EP0603043B1 - Dispositif de collimation d'un faisceau de rayonnement - Google Patents

Dispositif de collimation d'un faisceau de rayonnement Download PDF

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EP0603043B1
EP0603043B1 EP93402997A EP93402997A EP0603043B1 EP 0603043 B1 EP0603043 B1 EP 0603043B1 EP 93402997 A EP93402997 A EP 93402997A EP 93402997 A EP93402997 A EP 93402997A EP 0603043 B1 EP0603043 B1 EP 0603043B1
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wires
radiation
wire
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collimator
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Menhard Kocsis
Bela Farago
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INSTITUT MAX VON LAUE - PAUL LANGEVIN
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    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—HANDLING OF PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/02—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diaphragms, collimators
    • G21K1/025—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diaphragms, collimators using multiple collimators, e.g. Bucky screens; other devices for eliminating undesired or dispersed radiation

Definitions

  • the present invention relates to a device for collimating beams of radiation.
  • It includes a plurality of thin strips parallels 2 which are able to absorb radiation incident 4 that we want to collimate or that are covered with a material capable of absorbing this radiation.
  • the Do / Lo ratio of the distance between the slats 2 to the length Lo of these slats is equal to the tangent of half of the maximum divergence 2 ⁇ desired for the radiation beam 6 leaving the collimator.
  • the radiation to be collimated arrives below a certain angle of incidence critical on the slats, it is reflected (effect of total reflection), despite the presence of the material absorbent.
  • the object of the present invention is to remedy to the previous drawbacks.
  • the collimation device of beams of radiation object of this invention complies with claims 1 - 4.
  • wires reduces significantly the area which contributes to the total reflection of radiation.
  • the wires used are round.
  • each thread of rank n for any whole number n greater than or equal at 3, is tangent to the plane passing between the row thread n-1 of this tablecloth and the row 1 yarn of a tablecloth adjacent and which is tangent to this row 1 thread and to this yarn of rank n-1, the yarns of rank 1 corresponding at the entrance of the device.
  • said material is capable of absorbing neutrons, the device being thus capable of collimating neutron beams.
  • absorbent material cadmium or gadolinium but we preferably uses boron.
  • the radiation dose due to absorption of neutrons is reduced by a factor of 10 compared to an absorbent consisting of cadmium or gadolinium.
  • FIG 2 there is shown schematically, in section, a collimation device according to the invention, making it possible to collimate a incident radiation beam 4 and get, at the output of this collimation device, a beam collimated 6, the maximum divergence of this beam outgoing 6 being equal to 2 ⁇ .
  • the collimation device, or collimator, shown in Figure 2 includes a plurality of parallel plies 8 of yarn 10 which are made or covered with a material capable of absorbing the radiation.
  • the layers 8 are equidistant from each other and, in each layer 8, the wires 10 are round wires, parallel to each other and wires of the same rank, that is to say with the same serial number, in the layers, are in planes P parallel to each other and perpendicular to the layers 8.
  • the wires 10 are stretched individually between two plates parallel 12 which are made rigidly integral from each other for example by means of spacers 14 (placed outside the beam to be collimated 4).
  • boron wires which can be stretch between the plates 12.
  • wires of tungsten coated with boron are Alternatively, wires of tungsten coated with boron.
  • Figure 4 schematically illustrates the way of placing the wires in relation to others in a collimator according to the invention so to use a minimum number of wires.
  • the collimator shown schematically and partially, in section, in Figure 4 includes a plurality of parallel plies of round wires, such than the adjacent layers A and B.
  • the wire A3 is tangent to the plane B1 A2 which passes between wires B1 and A2 and which is tangent to these wires B1 and A2.
  • wire B3 is tangent to the plane A1 B2 which passes between wires A1 and B2 and which is tangent to these sons A1 and B2.
  • the A4 wire is tangent to the B1 A3 plane which passes between wires B1 and A3 and which is tangent to these wires B1 and A3.
  • wire B4 is tangent to the plane A1 B3 which passes between wires A1 and B3 and which is tangent to these sons A1 and B3.
  • this collimator is completed with threads of rank n, such as threads An and Bn, to obtain the maximum divergence angle 2 ⁇ initially fixed.
  • the spacing Li of the wires is a function increasing by i.
  • the present invention makes it possible to reduce greatly and in some embodiments favorite, eliminate completely, total reflection radiation.
  • the tension of the threads individually helps to define the tablecloth formed by these wires, unlike the lamellae that are used in the collimators of Soller known, lamellae which have, from the point of view mechanical, poorly determined position, in particular at the entrance and exit of this Soller collimator (you can never be sure that a slat is not distorted).
  • the wires are less sensitive than these slats with thermal variations and degradation by radiation.

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Description

La présente invention concerne un dispositif de collimation de faisceaux d'un rayonnement.
Elle s'applique notamment à la collimation de faisceaux de neutrons et de faisceaux de rayons X.
Il arrive souvent qu'on souhaite limiter la distribution angulaire d'un faisceau de rayonnement sans en perdre inutilement la luminosité.
Pour ce faire, il est connu d'utiliser un collimateur de Soller.
Un exemple d'un tel collimateur est schématiquement représenté sur la figure 1.
Il comprend une pluralité de fines lamelles parallèles 2 qui sont aptes à absorber le rayonnement incident 4 que l'on veut collimater ou qui sont couvertes d'un matériau apte à absorber ce rayonnement.
Le rapport Do/Lo de la distance entre les lamelles 2 à la longueur Lo de ces lamelles est égal à la tangente de la moitié de la divergence maximale 2 souhaitée pour le faisceau de rayonnement 6 sortant du collimateur.
Pour éviter les pertes inutiles, on utilise les lamelles les plus fines possible.
Un collimateur de Soller présente des inconvénients.
En effet, si le rayonnement à collimater arrive au dessous d'un certain angle d'incidence critique sur les lamelles, il est réfléchi (effet de réflexion totale), malgré la présence du matériau absorbant.
En conséquence, il n'est pas possible de collimater le faisceau de rayonnement incident au-dessous de cet angle critique.
De plus, une telle réflexion totale risque de contaminer (ce qui n'est pas souhaité) le faisceau de rayonnement diffusé par un échantillon (non représenté sur la figure 1) qui est éclairé par le faisceau collimaté.
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précédents.
On connaít par Space Science Reviews, n°8, 1986, pages 471 à 506, Bradt et al., un dispositif de modulation de la transmission d'un rayonnement en fonction de l'angle d'incidence de ce rayonnement.
Pour remédier aux inconvénients mentionnés plus haut, le dispositif de collimation de faisceaux d'un rayonnement objet de la présente invention est conforme aux revendication 1 - 4.
L'utilisation de fils permet de réduire de manière importante la surface qui contribue à la réflexion totale du rayonnement.
Selon le premier mode de réalisation du dispositif objet de l'invention, les fils utilisés sont ronds.
Dans ce cas, la surface qui contribue à la réflexion totale est quasiment nulle.
Dans chaque nappe, chaque fil de rang n, pour tout nombre entier n supérieur ou égal à 3, est tangent au plan qui passe entre le fil de rang n-1 de cette nappe et le fil de rang 1 d'une nappe adjacente et qui est tangent à ce fil de rang 1 et à ce fil de rang n-1, les fils de rang 1 correspondant à l'entrée du dispositif.
Ceci permet d'avoir des fils placés à des distances maximales les uns des autres et donc d'utiliser un nombre minimum, de fils, ce qui permet de réduire encore la surface contribuant à la réflexion totale.
Selon un mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention, ledit matériau est capable d'absorber les neutrons, le dispositif étant ainsi capable de collimater des faisceaux neutrons.
Dans ce cas, on peut utiliser, en tant que matériau absorbant, le cadmium ou le gadolinium mais on utilise de préférence le bore.
Avec des fils de bore et un rayonnement neutronique, la dose d'irradiation due à l'absorption des neutrons est réduite d'un facteur 10 par rapport à un absorbant constitué de cadmium ou de gadolinium.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux références aux dessins annexés sur lesquels :
  • la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un dispositif de collimation connu et a déjà été décrite,
  • la figure 2 est une vue en coupe schématique d'un mode de réalisation particulier du dispositif de collimation objet de la présente invention,
  • la figure 3 est une vue en perspective schématique d'un dispositif de collimation conforme à l'invention, et
  • la figure 4 illustre schématiquement une construction géométrique permettant de minimiser le nombre de fils d'un dispositif de collimation conforme à l'invention.
Sur la figure 2, on a représenté schématiquement, en coupe, un dispositif de collimation conforme à l'invention, permettant de collimater un faisceau de rayonnement incident 4 et d'obtenir, à la sortie de ce dispositif de collimation, un faisceau collimaté 6, la divergence maximale de ce faisceau sortant 6 étant égale à 2.
Le dispositif de collimation, ou collimateur, représenté sur la figure 2 comprend une pluralité de nappes parallèles 8 de fils 10 qui sont faits ou recouverts d'un matériau capable d'absorber le rayonnement.
Dans l'exemple représenté sur la figure 2, les nappes 8 sont équidistantes les unes des autres et, dans chaque nappe 8, les fils 10 sont des fils ronds, parallèles les uns aux autres et les fils de même rang, c'est-à-dire de même numéro d'ordre, dans les nappes, sont dans des plans P parallèles les uns aux autres et perpendiculaires aux plans des nappes 8.
On voit sur la figure 3 un collimateur conforme à l'invention en perspective.
Comme on le voit sur cette figure 3, les fils 10 sont tendus individuellement entre deux plaques parallèles 12 qui sont rendues rigidement solidaires l'une de l'autre par exemple grâce à des entretoises 14 (placées en dehors du faisceau à collimater 4).
Pour collimater un faisceau de neutrons, on utilise de préférence des fils de bore que l'on peut tendre entre les plaques 12.
En variante, on peut utiliser des fils de tungstène recouverts de bore.
Dans le cas où l'on veut collimater un faisceau de rayons X, on utilise des fils faits ou recouverts d'un matériau capable d'absorber ces rayons X, de préférence des fils de tungstène.
La figure 4 illustre schématiquement la manière de placer les fils les uns par rapport aux autres dans un collimateur conforme à l'invention afin d'utiliser un nombre minimum de fils.
Le collimateur représenté schématiquement et partiellement, en coupe, sur la figure 4 comprend une pluralité de nappes parallèles de fils ronds, telles que les nappes adjacentes A et B.
Ayant choisi la divergence maximale 2 que l'on veut obtenir avec ce collimateur de la figure 4, on choisit la distance D12 entre les deux premiers fils A1 et A2 de la nappe A (qui est égale à la distance entre les deux premiers fils B1 et B2 de la nappe B).
On détermine ensuite la position du troisième fil A3 de la nappe A et la position du troisième fil B3 de la nappe B de la façon indiquée ci-après.
Le fil A3 est tangent au plan B1 A2 qui passe entre les fils B1 et A2 et qui est tangent à ces fils B1 et A2.
De même, le fil B3 est tangent au plan A1 B2 qui passe entre les fils A1 et B2 et qui est tangent à ces fils A1 et B2.
On détermine ensuite la position des fils A4 et B4 de la façon suivante.
La fil A4 est tangent au plan B1 A3 qui passe entre les fils B1 et A3 et qui est tangent à ces fils B1 et A3.
De même, le fil B4 est tangent au plan A1 B3 qui passe entre les fils A1 et B3 et qui est tangent à ces fils A1 et B3.
On construit ainsi de proche en proche le collimateur de la figure 4.
La construction de ce collimateur est achevée avec les fils de rang n, tels que les fils An et Bn, permettant d'obtenir l'angle de divergence maximale 2 initialement fixé.
La distance Li entre les fils Ai et Ai+1 (égale à la distance entre les fils Bi et Bi+1) est fonction du diamètre d des fils et de la divergence angulaire locale 2xi du faisceau de rayonnement au niveau des fils de rang i (sur la figure 4 on a représenté les paramètres L4 et 2x4 qui sont relatifs aux fils de rang i=4).
La distance Li (distance maximale entre les fils Ai et Ai+1) est telle que : Li = d/tgi.
Comme i diminue lorsque i augmente, c'est-à-dire au fur et à mesure que le rayonnement se propage dans le collimateur (en d'autres termes, au fur et à mesure qu'on s'éloigne de l'entrée E de ce collimateur), l'espacement Li des fils est une fonction croissante de i.
La construction expliquée ci-dessus permet ainsi de réaliser un collimateur conforme à l'invention avec un nombre minimum de fils.
A titre purement indicatif et nullement limitatif, pour réaliser un collimateur conforme à l'invention permettant de collimater un faisceau de neutrons et d'obtenir à la sortie de ce collimateur un faisceau de divergence angulaire maximale égale à 0,5°, on utilise les paramètres suivants :
  • fils de bore de diamètre 0,1 mm
  • longueur du collimateur : 250 mm
  • distance entre deux nappes adjacentes : 2,2 mm
    • La présente invention permet de réduire grandement et, dans certains modes de réalisation préférés, d'éliminer complètement, la réflexion totale du rayonnement.
    De plus, le fait de tendre les fils individuellement permet de bien définir la nappe constituée par ces fils, contrairement aux lamelles tendues qui sont utilisées dans les collimateurs de Soller connus, lamelles qui ont, du point de vue mécanique, une position mal déterminée, en particulier à l'entrée et à la sortie de ce collimateur de Soller (on n'est jamais sûr qu'une lamelle ne soit pas déformée).
    De plus, les fils sont moins sensibles que ces lamelles aux variations thermiques et à la dégradation par le rayonnement.

    Claims (4)

    1. Dispositif de collimation de faisceaux divergents d'un rayonnement, ce dispositif comprenant une pluralité de nappes parallèles (8; A, B) de fils (10; A1 ...An, B1 ... Bn) qui sont ronds et sont faits ou recouverts d'un matériau capable d'absorber le rayonnement caractérisé en ce que dans chaque nappe (8; A, B), chaque fil de rang n, pour tout nombre entier n supérieur ou égal à 3, est tangent au plan qui passe entre le fil de rang n-1 de cette nappe et le fil de rang 1 d'une nappe adjacente et qui est tangent à ce fil de rang 1 et à ce fil de rang n-1, les fils de rang 1 correspondant à l'entrée du dispositif de manière à collimater un faisceau de rayonnement se propageant suivant une direction sensiblement parallèle aux nappes.
    2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau est capable d'absorber les neutrons, le dispositif étant ainsi capable de collimater des faisceaux de neutrons.
    3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit matériau est le bore.
    4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les fils sont tendus individuellement entre deux plaques parallèles (12) qui sont rendues rigidement solidaires l'une de l'autre.
    EP93402997A 1992-12-14 1993-12-13 Dispositif de collimation d'un faisceau de rayonnement Expired - Lifetime EP0603043B1 (fr)

    Applications Claiming Priority (2)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    FR9215028A FR2699319B1 (fr) 1992-12-14 1992-12-14 Dispositif de collimation de faisceaux d'un rayonnement.
    FR9215028 1992-12-14

    Publications (2)

    Publication Number Publication Date
    EP0603043A1 EP0603043A1 (fr) 1994-06-22
    EP0603043B1 true EP0603043B1 (fr) 1998-05-06

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    US (1) US5468970A (fr)
    EP (1) EP0603043B1 (fr)
    DE (1) DE69318381T2 (fr)
    FR (1) FR2699319B1 (fr)

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    FR2699319A1 (fr) 1994-06-17
    EP0603043A1 (fr) 1994-06-22
    US5468970A (en) 1995-11-21
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