FR2727525A1 - Detecteur de rayonnements ionisants a microcompteurs proportionnels - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un détecteur de rayonnements ionisants comportant une enceinte (1) remplie d'un gaz rare, à l'intérieur de laquelle est disposé un compteur proportionnel (2) délimitant, entre lui-même et une paroi supérieure de l'enceinte, une zone d'absorption (A) dans laquelle sont ionisés les rayonnements. Ce compteur proportionnel comporte au moins une anode (6) et au moins une cathode (5), parallèles l'une à l'autre et séparées par une couche de matériau isolant (7), la cathode ainsi que la couche de matériau isolant comprenant au moins une percée (8) dans laquelle règne un champ électrique sensiblement uniforme et qui constitue une zone de multiplication des électrons issus de l'ionisation des rayonnements. Application à l'imagerie médicale, la biologie, la cristallographie et la physique des particules.

Description

DETECTEUR DE RAYoNNEMENTS IONISANTS
A MICRCCCFETEURS PROPORTIORNELS
DESCRIPTION
Domaine technique
La présente invention a pour objet un détecteur à gaz permettant de détecter des rayonnements ionisants tels que des rayonnements a, ss, y, ou encore des rayonnements x ou ultra violets à partir d'une multitude de microcompteurs proportionnels assemblés pour former un compteur proportionnel.

Un tel détecteur trouve de nombreuses applications dans les domaines de l'imagerie médicale, de la biologie, de la physique des particules, ou encore de la cristallographie, et dans de nombreux domaines nécessitant des contrôles non destructifs.

Etat de la technique
Le détecteur de l'invention est du type de ceux dans lesquels des électrons primaires issus de l'ionisation de rayonnements par le gaz sont multipliés sous l'effet d'un champ électrique de forte intensité locale, dans un gaz.

Plusieurs types de ces détecteurs à gaz sont actuellement connus et utilisés par l'homme du métier.

Le plus connu de ces détecteurs est le détecteur à plaques parallèles. Il comporte un compteur réalisé au moyen de deux grilles parallèles distantes 1'une de 1'autre de quelques millimètres et entre lesquelles se fait la multiplication des électrons.

Cette zone située entre les deux grilles parallèles est appelée "zone de multiplication". La zone de multiplication d'un tel détecteur se présente donc sous la forme d'un volume unique délimité par les deux grilles. Du fait même qu'il constitue un volume unique d'une taille relativement importante, un tel compteur présente l'inconvénient d'être très sensible au claquage. En outre, les compteurs de ces détecteurs à plaques parallèles ne peuvent avoir qu'une résolution spatiale limitée et, du fait de l'épaisseur plaque/grille, ils ne peuvent être arrangés de façon à constituer des détecteurs de formes variées.

Un autre type de détecteur à gaz est le détecteur à fils. Celui-ci comporte une pluralité de fils équidistants, tendus dans un plan. De part et d'autre de ce plan, sont placées deux grilles tendues formant des cathodes La multiplication des électrons se fait à proximité des fils puisqu'il règne, à cet endroit, un champ électrique élevé. Cependant, la zone de multiplication d'un tel détecteur ne peut être isotrope ; en outre, elle ne permet pas au détecteur d'avoir des formes variées.

Un autre type de détecteur à gaz, plus récent, est le détecteur à microbandes. Dans ce détecteur à microbandes, le compteur consiste en des électrodes coplanaires gravées sur un support isolant.

Un tel détecteur à microbandes est décrit dans le brevet français FR-A-2 602 058. L'inconvénient majeur de ce détecteur est son gain relativement peu élevé qui est limité sensiblement à 5 000 puisqu'il ne permet pas de superposer plusieurs compteurs. En outre, tout comme les compteurs des détecteurs à plaques parallèles décrits précédemment, les compteurs de ces détecteurs à microbandes présentent des zones de multiplication anistropes, localisées sur de pistes très fines (environ 10 um), ce qui les rend très sensibles au claquage. Ces détecteurs présentent de plus l'inconvénient d'être relativement fragiles.

Exposé de l'invention
La présente invention a justement pour but de remédier aux inconvénients des différents détecteurs décrits précédemment. A cette fin, elle propose un détecteur à gaz comportant un compteur constitué d'une pluralité de microcompteurs proportionnels indépendants.

De façon plus précise, l'invention concerne un détecteur de rayonnements ionisants comportant une enceinte remplie d'un mélange gazeux pouvant comporter, par exemple un gaz rare, à l'intérieur de laquelle est disposé un compteur proportionnel qui délimite, entre lui-même et la paroi supérieure de l'enceinte, une zone dans laquelle se produit l'ionisation du gaz par absorption des rayonnements. Ce compteur proportionnel comporte, en outre, au moins une électrode inférieure et au moins une électrode supérieure, parallèles l'une avec l'autre, séparées l'une de l'autre par une couche de matériau isolant et portées à des potentiels différents.L'électrode supérieure, ainsi que la couche de matériau isolant comprennent au moins une percée dans laquelle règne un champ électrique sensiblement uniforme et constituant une zone de multiplication des électrons issus de l'ionisation des rayonnements.

Chaque portion du compteur comprenant une partie d'électrode supérieure et une partie de couche isolante percées ainsi qu'une partie d'électrode inférieure constitue un microcompteur indépendant, appelé aussi cellule élémentaire.

Avantageusement, l'électrode inférieure est une anode et l'électrode supérieure est une cathode.

Conformément à l'invention, le matériau isolant est un matériau rigide qui peut être soit photosensible, ce qui permet de faciliter la fabrication du détecteur, soit fortement résistif (avec une résistivité de l'ordre de 109 à 1013 fl.cm), soit fluorescent, ce qui permet de transformer les rayonnements W issus de la multiplication en rayonnements visibles.

Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le compteur proportionnel comporte une pluralité d'électrodes supérieures disposées les unes au-dessus des autres, dans un plan parallèle à l'électrode inférieure et séparées les unes des autres par une couche de matériau isolant, les percées de chaque électrode supérieure étant alignées avec les percées des couches de matériau isolant.

Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le compteur proportionnel comporte
- une pluralité d'électrodes supérieures disposées dans un même premier plan, avec une méme première direction et connectées entre elles ; et
- une pluralité d'électrodes inférieures disposées dans un même second plan, parallèle au premier plan, selon une même seconde direction et connectées entre elles.

Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, le compteur proportionnel a une forme globalement cylindrique, les électrodes inférieure et supérieure formant un cylindre ouvert traversé longitudinalement par un fil électrique d'amenée de potentiel.

Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, l'électrode supérieure et l'électrode inférieure sont indépendantes et reliées chacune à une entrée d'un circuit électronique de traitements, pour former un détecteur pixels.

Brève description des dessins
- La figure lA représente une vue en perspective d'un détecteur de l'invention comportant un compteur proportionnel réalisé selon un premier mode de réalisation ;
- la figure lB représente une vue de face d'une bande de microcompteurs conforme au mode de réalisation de la figure 1A ;
- la figure 2A représente une vue de face d'une bande de microcompteurs selon un second mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 2B représente une vue en perspective d'un compteur réalisé avec plusieurs bandes de microcompteurs de la figure 2A ;
- les figures 3A et 3B représentant, en coupe, deux microcompteurs dont les évidements sont, respectivement, conique et concave
- la figure 4 représente une vue de face d'un ensemble de microcompteurs dans lequel plusieurs cathodes sont superposées ; ;
- la figure 5 représente une vue de face d'un compteur dans lequel plusieurs bandes de microcompteurs sont superposées ;
- la figure 6 représente une plaque de microcompteurs sur laquelle chaque micrompteur est relié par son anode à une circuiterie externe ;
- la figure 7 représente un exemple d'agencement de plusieurs bandes de microcompteurs proportionnels ;
- la figure 8 représente un exemple de compteur proportionnel cylindrique ; et
- la figure 9 montre un spectre représentatif de la résolution de mesure d'une l'énergie de 6 Kev provenant d'une source de Fe55, par un détecteur à gaz conforme à l'invention.

Exposé détaillé de modes de réalisation
Sur la figure lA, on a représenté schématiquement un détecteur à gaz conforme à l'invention. Ce détecteur comporte une enceinte 1 représentée en traits mixtes sur la figure. Cette enceinte l est remplie d'un mélange gazeux qui comporte généralement un gaz rare (tel que l'argon, le krypton, le xénon, etc.) et qui est soumis à une pression choisie. Ce mélange gazeux assure l'absorption des rayonnements reçus par le détecteur. Ces rayonnements sont donc ionisés par le gaz dans une zone appelée "zone d'absorption", dans laquelle règne un champ électrique faible et uniforme. Cette ionisation des rayonnements crée des charges électriques que l'on cherche à multiplier, grâce au compteur proportionnel 2.

Ce compteur proportionnel 2 comporte une multitude de microcompteurs (appelés aussi "cellules élémentaires") référencés 4. Chacun de ces microcompteurs 4 est réalisé au moyen de deux électrodes situées dans des plans différents et portées à des potentiels différents de façon à créer un champ électrique qui attire les charges électriques provenant de l'ionisation des rayonnements dans le gaz.

Comme on le voit sur cette figure lA, les microcompteurs sont arrangés selon des bandes 3 de microcompteurs.

Sur cette figure lA, ainsi que sur les figures qui seront décrites ultérieurement, on a représenté les microcompteurs agencés en bandes (ou rangées). Cependant, on comprendra que ces microcompteurs peuvent être arrangés selon toutes sortes de géométries (par exemple, en carrés), mais qu'ils peuvent aussi être indépendants. Ce choix de représentation en "bande" a simplement pour but de faciliter la compréhension des figures annexées.

En se référant à la figure lA, chaque bande 3 de microcompteur comprend une électrode supérieure 5, à savoir une cathode, une électrode inférieure 6, à savoir une anode, et une couche de matériau isolant 7 située entre les deux électrodes 5 et 6. La cathode 5 et la couche isolante 7 sont trouées par des percées 8 débouchant sur l'anode 6. Chaque percée 8 constitue une zone de multiplication. Ainsi chaque microcompteur comporte une portion de cathode 5, une portion de couche isolante 7, une portion d'anode 6 et une zone de multiplication 8.

Bien que chaque bande 3 peut comporter plusieurs percées 8, chaque microcompteur 4 est indépendant puisqu'il possède sa propre zone de multiplication.

On comprendra donc qu'un compteur 2 de l'invention peut comporter une multitude de zones de multiplication, ce qui limite grandement les risques de claquage.

Sur cette figure lA, on a représenté wun écorché" du compteur 2 qui permet de voir deux percées 8 appartenant aux bandes 3 de microcompteurs et débouchant sur les anodes 6 respectives.

La figure lB montre de façon plus précise une bande 3 de microcompteurs. Comme expliqué précédemment, cette bande 3 comporte une électrode supérieure 5 et une électrode inférieure 6. L'électrode supérieure 5 est une cathode et l'électrode inférieure 6 est une anode. La cathode 5 et l'anode 6 sont séparées l'une de l'autre par une couche 7 d'un matériau isolant.

Selon un mode de réalisation, ce matériau isolant est également photosensible, ce qui permet de faciliter la fabrication du détecteur.

Selon un autre mode de réalisation, le matériau isolant est également fortement résistif.

Selon encore un autre mode de réalisation, le matériau isolant est fluorescent de façon à transformer les rayonnements W dus à la multiplication en rayonnements visibles pouvant, par exemple, être comptabilisés.

La cathode 5, ainsi que la couche isolante 7 sont percées de trous 8 à l'intérieur desquels règne un champ électrique, ce qui crée des zones de multiplication. Dans ces zones de multiplication 8, le champ électrique est intense et quasiment uniforme.

C'est donc naturellement vers ces zones de multiplication que se dirigent les charges électriques créées par l'ionisation des rayonnements dans la zone d'absorption.

Du point de vue électrique, si le potentiel de la fenêtre d'entrée du détecteur (c'est-à-dire l'enceinte) est de zéro volt, la cathode peut être portée à quelques centaines de volts, de façon à attirer les charges primaires et l'anode portée à une tension encore plus élevée, de façon à assurer la multiplication de ces charges primaires.

En outre, pour certaines applications, il est possible d'utiliser comme matériau isolant, dans chaque bande de microcompteurs un substrat, tel que de la céramique afin d'assurer une meilleure solidité du compteur.

Sur la figure 2A, on a représenté, en coupe, des microcompteurs 4 réalisés selon un mode de réalisation différent de celui montré sur la figure lB.

Dans ce mode de réalisation, les cathodes et les anodes sont disposées selon deux directions perpendiculaires : les cathodes 5 sont disposées en lignes et les anodes 6 sont disposées en rangées.

Chaque percée 8 débouche sur une anode 6, comme dans le mode de réalisation précédent.

Sur la figure 2B, on a représenté un compteur proportionnel 2 réalisé au moyen d'une multitude de bandes 3 de microcompteurs du type de celle représentée sur la figure 2A. En d'autres termes, le compteur proportionnel 2, représenté sur cette figure 2B, comporte une pluralité de cathodes 5 arrangées en lignes et une pluralité d'anodes 6 arrangées en colonnes. Tout comme sur les figures précédentes, les cathodes 5 sont séparées des anodes 6 par une couche 7 de matériau isolant, rigide et photosensible. Les cathodes 5 ainsi que la couche de matériau isolant 7 sont trouées par des percées 8, qui débouchent sur les anodes 6, comme montré sur la figure 2B.

Un tel agencement des électrodes 5 et 6 permet de réaliser le codage d'évènements dans deux directions. Il peut donc être, par exemple, utilisé en imagerie.

Comme pour tous les compteurs proportionnels montrés sur les figures précédentes, les percées 8 des microcompteurs 4 ont été présentées sur cette figure 2B comme des trous de section ronde.

Cependant, on comprendra facilement que tous ces microcompteurs peuvent comporter des percées 8 (ou évidemments) de formes différentes. Par exemple, ces évidemments peuvent être des fentes, parallèles ou nonparallèles les unes aux autres ; ils peuvent être coniques, cylindriques, etc., et de taille variable.

Sur les figures 3A et 3B, on a représenté deux exemples de ces évidements. Sur la figure 3A, l'évidement 8 a une forme conique qui présente l'avantage d'éviter que les ions issus de la multiplication n'adhèrent à la paroi 8' de l'évidement, c'est-à-dire au matériau 7. Sur la figure 3B, l'évidement 8 du microcompteur a une paroi 8' concave dont l'avantage est similaire à celui de l'évidement de la figure 3A.

Néanmoins, quelle que soit la forme de ces évidements, le rapport entre la partie pleine d'un microcompteur et la partie évidée de ce microcompteur est typiquement choisi entre 1 et 10.

Selon le mode de réalisation préféré de l'invention (voir figures lA à 2B), les évidements sont des trous circulaires dont le rapport entre la profondeur du trou et la largeur du trou varie généralement entre 3 et 1/2.

Avec des percées 8 de tailles et de formes appropriées, la lumière émise durant la multiplication peut être recueillie pour former des images ou pour effectuer du comptage ou encore pour obtenir un signal de synchronisation signalant l'événement (à savoir l'avalanche des ions).

Sur la figure 4, on a représenté une bande 3 de microcompteurs réalisée selon un mode de réalisation différent de ceux décrits précédemment.

Selon ce mode de réalisation, la bande 3 comporte deux cathodes 5a et 5b et deux couches 7a et 7b de matériaux isolants photosensibles : la couche isolante 7a est disposée entre les cathodes 5a et 5b, et la couche isolante 7b est disposée entre la cathode 5b et l'anode commune 6. Dans cet exemple, les percées 8 sont réalisées dans toute l'épaisseur constituée des cathodes et des couches isolantes.

Un tel assemblage à plusieurs étages de cathodes permet d'augmenter la hauteur des percées 8 et, par conséquent, le volume de la zone de multiplication. Le pouvoir de multiplication de cette zone se trouve ainsi augmenté et la collecte des ions créés durant la multiplication se trouve facilitée et augmentée.

Sur la figure 5, on a représenté une vue de face d'un compteur à plusieurs étages réalisé au moyen de plusieurs plaques 3a, 3b, de microcompteurs superposées les unes au-dessus des autres. Dans cet exemple, les microcompteurs sont agencés sous forme de bandes sensiblement du type de celle représentée sur la figure lB. Chaque plaque peut être soit posée directement sur la plaque inférieure soit séparée de sa plaque voisine par du gaz identique à celui règnant dans la zone d'activation (comme c'est le cas dans cette figure) ou par une couche isolante. En outre, l'anode 6a, 6b de chacune des plaques 3a, 3b comporte une percée 8a, 8b alignée avec les percées des cathodes
Sa, 5b et des couches isolantes 7a, 7b et débouchant sur une anode supplémentaire 6c.

Dans ce mode de réalisation, des anodes supplémentaires 6c sont nécessaires pour assurer la création du champ électrique sur toute la hauteur des percées et se placent sous le dégagement réalisé par les percées 8a et 8b.

L'ensemble de ces plaques 3a, 3b et des anodes supplémentaires 6c est déposé sur un substrat rigide 10.

Le champ électrique régnant dans ces percées est quasiment uniforme dans toute la hauteur des percées. Ainsi, bien que chaque espace cathode/anode d'une plaque 3 possède un pouvoir de multiplication plus faible qu'une zone de multiplication du compteur de la figure 2A, la superposition de plusieurs espaces cathode/anode permet d'obtenir un gain qui est plus élevé que dans une zone de multiplication simple (comme celles montrées sur la figure 2A). Cette configuration en "sandwich" permet de réduire de façon importante le champ électrique dans l'isolant ; il permet de plus aux cathodes supplémentaires de collecter une partie des ions provenant de la multiplication. Le taux de comptage du détecteur se trouve ainsi grandement augmenté.

On précise que les écarts e et e' entre les bandes 3a et 3b et entre la plaque 3b et l'anode supplémentaire 6c peuvent être variables selon les résultats souhaités.

Comme expliqué précédemment, chaque microcompteur 4 comporte sa propre zone de multiplication 8. Ceci signifie que chaque microcompteur est indépendant. Néanmoins, dans certains applications les microcompteurs 4 peuvent être reliés entre eux, soit par l'intermédiaire de leur cathode, soit par l'intermédiaire de leur anode.

De plus, il est possible de collecter des signaux électriques sur les électrodes à partir du dessus ou du dessous de la zone de multiplication 8, c'est-à-dire à partir de la cathode 5 ou de l'anode 6, ce qui permet de faciliter les connexions.

Sur la figure 6, on a représenté une plaque 3 de microcompteurs dont les microcompteurs 4 sont reliés par leurs anodes 6 à une circuiterie extérieure.

Plus précisément, la plaque 3 est collée sur un support 13 portant les anodes 6 des microcompteurs 4. Chaque anode 6 est reliée au moyen de pistes Pi, P2, de contact jusqu'au circuit extérieur, par exemple, jusqu'à un amplificateur 15 disposé lui-même sur un support 17. Selon cet exemple, les pistes Pi et P2 traversent le support 13. En outre, comme montré sur cette figure 6, une source de tension 19 est connectée à la plaque 3 par la cathode 5.

Selon un autre exemple dans lequel les anodes 6 ne sont pas connectées entre elles, chacune d'entre elles peut être reliée directement à un amplificateur distinct. Chaque microcompteur peut alors être considéré comme le pixel d'un détecteur linéaire ou bidimensionnel.

On comprendra donc que les interconnexions entre les anodes des microcompteurs et les circuits extérieurs peuvent se faire aisément au moyen d'un circuit multicouches, par exemple, en céramique et selon des techniques connu de l'homme de l'art.

L'invention a ainsi l'avantage de faciliter la connectique par le fait que celle-ci peut se faire soit du côté cathode, soit du côté anode, soit encore au dos du détecteur. De plus, les pistes de liaison entre les microcompteurs et les amplitificateurs peuvent être gravées ou sérigraphiées lors de la fabrication du compteur proportionnel, de façon à faciliter encore la connectique.

Ainsi réalisé, chaque microcompteur permet de donner un signal électrique, fonction de la quantité d'électrons reçus. Ce signal électrique est exploitable pour la mesure de l'énergie et pour la mesure de la position de l'impact. De façon plus précise, le positionnement de l'impact du rayon (ou localisation spatiale) peut être obtenu directement en identifiant le microcompteur touché, dans le cas où la zone d'absorption est faible. Dans le cas contraire, les électrons provenant de l'ionisation se trouvent diffusés sur au moins une partie du compteur proportionnel. On peut alors procéder à la recherche du centroïde, c'est-à-dire du microcompteur qui a reçu la plus grande part des électrons diffusés.Pour rechercher un tel centroïde parmi les microcompteurs touchés, on peut utiliser soit une méthode logique connue qui consiste à numériser le signal dérivé par les microcompteurs touchés puis à calculer le centroïde correspondant, soit par une méthode analogique en prélevant les signaux électriques sur des lignes à retard de type R.C, L.C ou R. Quel que soit le procédé choisi pour déterminer la localisation des évènements, il faut effectuer un traitement des signaux issus de la cathode, des signaux issus de l'anode et, pour certains modes de réalisation utilisant une anode supplémentaire, les signaux provenant de cette anode supplémentaire.

Sur la figure 7, on a représenté un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel plusieurs bandes 3a, 3b, 3c, 3d, 3e de microcompteurs sont agencées pour former une suite de U et de U inversés. Ces bandes sont du type de celles montrées sur la figure lB. Cet agencement particulier permet de réaliser une ligne de retard telle qu'on peut en utiliser pour effectuer la localisation des évènements.

Selon ce mode de réalisation, les différentes cathodes 5a-5e sont juxtaposées perpendiculairement les unes aux autres. A chacune de ces cathodes 5a-Se correspond une anode 6a-6e séparée de sa cathode correspondante Sa-Se, par une couche de matériau isolant 7a-7e.

Sur la figure 8, on a représenté encore un autre mode de réalisation d'un compteur proportionnel selon l'invention. Contrairement aux compteurs linéaires décrits dans les modes de réalisation précédents, ce compteur proportionnel 2 est cylindrique. Un tel compteur cylindrique peut être utilisé, par exemple, en cristallographie.

Comme on le voit sur cette figure 6, ce compteur 2 a une forme de cylindre ouvert dont l'ouverture 12 assure l'introduction des rayonnements a l'intérieur du cylindre. Ce compteur 2 comporte donc un plan de cathodes 5 formant la paroi intérieure du cylindre et un plan d'anode 6 formant la paroi extérieure du cylindre. L'anode 6 et la cathode 5 sont séparées par une couche 7 de matériau isolant et photosensible. Ce cylindre ayant été représenté en coupe, on voit sur la section dudit cylindre des percées 8. De telles percées 8 sont réparties ainsi sur toute la longueur du cylindre ; elles sont représentées en pointillés, puisque recouvertes par l'anode 6.

Comme on le voit sur la figure 8, un fil élecrique 9 traverse longitudinalement le cylindre, ce fil électrique permettant d'apporter un certain potentiel à l'intérieur du cylindre. Par exemple, on pourrait porter la cathode 5 à un potentiel zéro, l'anode 6 à un potentiel de +1000 volts et le fil électrique 9 à un potentiel de -200 volts.

Chaque ensemble de microcompteurs est donc réalisée au moyen d'une feuille de matériau isolant recouverte sur chacune de ses faces d'un matériau conducteur. Selon les modes de réalisation, l'isolant peut être du verre ou bien du verre photosensible ou encore toute autre matière plastique ayant une rigidité diélectrique suffisante.

Pour réaliser, sur une plaque, chacun des microcompteurs, il faut percer la feuille composite (feuille isolante recouverte de part et d'autre d'une couche conductrice) de trous borgnes. Pour cela, différentes techniques connues peuvent être utilisées
- une des méthodes consiste à exécuter des réserves dans la cathode par photogravure, puis à la creuser, par exemple par attaque chimique. La cathode sert alors de masque autosupporté. Le percement de la feuille isolante s'effectue soit par photogravure UV, soit par lithographie profonde X ou encore par attaque chimique, usinage laser, attaque ionique, etc. selon la nature de cette feuille isolante ;
- une autre méthode consiste à percer des trous borgnes directement en utilisant un laser capable de transpercer la cathode et l'isolant sans pour autant transpercer l'anode.Pour cela, l'anode sera choisie plus épaisse que la cathode, ou bien dans un matériau de nature appropriée.

Pour certains modes de réalisation, tels que celui montré sur la figure 5, il faut effectuer un perçage de trous débouchants, c'est-à-dire des trous traversant de part en part la feuille composite. Pour cela, on peut utiliser soit un perçage mécanique, soit un perçage à laser de façon beaucoup plus simple que pour le perçage de trous borgnes.

Ces technologies permettent de réaliser des compteurs pour un coût relativement peu élevé. Ces compteurs peuvent être de grandes dimensions en juxtaposant plusieurs compteurs identiques.

Un autre avantage encore de l'invention est que, puisque le compteur est principalement formé de la zone de multiplication, il peut être très mince, c'est-à-dire de l'ordre de quelques dizaines de microns. On peut ainsi obtenir un compteur proportionnel à peine plus épais qu'une feuille de papier. Ceci permet, comme on le comprendra aisément, de construire des détecteurs de formes très variées, par exemple cylindriques, comme montré sur la figure 6.

Pour de telles géométries cylindriques, sphériques, etc. la parallaxe créée généralement dans une zone d'absorption est éliminée, ce qui permet d'avoir une zone d'absorption épaisse (de l'ordre de cent millimètres).

En outre, les zones multiplicatrices ont une géométrie telle qu'elle assure l'inexistence de claquage entre les électrodes, même aux extrémités des plaques, puisque les électrodes, cathodes et anodes ne sont pas dans le même plan. De plus, les anodes étant de forme simple et robuste, elles ne sont pas sujettes à une détérioration sous l'effet de claquage éventuel ou du bombardement électronique et ionique qu'elles subissent.

Tous les types de compteurs proportionnels décrits sur les figures 1A à 8 peuvent être utilisés dans des détecteurs à gaz pour déterminer différents types de rayonnements. Par exemple, pour des détecteurs de rayons X utilisés en cristallographie, on peut utiliser des compteurs proportionnels circulaires, linéaires ou sphériques permettant de très forts taux de comptage. Dans ce cas, les compteurs sont placés sur des goniomètres, devant des sources X ou devant des sources de rayonnement synchrotron.

Ces détecteurs possédant une bonne résolution en énergie et un gain important, ils permettent d'obtenir une très bonne résolution spatiale tout en simplifiant la connectique puisque les plans d'anodes ou de cathodes peuvent comporter, par sérigraphie, tous les cheminements électriques nécessaires vers des circuits extérieurs.

Sur la figure 9, on a représenté un spectre montrant la résolution des mesures de l'énergie, pour une énergie de six milles électrons volts, dans un mélange argon/C02 sous pression atmosphérique.

Pour les modes de réalisation décrits précédemment, on obtient une résolution en énergie d'environ 20% qui montre que le compteur fonctionne effectivement en régime proportionnel.

Pour les types de compteurs décrits précédemment, le gain de multiplication obtenu peut se situer aux alentours de 20 000, ce qui assure un traitement tout à fait correct des signaux électriques.

Par exemple, pour un compteur dont les cellules de multiplication indépendantes sont séparées d'un pas d'environ 300 pm, la résolution spatiale est de l'ordre de 50 um. Un tel compteur proportionnel permet avantageusement de supporter des taux de comptage élevés par microcompteur ; ce taux peut être d'environ 100 000 événements par seconde.

De plus, les compteurs selon l'invention pouvant avoir une grande densité de microcompteurs, cela permet de travailler avec des flux très élevés.

En outre, pour des compteurs dans lequel chaque microcompteur est indépendant, il est possible d'obtenir un signal encore plus élevé, pour permettre la détection de flux faibles, en faisant fonctionner les compteurs en régime Geiger.

Quelques autres avantages de l'invention sont que les détecteurs ainsi construits sont compacts et légers avec des coûts de fabrication relativement faibles par rapport aux détecteurs réalisés selon d'autres technologies, ce qui permet d'accroltre considérablement leur champ d'utilisation.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Détecteur de rayonnements ionisants comportant une enceinte (1) remplie d'un gaz, à l'intérieur de laquelle est disposé un compteur proportionnel (2) délimitant, entre lui-même et une paroi supérieure de l'enceinte, une zone d'absorption (A) dans laquelle le gaz est ionisé par les rayonnements, caractérisé en ce que le compteur proportionnel comporte au moins une électrode inférieure (6) et au moins une électrode supérieure (5), parallèles l'une à l'autre et séparées par une couche de matériau isolant (7), l'électrode supérieure ainsi que la couche de matériau isolant comprenant au moins une percée (8) dans laquelle règne un champ électrique sensiblement uniforme et qui constitue une zone de multiplication des électrons issus de l'ionisation des rayonnements.

2. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode inférieure est une anode et l'électrode supérieure est une cathode.

3. Détecteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche de matériau isolant est rigide.

4. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couche de matériau isolant est soit photosensible, soit fortement résistif, soit fluorescent.

5. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le compteur proportionnel comporte une pluralité d'électrodes supérieures disposées les unes sur les autres, parallèlement à l'électrode inférieure et séparées les unes des autres par une couche de matériau isolant, les percées de chaque électrode supérieure étant alignées avec les percées des couches de matériau juxtaposant ladite électrode supérieure.

6. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le compteur proportionnel comporte

- une pluralité d'électrodes supérieures disposées dans un même premier plan, avec une même première direction et connectées entre elles ; et

- une pluralité d'électrodes inférieures disposées dans un même second plan, parallèle au premier plan, avec une même seconde direction, et connectées entre elles.

7. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le compteur proportionnel a une forme globalement cylindrique, les électrodes inférieure et supérieure formant un cylindre ouvert, traversé longitudinalement par un fil électrique d'amenée de potentiel.

8. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'électrode supérieure et l'électrode inférieure sont indépendantes et reliées chacune à une entrée d'un circuit électronique de traitements.