EP0340126A1 - Parallax-free gas-filled X-ray detector - Google Patents

Parallax-free gas-filled X-ray detector Download PDF

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EP0340126A1
EP0340126A1 EP89420149A EP89420149A EP0340126A1 EP 0340126 A1 EP0340126 A1 EP 0340126A1 EP 89420149 A EP89420149 A EP 89420149A EP 89420149 A EP89420149 A EP 89420149A EP 0340126 A1 EP0340126 A1 EP 0340126A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrodes
detector
potential
input
sample
Prior art date
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Granted
Application number
EP89420149A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP0340126B1 (en
Inventor
Vincent Comparat
Jean Ballon
Pierre Carrechio
Alain Pélissier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Inel SAS
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Inel SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Inel SAS filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP0340126A1 publication Critical patent/EP0340126A1/en
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Publication of EP0340126B1 publication Critical patent/EP0340126B1/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J47/00Tubes for determining the presence, intensity, density or energy of radiation or particles
    • H01J47/06Proportional counter tubes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J47/00Tubes for determining the presence, intensity, density or energy of radiation or particles
    • H01J47/008Drift detectors

Definitions

  • the invention relates to detectors of ionizing radiation, in particular X-rays, and more particularly gaseous detectors, that is to say those for which the material absorbing the radiations to generate electrons is a gas (based on argon or xenon for example).
  • This type of detector is used for example to analyze samples of matter (metal alloys, proteins, crystal structures, biological macromolecules etc.) in order to determine the structure.
  • the samples are placed in front of the detector and lit laterally (in general) by an X-ray source; they diffract the rays and return them to the detector and the role of the latter is to determine the angle of incidence at which it receives the X-rays, therefore the angle of diffraction by the sample.
  • the measured diffraction angles provide indications of the structure of the sample material.
  • FIG. 1 Known two-dimensional gas detectors have a structure which is generally represented in FIG. 1. They correspond for example to what is described in FIG. 1 of American patent US Pat. No. 4,595,834.
  • the detector comprises a sealed enclosure 10 containing the absorbent gas, and on the front face a sealed inlet window 12, transparent to X-rays.
  • This window carries a transparent electrode 14 brought to a potential V1.
  • V1 a potential
  • Between the window 12 and the bottom of the enclosure 10 extends the space 16 called absorption and drift space, filled with gas (argon or xenon with polyatomic additives).
  • an electron detector 18 At the bottom of the enclosure, opposite the window 12 is placed an electron detector 18 called “location detector” because of its function which is to detect the presence and the position of a packet of electrons from the ionization of the enclosure gas.
  • This detector 18 comprises an input electrode 19 transparent to the electrons brought to a potential V2 greater than V1 (for example 0 volts if V1 is at -4000 volts and the distance between the electrodes 14 and 19 is of the order of 10 cm).
  • photonic radiation 24 is re-emitted from the sample towards the absorbing gas with an angle of incidence that one seeks to know.
  • a photon Upon entering the gas, a photon will be absorbed at a point in the enclosure and at this point it will emit an electron or a packet of electrons.
  • the electric field in the absorption and drift space is created by the potential difference V2 - V1 so that the electrons drift, along the field lines, towards the detector 18 and their arrival position is detected.
  • the field lines are straight lines perpendicular to the electrodes 14 and 19.
  • the electron detector 18 will detect a position a or b for receiving an electron packet .
  • the object of the present invention is to produce a two-dimensional radiation detector without parallax error.
  • a theoretical solution is simple: it would consist in making a spherical enclosure with a spherical input electrode and an electron detector with localization also spherical and concentric with the input electrode, the sample being placed in the center of these elements. spherical. The electrons are then entrained in the direction of the incident radiation. There is no parallax error.
  • FIG. 2 of the aforementioned patent 4,595,834 proposes to produce a radial electric field (that is to say spherical equipotentials) using a spherical input electrode, a spherical concentric auxiliary electrode, the absorption space and drift being delimited by these two electrodes, and a transfer space being provided between the spherical auxiliary electrode and the location detector which is planar.
  • the potential difference between the two electrodes creates a radial electric field and spherical equipotentials in the absorption space.
  • the spherical electrodes are difficult to produce, especially the auxiliary electrode because it must be very transparent to the electrons since the electrons must reach the localization detector; it is therefore produced in the form of a grid of fine wires which is difficult to manufacture.
  • the parallax error is reduced by forcing the X-rays to be absorbed near the spherical input electrode where the field is approximately radial. This is achieved by using xenon under high pressure and limits the use of such a system to not too energetic X-rays and requires the use of a fairly thick spherical beryllium window. For reasons of pressure resistance, this window is necessarily of limited size.
  • the present invention proposes a new X-ray detector which makes it possible to avoid the drawbacks of the gaseous detectors of the prior art and in particular authorizes the placement of a sample at a variable distance from the entry window, while minimizing the 'parallax error, and simplifying manufacturing.
  • a gaseous detector of radiations emitted by a sample comprising a closed enclosure containing an absorbent gas for the radiation, an entrance window transparent to the radiations to be detected, an absorption and drift space behind the entry window and, at the end of this space, a two-dimensional plane electron location detector to determine the coordinates of an electron arrival point generated by an impact of photons in the absorbent gas, the detector further comprising a group of input electrodes situated behind the input window and largely transparent to radiation; this detector further comprises a group of lateral electrodes surrounding the absorption and drift space, the individual input electrodes and the individual lateral electrodes being brought to potentials which are different from one another and which vary according to the position at which one wishes to place the sample relative to the entry window, the potentials chosen for each of the electrodes being such that the absorption and drift space is separated into two parts without the use of electrodes physically delimiting this separation , the equipotentials in the first part being spherical or quasi-spherical and centered
  • a sufficient distance between the entrance window and the detector for example 10 cm, almost all of the X-rays will be absorbed in the first part and this at a pressure equal to or slightly higher than atmospheric pressure.
  • a much simpler construction detector is thus obtained, presenting no parallax error, and making it possible to place the sample to be observed at a variable distance from the input window.
  • the lateral electrodes of the enclosure will preferably be formed on conical side walls laterally delimiting the absorption and drift space.
  • the input electrodes are formed by screen printing on an insulating substrate and are separated from each other by a highly resistive substance allowing the flow of electric ionization charges which would risk accumulating between the electrodes.
  • the detector comprises a sealed external enclosure 30 closed at the front by an inlet window 32 transparent to X-rays (or more generally to the radiation to be detected).
  • the window is for example made of mylar or kapton (trademarks for polymer films) or beryllium.
  • the bottom of the enclosure 30 comprises, as in the prior art, a plane electron detector 34 which is a location detector, two-dimensional, for example a wire detector, with parallel plates or any other type of known gas detector.
  • a plane electron detector 34 which is a location detector, two-dimensional, for example a wire detector, with parallel plates or any other type of known gas detector.
  • a set of input electrodes which are in principle circular, concentric and all in the same plane, parallel to the plane of the electron detector. The fact that they are all in the same plan facilitates manufacturing but this is not an obligation. One can for example arrange them on a spherical surface.
  • These input electrodes are symbolized by the reference 36; they are best seen in plan view in FIG. 4.
  • the center of the circular input electrodes is located on the general axis 38 of the system, axis perpendicular to the electron detector 34 at its center.
  • the input electrodes 36 can be carried by a transparent X-ray support separate from the input window 32 or can be applied to the window, with the interposition of an insulating layer if the window is conductive.
  • the enclosure 30 is filled with gas absorbing the radiation to be detected: for example argon or xenon with one or more additives (hydrocarbon, CO2, etc.) allowing the localization detector 34 to function properly and having good drift characteristics and the absence of excessive electronic recombination which would harm the collection of electrons.
  • gas absorbing the radiation to be detected for example argon or xenon with one or more additives (hydrocarbon, CO2, etc.) allowing the localization detector 34 to function properly and having good drift characteristics and the absence of excessive electronic recombination which would harm the collection of electrons.
  • an absorption and drift space 40 is materially delimited, between the input electrodes 36 and the electron detector 34, by a side wall 42 of generally conical shape, having as axis the general axis 38 of the detector; this wall 42 surrounds the entire absorption and drift space in which electrons can be generated by incident radiation and then directed towards the electron detector 34.
  • the conical side wall 42 need not be sealed; it only serves as a support for lateral electrodes 44 which surround the drift and absorption space 40.
  • the wall 42 may for example be a sheet based on glass fiber on which are deposited conductors killing the electrodes 44, for example by screen printing or by printed circuit techniques.
  • the individual input electrodes 36 and the lateral individual electrodes 44 can be brought to potentials which are all different from each other, these potentials being able to vary depending on the distance at which the sample 20 to be observed will be placed relative to the electrodes d 'entry 36.
  • the lateral electrodes 44 are distributed over the entire length of the wall 42, between the small end of the cone (immediately adjacent to the plane of the input electrodes) and the large end of the cone (immediately adjacent to the plane of the electron detector).
  • the lateral electrodes are circular, centered on the axis 38 of the detector.
  • the number of electrodes 36 and 44 is a function of the desired precision on the electric field inside the absorption and drift space.
  • the individual potentials of the side electrodes are brought by conductors 46 external to the wall 42, through conductive passages arranged in the wall opposite each electrode.
  • the outer conductors 46 are connected to connectors 48 through which the various potentials can be brought.
  • the potentials can be generated by resistive dividing bridges, not shown, located outside the enclosure 30 and preset as required for desired sample distances, or by a more complex voltage generation system controlled by outside by the detector user.
  • connection system is the same for the input electrodes 36 but it has not been shown so as not to make Figure 2 heavy.
  • a distance D is chosen at which the sample 20 to be observed will be placed (distance between the sample and the plane of the input electrodes 36) and the sphere centered on the position of the sample and of radius D is called SPHD.
  • the radial electric field is produced not only by virtue of the lateral electrodes 44 situated inside the SPHL sphere, but also by virtue of an appropriate choice of the potentials of the lateral electrodes 44 situated outside the SPHL sphere; this remark is important because the absence of a material spherical auxiliary electrode at the location of the limiting auxiliary sphere SPHL or the absence of plane auxiliary electrodes between regions A and B to simulate a spherical electrode, requires doing also pay particular attention to potentials applied to the lateral electrodes 44 located outside the SPHL limit sphere.
  • the spherical equipotentials in the vicinity of the limit sphere SPHL are in fact particularly sensitive to the proximity of the plane detector and they are not isolated by an electrostatic screen which until now constituted the auxiliary electrode or electrodes materially placed in the limit region between the regions A and B.
  • the equipotentials are determined between two concentric conducting spheres centered on the point S, one being a starting sphere SPHD of radius D and the other the limit sphere SPHL of radius L.
  • the equipotentials in region B are determined, by the method of electrical images, between a sphere SPHL brought to a constant potential VL and the plane of the detector 34, brought to a fixed potential VF; the electric field on the SPHL sphere is calculated as a function of VL and VF.
  • VD and VF being fixed, we then seek the value of VL which makes it possible to make as identical as possible - on the one hand, the electric field calculated on the SPHL sphere from spherical equipotentials in region A, limited by two spheres to potentials VD and VL, - on the other hand, the electric field calculated on the SPHL sphere from the potentials in region B, defined by boundary conditions which are the potential VL on the sphere SPHL and the potential VF in the plane of the electron detector 34.
  • V (r) (VD - VL) x L x D / r (LD) + (L x VL - D x VD) / (LD) (1)
  • FIG. 3 shows, in addition to the spherical equipotentials of region A, an intermediate equipotential EQB of region B, which is not a sphere centered on point S.
  • the distance D at which the sample to be observed can be changed, and this results in a new preferential distribution of potentials to be assigned to the input electrodes 36 and to the side electrodes 44. It is therefore possible to move the position of the sample while retaining spherical equipotentials, centered on the sample, in most of the absorption and drift space 40.
  • region A can go down to 70% of this distance.
  • FIG. 4 represents the configuration of the input electrodes 36. These are concentric conductive circular tracks. They are produced in this example by screen printing of a conductive paste of carbon (carbon having the advantage of being fairly transparent to X-rays) on an insulating support.
  • a conductive paste of carbon carbon having the advantage of being fairly transparent to X-rays
  • the individual electrodes are supplied by conductors located on the other side of the support.
  • the support is then pierced with holes 50 filled with conductive paste and the supply conductors 52 are electrically connected to these holes.
  • the supply conductors can be screen printed on the other side of the insulating support. They must be as transparent as possible to the radiation to be detected.
  • FIG. 5 represents the configuration of the input conductors seen in cross section perpendicular to the plane of the input window, through only one of the conductive passages 50 and along the supply conductor 52 which is connected to this hole.
  • the insulating support is designated by the reference 54.
  • a highly resistive paste 56 is deposited between the circular conductive tracks constituting the electrodes 36 intended to evacuate towards the electrodes 36 the electrical charges (ions) which risk accumulating at the interface between the insulating substrate 54 and the gas. of the enclosure. These charges come from the ionization of the gas and disturb the shape of the equipotentials towards the input of the detector if they remain stored on the insulating substrate.
  • the highly resistive paste can be a paste based on carbon in small proportion in an insulating resin.
  • the conductive electrodes 36 are deposited directly (by screen printing for example) on a resistive substrate (highly resistive) and not insulating; the same result would be achieved with regard to the removal of troublesome loads.
  • the constitution may be the same as that of the input electrodes but 1 ° there is no problem of transparency to X-rays; 2 ° the problem of electrical charges to be removed is less crucial; resistive paste 56 is useful but less necessary.
  • the side electrodes 44 can be deposited by screen printing on a flexible insulating sheet constituting the side wall 42; this flexible sheet is then rolled up in the form of a truncated cone.
  • the electrodes can also be produced in flexible printed circuit or else by stacking circular electrodes spaced by insulating shims. The connections with the supply conductors will however always be outside the space 40 so as not to disturb the electric field on the inside of the side wall 42.
  • FIG. 6 shows a slightly different constitution of the detector, in which an attempt is made to analyze the rear X-ray diffraction, by a sample of material.
  • the detector to be traversed in its center by a pierced axial tube 60 through which an X-ray emission beam can pass, directed towards the sample 20.
  • the rays re-emitted towards the rear by the sample are captured and analyzed by the detector.
  • the walls of the tube 60 are also side walls of the absorption and drift space 42, and that they also carry individual side electrodes 44; these electrodes are brought to potentials which are calculated in the same way in the upper region as well as in the lower region of the enclosure.
  • connections to bring the potentials to the different electrodes along the tube are made with the same constraints as above, and it is also recommended to provide a resistive substance between the electrodes peripheral to the tube.

Abstract

The invention relates to a gas-filled X-ray detector for analysing matter by studying the diffraction of the X-rays. …<??>To minimise parallax errors without using difficult-to-manufacture spherical auxiliary electrodes, it is proposed to generate a radial field throughout the gas-filled space (40) solely with the aid of entrance electrodes (36) brought to appropriate potentials and with the aid of lateral electrodes (44) also brought individually to appropriate potentials. By modifying the potentials the centre of the spherical equipotentials can be displaced to allow parallax error-free analysis of samples (20) placed at variable distances (D) from the entrance window (32) of the detector. …<IMAGE>…

Description

L'invention concerne les détecteurs de radiations ioni­santes, notamment des rayons X, et plus particulièrement les dé­tecteurs gazeux, c'est-à-dire ceux pour lesquels le matériau absorbant les radiations pour engendrer des électrons est un gaz (à base d'argon ou de xénon par exemple).The invention relates to detectors of ionizing radiation, in particular X-rays, and more particularly gaseous detectors, that is to say those for which the material absorbing the radiations to generate electrons is a gas (based on argon or xenon for example).

Ce type de détecteur est utilisé par exemple pour ana­lyser des échantillons de matière (alliages métalliques, protéines, structures cristallines, macromolécules biologiques etc.) afin d'en déterminer la structure. Les échantillons sont placés devant le détecteur et éclairés latéralement (en général) par une source de rayons X ; ils diffractent les rayons et les renvoient vers le détecteur et le rôle de ce dernier est de déterminer l'angle d'incidence sous lequel il reçoit les rayons X donc l'angle de diffraction par l'échantillon. Les angles de diffraction mesurés fournissent des indications sur la structure de la matière de l'échantillon.This type of detector is used for example to analyze samples of matter (metal alloys, proteins, crystal structures, biological macromolecules etc.) in order to determine the structure. The samples are placed in front of the detector and lit laterally (in general) by an X-ray source; they diffract the rays and return them to the detector and the role of the latter is to determine the angle of incidence at which it receives the X-rays, therefore the angle of diffraction by the sample. The measured diffraction angles provide indications of the structure of the sample material.

Les détecteurs gazeux bidimensionnels connus ont une structure qui est représentée d'une manière générale à la figure 1. Ils correspondent par exemple à ce qui est décrit à la figure 1 du brevet américain US-A-4 595 834.Known two-dimensional gas detectors have a structure which is generally represented in FIG. 1. They correspond for example to what is described in FIG. 1 of American patent US Pat. No. 4,595,834.

Le détecteur comprend une enceinte étanche 10 contenant le gaz absorbant, et sur la face avant une fenêtre étanche d'entrée 12, transparente aux rayons X. Cette fenêtre porte une électrode transparente 14 portée à un potentiel V1. Entre la fenê­tre 12 et le fond de l'enceinte 10 s'étend l'espace 16 dit espace d'absorption et de dérive, rempli de gaz (argon ou xénon avec des additifs polyatomiques).The detector comprises a sealed enclosure 10 containing the absorbent gas, and on the front face a sealed inlet window 12, transparent to X-rays. This window carries a transparent electrode 14 brought to a potential V1. Between the window 12 and the bottom of the enclosure 10 extends the space 16 called absorption and drift space, filled with gas (argon or xenon with polyatomic additives).

Au fond de l'enceinte, à l'opposé de la fenêtre 12 est placé un détecteur d'électrons 18 appelé "détecteur à localisa­tion" en raison de sa fonction qui est de détecter la présence et la position d'un paquet d'électrons provenant de l'ionisation du gaz de l'enceinte. Ce détecteur 18 comprend une électrode d'entrée 19 transparente aux électrons portée à un potentiel V2 supérieur à V1 (par exemple 0 volt si V1 est à -4000 volts et que la distance entre les électrodes 14 et 19 est de l'ordre de 10 cm).At the bottom of the enclosure, opposite the window 12 is placed an electron detector 18 called "location detector" because of its function which is to detect the presence and the position of a packet of electrons from the ionization of the enclosure gas. This detector 18 comprises an input electrode 19 transparent to the electrons brought to a potential V2 greater than V1 (for example 0 volts if V1 is at -4000 volts and the distance between the electrodes 14 and 19 is of the order of 10 cm).

Un échantillon de matière 20, placé hors de l'enceinte, devant la fenêtre 12 et à une certaine distance de celle-ci, est éclairé latéralement par une source 22 de rayons X.A sample of material 20, placed outside the enclosure, in front of the window 12 and at a certain distance from it, is lit laterally by a source 22 of X-rays.

Par diffraction, un rayonnement photonique 24 est réémis de l'échantillon vers le gaz absorbant avec un angle d'incidence qu'on cherche à connaître.By diffraction, photonic radiation 24 is re-emitted from the sample towards the absorbing gas with an angle of incidence that one seeks to know.

En pénétrant dans le gaz, un photon va être absorbé en un point de l'enceinte et en ce point il va émettre un électron ou un paquet d'électrons. Le champ électrique dans l'espace d'absorption et de dérive est créé par la différence de potentiel V2 - V1 afin que les électrons dérivent, le long des lignes de champ, vers le détecteur 18 et leur position d'arrivée est détectée. Les lignes de champ sont des droites perpendiculaires aux électrodes 14 et 19.Upon entering the gas, a photon will be absorbed at a point in the enclosure and at this point it will emit an electron or a packet of electrons. The electric field in the absorption and drift space is created by the potential difference V2 - V1 so that the electrons drift, along the field lines, towards the detector 18 and their arrival position is detected. The field lines are straight lines perpendicular to the electrodes 14 and 19.

Comme on le voit sur la figure 1, selon que le photon incident est absorbé en un point A ou un point B de sa trajectoi­re, le détecteur d'électrons 18 va détecter une position a ou b de réception d'un paquet d'électrons.As can be seen in FIG. 1, depending on whether the incident photon is absorbed at a point A or a point B on its trajectory, the electron detector 18 will detect a position a or b for receiving an electron packet .

Cela veut dire qu'à partir de l'information de position de réception du paquet d'électrons on ne peut pas remonter de manière univoque à l'angle d'incidence du rayonnement 24.This means that, from the information on the position of reception of the electron packet, it is not possible to clearly ascertain the angle of incidence of the radiation 24.

Il y a une erreur dite de parallaxe due à ce que le champ électrique qui fait dériver les électrons n'est pas orienté dans la direction du rayon incident 24.There is a so-called parallax error due to the fact that the electric field which causes the electrons to drift is not oriented in the direction of the incident ray 24.

La présente invention a pour but la réalisation d'un détecteur de rayonnement bidimensionnel sans erreur de parallaxe.The object of the present invention is to produce a two-dimensional radiation detector without parallax error.

Des solutions partielles à ce problème ont déjà été proposées.Partial solutions to this problem have already been proposed.

Certaines apparaissent dans le brevet US-A-4 595 834 déjà cité.Some appear in US-A-4,595,834 already cited.

Une solution théorique est simple : elle consisterait à réaliser une enceinte sphérique avec une électrode d'entrée sphé­rique et un détecteur d'électrons à localisation également sphéri­que et concentrique à l'électrode d'entrée, l'échantillon étant placé au centre de ces éléments sphériques. Les électrons sont alors entraînés dans la direction du rayonnement incident. Il n'y a pas d'erreur de parallaxe.A theoretical solution is simple: it would consist in making a spherical enclosure with a spherical input electrode and an electron detector with localization also spherical and concentric with the input electrode, the sample being placed in the center of these elements. spherical. The electrons are then entrained in the direction of the incident radiation. There is no parallax error.

Mais on ne sait pas faire de détecteur à localisation sphérique de dimensions suffisantes car ces détecteurs sont de technologie très délicate (ils sont constitués en général de fils très fins qu'on peut tendre dans un plan mais qu'on ne peut pas courber).However, we do not know how to make a detector with a spherical location of sufficient dimensions because these detectors are of very delicate technology (they are generally made up of very fine wires which can be stretched in a plane but which cannot be bent).

La figure 2 du brevet précité 4 595 834 propose de réa­liser un champ électrique radial (c'est-à-dire des équipotentielles sphériques) en utilisant une électrode d'entrée sphérique, une électrode auxiliaire concentrique sphérique, l'espace d'absorption et de dérive étant délimité par ces deux électrodes, et un espace de transfert étant prévu entre l'électrode auxiliaire sphérique et le détecteur à localisation qui est plan.FIG. 2 of the aforementioned patent 4,595,834 proposes to produce a radial electric field (that is to say spherical equipotentials) using a spherical input electrode, a spherical concentric auxiliary electrode, the absorption space and drift being delimited by these two electrodes, and a transfer space being provided between the spherical auxiliary electrode and the location detector which is planar.

La différence de potentiel entre les deux électrodes crée un champ électrique radial et des équipotentielles sphériques dans l'espace d'absorption.The potential difference between the two electrodes creates a radial electric field and spherical equipotentials in the absorption space.

Mais l'échantillon doit nécessairement rester au centre des sphères.But the sample must necessarily remain in the center of the spheres.

De plus les électrodes sphériques sont difficiles à réaliser, surtout l'électrode auxiliaire car elle doit être très transparente aux électrons puisque les électrons doivent atteindre le détecteur à localisation ; elle est donc réalisée sous forme d'une grille de fils fins qui est difficile à fabriquer.In addition, the spherical electrodes are difficult to produce, especially the auxiliary electrode because it must be very transparent to the electrons since the electrons must reach the localization detector; it is therefore produced in the form of a grid of fine wires which is difficult to manufacture.

C'est pourquoi le brevet US 4 595 834 propose de suppri­mer purement et simplement l'électrode auxiliaire en rapprochant considérablement l'un de l'autre l'électrode d'entrée et le détec­teur à localisation et d'augmenter la pression du gaz.This is why US Pat. No. 4,595,834 proposes purely and simply to suppress the auxiliary electrode by bringing the input electrode and the location detector considerably closer to one another and to increase the gas pressure.

L'erreur de parallaxe est réduite en obligeant les rayons X à être absorbés près de l'électrode d'entrée sphérique où le champ est approximativement radial. Ceci est obtenu en utili­sant du xénon sous haute pression et limite l'emploi d'un tel sys­tème à des rayons X pas trop énergétiques et oblige à utiliser une fenêtre en béryllium sphérique assez épaisse. Pour des raisons de tenue en pression cette fenêtre est nécessairement d'une dimension limitée.The parallax error is reduced by forcing the X-rays to be absorbed near the spherical input electrode where the field is approximately radial. This is achieved by using xenon under high pressure and limits the use of such a system to not too energetic X-rays and requires the use of a fairly thick spherical beryllium window. For reasons of pressure resistance, this window is necessarily of limited size.

Enfin, il faut signaler une autre méthode proposée par G. Charpak dans "Nuclear Instruments and Methods" 1982, N° 201, pages 181-192, North-Holland Publishing Company, pour produire un champ électrique radial sans électrode sphérique. Elle consiste à remplacer l'électrode sphérique d'entrée et l'électrode auxiliaire sphérique du brevet US-A-4 595 834 chacune par un ensemble d'électrodes planes portées à des potentiels différents les uns des autres, les potentiels étant calculés pour chaque électrode individuelle de telle manière que les équipotentielles dans tout l'espace d'absorption soient sphériques et centrées sur l'échantillon. Cette solution permet de changer le rayon de cour­bure des équipotentielles et donc la position de l'échantillon par rapport à la fenêtre d'entrée du détecteur en faisant varier les potentiels sur les différents conducteurs. Mais la réalisation du groupe d'électrodes auxiliaires situées en plein milieu de la chambre est très complexe (elles doivent être transparentes aux électrons) et une tentative de réalisation n'a été envisagée par l'auteur que pour l'obtention d'équipotentielles cylindriques et non sphériques.Finally, it is necessary to point out another method proposed by G. Charpak in "Nuclear Instruments and Methods" 1982, N ° 201, pages 181-192, North-Holland Publishing Company, to produce a radial electric field without spherical electrode. It consists in replacing the spherical input electrode and the spherical auxiliary electrode of US Pat. No. 4,595,834 each with a set of planar electrodes brought to potentials different from each other, the potentials being calculated for each individual electrode so that the equipotentials throughout the absorption space are spherical and centered on the sample. This solution makes it possible to change the radius of curvature of the equipotentials and therefore the position of the sample relative to the detector input window by varying the potentials on the different conductors. But the realization of group of auxiliary electrodes located in the middle of the chamber is very complex (they must be transparent to the electrons) and an attempt at realization was only considered by the author to obtain cylindrical and non-spherical equipotentials.

La présente invention propose un nouveau détecteur de rayons X permettant d'éviter les inconvénients des détecteurs gazeux de l'art antérieur et autorisant notamment la mise en place d'un échantillon à une distance variable de la fenêtre d'entrée, tout en minimisant l'erreur de parallaxe, et en simplifiant la fabrication.The present invention proposes a new X-ray detector which makes it possible to avoid the drawbacks of the gaseous detectors of the prior art and in particular authorizes the placement of a sample at a variable distance from the entry window, while minimizing the 'parallax error, and simplifying manufacturing.

Selon l'invention, on propose un détecteur gazeux de ra­diations émises par un échantillon, comprenant une enceinte fermée contenant un gaz absorbant pour la radiation, une fenêtre d'entrée transparente aux radiations à détecter, un espace d'absorption et de dérive derrière la fenêtre d'entrée et, à l'extrémité de cet espace, un détecteur à localisation d'électrons plan bidimension­nel pour déterminer les coordonnées d'un point d'arrivée d'élec­trons engendrés par un impact de photons dans le gaz absorbant, le détecteur comprenant encore un groupe d'électrodes d'entrée si­tuées derrière la fenêtre d'entrée et largement transparentes aux radiations ; ce détecteur comprend en outre un groupe d'électrodes latérales entourant l'espace d'absorption et de dérive, les élec­trodes d'entrée individuelles et les électrodes latérales indivi­duelles étant portées à des potentiels différents les uns des autres et variables en fonction de la position à laquelle on dési­re placer l'échantillon par rapport à la fenêtre d'entrée, les po­tentiels choisis pour chacune des électrodes étant tels que l'espace d'absorption et de dérive soit séparé en deux parties sans utilisation d'électrodes délimitant matériellement cette sé­paration, les équipotentielles dans la première partie étant sphé­riques ou quasi-sphériques et centrées sur la position de l'échantillon, et les équipotentielles dans la deuxième partie étant variables continûment d'une forme sphérique, à l'endroit de la séparation, à une forme plane à proximité immédiate du détec­teur plan d'électrons.According to the invention, a gaseous detector of radiations emitted by a sample is proposed, comprising a closed enclosure containing an absorbent gas for the radiation, an entrance window transparent to the radiations to be detected, an absorption and drift space behind the entry window and, at the end of this space, a two-dimensional plane electron location detector to determine the coordinates of an electron arrival point generated by an impact of photons in the absorbent gas, the detector further comprising a group of input electrodes situated behind the input window and largely transparent to radiation; this detector further comprises a group of lateral electrodes surrounding the absorption and drift space, the individual input electrodes and the individual lateral electrodes being brought to potentials which are different from one another and which vary according to the position at which one wishes to place the sample relative to the entry window, the potentials chosen for each of the electrodes being such that the absorption and drift space is separated into two parts without the use of electrodes physically delimiting this separation , the equipotentials in the first part being spherical or quasi-spherical and centered on the position of the sample, and the equipotentials in the second part being continuously variable from a spherical shape, at the point of separation, to a planar shape in the immediate vicinity of the plane electron detector.

Ainsi, on supprime l'inconvénient d'avoir à fabriquer et installer un groupe d'électrodes auxiliaires complexes dans lequel chacune des électrodes individuelles doit être alimentée séparé­ment et doit être très transparente aux électrons.Thus, the disadvantage of having to manufacture and install a group of complex auxiliary electrodes is eliminated, in which each of the individual electrodes must be supplied separately and must be very transparent to the electrons.

On pourra prévoir que la première partie de l'espace d'absorption (partie à équipotentielles sphériques) soit aussi grande que possible ; ainsi, on pourra avoir une zone d'absorption étendue sans augmenter les dimensions d'ensemble du détecteur ; cela est d'autant plus facile que l'échantillon est loin de la fe­nêtre d'entrée (mais alors on ne peut détecter qu'une faible gamme d'angles d'incidences de radiations) ; lorsque l'échantillon est près de la fenêtre on arrive à obtenir une première partie s'éten­dant sur 70 à 90 % (pourcentage mesuré dans l'axe du détecteur) de la distance entre la fenêtre d'entrée et le détecteur d'électrons. En choisissant une distance entre la fenêtre d'entrée et le détec­teur suffisante, par exemple 10 cm, la quasi totalité des rayons X sera absorbée dans la première partie et ceci à une pression égale ou légèrement supérieure à la pression atmosphérique.Provision may be made for the first part of the absorption space (part with spherical equipotentials) to be as large as possible; thus, it will be possible to have an extended absorption zone without increasing the overall dimensions of the detector; this is all the easier when the sample is far from the input window (but then we can only detect a small range of angles of radiation incidence); when the sample is near the window we get a first part extending over 70 to 90% (percentage measured in the axis of the detector) of the distance between the entry window and the electron detector. By choosing a sufficient distance between the entrance window and the detector, for example 10 cm, almost all of the X-rays will be absorbed in the first part and this at a pressure equal to or slightly higher than atmospheric pressure.

On obtient ainsi un détecteur de rayonnement beaucoup plus simple de construction, ne présentant pas d'erreur de paral­laxe, et permettant de placer l'échantillon à observer à une dis­tance variable de la fenêtre d'entrée.A much simpler construction detector is thus obtained, presenting no parallax error, and making it possible to place the sample to be observed at a variable distance from the input window.

Les électrodes latérales de l'enceinte seront formées de préférence sur des parois latérales coniques délimitant latérale­ment l'espace d'absorption et de dérive.The lateral electrodes of the enclosure will preferably be formed on conical side walls laterally delimiting the absorption and drift space.

De préférence, les électrodes d'entrée sont formées par sérigraphie sur un substrat isolant et sont séparées les unes des autres par une substance fortement résistive permettant l'écoule­ment de charges électriques d'ionisation qui risqueraient de s'accumuler entre les électrodes.Preferably, the input electrodes are formed by screen printing on an insulating substrate and are separated from each other by a highly resistive substance allowing the flow of electric ionization charges which would risk accumulating between the electrodes.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :

  • la figure 1, déjà décrite, représente la structure générale d'un détecteur gazeux de type connu ;
  • la figure 2 représente une coupe latérale schématique du détecteur selon l'invention ;
  • la figure 3 représente une configuration schématique d'équipotentielle dans le détecteur selon l'invention ;
  • la figure 4 représente une vue en plan des électrodes d'entrée ;
  • la figure 5 représente une vue en coupe latérale agrandie des électrodes d'entrée et de leurs conducteurs d'alimentation ; et
  • la figure 6 représente une réalisation de détecteur avec tube central pour l'analyse de la rétrodiffraction de l'échan­tillon.
Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the detailed description which follows and which is given with reference to the appended drawings in which:
  • Figure 1, already described, shows the general structure of a gas detector of known type;
  • Figure 2 shows a schematic side section of the detector according to the invention;
  • FIG. 3 represents a schematic configuration of equipotential in the detector according to the invention;
  • Figure 4 shows a plan view of the input electrodes;
  • FIG. 5 represents an enlarged side section view of the input electrodes and their supply conductors; and
  • FIG. 6 represents an embodiment of a detector with central tube for the analysis of the backscattering of the sample.

Sur la figure 2 on voit la structure générale du détec­teur selon l'invention.In Figure 2 we see the general structure of the detector according to the invention.

Le détecteur comporte une enceinte extérieure étanche 30 fermée à l'avant par une fenêtre d'entrée 32 transparente aux rayons X (ou plus généralement au rayonnement à détecter). La fenêtre est par exemple en mylar ou kapton (marques déposées pour des films polymères) ou en béryllium.The detector comprises a sealed external enclosure 30 closed at the front by an inlet window 32 transparent to X-rays (or more generally to the radiation to be detected). The window is for example made of mylar or kapton (trademarks for polymer films) or beryllium.

Le fond de l'enceinte 30 comprend comme dans la tech­nique antérieure un détecteur d'électrons plan 34 qui est un dé­tecteur à localisation, bidimensionnel, par exemple un détecteur à fils, à plaques parallèles ou tout autre type de détecteur gazeux connu.The bottom of the enclosure 30 comprises, as in the prior art, a plane electron detector 34 which is a location detector, two-dimensional, for example a wire detector, with parallel plates or any other type of known gas detector.

A l'arrière de la fenêtre d'entrée 32 est placé un en­semble d'électrodes d'entrée qui sont en principe circulaires, concentriques et toutes dans un même plan, parallèle au plan du détecteur d'électrons. Le fait qu'elles soient toutes dans le même plan facilite la fabrication mais cela ne constitue pas une obli­gation. On peut par exemple les disposer sur une surface sphéri­que. Ces électrodes d'entrée sont symbolisées par la référence 36 ; on les voit mieux en vue en plan sur la figure 4. Le centre des électrodes circulaires d'entrée est situé sur l'axe général 38 du système, axe perpendiculaire au détecteur d'électrons 34 en son centre.At the rear of the input window 32 is placed a set of input electrodes which are in principle circular, concentric and all in the same plane, parallel to the plane of the electron detector. The fact that they are all in the same plan facilitates manufacturing but this is not an obligation. One can for example arrange them on a spherical surface. These input electrodes are symbolized by the reference 36; they are best seen in plan view in FIG. 4. The center of the circular input electrodes is located on the general axis 38 of the system, axis perpendicular to the electron detector 34 at its center.

Les électrodes d'entrée 36 peuvent être portées par un support transparent aux rayons X distinct de la fenêtre d'entrée 32 ou être appliquées sur la fenêtre, avec interposition d'une couche isolante si la fenêtre est conductrice.The input electrodes 36 can be carried by a transparent X-ray support separate from the input window 32 or can be applied to the window, with the interposition of an insulating layer if the window is conductive.

L'enceinte 30 est remplie de gaz absorbant le rayonne­ment à détecter : par exemple de l'argon ou du xénon avec un ou des additifs (hydrocarbure, CO₂,...) permettant un bon fonctionne­ment du détecteur à localisation 34 et présentant de bonnes carac­téristiques de dérive et l'absence de recombinaison électronique trop importante qui nuirait à la collection des électrons.The enclosure 30 is filled with gas absorbing the radiation to be detected: for example argon or xenon with one or more additives (hydrocarbon, CO₂, etc.) allowing the localization detector 34 to function properly and having good drift characteristics and the absence of excessive electronic recombination which would harm the collection of electrons.

Dans l'enceinte, un espace d'absorption et de dérive 40 est matériellement délimité, entre les électrodes d'entrée 36 et le détecteur d'électrons 34, par une paroi latérale 42 de forme généralement conique, ayant pour axe l'axe général 38 du détec­teur ; cette paroi 42 entoure tout l'espace d'absorption et de dé­rive dans lequel des électrons pourront être engendrés par un rayonnement incident puis dirigés vers le détecteur d'électrons 34.In the enclosure, an absorption and drift space 40 is materially delimited, between the input electrodes 36 and the electron detector 34, by a side wall 42 of generally conical shape, having as axis the general axis 38 of the detector; this wall 42 surrounds the entire absorption and drift space in which electrons can be generated by incident radiation and then directed towards the electron detector 34.

Le choix d'une forme conique est le choix le plus prati­que et le plus adapté au but poursuivi mais il n'est pas obliga­toire.The choice of a conical shape is the most practical choice and the most adapted to the aim pursued but it is not obligatory.

La paroi latérale conique 42 n'a pas besoin d'être étan­che ; elle sert seulement de support à des électrodes latérales 44 qui entourent l'espace de dérive et d'absorption 40.The conical side wall 42 need not be sealed; it only serves as a support for lateral electrodes 44 which surround the drift and absorption space 40.

La paroi 42 peut être par exemple une feuille à base de fibre de verre sur laquelle sont déposés des conducteurs consti­ tuant les électrodes 44, par exemple par sérigraphie ou par des techniques de circuits imprimés.The wall 42 may for example be a sheet based on glass fiber on which are deposited conductors killing the electrodes 44, for example by screen printing or by printed circuit techniques.

Les électrodes individuelles d'entrée 36 et les électro­des invididuelles latérales 44 peuvent être portées à des poten­tiels tous différents les uns des autres, ces potentiels pouvant varier en fonction de la distance à laquelle l'échantillon 20 à observer sera placé par rapport aux électrodes d'entrée 36.The individual input electrodes 36 and the lateral individual electrodes 44 can be brought to potentials which are all different from each other, these potentials being able to vary depending on the distance at which the sample 20 to be observed will be placed relative to the electrodes d 'entry 36.

Les électrodes latérales 44 sont réparties sur toute la longueur de la paroi 42, entre la petite extrémité du cône (immédiatement adjacente au plan des électrodes d'entrée) et la grande extrémité du cône (immédiatement adjacente au plan du détecteur d'électrons).The lateral electrodes 44 are distributed over the entire length of the wall 42, between the small end of the cone (immediately adjacent to the plane of the input electrodes) and the large end of the cone (immediately adjacent to the plane of the electron detector).

Les électrodes latérales sont circulaires, centrées sur l'axe 38 du détecteur.The lateral electrodes are circular, centered on the axis 38 of the detector.

Le nombre d'électrodes 36 et 44 est fonction de la pré­cision désirée sur le champ électrique à l'intérieur de l'espace d'absorption et de dérive.The number of electrodes 36 and 44 is a function of the desired precision on the electric field inside the absorption and drift space.

Les potentiels individuels des électrodes latérales sont amenés par des conducteurs 46 extérieurs à la paroi 42, à travers des passages conducteurs aménagés dans la paroi en regard de cha­que électrode. Les conducteurs extérieurs 46 sont reliés à des connecteurs 48 par lesquels peuvent être amenés les différents po­tentiels nécessaires. Les potentiels peuvent être engendrés par des ponts diviseurs résistifs non représentés, situés à l'extérieur de l'enceinte 30 et préréglés en fonction des besoins pour des distances d'échantillon désirées, ou encore par un système plus complexe de génération de tensions piloté de l'extérieur par l'utilisateur du détecteur.The individual potentials of the side electrodes are brought by conductors 46 external to the wall 42, through conductive passages arranged in the wall opposite each electrode. The outer conductors 46 are connected to connectors 48 through which the various potentials can be brought. The potentials can be generated by resistive dividing bridges, not shown, located outside the enclosure 30 and preset as required for desired sample distances, or by a more complex voltage generation system controlled by outside by the detector user.

Le système de connexion est le même pour les électrodes d'entrée 36 mais il n'a pas été représenté pour ne pas alourdir la figure 2.The connection system is the same for the input electrodes 36 but it has not been shown so as not to make Figure 2 heavy.

Les potentiels qu'il faut appliquer aux différentes électrodes d'entrée 36 et aux différentes électrodes latérales 44 sont calculés de la manière qui va être indiquée maintenant : l'explication est donnée en référence à la figure 3.The potentials that must be applied to the different input electrodes 36 and to the different lateral electrodes 44 are calculated in the manner which will now be indicated: the explanation is given with reference to FIG. 3.

On choisit une distance D à laquelle sera placé l'échan­tillon 20 à observer (distance entre l'échantillon et le plan des électrodes d'entrée 36) et on appelle SPHD la sphère centrée sur la position de l'échantillon et de rayon D.A distance D is chosen at which the sample 20 to be observed will be placed (distance between the sample and the plane of the input electrodes 36) and the sphere centered on the position of the sample and of radius D is called SPHD.

On choisit une distance L correspondant au rayon d'une sphère virtuelle SPHL centrée sur la position S de l'échantillon, cette sphère SPHL constituant une limite immatérielle de séparation entre deux régions A et B de l'espace d'absorption et de dérive 40.We choose a distance L corresponding to the radius of a virtual SPHL sphere centered on the position S of the sample, this SPHL sphere constituting an immaterial limit of separation between two regions A and B of the absorption and drift space 40 .

On choisira les potentiels à appliquer aux électrodes 36 et 44 pour que :

  • - la région A, située entre les électrodes d'entrée 36 et la sphère limite SPHL, soit soumise à un champ électrique radial centré sur le point S, c'est-à-dire que les équipotentielles y se­ront des sphères concentriques à la sphère SPHL; et
  • - la région B, située entre la sphère limite SPHL et le détecteur d'électrons plan 34, soit soumise à un champ électrique se déformant progressivement d'une direction radiale à une direc­tion perpendiculaire au plan du détecteur d'électrons 34. Dans cette région B, les équipotentielles se déformeront pour passer d'une forme sensiblement sphérique à proximité immédiate de la sphère SPHL à une forme plane à proximité immédiate du détecteur 34.
The potentials to be applied to the electrodes 36 and 44 will be chosen so that:
  • the region A, located between the input electrodes 36 and the limit sphere SPHL, is subjected to a radial electric field centered on the point S, that is to say that the equipotentials there will be spheres concentric with the sphere SPHL; and
  • - region B, located between the limit sphere SPHL and the plane electron detector 34, is subjected to an electric field deforming gradually from a radial direction to a direction perpendicular to the plane of the electron detector 34. In this region B, the equipotentials will deform to pass from a substantially spherical shape in the immediate vicinity of the SPHL sphere to a planar shape in the immediate vicinity of the detector 34.

Il faut noter que le champ électrique radial est produit non seulement grâce aux électrodes latérales 44 situées à l'inté­rieur de la sphère SPHL, mais aussi grâce à un choix approprié des potentiels des électrodes latérales 44 situées à l'extérieur de la sphère SPHL ; cette remarque est importante car l'absence d'une électrode auxiliaire sphérique matérielle à l'endroit de la sphère auxiliaire limite SPHL ou l'absence d'électrodes auxiliaires pla­nes entre les régions A et B pour simuler une électrode sphérique, impose de faire aussi particulièrement attention aux potentiels appliqués aux électrodes latérales 44 situées à l'extérieur de la sphère limite SPHL. Les équipotentielles sphériques au voisinage de la sphère limite SPHL sont en effet particulièrement sensibles à la proximité du détecteur plan et elles ne sont pas isolées par un écran électrostatique que constituaient jusqu'à présent la ou les électrodes auxiliaires matériellement placées dans la région limite entre les régions A et B.It should be noted that the radial electric field is produced not only by virtue of the lateral electrodes 44 situated inside the SPHL sphere, but also by virtue of an appropriate choice of the potentials of the lateral electrodes 44 situated outside the SPHL sphere; this remark is important because the absence of a material spherical auxiliary electrode at the location of the limiting auxiliary sphere SPHL or the absence of plane auxiliary electrodes between regions A and B to simulate a spherical electrode, requires doing also pay particular attention to potentials applied to the lateral electrodes 44 located outside the SPHL limit sphere. The spherical equipotentials in the vicinity of the limit sphere SPHL are in fact particularly sensitive to the proximity of the plane detector and they are not isolated by an electrostatic screen which until now constituted the auxiliary electrode or electrodes materially placed in the limit region between the regions A and B.

Par des considérations de simple électrostatique, on dé­termine les équipotentielles entre deux sphères conductrices concentriques centrées sur le point S, l'une étant une sphère de départ SPHD de rayon D et l'autre la sphère limite SPHL de rayon L.By considerations of simple electrostatic, the equipotentials are determined between two concentric conducting spheres centered on the point S, one being a starting sphere SPHD of radius D and the other the limit sphere SPHL of radius L.

Pour un potentiel VD imposé sur la sphère SPHD et un po­tentiel VL imposé sur la sphère SPHL, on obtient selon un premier calcul :
- d'une part les valeurs des potentiels sur toutes les sphères concentriques intermédiaires de la région A, la valeur du potentiel V(R) sur une sphère intermédiaire de rayon R étant :
V(R) = (VD - VL) x L x D/R (L - D) + (L x VL - D x VD)/(L-D)      (1)
- d'autre part la valeur du champ électrique sur la sphère SPHL ; ce champ E est proportionnel à la différence de po­tentiel VL - VD et égal à
E = (VL - VD) x D/(L - D) x L      (2)
For a potential VD imposed on the SPHD sphere and a potential VL imposed on the SPHL sphere, we obtain according to a first calculation:
- on the one hand, the values of the potentials on all the intermediate concentric spheres of region A, the value of the potential V (R) on an intermediate sphere of radius R being:
V (R) = (VD - VL) x L x D / R (L - D) + (L x VL - D x VD) / (LD) (1)
- on the other hand the value of the electric field on the SPHL sphere; this field E is proportional to the potential difference VL - VD and equal to
E = (VL - VD) x D / (L - D) x L (2)

Parallèlement à cela, selon un deuxième calcul, on dé­termine, par la méthode des images électriques, les équipotentiel­les dans la région B entre une sphère SPHL portée à un potentiel constant VL et le plan du détecteur 34, porté à un potentiel fixe VF ; on calcule le champ électrique sur la sphère SPHL en fonction de VL et VF.In parallel to this, according to a second calculation, the equipotentials in region B are determined, by the method of electrical images, between a sphere SPHL brought to a constant potential VL and the plane of the detector 34, brought to a fixed potential VF; the electric field on the SPHL sphere is calculated as a function of VL and VF.

VD et VF étant fixés, on cherche alors la valeur de VL qui permet de rendre aussi identiques que possible
- d'une part, le champ électrique calculé sur la sphère SPHL à partir d'équipotentielles sphériques dans la région A, li­mitée par deux sphères à des potentiels VD et VL,
- d'autre part, le champ électrique calculé sur la sphère SPHL à partir des potentiels dans la région B, définis par des conditions aux limites qui sont le potentiel VL sur la sphère SPHL et le potentiel VF dans le plan du détecteur d'électrons 34.
VD and VF being fixed, we then seek the value of VL which makes it possible to make as identical as possible
- on the one hand, the electric field calculated on the SPHL sphere from spherical equipotentials in region A, limited by two spheres to potentials VD and VL,
- on the other hand, the electric field calculated on the SPHL sphere from the potentials in region B, defined by boundary conditions which are the potential VL on the sphere SPHL and the potential VF in the plane of the electron detector 34.

Comme le champ électrique déterminé par le premier cal­cul est constant sur toute la sphère SPHL (proportionnel à VL-VD) et comme le champ électrique déterminé par le deuxième calcul n'est pas constant sur toute la sphère SPHL, la condition d'iden­tité indiquée ci-dessus n'est pas rigoureusement possible ; mais on peut choisir la valeur de VL par exemple de telle sorte que le champ électrique à l'intersection de la sphère SPHL et de l'axe 38 du détecteur soit identique dans les deux calculs.As the electric field determined by the first calculation is constant over the entire SPHL sphere (proportional to VL-VD) and as the electric field determined by the second calculation is not constant over the entire SPHL sphere, the condition of identity indicated above is not strictly possible; but one can choose the value of VL for example so that the electric field at the intersection of the sphere SPHL and the axis 38 of the detector is identical in the two calculations.

Pour cette valeur de VL on obtiendra une bonne approxi­mation pour l'obtention d'équipotentielles sphériques ou quasi-­sphériques dans toute la région A.For this value of VL we will obtain a good approximation for obtaining spherical or quasi-spherical equipotentials throughout the region A.

Ayant choisi la valeur de VL la plus appropriée, on revient à l'équation (1) pour déterminer les potentiels dans la région A par le premier calcul (conditions aux limites imposées par deux sphères) et dans la région B par le deuxième calcul (conditions aux limites imposées par une sphère et un plan). On détermine alors les potentiels :
- à l'intersection entre les équipotentielles sphériques et le plan des électrodes d'entrée 36 (région A : premier calcul)
- à l'intersection entre les équipotentielles sphériques de toute la région A et les parois latérales 42 de l'espace d'absorption et de dérive (région A : premier calcul)
- à l'intersection entre les équipotentielles non sphériques de la région B et les parois latérales 42 au delà de la sphère limite SPHL (région B : deuxième calcul).
Having chosen the most appropriate value of VL, we return to equation (1) to determine the potentials in region A by the first calculation (boundary conditions imposed by two spheres) and in region B by the second calculation ( boundary conditions imposed by a sphere and a plane). We then determine the potentials:
- at the intersection between the spherical equipotentials and the plane of the input electrodes 36 (region A: first calculation)
- at the intersection between the spherical equipotentials of the entire region A and the side walls 42 of the absorption and drift space (region A: first calculation)
- at the intersection between the non-spherical equipotentials of region B and the side walls 42 beyond the limit sphere SPHL (region B: second calculation).

Les intersections entre les équipotentielles sphériques et le plan des électrodes d'entrée sont des cercles concentriques et les électrodes d'entrée suivent le tracé de certains de ces cercles. On affectera à une électrode d'entrée 36 placée à une distance r de l'échantillon le potentiel V(r) calculé par l'équation (1) pour cette distance, en fonction des valeurs VD et VL choisies :
V(r) = (VD - VL) x L x D/r(L-D) + (L x VL - D x VD)/(L-D)      (1)
The intersections between the spherical equipotentials and the plane of the input electrodes are concentric circles and the input electrodes follow the course of some of these circles. We will assign to an input electrode 36 placed at a distance r from the sample the potential V (r) calculated by equation (1) for this distance, as a function of the values VD and VL chosen:
V (r) = (VD - VL) x L x D / r (LD) + (L x VL - D x VD) / (LD) (1)

De même, les intersections entre les équipotentielles sphériques de la région A et les parois latérales coniques 42 sont des cercles parallèles centrés sur l'axe 38 ; les électrodes laté­rales 44 suivent le tracé de certains de ces cercles et on affec­tera à chaque électrode placée à la distance r de l'échantillon le potentiel V(r) obtenu par l'équation (1).Likewise, the intersections between the spherical equipotentials of region A and the conical side walls 42 are parallel circles centered on the axis 38; the lateral electrodes 44 follow the course of some of these circles and the potential V (r) obtained by equation (1) will be assigned to each electrode placed at the distance r from the sample.

Enfin, les intersections entre les équipotentielles de la région B et les parois latérales 42 sont encore des cercles (pour des raisons de symétrie) ; les électrodes latérales 44 de la région B suivent le tracé de certains de ces cercles et sont por­tées à des potentiels calculés par la méthode des images électros­tatiques (deuxième calcul) en fonction de la position de ces cercles.Finally, the intersections between the equipotentials of region B and the side walls 42 are still circles (for reasons of symmetry); the lateral electrodes 44 of region B follow the course of some of these circles and are brought to potentials calculated by the method of electrostatic images (second calculation) as a function of the position of these circles.

On a représenté sur la figure 3, outre les équipoten­tielles sphériques de la région A, une équipotentielle intermé­diaire EQB de la région B, qui n'est pas une sphère centrée sur le point S.FIG. 3 shows, in addition to the spherical equipotentials of region A, an intermediate equipotential EQB of region B, which is not a sphere centered on point S.

Lorsqu'on applique effectivement les potentiels ainsi déterminés à chacune des électrodes d'entrée 36 et des électrodes latérales 44 en deçà et au delà de la sphère limite SPHL on ob­tient des équipotentielles qui s'approchent avec une bonne ap­proximation des équipotentielles à partir desquelles on a effectué le calcul des potentiels.When the potentials thus determined are effectively applied to each of the input electrodes 36 and of the lateral electrodes 44 below and beyond the limit sphere SPHL, equipotentials are obtained which approach with good approximation of the equipotentials from which performed the calculation of potentials.

On peut obtenir encore de meilleurs résultats en prenant les valeurs de potentiel déterminées ci-dessus pour les électrodes 36 et 44 comme base de départ pour une optimisation des équipoten­tielles à l'aide d'un programme informatique de résolution numéri­que de l'équation de Laplace tournant sur un ordinateur. On modifie ainsi par itération les valeurs des potentiels des élec­trodes 36 et 44 afin de rendre les équipotentielles aussi proches que possible de sphères parfaites dans la région A.Even better results can be obtained by taking the potential values determined above for the electrodes 36 and 44 as a starting point for optimizing the equipotentials using a computer program for numerical resolution of the Laplace equation. running on a computer. The values of the potentials of the electrodes 36 and 44 are thus modified by iteration in order to make the equipotentials as close as possible to perfect spheres in region A.

On notera, en ce qui concerne les électrodes latérales 44 situées dans la région B, que des résultats satisfaisants peu­vent être obtenus en pratique même si l'on se contente de leur ap­pliquer des potentiels variant linéairement avec la distance entre la sphère SPHL et l'électrode 34. Dans ce cas on s'affranchit du deuxième calcul susmentionné mais on pourra toujours procéder à une optimisation itérative.It will be noted, with regard to the lateral electrodes 44 located in region B, that satisfactory results can be obtained in practice even if one is satisfied with applying to them potentials varying linearly with the distance between the sphere SPHL and the electrode 34. In this case we get rid of the aforementioned second calculation but we can always carry out an iterative optimization.

On peut changer la distance D à laquelle est placé l'échantillon à observer, et il en résulte une nouvelle réparti­tion préférentielle de potentiels à affecter aux électrodes d'entrée 36 et aux électrodes latérales 44. Il est donc possible de déplacer la position de l'échantillon tout en conservant des équipotentielles sphériques, centrées sur l'échantillon, dans la majeure partie de l'espace d'absorption et de dérive 40.The distance D at which the sample to be observed can be changed, and this results in a new preferential distribution of potentials to be assigned to the input electrodes 36 and to the side electrodes 44. It is therefore possible to move the position of the sample while retaining spherical equipotentials, centered on the sample, in most of the absorption and drift space 40.

Si l'échantillon n'est pas trop près de la fenêtre d'entrée, on arrive à obtenir des équipotentielles pratiquement sphériques dans une région A pouvant s'étendre jusqu'à environ 90 % de la distance entre les électrodes d'entrée et le détecteur d'électrons, distance mesurée le long de l'axe 38 du détecteur.If the sample is not too close to the input window, it is possible to obtain practically spherical equipotentials in a region A which can extend up to approximately 90% of the distance between the input electrodes and the electron detector, distance measured along axis 38 of the detector.

Si l'échantillon est très près, l'extension de la région A peut descendre à 70 % de cette distance.If the sample is very close, the extension of region A can go down to 70% of this distance.

La figure 4 représente la configuration des électrodes d'entrée 36. Ce sont des pistes circulaires conductrices, concen­triques. Elles sont réalisées dans cet exemple par sérigraphie d'une pâte conductrice au carbone (le carbone ayant l'avantage d'être assez transparent aux rayons X) sur un support isolant.FIG. 4 represents the configuration of the input electrodes 36. These are concentric conductive circular tracks. They are produced in this example by screen printing of a conductive paste of carbon (carbon having the advantage of being fairly transparent to X-rays) on an insulating support.

Les électrodes individuelles sont alimentées par des conducteurs situés de l'autre côté du support. Le support est alors percé de trous 50 remplis de pâte conductrice et les conducteurs d'alimentation 52 sont reliés électriquement à ces trous. Les conducteurs d'alimentation peuvent être sérigraphiés de l'autre côté du support isolant. Ils doivent être aussi transparents que possible aux rayonnements à détecter.The individual electrodes are supplied by conductors located on the other side of the support. The support is then pierced with holes 50 filled with conductive paste and the supply conductors 52 are electrically connected to these holes. The supply conductors can be screen printed on the other side of the insulating support. They must be as transparent as possible to the radiation to be detected.

La figure 5 représente la configuration des conducteurs d'entrée vus en coupe transversale perpendiculairement au plan de la fenêtre d'entrée, à travers un seul des passages conducteurs 50 et le long du conducteur d'alimentation 52 qui est relié à ce trou. Le support isolant est désigné par la référence 54.FIG. 5 represents the configuration of the input conductors seen in cross section perpendicular to the plane of the input window, through only one of the conductive passages 50 and along the supply conductor 52 which is connected to this hole. The insulating support is designated by the reference 54.

De préférence, on dépose entre les pistes conductrices circulaires constituant les électrodes 36 une pâte fortement ré­sistive 56 destinée à évacuer vers les électrodes 36 les charges électriques (ions) qui risquent de s'accumuler à l'interface entre le substrat isolant 54 et le gaz de l'enceinte. Ces charges pro­viennent de l'ionisation du gaz et viennent perturber la forme des équipotentielles vers l'entrée du détecteur si elles restent stoc­kées sur le substrat isolant. On propose ici de les évacuer par ce dépôt résistif entre les pistes. La résistance peut être de quel­ques mégohms entre deux pistes adjacentes séparées de quelques millimètres. Elle ne doit pas, évidemment, conduire à une consom­mation de courant trop importante et il faut veiller à ce que les pistes voisines puissent être portées à des potentiels différant de plusieurs dizaines de volts ou même plus. La pâte fortement ré­sistive peut être une pâte à base de carbone en faible proportion dans une résine isolante.Preferably, a highly resistive paste 56 is deposited between the circular conductive tracks constituting the electrodes 36 intended to evacuate towards the electrodes 36 the electrical charges (ions) which risk accumulating at the interface between the insulating substrate 54 and the gas. of the enclosure. These charges come from the ionization of the gas and disturb the shape of the equipotentials towards the input of the detector if they remain stored on the insulating substrate. Here we propose to evacuate them by this resistive deposit between the tracks. The resistance can be a few megohms between two adjacent tracks separated by a few millimeters. Obviously, it must not lead to excessive current consumption and care must be taken to ensure that the neighboring tracks can be brought to potentials differing by several tens of volts or even more. The highly resistive paste can be a paste based on carbon in small proportion in an insulating resin.

On pourrait envisager aussi que les électrodes conduc­trices 36 soient déposées directement (par sérigraphie par exemple) sur un substrat résistif (fortement résistif) et non pas isolant ; on atteindrait le même résultat en ce qui concerne l'évacuation des charges gênantes.It could also be envisaged that the conductive electrodes 36 are deposited directly (by screen printing for example) on a resistive substrate (highly resistive) and not insulating; the same result would be achieved with regard to the removal of troublesome loads.

Pour les électrodes latérales 44, la constitution peut être la même que celle des électrodes d'entrée mais
1° il n'y a pas le problème de transparence aux rayons X ;
2° le problème des charges électriques à évacuer est moins crucial ; la pâte résistive 56 est utile mais moins néces­saire.
For the lateral electrodes 44, the constitution may be the same as that of the input electrodes but
1 ° there is no problem of transparency to X-rays;
2 ° the problem of electrical charges to be removed is less crucial; resistive paste 56 is useful but less necessary.

Les électrodes latérales 44 peuvent être déposées par sérigraphie sur une feuille souple isolante constituant la paroi latérale 42 ; cette feuille souple est ensuite enroulée en forme de tronc de cône. Les électrodes peuvent aussi être réalisées en circuit imprimé souple ou bien par empilement d'électrodes cir­culaires espacées par des cales isolantes. Les connexions avec les conducteurs d'alimentation seront cependant toujours à l'extérieur de l'espace 40 pour ne pas perturber le champ électrique du côté intérieur de la paroi latérale 42.The side electrodes 44 can be deposited by screen printing on a flexible insulating sheet constituting the side wall 42; this flexible sheet is then rolled up in the form of a truncated cone. The electrodes can also be produced in flexible printed circuit or else by stacking circular electrodes spaced by insulating shims. The connections with the supply conductors will however always be outside the space 40 so as not to disturb the electric field on the inside of the side wall 42.

Pour terminer cette description, on a représenté à la figure 6 une constitution un peu différente du détecteur, dans laquelle on cherche à analyser la diffraction arrière de rayons X, par un échantillon de matière.To complete this description, FIG. 6 shows a slightly different constitution of the detector, in which an attempt is made to analyze the rear X-ray diffraction, by a sample of material.

Cela suppose que la source et le détecteur soient placés du même côté de l'échantillon.This assumes that the source and the detector are placed on the same side of the sample.

On a donc prévu que le détecteur soit traversé en son centre par un tube axial percé 60 par lequel peut passer un fais­ceau d'émission de rayons X dirigé vers l'échantillon 20. Les rayons réémis vers l'arrière par l'échantillon sont captés et ana­lysés par le détecteur.Provision has therefore been made for the detector to be traversed in its center by a pierced axial tube 60 through which an X-ray emission beam can pass, directed towards the sample 20. The rays re-emitted towards the rear by the sample are captured and analyzed by the detector.

Pour mettre en oeuvre l'invention, il faut alors consi­dérer que les parois du tube 60 sont également des parois latéra­les de l'espace d'absorption et de dérive 42, et qu'elles portent également des électrodes latérales individuelles 44 ; ces électro­des sont portées à des potentiels qui sont calculés de la même ma­ nière que les autres aussi bien dans la région supérieure que dans la région inférieure de l'enceinte.To implement the invention, it must then be considered that the walls of the tube 60 are also side walls of the absorption and drift space 42, and that they also carry individual side electrodes 44; these electrodes are brought to potentials which are calculated in the same way in the upper region as well as in the lower region of the enclosure.

Les connexions pour amener les potentiels aux différentes électrodes le long du tube se font avec les mêmes contraintes que précédemment, et il est également recommandé de prévoir une subs­tance résistive entre les électrodes périphériques au tube.The connections to bring the potentials to the different electrodes along the tube are made with the same constraints as above, and it is also recommended to provide a resistive substance between the electrodes peripheral to the tube.

Claims (10)

1. Détecteur gazeux de radiations émises par un échan­tillon (20), comprenant une enceinte fermée (30) contenant un gaz absorbant pour la radiation, une fenêtre d'entrée (32) transparen­te aux radiations à détecter, un espace d'absorption et de dérive (40) derrière la fenêtre d'entrée et, à l'extrémité de cet espace, un détecteur à localisation d'électrons plan bidimensionnel (34) pour déterminer les coordonnées d'un point d'arrivée d'électrons engendrés par un impact de photons dans le gaz absorbant, le dé­tecteur comprenant encore un groupe d'électrodes d'entrée (36) si­tuées derrière la fenêtre d'entrée et largement transparentes aux radiations,
caractérisé en ce qu'il comprend en outre un groupe d'électrodes latérales (44) entourant l'espace d'absorption et de dérive, les électrodes d'entrée individuelles (36) et les électro­des latérales individuelles (44) étant portées à des potentiels différents les uns des autres et variables en fonction de la posi­tion à laquelle on désire placer l'échantillon par rapport à la fenêtre d'entrée, les potentiels choisis pour chacune des électro­des étant tels que l'espace d'absorption et de dérive soit séparé en deux parties sans utilisation d'électrodes délimitant matériel­lement cette séparation, les équipotentielles dans la première partie étant sphériques ou quasi-sphériques et centrées sur la po­sition de l'échantillon, et les équipotentielles dans la deuxième partie étant variables continûment d'une forme sphérique, à l'endroit de la séparation, à une forme plane à proximité immédia­te du détecteur plan d'électrons.
1. Gaseous detector of radiation emitted by a sample (20), comprising a closed enclosure (30) containing an absorbent gas for radiation, an entry window (32) transparent to the radiation to be detected, an absorption and drift (40) behind the entrance window and, at the end of this space, a two-dimensional plane electron location detector (34) to determine the coordinates of an arrival point of electrons generated by an impact photons in the absorbent gas, the detector further comprising a group of input electrodes (36) located behind the input window and largely transparent to radiation,
characterized in that it further comprises a group of lateral electrodes (44) surrounding the absorption and drift space, the individual input electrodes (36) and the individual lateral electrodes (44) being brought to potentials which are different from each other and which vary according to the position at which one wishes to place the sample relative to the input window, the potentials chosen for each of the electrodes being such that the absorption and drift space is separated into two parts without the use of electrodes physically delimiting this separation, the equipotentials in the first part being spherical or quasi-spherical and centered on the position of the sample, and the equipotentials in the second part being continuously variable in shape spherical, at the point of separation, in a plane shape in the immediate vicinity of the plane electron detector.
2. Détecteur gazeux selon la revendication 1, caracté­risé en ce que les électrodes latérales (44) sont réparties sur la totalité de la distance séparant les électrodes d'entrée (36) du détecteur d'électrons (34).2. Gaseous detector according to claim 1, characterized in that the lateral electrodes (44) are distributed over the entire distance separating the input electrodes (36) from the electron detector (34). 3. Détecteur gazeux selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la première partie (A) de l'espace d'absorption et de dérive s'étend sur une distance d'environ 70 à 90 % de la distance entre les électrodes d'entrée (36) et le dé­tecteur d'électrons (34), distance mesurée dans l'axe du détec­teur.3. Gaseous detector according to one of claims 1 or 2, characterized in that the first part (A) of the absorption and drift space extends over a distance of approximately 70 to 90% of the distance between the input electrodes (36) and the electron detector (34), distance measured in the axis of the detector. 4. Détecteur gazeux selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les valeurs de potentiel des différentes électrodes d'entrée et des différentes électrodes latérales sont celles qui résultent d'un calcul effectué de la manière suivante : a) détermination des équipotentielles entre une sphère de rayon correspondant à la distance (L) entre l'échantillon et la première des deux parties de l'espace d'absorption et de dérive portée au potentiel VL et une sphère concentrique de rayon correspondant à la distance (D) entre l'échantillon et la fenêtre d'entrée portée à un potentiel VD, b) fixation du potentiel des électrodes d'entrée (36) et latérales (44) situées dans la première partie en fonction de ladite détermination, et c) fixation du potentiel des électrodes situées dans la deuxième partie par interpolation linéaire. 4. Gaseous detector according to one of claims 1 to 3, characterized in that the potential values of the different input electrodes and of the different lateral electrodes are those which result from a calculation carried out in the following manner: a) determination of the equipotentials between a sphere of radius corresponding to the distance (L) between the sample and the first of the two parts of the absorption and drift space brought to the potential VL and a concentric sphere of radius corresponding to the distance (D) between the sample and the input window brought to a potential VD, b) fixing the potential of the input (36) and lateral (44) electrodes located in the first part as a function of said determination, and c) fixing the potential of the electrodes located in the second part by linear interpolation. 5. Détecteur gazeux selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les valeurs de potentiel des différentes électrodes d'entrée et des différentes électrodes latérales sont celles qui résultent d'un calcul effectué de la manière suivante : a) détermination des équipotentielles entre une sphère de rayon correspondant à la distance (L) entre l'échantillon et la première des deux parties de l'espace d'absorption et de dérive portée au potentiel VL et une sphère concentrique, de rayon correspondant à la distance (D) entre l'échantillon et la fenêtre d'entrée portée à un potentiel VD, b) détermination des équipotentielles entre la sphère portée à un potentiel VL et un plan porté à un potentiel VF, et c) détermination des potentiels résultants aux endroits où sont placées les différentes électrodes, les valeurs de poten­tiel affectées aux différentes électrodes étant ces potentiels résultants. 5. Gaseous detector according to one of claims 1 to 3, characterized in that the potential values of the different input electrodes and of the different lateral electrodes are those which result from a calculation carried out as follows: a) determination of the equipotentials between a sphere of radius corresponding to the distance (L) between the sample and the first of the two parts of the absorption and drift space brought to the potential VL and a concentric sphere, of radius corresponding to the distance (D) between the sample and the input window brought to a potential VD, b) determination of the equipotentials between the sphere brought to a potential VL and a plane brought to a potential VF, and c) determination of the resulting potentials at the places where the different electrodes are placed, the potential values assigned to the different electrodes being these resulting potentials. 6. Détecteur gazeux selon la revendication 5, carac­térisé en ce que les valeurs de potentiel des différentes élec­trodes sont celles qui résultent de l'opération de calcul supplémentaire consistant à choisir le potentiel VL de telle manière que le champ électrique en un point de la sphère portée au potentiel VL ait la même valeur dans le calcul effectué à l'étape a) et dans le calcul effectué à l'étape b).6. Gaseous detector according to claim 5, characterized in that the potential values of the different electrodes are those which result from the additional calculation operation consisting in choosing the potential VL in such a way that the electric field at a point on the sphere brought to potential VL has the same value in the calculation carried out in step a) and in the calculation carried out in step b). 7. Détecteur gazeux selon l'une quelconque des reven­dications 4 à 6, caractérisé en ce que les potentiels sur les électrodes d'entrée et latérales sont optimisés par un calcul itératif réalisé sur un ordinateur.7. Gaseous detector according to any one of claims 4 to 6, characterized in that the potentials on the input and side electrodes are optimized by an iterative calculation performed on a computer. 8. Détecteur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'une substance fortement résistive (56) est disposée entre les électrodes d'entrée (36) pour éviter le stockage de charges électriques entre deux électrodes adjacentes.8. Detector according to one of claims 1 to 7, characterized in that a highly resistive substance (56) is disposed between the input electrodes (36) to avoid the storage of electrical charges between two adjacent electrodes. 9. Détecteur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les électrodes latérales (44) sont formées sur une paroi conique (42) délimitant l'espace d'absorption et de dérive.9. Detector according to one of claims 1 to 8, characterized in that the lateral electrodes (44) are formed on a conical wall (42) delimiting the absorption and drift space. 10. Détecteur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il est pourvu d'un tube axial (60) le traver­sant en son centre pour permettre l'éclairement d'un échantillon et l'observation de la diffraction arrière, des électrodes laté­rales (44) étant réparties également le long de la paroi du tube dans l'espace d'absorption et de dérive.10. Detector according to one of claims 1 to 9, characterized in that it is provided with an axial tube (60) passing through its center to allow the illumination of a sample and the observation of the diffraction rear, side electrodes (44) being distributed equally along the wall of the tube in the absorption and drift space.
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