Le présent brevet concerne un dispositif de commande pour chambre à étincelles destinée à permettre la visualisation de la ré partition spatiale d'un rayonnement, notamment d'un rayonne ment x ou y.
Dans le domaine médical, on utilise des dispositifs de ce genre à trois électrodes pour établir des scanning , c'est-à- dire des cartographies de la répartition d'un traceur radioactif dans un organe déterminé. Il est bien évident toutefois que cette application n'est nullement limitative.
Le brevet principal h1 465072 a pour objet un procédé de commande d'étincelles pour chambre à étincelles permettant de visualiser des particules 0 ainsi que des photons x et y qui con siste à associer en parallèle à l'espace électrode auxiliaire-anode d'une chambre à étincelles un dispositif à décharge et à provoquer un abaissement rapide de l'impédance dudit dispositif à décharge dont on commande, au moyen d'un organe d'amorçage,
le déclen chement par le courant traversant ledit espace de la chambre à étincelles en vue de décharger la capacité électrode auxiliaire- anode de celle-ci quand la formation d'une étincelle a été déclen chée et à supprimer rapidement ladite étincelle.
Il a également pour objet un dispositif pour la mise en #uvre de ce procédé, comprenant un dispositif à décharge associé en pa rallèle à l'espace électrode auxiliaire-anode de la chambre à étin celles et qu'un organe de déclenchement commandé par le courant anodique de la chambre à étincelles provoque par l'intermédiaire d'un organe d'amorçage un abaissement rapide de l'impédance dudit dispositif à décharge.
Comme il a été décrit dans le brevet principal, de tels disposi tifs détecteurs de rayonnement à trois électrodes comportent, dans une enceinte contenant un mélange gazeux ionisable, et succes sivement dans la direction des rayonnements à détecter, une ca thode transparente à ces rayonnements, une électrode auxiliaire ou grille et une anode, et des moyens de polarisation de ces élec trodes de sorte que la grille définisse avec la cathode un espace de détection où le rayonnement incident provoque l'ionisation du mélange gazeux et avec l'anode un espace de multiplication où les électrons créés dans l'espace de détection et qui traversent la grille se multiplient.
Dans l'espace de multiplication, il se produit ainsi des avalanches électroniques localisées, en des points définis par la trajectoire des électrons primaires qui traversent la grille et, si la tension entre grille et anode est suffisamment élevée, ces avalan ches donnent naissance à des étincelles.
En disposant une pellicule photographique de telle manière qu'elle soit impressionnée par les étincelles, on obtient des cartographies telles que mentionnées ci- dessus. Toutefois, et malgré l'expression de chambre à étin celles qui est couramment utilisée pour les désigner, ces disposi tifs peuvent aussi bien être mis en ouvre sans production d'étin celles proprement dites, en exploitant alors par l'intermédiaire d'un amplificateur de lumière, les informations spatiales fournies par les avalanches électroniques.
Depuis l'apparition des premières chambres à étincelles à trois électrodes, on a continuellement cherché à diminuer le temps mort, c'est-à-dire le temps qui doit nécessairement séparer deux étincelles consécutives pour que ces dernières soient effectivement engendrées par ionisation du gaz entre cathode et grille, et ceci en augmentant parallèlement la durée de vie de la chambre.
Cette durée de vie est essentiellement fonction de la détérioration de l'a node d'une part et de celle du gaz de remplissage d'autre part. Dans ce but, on a proposé d'adjoindre à la chambre à étincelles un circuit extérieur d'électronique rapide qui permet, en court-cir cuitant temporairement l'espace de multiplication à chaque étin celle, de réduire l'énergie déchargée dans les étincelles, ces der nières étant principalement responsables de la détérioration de l'a node et du gaz de remplissage.
Le titulaire a déjà décrit diverses variantes d'un tel circuit exté rieur, relié à l'anode et à la grille et comportant des moyens dé clenchés par les étincelles produites dans l'espace de multiplica tion pour court-circuiter temporairement cet espace de multiplica- tion à chaque étincelle, et ceci notamment dans le brevet principal N 465072 déposé le 11 novembre 1966 et dans le brevet addition nel<B>N</B> 508 851 déposé le 5 février 1969.
Parallèlement, on a prévu dans les réalisations décrites dans ces documents, d'augmenter la résistance superficielle du dépôt métallique conducteur constituant l'anode. Le faible courant pas sant dans l'étincelle provoque néanmoins un signal puissant sur la grille de la chambre, signal au moyen duquel est commandée la fermeture du court-circuit extérieur pour décharger la capacité anode-grille en grande partie en dehors de l'étincelle.
La présente invention vise à permettre encore une diminution de l'énergie dépensée par chaque étincelle dans le remplissage ga zeux de l'espace de mutiplication, pour augmenter par là même la durée de vie de la chambre et diminuer le temps mort.
Elle propose dans ce but un dispositif de commande selon la revendication II du brevet principal, pour la visualisation de la ré partition spatiale du rayonnement et associé à une chambre à étincelles qui comporte, dans une enceinte contenant un mélange gazeux ionisable, trois électrodes parallèles,
l'électrode auxiliaire formant une grille entre une cathode transparente audit rayonne ment et l'anode et ladite grille définissant avec ladite cathode un espace de détection où le rayonnement incident provoque l'ionisa tion dudit mélange gazeux et avec l'anode un espace de multipli cation où les électrons créés dans l'espace de détection qui traver sent la grille se multiplient pour donner naissance à des étincelles, caractérisé en ce que, pour renforcer l'effet du dispositif de dé charge, l'anode comprend deux dépôts conducteurs en liaison électrique l'un avec l'autre, respectivement sur les deux faces d'une même plaque support optiquement transparente,
un pre mier desdits dépôts présentant une grande résistance superficielle et limitant ledit espace de multiplication tandis que le second des- dits dépôts présente une faible résistance superficielle.
Les deux dépôts peuvent être reliés électriquement l'un à l'au tre par tout moyen sur la périphérie de la plaque support, de pré férence en verre, que ce soit par exemple par un simple fil de liai son, par plusieurs fils répartis autour de la plaque, ou encore par une couronne annulaire déposée sur le pourtour latéral de la pla que.
En courant continu, ces deux dépôts se comportent comme une seule et même électrode. Toutefois, dans le dispositif selon l'invention, le signal qui est appliqué à l'anode par le court-circuit extérieur après apparition de l'étincelle suffit à produire un effet capacitif entre le dépôt bon conducteur, qui prend instantanément le potentiel imposé, et le dépôt mauvais conducteur (c'est-à-dire le dépôt à forte résistance superficielle mentionné ci-dessus). La ten sion de ce dernier s'abaisse alors suffisamment pour étouffer l'é tincelle. Cette interruption immédiate de l'étincelle permet donc d'augmenter encore la part de l'énergie qui passe par le court-cir cuit extérieur.
L'emploi de pellicules photographiques de grande sensibilité permet toutefois d'exploiter les étincelles à peine dé clenchées, pour réaliser des cartographies par exemple.
Selon un autre avantage du dispositif objet de la présente in vention, on supprime les problèmes concernant notamment le ré glage de la résistance superficielle de l'anode, posés dans les dispo sitifs classiques pour obtenir des étincelles régulières en luminosité sur toute la surface de l'anode, du centre à la périphérie. La rai son en est que la décharge de l'étincelle ne fait intervenir qu'une très petite surface des électrodes.
La description qui suit concerne un mode de réalisation parti culier du dispositif illustré par la figure unique jointe et donné à titre d'exemple, sans aucun caractère limitatif.
Comme le montre la figure, la chambre à étincelles décrite est essentiellement constituée par une enceinte 1, cylindrique, qui est remplie d'un mélange gazeux ionisable, constitué d'un gaz rare dopé par un composé organique en phase vapeur tel que le méthy- lal ou la diéthylamine. Sur la face inférieure, l'enceinte est équipée d'un collimateur 2, l'ensemble étant orienté de sorte que ce colli- mateur soit disposé du côté des rayonnements à détecter.
La face supérieure est réalisée en matière transparente pour permettre l'examen des étincelles produites dans la chambre et leur enre gistrement par un appareil photographique.
Trois électrodes planes parallèles sont disposées à l'intérieur de l'ensemble 1, à savoir successivement dans la direction du rayonnement: une cathode 3, une grille 4, une anode 5. La ca thode est un disque transparent au rayonnement, en aluminium ou béryllium, qui limite l'enceinte 1. La grille est constituée par un tamis en acier inoxydable. L'anode est transparente pour per mettre l'observation des étincelles.
La grille 4 et l'anode 5 sont reliées à des sources de tension qui permettent de les polariser par rapport à la cathode, respective ment à une plus basse et à une plus haute tension. Il apparaît alors, dans l'espace dit de détection 6, compris entre la cathode 3 et la grille 4, un champ électrique relativement faible où le rayonnement est détecté principalement par effet photoélectrique sur les atomes du gaz, tandis qu'entre la grille 4 et l'anode 5, dans l'espace dit de multiplication 7, il règne un champ électrique élevé de sorte que ceux des électrons primaires créés dans l'espace de détection qui traversent la grille, y subissent une multiplication électronique jusqu'à produire une étincelle. Chaque étincelle est localisée juste au-dessus de la trace de l'électron primaire qui lui a donné naissance.
Un dispositif à décharge constitué par l'ensemble électroni que 8, est associé en parallèle à l'espace grille-anode et un organe de déclenchement commandé par le courant anodique de la cham bre à étincelle provoque par l'intermédiaire d'un organe d'amor çage un abaissement rapide de l'impédance dudit dispositif à dé charge. L'ensemble électronique 8 n'a pas été détaillé sur la figure. Dans les limites de ce qui vient d'être dit, il peut être conforme à l'une ou l'autre des exécutions contenues dans les brevets anté rieurs du titulaire, notamment dans le brevet principal N 465072 déposé le 11 novembre 1966.
Comme dans les chambres à étincelles décrites antérieurement par le titulaire, le circuit extérieur, avec l'ensemble électronique qui en assure temporairement la fermeture à chaque étincelle, per met de limiter la décharge produite à l'intérieur même de l'espace de multiplication, en court-circuitant ce dernier. Par contre, la chambre décrite se distingue des chambres antérieures par la cons titution de l'anode, qui permet de diminuer encore l'énergie dé pensée dans l'étincelle.
L'anode 5 est ici constituée par une plaque support transpa rente en verre, revêtue de deux dépôts conducteurs en oxyde d'é tain dopé. Le dépôt 10 réalisé sur la face inférieure est un dépôt dit mauvais conducteur, de résistance superficielle relativement grande; limitant l'espace de multiplication, il est analogue au dépôt unique des chambres antérieures. Le dépôt 11 réalisé sur la face opposée de la plaque transparente est au contraire un dépôt bon conducteur, de faible résistance superficielle. Ces deux dépôts sont en liaison électrique l'un avec l'autre sur le bord de la plaque de verre, en un ou plusieurs points.
En fonctionnement, le dépôt bon conducteur 11 est capable de transmettre une tension imposée par le circuit extérieur plus ra pidement que le dépôt mauvais conducteur 10. Par suite, chaque fois qu'une étincelle se produit dans l'espace de multiplication, la fermeture temporaire du court-circuit extérieur fait apparaître un signal de tension sur l'anode, et la tension immédiatement impo sée au dépôt bon conducteur 11 provoque, par effet capacitif, un abaissement de la tension du dépôt mauvais conducteur 10. Cet abaissement de tension provisoire suffit à étouffer l'étincelle; il peut atteindre la moitié de la valeur de la haute tension de polari sation de l'anode.
Dans la chambre commandée par le présent dispositif grâce à l'extinction de l'étincelle dans un temps très bref, on ne décharge dans celle-ci qu'une faible partie de l'énergie dépensée, la majeure partie passant par le circuit extérieur. De plus, la décharge ne fait intervenir qu'un élément de capacité de faible surface autour du point où l'étincelle jaillit, de sorte que les variations de luminosité en fonction de la situation des étincelles sur la surface de l'anode sont pratiquement nulles.
A titre d'exemple, la chambre à étincelles conforme à celle qui est représentée sur la figure jointe et décrite ci-dessus, présentait dans un mode de réalisation particulier les caractéristiques sui vantes: - Diamètre utile des électrodes: 15 cm.
- Epaisseur de l'espace de détection: 24 mm.
- Epaisseur de l'espace de multiplication: 2 mm.
- Mélange gazeux de remplissage: Xénon 720 torr; diéthyla- mine 46 torr.
- Epaisseur de l'anode (plaque de verre): 6 mm. - Résistance superficielle du dépôt bon conducteur: de l'ordre de 100 S2 carré.
- Résistance du dépôt semi-conducteur: 11 k<B>0</B> carré.
Le circuit extérieur comprenait un transistor à avalanches et un tube à vide supportant 10 kV et pouvant débiter instantané ment 10 A. Le temps séparant le signal produit sur la grille par une étincelle et le passage du courant dans le tube à vide du court- circuit est de l'ordre de 27 ns.
La chambre ainsi réalisée a été utilisée pour visualiser la répar tition de rayonnements x ou y avec enregistrement photographi que sur une pellicule Polaroïd. Les étincelles ne peuvent être per çues à l'oeil qu'après acclimatation dans le noir, mais elles sont perceptibles individuellement par l'enregistrement sur une pelli cule de sensibilité 3000 ASA, avec une ouverture numérique de l'objectif photographique de F/2,5.
Toutefois, la luminosité des étincelles peut être augmentée en introduisant un retard au dé clenchement du tube à vide fermant le court-circuit. Pour accroî tre le taux de comptage par diminution du temps mort, la valeur de la résistance électrique reliant l'anode à la source de haute ten sion peut être abaissée à 1 M g au lieu de 10 M d2 dans des réali sations antérieures. La chambre permet alors d'enregistrer plus de 2000 étincelles par seconde.
Le dispositif suivant l'invention, réalisé avec une anode à deux dépôts conducteurs conformément à la description précédente, peut également être utilisé en régime d'avalanches. II permet alors . une plus grande sécurité d'emploi: en cas de mauvais réglage, les étincelles produites sont moins perturbatrices.
The present patent relates to a control device for a spark chamber intended to allow the visualization of the spatial distribution of radiation, in particular of x or y radiation.
In the medical field, devices of this type with three electrodes are used to establish scans, that is to say maps of the distribution of a radioactive tracer in a given organ. It is obvious, however, that this application is in no way limiting.
The main patent h1 465072 relates to a spark control process for a spark chamber making it possible to visualize 0 particles as well as x and y photons which consists of associating in parallel with the auxiliary electrode-anode space of a spark chamber a discharge device and to cause a rapid lowering of the impedance of said discharge device which is controlled, by means of an initiator,
triggering by the current flowing through said space of the spark chamber in order to discharge the auxiliary electrode-anode capacitance thereof when the formation of a spark has been triggered and to rapidly suppress said spark.
It also relates to a device for the implementation of this method, comprising a discharge device associated in parallel with the auxiliary electrode-anode space of the spark chamber and a trigger member controlled by the anode current from the spark chamber causes a rapid drop in the impedance of said discharge device via an initiator.
As was described in the main patent, such three-electrode radiation detector devices comprise, in an enclosure containing an ionizable gas mixture, and successively in the direction of the radiation to be detected, a cathode transparent to this radiation, an auxiliary electrode or grid and an anode, and means for polarizing these electrodes so that the grid defines with the cathode a detection space where the incident radiation causes ionization of the gas mixture and with the anode a space of multiplication where the electrons created in the detection space and which pass through the grid multiply.
In the multiplication space, localized electronic avalanches are thus produced, at points defined by the trajectory of the primary electrons which cross the gate and, if the voltage between gate and anode is sufficiently high, these avalanches give rise to Sparks.
By arranging a photographic film in such a way that it is impressed by the sparks, one obtains maps as mentioned above. However, and despite the expression "spark chamber" those which is commonly used to designate them, these devices can just as easily be implemented without the production of sparkle those themselves, by then using an amplifier light, the spatial information provided by electronic avalanches.
Since the appearance of the first spark chambers with three electrodes, we have continually sought to reduce the dead time, that is to say the time which must necessarily separate two consecutive sparks for the latter to be effectively generated by ionization of the gas. between cathode and grid, and this while at the same time increasing the life of the chamber.
This service life is essentially a function of the deterioration of the node on the one hand and that of the filling gas on the other hand. For this purpose, it has been proposed to add to the spark chamber an external fast electronic circuit which allows, by temporarily shorting the multiplication space at each spark, to reduce the energy discharged in the sparks. , the latter being mainly responsible for the deterioration of the node and the filling gas.
The holder has already described various variants of such an external circuit, connected to the anode and to the grid and comprising means triggered by the sparks produced in the multiplication space to temporarily short-circuit this multiplication space. - tion to each spark, and this in particular in the main patent N 465072 filed on November 11, 1966 and in the additional patent <B> N </B> 508,851 filed on February 5, 1969.
At the same time, provision has been made in the embodiments described in these documents to increase the surface resistance of the conductive metal deposit constituting the anode. The weak current not sant in the spark nevertheless causes a powerful signal on the gate of the chamber, signal by means of which the closing of the external short-circuit is commanded to discharge the anode-gate capacitance largely outside the spark. .
The present invention aims to further reduce the energy expended by each spark in the gas filling of the multiplication space, thereby increasing the life of the chamber and reducing the dead time.
For this purpose, it proposes a control device according to claim II of the main patent, for viewing the spatial distribution of the radiation and associated with a spark chamber which comprises, in an enclosure containing an ionizable gas mixture, three parallel electrodes,
the auxiliary electrode forming a grid between a cathode transparent to said radiation and the anode and said grid defining with said cathode a detection space where the incident radiation causes ionization of said gas mixture and with the anode a multiplication space cation where the electrons created in the detection space which crosses the grid multiply to give rise to sparks, characterized in that, to enhance the effect of the discharge device, the anode comprises two conductive deposits in connection electric with each other, respectively on both sides of the same optically transparent support plate,
a first of said deposits exhibiting high surface resistance and limiting said multiplication space, while the second of said deposits exhibits low surface resistance.
The two deposits can be electrically connected to one another by any means on the periphery of the support plate, preferably made of glass, whether for example by a single wire, by several wires distributed around of the plate, or by an annular crown deposited on the lateral periphery of the plate.
In direct current, these two deposits behave like one and the same electrode. However, in the device according to the invention, the signal which is applied to the anode by the external short-circuit after appearance of the spark is sufficient to produce a capacitive effect between the deposit which is a good conductor, which instantly takes on the imposed potential, and poor conductive deposition (i.e. the high surface resistance deposition mentioned above). The voltage of the latter then drops enough to smother the spark. This immediate interruption of the spark therefore makes it possible to further increase the part of the energy which passes through the external short-circuit.
The use of high sensitivity photographic films, however, makes it possible to exploit the sparks that have barely been triggered, to produce maps for example.
According to another advantage of the device that is the subject of the present invention, the problems relating in particular to the adjustment of the surface resistance of the anode, posed in conventional devices to obtain regular sparks in luminosity over the entire surface of the invention, are eliminated. 'anode, from the center to the periphery. The reason for this is that the discharge of the spark only involves a very small area of the electrodes.
The following description relates to a particular embodiment of the device illustrated by the single attached figure and given by way of example, without any limiting nature.
As shown in the figure, the spark chamber described is essentially constituted by a cylindrical enclosure 1, which is filled with an ionizable gas mixture, consisting of a rare gas doped with an organic compound in the vapor phase such as methyl. lal or diethylamine. On the underside, the enclosure is equipped with a collimator 2, the assembly being oriented so that this collimator is placed on the side of the radiation to be detected.
The upper face is made of transparent material to allow examination of the sparks produced in the chamber and their recording by a camera.
Three parallel flat electrodes are arranged inside the assembly 1, namely successively in the direction of the radiation: a cathode 3, a grid 4, an anode 5. The cathode is a disc transparent to radiation, made of aluminum or beryllium, which limits enclosure 1. The grid consists of a stainless steel screen. The anode is transparent to allow observation of sparks.
The grid 4 and the anode 5 are connected to voltage sources which make it possible to bias them relative to the cathode, respectively to a lower and a higher voltage. It then appears, in the so-called detection space 6, between the cathode 3 and the grid 4, a relatively weak electric field where the radiation is detected mainly by photoelectric effect on the atoms of the gas, while between the grid 4 and the anode 5, in the so-called multiplication space 7, there is a high electric field so that those of the primary electrons created in the detection space which pass through the grid, undergo there an electronic multiplication until producing a spark. Each spark is located just above the trace of the primary electron that gave birth to it.
A discharge device formed by the electronic assembly 8 is associated in parallel with the gate-anode space and a triggering device controlled by the anode current of the spark chamber caused by the intermediary of a triggering device. initiation of a rapid reduction in the impedance of said discharge device. The electronic assembly 8 has not been detailed in the figure. Within the limits of what has just been said, it may conform to one or other of the executions contained in the prior patents of the holder, in particular in main patent N 465072 filed on November 11, 1966.
As in the spark chambers previously described by the holder, the external circuit, with the electronic assembly which temporarily closes it for each spark, makes it possible to limit the discharge produced inside the multiplication space itself, by short-circuiting the latter. On the other hand, the described chamber is distinguished from the previous chambers by the constitution of the anode, which makes it possible to further reduce the thought energy in the spark.
The anode 5 here consists of a transparent support plate made of glass, coated with two conductive deposits of doped tin oxide. The deposit 10 produced on the underside is a deposit known as a poor conductor, of relatively high surface resistance; limiting the multiplication space, it is analogous to the single deposit of the anterior chambers. The deposit 11 produced on the opposite face of the transparent plate is, on the contrary, a good conductive deposit, with low surface resistance. These two deposits are in electrical connection with each other on the edge of the glass plate, at one or more points.
In operation, the good conductive deposit 11 is able to transmit a voltage imposed by the external circuit faster than the bad conductor deposit 10. Therefore, whenever a spark occurs in the multiplication space, the temporary shutdown The external short-circuit causes a voltage signal to appear on the anode, and the voltage immediately imposed on the good conductor deposit 11 causes, by capacitive effect, a lowering of the voltage of the bad conductor deposit 10. This temporary lowering of voltage is sufficient to smother the spark; it can reach half of the value of the high polarization voltage of the anode.
In the chamber controlled by the present device thanks to the extinction of the spark in a very short time, only a small part of the energy expended is discharged into it, the major part passing through the external circuit. In addition, the discharge only involves a capacitance element with a small area around the point where the spark bursts, so that the variations in brightness depending on the situation of the sparks on the surface of the anode are practically zero. .
By way of example, the spark chamber conforming to that which is represented in the accompanying figure and described above, had in a particular embodiment the following characteristics: - Useful diameter of the electrodes: 15 cm.
- Thickness of the detection space: 24 mm.
- Thickness of the multiplication space: 2 mm.
- Filling gas mixture: Xenon 720 torr; diethylamine 46 torr.
- Anode thickness (glass plate): 6 mm. - Surface resistance of the deposit as a good conductor: of the order of 100 S2 square.
- Resistance of the semiconductor deposit: 11 k <B> 0 </B> square.
The external circuit consisted of an avalanche transistor and a vacuum tube supporting 10 kV and being able to deliver instantaneously 10 A. The time separating the signal produced on the gate by a spark and the passage of the current in the vacuum tube of the short circuit. is of the order of 27 ns.
The chamber thus produced was used to visualize the distribution of x or y radiations with recording photographed on Polaroid film. The sparks can only be seen with the eye after acclimatization in the dark, but they are individually perceptible by recording on a film of sensitivity 3000 ASA, with a numerical aperture of the photographic lens of F / 2 , 5.
However, the brightness of the sparks can be increased by introducing a delay in triggering the vacuum tube closing the short circuit. To increase the counting rate by reducing the dead time, the value of the electrical resistance connecting the anode to the high voltage source can be lowered to 1 M g instead of 10 M d2 in previous embodiments. The chamber then makes it possible to record more than 2000 sparks per second.
The device according to the invention, produced with an anode with two conductive deposits in accordance with the preceding description, can also be used in avalanche conditions. He then allows. greater safety of use: in the event of incorrect adjustment, the sparks produced are less disturbing.