EP0340126A1

EP0340126A1 - Détecteur gazeux pour rayons-x sans parallaxe

Info

Publication number: EP0340126A1
Application number: EP89420149A
Authority: EP
Inventors: Vincent Comparat; Jean Ballon; Pierre Carrechio; Alain Pélissier
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Inel SAS
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Inel SAS
Priority date: 1988-04-27
Filing date: 1989-04-25
Publication date: 1989-11-02
Anticipated expiration: 2009-04-25
Also published as: DE68907993D1; EP0340126B1; US4954710A; JPH02177243A; DE68907993T2; FR2630829A1

Abstract

L'invention concerne un détecteur gazeux de rayons X pour l'analyse de la matière par étude de la diffraction des rayons X.

Pour minimiser les erreurs de parallaxe sans utiliser d'électrodes auxiliaires sphériques difficiles à fabriquer, on propose d'engendrer un champ radial dans tout l'espace gazeux (40) uniquement à l'aide d'électrodes d'entrée (36) portées à des potentiels appropriés et à l'aide d'électrodes latérales (44) également portées individuellement à des potentiels appropriés. Par modification des potentiels on peut déplacer le centre des équipotentielles sphériques pour permettre l'analyse sans erreur de parallaxe d'échantillons (20) placés à des distances (D) variables de la fenêtre d'entrée (32) du détecteur.

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).
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.
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.
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).
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
La présente invention a pour but la réalisation d'un détecteur de rayonnement bidimensionnel sans erreur de parallaxe.
Des solutions partielles à ce problème ont déjà été proposées.
Certaines apparaissent dans le brevet US-A-4 595 834 déjà cité.
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.
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).
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.
La différence de potentiel entre les deux électrodes crée un champ électrique radial et des équipotentielles sphériques dans l'espace d'absorption.
Mais l'échantillon doit nécessairement rester au centre des sphères.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Les électrodes latérales de l'enceinte seront formées de préférence sur des parois latérales coniques délimitant latéralement l'espace d'absorption et de dérive.
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.
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.

Sur la figure 2 on voit la structure générale du détecteur selon l'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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
Les électrodes latérales sont circulaires, centrées sur l'axe 38 du détecteur.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

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.
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.
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)
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.
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.
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.
Pour cette valeur de VL on obtiendra une bonne approximation pour l'obtention d'équipotentielles sphériques ou quasi-sphériques dans toute la région 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).
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)
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Si l'échantillon est très près, l'extension de la région A peut descendre à 70 % de cette 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Cela suppose que la source et le détecteur soient placés du même côté de l'échantillon.
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.
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.
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.

Claims

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.

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).

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.