récipients ayant au moins approximativement les mêmes constructions et dimensions, disposés axialement l'un juste derrière l'autre et contenant ledit milieu liquide scintillateur, ces récipients ayant des parois frontales disposées normalement audit axe, et en ce que les photo-multiplicateurs de chaque récipient sont disposés dans un seul plan s'étendant parallèlement à et entre lesdites parois frontales, ledit plan étant également normal audit axe.
Les dessins annexés représentent, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 représente, en perspective, un compteur modulaire pour corps entier, une portion d'un bouclier de protection contre les rayonnements étant figurée arrachée pour montrer des modules détecteurs en forme de cuve et l'agencement de moyens destinés à les supporter.
La fig. 2 représente, en perspective, un module détecteur à milieu scintillateur liquide du type utilisé dans le compteur représenté à la fig. 1.
La fig. 3 montre, en élévation, et partiellement en coupe verticale, le module détecteur représenté à la fig. 2.
La fig. 4 montre, en coupe verticale, à une échelle agrandie et avec des parties arrachées, le mécanisme de positionnement d'une cloison intérieure du module détecteur représenté à la fig. 3.
La fig. 5 est le schéma électrique du compteur à scintillations pour corps entier de la fig. 1.
La fig. 6 est un graphique représentant un spectre énergétique idéal pour un isotope radioactif monoénergétique typique, et elle montre aussi le spectre des impulsions de sortie réellement obtenu à partir d'un transducteur de lumière typique sensible aux scintillations lumineuses produites par un isotope mon on énergétique. On a porté enordonnées le nornbre N de désintégrations par unité de temps, et en abscisses la hauteur d'impulsions H en volts.
La fig. 7 est un schéma montrant les scintillations lumineuses aléatoires produites par une unique désintégration, pour illustrer l'intérêt qu'il y a à accroître au maximum la géométrie de comptage.
La fig. 8 représente, semblablement à la fig. 6, les spectres d'impulsions de sortie de plusieurs transducteurs de lumière qui n'ont pas été correctement équilibrés.
On a représenté aux dessins (fig. 1) un compteur pour corps entier, indiqué généralement en 10, comportant essentiellement un ensemble 1 1 de cuves et de détecteurs destiné à contenir un milieu scintillateur liquide entourant quasi-totalement une chambre de comptage 12 disposée centralement. L'ensemble 1 1 est monté à l'intérieur d'un bouclier de protection 14 qui peut, par exemple, affecter la forme d'une enveloppe possédant des parois de fer épaisses d'environ vingt centimètres pour éviter des erreurs de comptage dues au rayonnement cosmique et à certains autres parasites. Le bouclier 14 est pourvu, sur ses faces opposées, de portes 15, 16 montées sur gonds pour permettre un accès facile à l'ensemble 11 de cuves et de détecteurs en vue de l'installation et de l'entretien.
Un pupitre ou meuble 18 placé dans le voisinage et à l'extérieur du bouclier 14 contient les amplificateurs, analyseurs de hauteur d'impulsions, et compteurs électriquement couplés à l'appareillage détecteur que comporte l'ensemble 11.
Pour permettre d'introduire un sujet d'essais dans la chambre de comptage 12, une extrémité d'un chariot en forme de tiroir 19 coulisse sur une paire de rails espacés 20 (dont un seul est visible sur la fig. 1) montés rigidement sur les côtés opposés de la chambre de comptage 12. L'extrémité opposée du tiroir ou berceau 19 est supportée sur la porte 21 de la chambre de comptage, cette porte étant elle-même montée sur un support mobile 22. Le support 22 coulisse sur une paire de rails espacés 24 afin d'exécuter un déplacement relatif axial le rapprochant et l'éloignant de la chambre de comptage 12. L'agencement est tel que lorsque le support 22 est éloigné axialement de la chambre de comptage 12 et du bouclier 14 jusqu'en la position représentée (fig. 1), le tiroir 19 se trouve entièrement hors de la chambre de comptage.
Lorsqu'un corps devant subir des essais, par exemple un corps humain 25, est placé dans le tiroir 19, on déplace ensuite axialement le support 22 vers le bouclier 14 le long des rails 24 jusqu'à ce que le corps 25 se trouve centralement disposé à l'intérieur de la chambre 12 que ferme complètement la porte 21. I1 est facile de placer les rails 20 et le tiroir 19 par rapport à la paroi de la chambre de comptage 12 et de la porte 21 respectivement pour que l'objet, tel que le corps 25, sur lequel doit s'effectuer le comptage soit disposé sensiblement le long de l'axe de la chambre de comptage.
L'ensemble Il de cuves et de détecteurs est constitué par plusieurs sous-ensembles ou modules dis tincts définissant chacun une chambre étanche aux liquides contenant un milieu scintillateur liquide et comportant chacun des moyens transducteurs ou convertisseurs de lumière disposés entre les parois extrêmes axialement opposées du module détecteur.
Dans le mode de réalisations représenté (fig. 1), l'ensemble 11 comprend trois paires de modules 26a à 26c agencés de manière à constituer une chambre de comptage 12 possédant la géométrie d'un compteur 4z (par compteur 4z on entend un compteur apte à détecter l'ensemble des phénomènes à compter provenant de la source et repérables dans toutes les directions, c'est à dire dans un angle solide égal à 4z stéradians), la profondeur ou longueur axiale de l'ensemble étant égale à trois fois la profondeur axiale d'une unité modulaire.
On a représenté (fig. 2 et 3) un exemple de réalisation d'un module détecteur 26 à scintillateur liquide. Le module 26 comprend une paire de parois extrêmes 28 parallèles, qui sont maintenues espacées par une paroi extérieure polygonale 29 et par une paroi intérieure 30 généralement semi-cylindrique, l'ensemble définissant une chambre close 31 étanche aux liquides et destinée à contenir un milieu scintillateur liquide.
Le milieu scintillateur liquide peut comprendre l'une quelconque des nombreuses substances fluorescentes vendues dans le commerce sous le nom de scintillateurs que l'on dissout dans un solvant, le milieu scintillateur étant caractérisé par son aptitude à convertir en énergie lumineuse l'énergie rayonnante résultant d'une désintégration radioactive (par exemple les photons gamma émis par un traceur émetteur de rayons gamma que l'on a introduit dans le corps 25).
Lorsqu'il est utilisé comme élément constitutif d'un compteur pour corps entier tel que le compteur 10 représenté (fig. 1), le module détecteur ou cellule détectrice 26 est monté de manière telle que les parois extrêmes opposées 28 soient sensiblement normales à l'axe de l'objet dont il s'agit de mesurer le niveau de radioactivité, la paroi intérieure 30 (qui constitue au moins une portion de la paroi de la chambre de comptage 12) étant disposée à proximité de l'objet. On se rendra compte du fait que, bien que l'on ait représenté la paroi 30 comme possédant une configuration semi-cylindrique, elle peut affecter d'autres formes selon le profil que l'on désire donner à la chambre de comptage 12 et selon le profil particulier du module 26 lui-même.
Par exemple, si deux des modules 26 représentés (fig. 2 et 3) sont juxtaposés face à face (pour former l'une des paires de modules 26a-26c que représente la fig. 1), la chambre de comptage 12 résultante définie par les parois 30 en regard sera cylindrique. A titre de variante, les modules peuvent être construits de manière telle qu'il faille juxtaposer face à face trois modules ou plus de trois modules pour former une chambre possédant la géométrie d'un compteur 4, et dans ce cas la paroi 30 de chaque module peut affecter simplement un profil en arc de cercle.
Dans certains cas, il peut être désirable de construire un compteur pour corps entier possédant une chambre de comptage qui ne soit ni cylindrique, ni semi-cylindrique; la paroi 30 peut alors être plane, polygonale ou polyédrique, ou bien elle peut définir une portion d'une chambre de comptage sphérique.
Pour déceler, dans le milieu scintillateur, des scintillations lumineuses résultant d'une désintégration radioactive se produisant dans le corps 25, Ia chambre 31 qui contient le scintillateur liquide est vues par des moyens transducteurs ou convertisseurs de lumière disposés dans un plan unique paral- lèle aux parois extrêmes 28 du module et situé entre ces parois extrêmes. De tels moyens transducteurs de lumière peuvent prendre la forme de tube photomultiplicateurs 32 qui sont, d'une manière bien connue dans la technique antérieure, caractérisés par leur aptitude à percevoir ou détecter des scintillations lumineuses et à convertir l'énergie lumineuse perçue en impulsions électriques dont l'amplitude est généralement proportionnelle à l'énergie lumineuse reçue des scintillations correspondantes.
Dans le moduel représenté (fig. 2 et 3), on utilise deux tels transducteurs de lumière ou photomultiplicateurs 32 possédant chacun une paroi extrême 34 transmettant la lumière, cette paroi étant reçue dans une ouverture 35 ménagée dans la paroi extérieure 29 du module 26. Les photomultiplicateurs 32 sont soigneusement maintenus en place à l'aide de bagues de serrage 36 rigidement fixées à la paroi extérieure 29. I1 est prévu des joints convenables pour assurer le maintien de l'étanchéité de la chambre 31 et pour éviter toute fuite de liquide.
Les modules détecteurs 26 réalisés comme décrit sont pourvus de plusieurs chambres d'expansion 38 (fig. 2 et 3) affectant dans leur ensemble la forme d'une boîte et qui sont rigidement fixées à la surface extérieure de la paroi extérieure. Les espaces intérieurs des chambres 38 communiquent avec l'intérieur de la chambre 31 au moyen de clapets convenabIes (non représentés). Les clapets seront agencés de manière telle que, lors du remplissage d'un module donné 26 avec une solution de scintillateur, le module soit légèrement trop rempli afin que le liquide en excès emplisse partiellement au moins une des chambres d'expansion 38. Dans be cas où des variations de températures provoquent une dilatation du scintillateur liquide, l'accroissement de volume du liquide qui en résulte provoque simplement un plus fort remplissage des chambres d'expansion.
Inversement, si le liquide se contracte, la réserve de liquide scintillateur que renferment les chambres 38 assurera le remplissage total de la chambre principale 31.
Comme le montre la fig. 1, un compteur 10 pour corps entier peut être facilement construit à partir de modules détecteurs en montant simplement bout à bout plusieurs tels modules pour constituer un ensemble 11 s'allongeant dans une direction axiale, et en juxtaposant face à face d'autres modules pour réaliser la géométrie de comptage désirée.
Les parois extrêmes 29 juxtaposées des différents modules infé rieurs 26L adjacents sont reçues dans des rainures 39, dont l'ouverture fait face vers le haut, établies dans des consoles-supports transversales 40 afin de définir une chambre de comptage possédant la géométrie d'un compteur 2 z c'est-à-dire un compteur détestant les phénomènes à compter repérables à l'intérieur d'un angle solide égal à deux stéradians) et une longueur axiale dépendant du nombre de modules intérieurs utilisés (dans l'exemple représenté, le compteur possède une longueur égale à trois fois la profondeur axiale x d'un module).
Pour donner à l'ensemble le géométrie d'un compteur 4, il suffit d'ajouter une série correspondante de plusieurs modules supérieurs 26 U que l'on monte face à face par rapport aux modules inférieurs 26 L, et qui sont maintenus en place à l'aide de supports 41 fixés au toit du bouclier 14. Les supports 41 sont couplés aux parcis extrêmes 28 des modules supérieurs. Bien entendu, dans le cas où l'on désirerait allonger le compteur 10 quelque temps après son installation initiale, cela peut être facilement réalisé tout simplement en allongeant le bouclier 14 et en montant des modules 26 additionnels jusqu'à ce que l'on ait formé un compteur complet possédant la longueur et la géométrie de comptage désirées.
En outre, si le corps 25 soumis aux essais est considérablement plus petit que la chambre de comptage 12, il est possible de déconnecter électriquement, du pupitre 18, une paire choisie de modules (par exemple la paire 26c), le corps 25 étant ensuite placé centralement par rapport aux paires de modules restantes (par exemple les paires 26a, 26b). De cette manière les effets gênants du bruit de fond se produisant dans les photomultiplicateurs de la paire inutilisée et dans leurs circuits électriquse associés être minimisés.
En se référant à la fig. 5, on va maintenant décrire brièvement un cycle typique de comptage avec le compteur 10 pour corps entiers décrit, étant admis que tous les transducteurs de lumière utilisés sont correctement équilibrés de manière à produire des spectres de signaux de sortie identiques lorsqu'ils sont soumis à un rayonnement gamma possédant le même spectre énergétique.
Comme le montre la fig. 5, plusieurs modules détecteurs à scintillateur liquide 26, 26' et 26" sont couplés à une source de haute tension 42. On se rendra compte du fait que la disposition géométrique particulière des modules 26-26" n'est pas critique et que ces modules peuvent être associés à des modules additionnels pour former une chambre de comptage possédant toute géométrie de comptage désirée (par exemple, celle d'un compteur 2 z ou d'un compeur 4 a, ou toute autre géométrie réalisable compte tenu de la forme particulière des modules utilisés).
Considérant d'abord le module 26 (fig. 5), il convient d'admettre qu'un rayon gamma provenant du corps 25 (fig. 1) produit des scintillations lumineuses dans le milieu scintillateur contenu à l'intérieur du module. De telles scintillations seront perçues par chacun des photomultiplicateurs 32, en produisant par conséquent des signaux électriques, de sortie P-l dont l'amplitude est généralement proportionnelle à l'énergie lumineuse reçue par les photomultiplicateurs respectifs. Etant donné que la lumière peut avoir à parcourir une plus grande distance à partir du point de scintillation pour atteindre un photomultiplicateur que pour atteindre l'autre photomultiplicateur, et étant donné qu'il se produit une légère absorption de lumière dans le liquide, les deux impulsions P-1 peuvent ne pas être d'égale amplitude.
En général, toutefois, la somme des amplitudes des deux impulsions P-1 sera proportionnelle à la quantité totale d'énergie lumineuse produite par le phénomène de scintillation.
Les signaux ou impulsions P-l passent à travers des préamplificateurs linéaires 44a, 44b et des amplificateurs linéaires 45a, 45b correspondants, puis sont appliquées directement à un panneau ou réseau mélangeur 46. D'une manière similaire, les signaux de sortie provenant des photomultiplicateurs 32' et 32", en admettant que des scintillations lumineuses se soient produites dans les modules respectivement correslpondants 26', 26", sont envoyés au panneau ou réseau mélangeur 46 en passant par des préamplificateurs 44a', 44b' et 44a", 44b" et par des amplificateurs 45a', 45b' et 45a",
45b" correspondants. Le panneau mélangeur comprend un réseau de résistances de sommation SR qui servent à produire une unique impulsion de sortie P-2 proportionnelle à la somme instantanée de tous les signaux d'entrée P-1 parvenant à ce réseau. L'impulsion de sortie résultante P-2 est ensuite appliquée à un analyseur de hauteurs d'impulsions ou analyseur d'amplitude 48 caractérisé par son aptitude à analyser des impulsions et à ne laisser passer que celles comprises dans une bande présélectionnée de hauteurs d'impulsions ou amplitudes, toutes les autres impulsions étant bloquées. Les impulsions P-2 tombant dans le domaine de la bande présélectionnée pour laquelle l'analyseur 48 est réglé sont alors transmises à une échelle de comptage 49, ou à tout autre dispositif de comptage approprié.
La description ci-dessus a été basée sur l'hypothèse selon laquelle tous les transducteurs de lumière utilisés avec le compteur pour corps entiers sont équilibrés avec précision. Avec les compteurs connus, il était extrêmement difficile, sinon pratiquement impossible, d'équilibrer avec précision plusieurs transducteurs de lumière associés à une grande cuve de milieu scintillateur liquide, surtout parce que les transducteurs individuels ne voient pas des masses de liquide possédant sensiblement les mêmes dimensions et formes géométriques.
Le compteur décrit trouve une application particulièrement avantageuse pour la détection et la mesure de rayonnements gamma émis à partir d'un traceur radioactif introduit dans un corps soumis à des essais (par exemple le corps 25 fig. 1). Un isotope émetteur de rayons gamma est pratiquement un isotope mono-énergétique. Dans un isotope monoéner gétique parfait, toutes les désintégrations produiront des rayonnements possédant la même énergie. Dans des circonstances idéales, la lumière produite par scintillation à la suite de chaque désintégration comporterait le même nombre de photons, une fraction linéaire de cette lumière atteindrait les photomultiplicateurs, et l'impulsion composite P-2, résultant de la sommation des impulsions élémentaires P-l (fig. 5), provenant de chaque désintégration aurait la même hauteur ou amplitude.
Théoriquement, le spectre de hauteurs ou amplitudes d'impulsions pour les impulsions P-2 apparaîtrait sous l'aspect d'une ligne verticale 50 (fig. 6). Mais, en pratique, on n'oberserve pas un tel aspect du spectre de hauteurs d'impulsions.
Tout d'abord, même si toutes les désintégrations produisant des rayonnements possédaient des énergies identiques, le nombre des photons lumineux pénétrant dans les photomultiplicateurs varierait encore légèrement par suite de l'atténuation résultant de l'absorption de lumière dans la masse du milieu scintillateur lui-même. De plus, les caractéristiques des photomultiplicateurs sont telles que, même avec des impulsions lumineuses d'entrée possédant une énergie uniforme, les amplitudes des impulsions électriques de sortie varient légèrement. Par suite de ces diverses circonstances, le spectre des signaux à la sortie des photomultiplicateurs se trouvera étalé de manière à prendre l'aspect schématiquement représenté par la courbe 51 de la fig. 6.
On remarquera que la courbe spectrale typique 51 représentative d'un isotope mono-énergétique comprend un nombre relativement important d'impulsions de faible amplitude, relativement peu d'impulsions d'amplitude intermédiaire, et un nombre relativement grand d'impulsions de forte amplitude.
C'est sur la dernière bande d'impulsions (c'est-à-dire celle qui forme un maximum ou pic spectral correspondant au niveau énergétique de l'isotope monoénergétique) que l'utilisateur désire faire porter le comptage; par ailleurs, l'analyseur 48 de hauteurs d'impulsions (fig. 5) est justement réglé pour laisser passer cette même bande. Les impulsions relativement nombreuses de faible amplitude qui sont bloquées par l'analyseur 48 résultent, entre autres choses, du bruit de fond parasite instrumental apparaissant dans l'équipement électronique associé au compteur, du bruit thermique dans les photomultiplicateurs, de l'atténuation ou de l'extinction de la lumière dans le scintillateur liquide et de l'effet de diffusion Compton . Ce dernier effet peut être facilement compris en se référant à la fig. 7.
Lorsqu'une désintégration radioactive se produit dans le corps 25, il est engendré un rayon gamma qui pénètre dans le milieu scintillateur liquide et provoque une scintillation lumineuse F-l en un point quelconque de ce milieu. Le rayon gamma est dévié au hasard au sein de la masse du scintillateur, en produisant toute une série d'éclairs lumineux additionnels F 2 à F x jusqu'à ce que la totalité de l'énergie du rayonnement gamma soit dépensée, ou bien jusqu'à ce que le rayon s'échappe hors du scintillateur liquide comme représenté en Y. Si toute l'énergie est dépensée dans le milieu scintillateur, le nombre total de photons lumineux engendrés par les éclairs lumineux ou scintillations Fl-Fx est sensiblement proportion- nel à l'énergie du rayon gamma.
Etant donné que l'énergie lumineuse est convertie en impulsions électriques par les transducteurs 32, et que ces impulsions sont additionnées dans le panneau mélangeur 46 (fig. 5), l'impulsion de sortie P-2 sera elle aussi sensiblement proportionnelle à l'énergie de la désintégration gamma et tombera dans la bande d'impulsions maximales avec un haut degré de précision statistique. Bien entendu, certaines de ces impulsions seront perdues (c'est-à-dire qu'elles tomberont dans le domaine des impulsions d'amplitude inférieure constituant le spectre 51) par suite de l'atténuation de la lumière ou par suite d'une perte du signal dans l'équipement électronique. De plus, quelques rayonnements s'échapperont du milieu scintillateur comme indiqué en Y avant d'avoir cédé la totalité de leur énergie.
Lorsque ceci se produit, il n'y a pas de scintillation, ou bien la lumière provenant de la scintillation résultante sera si faible que les impulsions résultantes seront comprises dans la portion inférieure du spectre.
De ce qui précède, il ressort qu'il est hautement souhaitable de pouvoir réaliser le comptage avec une géométrie de compteur 4 x. Par exemple, se référant à la fig. 7, on observera que si l'on n'utilise que l'unité modulaire supérieure 26U, toute l'énergie e lu- mineuse représentée par les scintillations lumineuses
F4-Fx sera perdue. Et, bien entendu, si l'on n'avait utilisé que le module inférieur 26L, la désintégration représentée dans ce cas particulier n'aurait produit aucune scintillation lumineuse.
On se rend donc bien compte du fait que la perte due à une diffusion
Comptons peut être minimisée grâce à une conception convenable du module permettant d'établir un compteur 4 a, et aussi en maintenant le milieu scintillateur liquide entourant la chambre de comptage 12 aussi épais que cela est possible en pratique.
Se référant à la fig. 8, on y a représenté plusieurs courbes spectrales individuelles 51 a à 51d qui sont ici représentatives de spectres de signaux correspondant à des impulsions de sortie P-l provenant d'une série correspondante de transducteurs de lumière individuels non équilibrés. Comme on l'a indiqué précédemment, lorsque l'appareil fonctionne ces signaux P-l sont électriquement additionnés dans le panneu mélangeur 46, ce qui aboutit à la production d'un unique spectre de hauteurs ou amplitudes d'impulsions 52 pour les impulsions P-2.
La fig. 8 illustre donc le fait que, à moins que tous les transducteurs de lumière individuels produisent des impulsions individuelles possédant sensiblement la même répartition spectrale, le spectre composite 52 ne comportera pas de maximum ou pic identifiable. En d'autres termes, la résolution est très mauvaise. Un tel spectre ne permet pas une analyse des hauteurs d'impulsions; une analyse qualitative est plus difficile, voire même impossible, et des mesures quantitatives sont moins précises. C'est pour cette raison qu'il est hautement souhaitable d'équilibrer convenablement les différents photomultiplicateurs.
Les fig. 2 à 4 montrent des dispositifs permettant de réaliser un équilibrage précis des différents transducteurs de lumière de manière que le spectre des impulsions de sortie P-2 provenant du panneau mélangeur 46 (fig. 5) convienne en vue de la mise en oeuvre des techniques d'analyse des hauteurs ou amplitudes d'impulsions.
fl est prévu des moyens permettant de subdiviser sélectivement la chambre étanche 31 de chaque module détecteur 26 en compartiments distincts de telle manière que chaque transducteur ou convertisseur de lumière 32 voie une masse de liquide possédant sensiblement la même dimension et la même forme géométriques que toutes les autres masses de liquides vues par tous les autres transducteurs de lumière.
L'expression compartiments distincts telle qu'elle est utilisée au cours de la présente description ne doit pas s'entendre comme désignant nécessairement des chambres à fluide complètement séparées, sans aucune communication de fluide entre elles.
Cette expression sert simplement à préciser que le milieu scintillateur contenu dans la chambre 31 est divisé en masses liquides distinctes, qui peuvent être ou ne pas être mutuellement en communication, et qui sont vues chacune par un transducteur différent 32 de la série des transducteurs associés au module particulier considéré.
Pour atteindre ce but, une cloison 54 est montée sur un pivot dans le mudule 26 de manière telle qu'elle puisse être sélectivement placée soit dans un plan parallèle aux parois extrêmes 28 du module, soit dans un plan perpendiculaire à ces parois extrêmes opposées et s'étendant entre elles et jusqu'à elles.
Dans la dernière position, la cloison 54 sert à subdiviser la chambre 31 en deux compartiments 31 a, 31b vus chacun par un photomultiplicateur 32 différent.
Bien entendu, si on dispose trois photomultiplicateurs 32 ou davantage en une seule rangée sur la paroi 29, il suffira de prévoir dans le module 26 une série de cloisons analogues. Comme le montre la fig. 4, la cloison 54 est montée rigidement sur un arbre 55 qui s'étend au travers d'une ouverture ménagée dans la paroi 29 du module et passe au travers d'un bossage 56 faisant extérieurement partie intégrante de la paroi 29. Un joint annulaire d'étanchéité 57 est monté à l'intérieur du bossage 56 autour de l'arbre 55 de manière à empêcher toute fuite du liquide hors du module. Une poignée 58 est fixée rigidement sur l'extrémité de rarbre 55 et sert à déterminer sélectivement la position de la cloison 54, la poignée étant orientée dans le même plan que la cloison afin de fournir constamment une indication de la position de la cloison.
Pour repousser la cloison vers l'intérieur par rapport à la paroi 29 du compteur, un ressort hélicoïdal 59 est monté coaxialement autour de l'arbre 55; ce ressort prend appui à son extrémité supérieure sur un épaulement radial 60 prévu dans le bissage 56, et à son extrémité inférieure sur un collier 61 formant partie intégrante de l'arbre. Pour immobiliser la cloison dans une position présélectionnée, un goujon de repérage 62 est monté dans la poignée 58 dans une position lui permettant d'être reçu parmi quatre encoches radiales 64 également espacées qui sont prévues dans l'extrémité supérieure du bossage 56 (deux de ces encoches étant visibles sur la fig. 4).
De ce qui précède, et à l'examen de la fig. 3, il ressort que lorsqu'une source-étalon 65 est placée sur l'axe idéal X du module 26, étant admis que la cloison 54 a été tournée de 90 pour séparer la chambre 31 en deux compartiments 31 a, 31b, les deux photomultiplicateurs voient des masses liquides possédant sensiblement les mêmes dimensions et formes géométriques. Etant donné que la source-étalon 65 est orientée avec précision dans la même position par rapport aux deux masses liquides et aux deux photomultiplicateurs, ces derniers recevront chacun sensiblement le même nombre de photons lumineux pour chaque désintégration radioactive d'une énergie donnée se produisant dans la source-étalon 65.
Autrement dit, les conditions dans lesquelles opère chaque photomultiplicateur sont identiques puisque les distances et les géométries des masses liquides par rapport à la source 65 sont identiques, et puisque les volumes et les géométries des masses liquides par rapport aux photomultiplicateurs respectifs sont identiques. Les effets de l'atténuation de lumière, de la diffusion
Compton et autres facteurs sont les mêmes pour chaque photomultiplicateur, de sorte que les spectres individuels de hauteurs d'impulsions de ces photomultiplicateurs seront les mêmes Si leurs gains sont les mêmes.
Bien entendu, il n'est pas nécessaire de placer la source-étalon 65 sur l'axe idéal X; la source peut être placée en toute autre position par rapport à l'un des compartiments 31 a, 31b. Toutefois, dans ce dernier cas, il importe d'assurer que la sourceétalon 65 occupe la même position de référence relative par rapport à chacun des autres compartiments lorsqu'il s'agira de procéder à l'équilibrage des photomultiplicateurs correspondants.
Afin de pouvoir équilibrer indépendamment chacun des transducteurs de lumière 32-32" (fig. 5), on prévoit des moyens pour régler séparément la fonction de transfert ou gain de chaque transducteur de lumière. Le gain d'un photomultiplicateur est le rapport de l'amplitude d'une impulsion de tension produite au nombre de photons lumineux incidents ayant provoqué cette impulsion. Ainsi qu'il est bien connu dans la technique, il est possible de faire varier le gain d'un photomultiplicatuer en réglant l'amplitude de la haute tension appliquée aux électrodes placées à l'intérieur du tube. Dans l'appareil représenté, on réalise l'opération d'équilibrage grâce à des élé ments distincts de réglage du gain 66-66" qui prennent la forme de potentiomètres 68 (fig. 5) connectés entre un point 69 au potentiel de la terre et la source 42 de haute tension.
Chaque potentiomètre 68 constitue en fait une source de haute tension sélectivement variable pour le photomultiplicateur qui s'y trouve associé, ce qui permet un réglage du gain de ce photomultiplicateur.
I1 suffit que l'opérateur procède aux opérations élémentaires suivantes pour équilibrer avec précision tous les transducteurs de lumière 32-32" que comporte le compteur 10. Considérant le module 26, l'opérateur fera passer la cloison 54 dans la position représentée en trait plein (fig. 5), en divisant ainsi la chambre 31 en deux compartiments distincts 31 a et 31b. Une source-étalon 65 de radioactivité (fig. 3) est ensuite placée en un point de référence par rapport à au moins un des photomultiplicateurs 32 de la paire de photomultiplicateurs équipant le module considéré. Le gain de ce photomultiplicateur est ensuite réglé en faisant varier le potentiomètre 68 jusqu'à obtention d'une courbe spectrale 51 (fig. 6) possédant un pic optimum.
L'opérateur répète ce mode opératoire pour chacun des autres photomultiplicateurs jusquà' ce que toutes les courbes spectrales 51 a-S id des photomultiplicateurs respectifs soient sensiblement coîncidentes. Ceci a pour conséquence de former un unique spectre d'impulsions similaire au spectre 51 (fig. 6) et caractérisé par le fait que les impulsions forment un maximum ou pic aigu prononcé possédant une bonne résolution et correspondant au niveau énergétique de la source radioactive.
Il est par conséquent possible de procéder facilement à une alanylse des hauteurs d'impulsions.
Bien que l'on ait représenté un appareil comportant des éléments distinctes de réglage du gain 66-66" couplés aux photomultiplicateurs respectifs, il va de soi qu'il est possible de procéder au réglage du gain par d'autres moyens. Simplement à titre d'exemple, les éléments de réglage du gain 66-66" peuvent, si on le désire, être incorporés à l'alimentation haute tension 42 pour permettre le réglage de la fonction de transfert de chaque photomultiplicateur à partir d'un point ûloigné. A titre de variante, le gain du signal dans chaque canal peut être réglé en prévoyant des moyens pour régler les gains des préamplificatuers 44a, 44b44a", 44b".
En plus de leur utilité en vue de l'équilibrage des transducteurs de lumière 32, les cloisons mobiles 54 servent à plusieurs autres fins qui accroissent la polyvalence et le domaine d'applications du compteur 10 pour corps entier. Simplement à titre d'exemple, on se rendra compte du fait que les surfaces internes des parois des modules 26 comportent toutes un fini possédant un pouvoir réflecteur élevé vis-à-vis de la lumière, afin d'assurer que le nombre des photons lumineux atteignant les photomultiplicateurs soit maximum. La paroi 54 possède de préférence elle aussi fini de haut pouvoir réflecteur de la lumière.
Si l'on se réfère à la fig. 5, et en admettant que la cloison 54 (par exemple dans le module 26) occupe la position d'ouverture représentée en pointillés, on se rendra compte du fait qu'une scintillation ayant lieu dans la chambre 31 produira une impulsion de sortie P-l légèrement plus forte à partir du photomultiplicateur 32 le plus proche et une impulsion de sortie P-l légèrement plus faible à partir de l'autre photomultiplicateur 32. Ces impulsions sont ensuite ajoutées électriquement de la manière décrite ci-dessus pour produire une unique impulsion P-2 qui est appliquée à l'analyseur 48 de hauteur d'impulsion.
Si l'on déplace ensuite la cloison 54 jusqu'à lui faire occuper sa position représentée en trait plein, ce qui a pour résultat de subdiviser la chambre 31 en compartiments 31 a et 31b, une scintillation similaire se produira dans un seul des compartiments, par exemple dans le compartiment 31 a. Seul le photomultiplicateur 32 associé à ce compartiment 31 a percevra la scintillation et engendrera une impulsion de sortie P-l, la cloison 54 servant à masquer la lumière pour l'autre photomultiplicateur.
Toutefois, dans ce cas, l'impulsion P-1 provenant d'un photomultilicateur 32 sera plus grande qu'elle ne l'aurait été si la cloison 54 avait été ouverte étant donné que la lumière sera réfléchie à partir de la cloison vers le photomultiplicateur. Ceci permet à l'utilisateur de faire fonctionner le compteur 10 avec les cloisons 54 soit ouvertes, soit fermées, en choisissant celle de ces deux positions qui permet d'obtenir la meilleure résolution pour le spectre énergétique produit par la substance radioactive présente dans le corps 25.
Par ailleurs, lorsque l'utilisateur cherche à analyser des spectres d'impulsions engendrés par des traceurs radioactifs possédant des énergies relativement faibles, les problèmes soulevés par l'existence du bruit de fond parasite prennent plus d'importance, ce qui rend difficile l'analyse des spectres d'impulsions.
Lorsqu'il doit travailler dans de telles conditions, l'opérateur peut déplacer la cloison 54 vers la position d'ouverture représentée en pointillés (fig. 5) et faire fonctionner la paire de photomultiplicateurs de chaque module en coïncidence . A cette fin, plusieurs dispositifs à deux états ou deux positions, représentés (fig. 5) sous la forme de commutateurs
S1-S6, sont couplés aux paires d'amplificateurs 45a, 45b-45a", 45b". Pour réaliser un comptage par coïncidences, il suffit de faire passer les dispositifs à deux états d'un état dans l'autre, c'est-à-dire de faire passer les organes mobiles des commuatateurs S1S6 des bornes T1 aux bornes T2. Dans ce deuxième état, les paires de photomultiplicateurs 32" sont respectivement connectées aux circuits à coïncidences 70.
De tels circuits à coïncidences, bien connus de l'homme de métier, sont caractérisés par leur aptitude à ne laisser passer un signal que lorsqu'ils reçoivent des signaux d'entrée coïncidents, c'est-à-dire lorsque les deux photomultiplicateurs de la paire associée perçoivent une scintillation lumineuse. Par conséquent, le bruit thermique engendré dans un photomultiplicateur ou l'effet de bruit de grenaille Schottky dans un amplificateur ne produira pas de signaux d'entrée coïncidents appliqués au circuit à coïncidences associé.
Lorsque des signaux d'entrée coïncidents apparaissent dans au moins l'un quelconque des circuits 70-70", ces derniers appliqueront un ou plusieurs signaux correspondants à un panneau mélangeur 71 similaire au panneau 46 décrit ci-dessus. Les impulsions de sortie P-2' povenaat du panneau 71 sont ensuite appliquées à un analyseur de hauteurs d'impulsions ou sélecteur d'amplitude 48 d'une manière identique à celle décrite ci-dessus à propos du fonctionnement du panneau 46.
Bien que le dispositif décrit trouve une application particulmièrement avantageuse pour détecter et mesurer la radioactivité dans des corps entiers de dimensions relativement importantes tels que l'ensemble d'un corps humain, on se rendra compte du fait qu'il peut aussi être utilisé pour détecter et mesurer la radioacitvité dans des portions seulement de corps entier, par exemple dans un bras, une jambe ou une portion du torse.