EP0029758A1 - Détecteur à ionisation gazeuse et tomodensitomètre utilisant un tel détecteur - Google Patents

Détecteur à ionisation gazeuse et tomodensitomètre utilisant un tel détecteur Download PDF

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EP0029758A1
EP0029758A1 EP80401481A EP80401481A EP0029758A1 EP 0029758 A1 EP0029758 A1 EP 0029758A1 EP 80401481 A EP80401481 A EP 80401481A EP 80401481 A EP80401481 A EP 80401481A EP 0029758 A1 EP0029758 A1 EP 0029758A1
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gas
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J47/00—Tubes for determining the presence, intensity, density or energy of radiation or particles
    • H01J47/02—Ionisation chambers

Definitions

  • the subject of the present invention is a gas ionization detector, for example of the multicellular type, which can advantageously be used in a CT scanner.
  • Detectors of this type use ionization chambers as described in French Patent No. 75.36,402 for example.
  • These ionization chambers consist of a sealed enclosure provided with a window permeable to the beam of ionizing radiation (X or Y rays), inside this enclosure being placed metal plates, or electrodes, substantially parallel to each other. and perpendicular to the window, these electrodes being brought to potentials of determined values so as to establish between two successive electrodes a high electric field (several thousand volts / cm) and as uniform as possible.
  • a gas of high atomic number is introduced into the sealed enclosure under high pressure so that the beam of ionizing radiation penetrating into this enclosure ionizes the gas which it contains, thus releasing ions and electrons which are respectively collected by the electrodes.
  • the electric field lines generally have deformations at the ends of the electrodes, these deformations being due to the overflow of the electric field at the ends of the electrodes and to the presence of the entry window, placed in the vicinity of these, as described in French Patent No. 77.10 768.
  • part of the electrical charges is not collected by the electrodes, which decreases the efficiency of the detector and can also create parasitic currents.
  • the electric fields undergo deformations such that the ions and / or the electrons produced in the space comprised between the collecting electrodes and the window cannot be collected by these electrodes and therefore do not contribute to the electric signal delivered to the detector output.
  • the detector It is therefore necessary for the detector to be provided with a device serving both as a collimator and as a guard electrode, without affecting the performance of this detector.
  • One solution is to have a guard electrode in the extension of each of the measurement electrodes placed in the ionization chamber, the guard electrode being at the same potential as the electrode which it extends, so as to eliminate the deformations of the electric field.
  • guard electrodes are in the same enclosure they will collect charged particles (ions or electrons), which will decrease the efficiency of the detector, and, if these guard electrodes are placed outside the ionization chamber, the distance separating the guard electrode from the corresponding measurement electrode will be very important because of the thickness of the window which must withstand a significant pressure difference, which will lead to significant overflows of the electric field.
  • the detector object of the present invention avoids these drawbacks.
  • a gas ionization detector for detecting a beam of ionizing radiation, comprising a sealed enclosure forming an ionization chamber containing a high pressure gas, in this enclosure being arranged at least two measuring electrodes, and, in the extension of these measurement electrodes, two guard electrodes, these measurement electrodes being brought respectively to a first potential and to a second potential and the guard electrodes being brought respectively to the potential of the measurement electrodes which they extend , is characterized in that the enclosure is divided in leaktight manner into at least two compartments by means of a partition placed substantially perpendicular to the beam, this partition being made of dielectric material, permeable to the beam of ionizing radiation, these compartments being arranged one after the other in the path of the beam, in this that the measuring electrodes are arranged in one of the downstream compartments or compartments and the guard electrodes in the other upstream compartments or compartments.
  • the detector with ionization chambers of known type shown in FIG. 1, comprises an enclosure C into which is introduced, under high pressure, a gas of high atomic number.
  • This enclosure is provided with a window f permeable to the beam F of ionizing radiation (X-rays in the example described).
  • the detector according to the invention shown in FIG. 2, avoids these drawbacks.
  • This detector shown in FIG. 2, comprises a sealed enclosure C provided with a window f.
  • This enclosure C is divided into two compartments C l and C 2 by means of a partition M of electrically insulating material, permeable to the beam of ionizing radiation (X-rays) and arranged substantially perpendicular to the beam F of X-rays.
  • X-rays ionizing radiation
  • compartment C 1 Downstream compartment
  • metal plates forming measurement electrodes e 1 , e 2 , e 1 ...
  • Two electrodes successive are separated from each other by determined distances.
  • Figure 3 shows a detail in Figure 2.
  • the electrodes e 1 and e 21 are brought to the same first potential v 1 and the electrodes e 2 and e 22 are brought to the same second potential v 2 .
  • the potential v 1 is for example a negative potential of several thousand volts relative to the mass (to which the enclosure is connected for example) and the potential v 2 is then a positive potential, to the mass for example, or equal a few tens of volts for example with respect to this mass.
  • a high pressure gas whose atomic number is of low value (hydrogen or helium for example) while a gas of high atomic number (xenon for example) is introduced, substantially at the same pressure , in compartment C 1 downstream.
  • the X-ray beam F crosses the window f and successively enters the upstream compartment C 2 which has, for the X-ray beam, a gaseous partition of very low attenuation, then in the downstream compartment C 1 where the lines force of the electric field E remain perpendicular to the electrodes e 1 , e 2 ... without undergoing deformations, the guard electrodes e 21 , e 22 ... being very close to the main electrodes e l , e 2 ... corresponding , since the partition M which separates them is very thin (1/10 of mm for example).
  • the guard electrodes form an anti-diffusion grid.
  • a measuring device A is placed in the electrical circuit of the electrode e 2 for example, providing a signal 1 2 corresponding to the current collected by this electrode e 2 .
  • the detector according to the invention allows measurements to be made for X-ray beam energies of different values.
  • the detector according to the invention may have more than two successive compartments, namely a downstream compartment C 1 and several upstream compartments C 2 , C 3 ... (FIG. 4) separated from each other by partitions M, , M 2 of small thicknesses.
  • partitions M, , M 2 of small thicknesses In these compartments C 2 , C 3 , electrodes e 21 , e 22 and e 31 , e 32 are respectively arranged.
  • the electrodes e 21 and e 31 are at the same potential as the electrode e 1 which they extend and the electrodes e22, e 32 are at the same potential as the electrode e 2 which they extend.
  • Electrodes e 21 , e 22 ; e 31 , e 32 are such that the absorption of X-rays, which is of low value, is located in the middle zone of the inter-electrode space.
  • the gases introduced into the different compartments C 1 , C2 , C 3 are at the same pressure and have different atomic numbers, the atomic number of the gas introduced into the compartment C 1 being the highest.
  • a measuring device A 1 is placed for example in the circuit of the electrode e 2 . Measuring devices A 2 , A 3 can also be placed in the circuits of electrodes e 22 and e 32 .
  • This system comprises a tube T, twice bent, the ends 1 and 2 of which open respectively in the compartments C 1 and C 2 .
  • a transverse wall 3 which can move on either side of a medium position, makes it possible to balance the pressures of the gases contained in the compartments C 1 and C 2 .
  • This wall 3 can be a deformable membrane fixed to the tubing T or a piston for example.
  • Such detectors can advantageously be used in CT-type translation-rotation or in pure rotation CT ( Figure 6).

Abstract

Détecteur à chambre d'ionisation permettant l'élimination des signaux parasites généralement dûs aux déformations des lignes de force du champ électrique créé entre les électrodes de la chambre d'ionisation, déformations situées aux extrémités de ces électrodes. Ce détecteur comporte une chambre d'ionisation partagée de façon étanche en deux compartiments (C1, C2) au moyen d'une cloison (M) en matériau diélectrique perméable au faisceau de rayonnement ionisant. Dans le compartiment (C1) aval sont disposées des électrodes de mesure (e1, e2 ..) et dans le compartiment (C2) amont des électrodes de garde (e21, e22...) respectivement coplanaires et portées aux mêmes potentiels (v1, v2) que les électrodes de mesure (e1, e2...). Les gaz introduits sous la même haute pression dans les compartiments (C1, C2) ont des numéros atomiques différents. Application : Tomodensitomètre.

Description

  • La présente invention a pour objet un détecteur à ionisation gazeuse, par exemple de type multicellulaire, pouvant être utilisé avantageusement dans un tomodensitomètre.
  • Les détecteurs de ce type utilisent des chambres d'ionisation telles que décrites dans le brevet français N° 75.36 402 par exemple. Ces chambres d'ionisation sont constituées d'une enceinte étanche munie d'une fenêtre perméable au faisceau de rayonnement ionisant (rayons X ou Y), à l'intérieur de cette enceinte étant disposées des plaques métalliques, ou électrodes, sensiblement parallèles entre elles et perpendiculaires à la fenêtre, ces électrodes étant portées à des potentiels de valeurs déterminées de manière à établir entre deux électrodes successives un champ électrique élevé (plusieurs milliers de volts/cm) et aussi uniforme que possible. Dans l'enceinte étanche est introduit, sous une haute pression, un gaz de numéro atomique élevé de sorte que le faisceau de rayonnement ionisant pénétrant dans cette enceinte ionise le gaz qu'elle contient libérant ainsi des ions et électrons qui sont respectivement recueillis par les électrodes.
  • Cependant, dans ces chambres d'ionisation, les lignes de champ électrique présentent généralement des déformations aux extrémités des électrodes, ces déformations étant dues au débordement du champ électrique aux extrémités des électrodes et à la présence de la fenêtre d'entrée, placée au voisinage de celles-ci, comme cela a été décrit dans le brevet français N° 77.10 768.
  • De ce fait, une partie des charges électriques n'est pas collectée par les électrodes, ce qui diminue le rendement du détecteur et peut aussi créer des courants parasites. En effet, les champs électriques subissent des déformations telles que les ions et/ou les électrons produits dans l'espace compris entre les électrodes collectrices et la fenêtre ne peuvent être recueillis par ces électrodes et donc ne contribuent pas au signal électrique délivré à la sortie du détecteur.
  • Afin de pallier ces inconvénients, il a été proposé (brevet français N° 77.10 768) de disposer une couche en matériau diélectrique sur la surface interne de la fenêtre. L'inconvénient de cette solution est de supprimer l'effet d'autocollimation du détecteur qui est particulièrement nécessaire à l'élimination du rayonnement diffusé.
  • Il est donc nécessaire que le détecteur soit muni d'un dispositif servant à la fois de collimateur et d'électrode de garde et cela, sans nuire au rendement de ce détecteur. Une solution est de disposer une électrode de garde dans le prolongement de chacune des électrodes de mesure placées dans la chambre d'ionisation,, l'électrode de garde étant au même potentiel que l'électrode qu'elle prolonge, de façon à éliminer les déformations du champ électrique. Toutefois, si les électrodes de garde sont dans la même enceinte elles recueilleront des particules chargées (ions ou électrons), ce qui diminuera le rendement du détecteur, et, si ces électrodes de garde sont placées hors de la chambre d'ionisation, la distance séparant l'électrode de garde de l'électrode de mesure correspondante sera très importante en raison de l'épaisseur de la fenêtre qui doit supporter une différence de pression importante, ce qui conduira à des débordements importants du champ électrique.
  • Le détecteur objet de la présente invention évite ces inconvénients.
  • Suivant l'invention, un détecteur à ionisation gazeuse pour la détection d'un faisceau de rayonnement ionisant, comportant une enceinte étanche formant une chambre d'ionisation contenant un gaz à haute pression, dans cette enceinte étant disposées au moins deux électrodes de mesure, et, dans le prolongement de ces électrodes de mesure, deux électrodes de garde, ces électrodes de mesure étant portées respectivement à un premier potentiel et à un second potentiel et les électrodes de garde étant portées respectivement au potentiel des électrodes de mesure qu'elles prolongent, est caractérisé en ce que l'enceinte est divisée de façon étanche en au moins deux compartiments au moyen d'une cloison placée sensiblement perpendiculairement au faisceau, cette cloison étant en matériau diélectrique, perméable au faisceau de rayonnement ionisant,ces compartiments étant disposés à la suite l'un de l'autre sur le trajet du faisceau, en ce que les électrodes de mesure sont disposées dans l'un des compartiments ou compartiment aval et les électrodes de garde dans l'autre compartiment ou compartiment amont.
  • L'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins qui l'accompagnent et sur lesquels :
    • La figure 1 représente schématiquement un détecteur à chambre d'ionisation de type connu ;
    • La figure 2 montre, en coupe longitudinale, un exemple de réalisation d'un détecteur suivant l'invention ;
    • La figure 3 représente un détail du détecteur de la figure 2 ;
    • La figure 4 représente un autre exemple de réalisation d'un détecteur suivant l'invention ;
    • La figure 5 montre un système d'équilibrage de pression ;
    • La figure 6 un détecteur suivant l'invention pour un faisceau éventail.
  • Le détecteur à chambres d'ionisation de type connu, montré en figure 1, comprend une enceinte C dans laquelle est introduit, sous haute pression, un gaz de numéro atomique élevé.
  • Cette enceinte est munie d'une fenêtre f perméable au faisceau F de rayonnement ionisant (rayons X dans l'exemple décrit).
  • Dans cette enceinte sont placées des électrodes el, e2, el, e2 ... respectivement portées à des potentiels v1, v2, v1 ... Les lignes de forces du champ électrique E, perpendiculaire aux électrodes, se déforment aux extrémités de celles-ci, introduisant des perturbations dans les mesures effectuées par le détecteur.
  • Le détecteur suivant l'invention, montré en figure 2, évite ces inconvénients.
  • Ce détecteur, montré en figure 2, comporte une enceinte C étanche munie d'une fenêtre f. Cette enceinte C est divisée en deux compartiments Clet C2 au moyen d'une cloison M en matériau électriquement isolant, perméable au faisceau de rayonnement ionisant (rayons X) et disposée sensiblement perpendiculairement au faisceau F de rayons X.
  • A l'intérieur du compartiment C1 (compartiment aval) sont disposées en vis-à-vis, à la suite les unes des autres, des plaques métalliques formant des électrodes de mesure e1, e2, e1 ... Deux électrodes successives sont séparées l'une de l'autre par des distances déterminées. Dans le compartiment C2 (compartiment amont) sont placées des électrodes de garde e21, e221 e21 ... respectivement dans le prolongement des électrodes de mesure e1, e2, e1 ... La figure 3 montre un détail de la figure 2.
  • Les électrodes e1 et e21 sont portées à un même premier potentiel v1 et les électrodes e2 et e22 sont portées à un même second potentiel v2. Le potentiel v1 est par exemple un potentiel négatif de plusieurs milliers de volts par rapport à la masse (à laquelle est reliée l'enceinte par exemple) et le potentiel v2 est alors un potentiel positif, à la masse par exemple, ou égal à quelques dizaines de volts par exemple par rapport à cette masse.
  • Dans le compartiment C2 amont est introduit un gaz à haute pression dont le numéro atomique est de faible valeur (hydrogène ou hélium par exemple) tandis qu'un gaz de numéro atomique élevé (xénon par exemple) est introduit, sensiblement à la même pression, dans le compartiment C1 aval.
  • En fonctionnement, le faisceau F de rayons X traverse la fenêtre f et pénètre successivement dans le compartiment C2 amont qui présente, pour le faisceau de rayon X, une cloison gazeuse de très faible atténuation, puis dans le compartiment C1 aval où les lignes de force du champ électrique E restent perpendiculaires aux électrodes e1, e2 ... sans subir de déformations, les électrodes de garde e21, e22 ... étant très proches des électrodes principales el, e2 ... correspondantes, puisque la cloison M qui les sépare est de très faible épaisseur (1/10 de mm par exemple). De plus, les électrodes de garde forment une grille anti-diffusion. Un appareil A de mesure est placé dans le circuit électrique de l'électrode e2 par exemple, fournissant un signal 12 correspondant au courant recueilli par cette électrode e 2.
  • Il est à remarquer que le détecteur suivant l'invention permet d'effectuer des mesures pour des énergies de faisceau de rayon X de différentes valeurs.
  • En effet, l'atténuation variant exponentiellement avec la distance, on peut utiliser pour effectuer de telles mesures, un compartiment C2 amont dans lequel a été introduit un gaz à haute pression et de numéro atomique de valeur moyenne (krypton ou argon- krypton par exemple). Dans ce cas, les déformations des lignes de force du champ électrique E au niveau de la fenêtre f seraient alors négligeables.
  • L'exemple de réalisation du détecteur suivant l'invention tel que décrit n'est pas limitatif. En particulier, le détecteur suivant l'invention peut présenter plus de deux compartiments successifs, à savoir un compartiment aval C1 et plusieurs compartiments amont C2, C3 ... (figure 4) séparés les uns des autres par des cloisons M,, M2 de faibles épaisseurs. Dans ces compartiments C2, C3, sont disposées respectivement des électrodes e21, e22 et e31, e32. Les électrodes e21 et e31 sont au même potentiel que l'électrode e1 qu'elles prolongent et les électrodes e22, e32 sont au même potentiel que l'électrode e2 qu'elles prolongent. Ces électrodes e21,e22; e31, e32 sont telles que l'absorption des rayons X, qui est de faible valeur, soit située dans la zone médiane de l'espace inter-électrodes. Les gaz introduits dans les différents compartiments C1, C2, C3 sont à la même pression et ont des numéros atomiques différents, le numéro atomique du gaz introduit dans le compartiment C1 étant le plus élevé. Un appareil A 1 de mesure est placé par exemple dans le circuit de l'électrode e2. Des appareils A2, A3 de mesure peuvent être placés également dans les circuits des électrodes e22 et e32.
  • Afin que les gaz introduits dans les différents compartiments C1, C2 ... restent à la même pression, on peut associer à ces compartiments C1, C2... un système d'équilibrage de pression tel que montré en figure 5 par exemple.
  • Ce système comprend une tubulure T, deux fois recourbée, dont les extrémités 1 et 2 s'ouvrent respectivement dans les compartiments C1 et C2. Une paroi 3 transversale, pouvant se déplacer de part et d'autre d'une position moyenne permet d'équilibrer les pressions des gaz contenus dans les compartiments C1 et C2. Cette paroi 3 peut être une membrane déformable fixée sur la tubulure T ou un piston par exemple.
  • De tels détecteurs peuvent être avantageusement utilisés dans les tomodensitomètres du type translation-rotation ou dans les tomodensitomètres à rotation pure (figure 6).

Claims (10)

1. Détecteur à ionisation gazeuse pour la détection d'un faisceau de rayonnement ionisant, comportant une enceinte étanche formant une chambre d'ionisation contenant un gaz, dans cette enceinte étant disposées au moins deux électrodes de mesure, et, dans le prolongement de ces électrodes de mesure, deux électrodes de garde, ces électrodes de mesure étant portées respectivement à un premier potentiel et à un second potentiel et les électrodes de garde étant portées respectivement au potentiel des électrodes de mesure qu'elles prolongent, caractérisé en ce que l'enceinte est divisée de façon étanche en au moins deux compartiments (C1, C2) au moyen d'une cloison (M) placée sensiblement perpendiculairement au faisceau, cette cloison (M) étant en matériau diélectrique, perméable au faisceau de rayonnement ionisant, ces compartiments (C1, C2) étant disposés à la suite l'un de l'autre sur le trajet du faisceau, en ce que les électrodes (el, e2...) de mesure sont disposées dans le compartiment (C1) ou compartiment aval et les électrodes (e21, e22...) de garde dans le compartiment (C2) ou compartiment amont.
2. Détecteur à ionisation gazeuse suivant la revendication I, caractérisé en ce que les gaz introduits dans le compartiment amont (C2) et le compartiment aval (C1) sont sensiblement à la même pression.
3. Détecteur à ionisation gazeuse suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les gaz introduits dans le compartiment amont (C2) et le compartiment aval (C1) ont des numéros atomiques différents, le gaz introduit dans le compartiment (C2) amont ayant le numéro atomique le plus faible.
4. Détecteur à ionisation gazeuse suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte est divisée de façon étanche en n compartiments (C1, C2, C3), n étant un nombre entier supérieur à 2, en ce que, dans ces compartiments (C1, C2' C3...), sont placées respectivement des paires d'électrodes (e1, e2; e21, e22; e31, e32), en ce que les électrodes (e21 et e31 ) sont disposées dans le prolongemnet de l'électrode (el) et portées au même potentiel que l'électrode (e.), en ce que les électrodes (e22, e32) sont disposées dans le prolongement de l'électrode (e2) et portées au même potentiel que cette électrode (e2), et en ce que les gaz introduits dans les compartiments (C1, C2, C3) sont à la même pression.
5. Détecteur à ionisation gazeuse suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les gaz introduits respectivement dans les compartiments C2, C3 ont des numéros atomiques inférieurs au numéro atomique du gaz introduit dans le compartiment C1.
6. Détecteur à ionisation gazeuse suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un système d'équilibrage des pression des gaz contenus dans les différents compartiments de l'enceinte étanche est associé à cette enceinte étanche.
7. Détecteur à ionisation gazeuse suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le système d'équilibrage comporte au moins une tubulure (T) deux fois recourbées dont les extrémités (1, 2) s'ouvrent respectivement dans deux compartiments (C1, C2) à l'intérieur desquels les pressions des gaz sont à équilibrer, et en ce qu'une paroi (3) étanche et mobile sépare transversalement en deux parties la tubulure (T).
8. Détecteur à ionisation gazeuse suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la cloison mobile est une membrane souple, déformable.
9. Détecteur à ionisation gazeuse suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la cloison mobile est un piston.
10. Tomodensitomètre, caractérisé en ce qu'il comporte un détecteur à ionisation gazeuse suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9.
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