FR2837000A1 - Detecteurs de radiations et dispositifs d'imagerie autoradiographique comprenant de tels detecteurs - Google Patents

Abstract

Détecteur de radiations comprenant une ou plusieurs structure (s) amplificatrice (s) (7) comprenant chacune une électrode d'entrée (8) et une grille de sortie (9), maintenues séparées par une entretoise (11) isolante. Chaque entretoise (11) définit des espaces d'amplification (22) pour générer des électrons par avalanche. Les dimensions de ces espaces d'amplification (22) sont décorrélées de celles des mailles de la grille de sortie (9).

Description

dans laquelle se trouve le contact.

i Detecteurs de radiations et dispositifs d'imagerie autoradiographique comprenant de tels detecteurs La presente invention est relative aux detecteurs de radiations et aux dispositifs d'imagerie autoradiographique

comprenant de tels detecteurs.

Plus particulierement, l' invention concerne un detecteur de radiations ionisantes comprenant: - une enceinte contenant un milieu adapte pour generer des electrons sous l'effet de radiations, - un espace de conversion dans loquel les radiations generent des electrons, cet espace de conversion comportant une cathode par laquelle penetrent les radiations a detecter, - une anode pour generer des signaux en fonction d'un courant genere par le deplacement de charges au voisinage de cette anode, ces charges correspondent a des electrons et des ions dont les radiations vent directement ou indirectement a l'origine, - des moyens de polarisation generant un champ electrique adapte pour entralner des electrons dans la direction allant de la cathode vers l' anode, - au moins une structure amplificatrice, situee entre la cathode et ['anode, chaque structure amplificatrice comprenant une electrode d' entree et une electrode de sortie, maintenues separees par une entretoise isolante comportant au moins un espace d' amplification des electrons dans lequel des electrons vent generes par avalanche a partir des electrons generes par les radiations, chaque espace d'amplification presentant des dimensions laterales, dans un plan perpendiculaire au champ electrique, superieures a la distance separant les electrodes d' entree et de sortie, et chaque espace d'amplification debouchant - sur au moins une ouverture de lt electrode de sortie, pour laisser passer au moins une partie des electrons generes par avalanche. La presente invention a notamment pour but d'optimiser la resolution spatiale et/ou le gain de ce type de detecteur tout en conservant une bonne stabilite de fonctionnement. A cet effet, selon l' invention, un detecteur du genre en question est caracterise par le fait que les dimensions laterales de chaque espace d' amplification vent superieures aux dimensions, dans un plan perpendiculaire au champ electrique, de chaque ouverture de lt electrode de

sortie sur laquelle debouche cet espace d'amplification.

Grace a ces dispositions, les zones mortes dues a la

presence de l'entretoise isolante vent fortement reduites.

Par consequent, le champ est beaucoup plus uniforme dans chaque espace d'amplification et au voisinage de l'espace de conversion. Ainsi, les detecteurs selon l' invention ont une meilleure resolution spatiale et un gain plus eleve que les detecteurs de l'art anterieur, et conservent neanmoins une excellente stabilite de fonctionnement. Cette stabilite est possible meme avec des electrodes d' entree et de sortie constituees de grilles tres minces, de l'ordre de quelques microns seulement. L' exploitation des proprietes electriques des grilles minces contribue meme a cette stabilite. Grace a cette stabilite, il est possible d'avoir une amplification importante, pouvant atteindre un facteur cent mille, ce qui facilite la detection et la localisation des radiations penetrant dans ce detecteur. Grace a cette stabilite, il est egalement possible d'eliminer une grande partie des masses isolantes necessaire a la separation des electrodes d' entree

et de sortie.

Ainsi, dans le detecteur selon l' invention, i l'entretoise est adaptee pour fournir, en regard de chaque ouverture de l' electrode de sortie, un espace d'amplification dont la section perpendiculairement au champ electrique est tres superieure a la section de cette ouverture. L'isolant constitutif de ltentretoise n'obture done pas l'espace situe en regard de cette ouverture. Le champ electrique genere par les electrodes d' entree et de sortie n'est ainsi pratiquement pas deforme. Ceci permet, en particulier, d'obtenir des images d' objets tres etendus, par exemple de 7 centimetres, tout en eliminant la plus grande partie des effete de masquage lies a la presence d'une entretoise. L' information recueillie au niveau de l' anode est done une image plus representative de la source des radiations ionisantes, augmentant ainsi la resolution spatiale de ce type de detecteur. Le detecteur selon l' invention permet par exemple d'obtenir une precision spatiale d'une dizaine de microns sur des sur faces de 50 x cm2.

Dans des modes de realisation preferes de

l' invention, on peut eventuellement avoir recours en outre a l'une et/ou a l'autre des dispositions suivantes: - ltelectrode d'entree, l' electrode de sortie et l'entretoise vent respectivement constituees d'elements independents et adaptes pour etre desolidarises; ce qui permet une optimisation de chacun de ces elements, independamment les uns des autres, et donne la possibilite d'utiliser, pour realiser chacun de ces elements, une technique appropriee optimisee et/ou economique, etc.; - l'entretoise est constituee d'une plaque de materiau isolant sensiblement perpendiculaire localement au champ electrique, percee de part en part, dans la direction parallele au champ electrique, d' au moins une fenetre ouverte a la fois sur l' electrode d' entree et sur l' electrode de sortie, chaque fenetre delimitant un espace d' amplification avant une dimension D perpendiculairement au champ electrique satisfaisant a: 0 2 > (D)_PD _ pD[ 2)] - Y 2 8N 2N N Si:1 it) ou - Y (-2) est la fleche au centre de chaque espace d' amplification, - E est le module d' Young du material constituent la grille d' entree ou de sortie, - I est le moment quadratique d'une portion de la grille d' entree ou de sortie, correspondent aux dimensions de chaque espace d' amplification, - N est la precontrainte en tension de la grille d'entree ou de sortie, et - p est la charge lineique electrostatique de l' electrode d' entree ou de sortie, p etant donnee par: Us S P = [ú úr2 2] - 2l' ou - U est la tension appliques entre les grilles d' entree et de sortie, - So et or vent respectivement les permittivites du vice et relative du milieu, - e est ltepaisseur de l'entretoise, et - S est la surface de la grille d' entree ou de sortie couvrant chaque espace d'amplification; cette disposition permet d'optimiser la transparence de l'entretoise, sans alterer le gain de la structure amplificatrice et facilite ['assemblage de la structure amplificatrice, par rapport a l'utilisation d'une entretoise constituee de billes ou de fibres independantes les unes des autres; dans le cas ou l'entretoise ne comporte qu'une fenetre, il n'y a pas du tout de zones mortes i - l'entretoise comporte au moins deux fenetres separees l'une de l' autre par un barreau dont l' epaisseur entre ces deux fenetres est inferieure ou egale a la dimension de ce barreau parallelement au champ electrique, qui est elle-meme inferieure ou egale a 500 microns i une telle entretoise presente l'avantage de limiter les zones mortes; neanmoins, cette disposition n'est pas limitative et il est possible de concevoir, sans sortir du cadre de l' invention, des detecteurs dans lesquels l'epaisseur d'un barreau entre deux fenetres peut etre superieure ou egale a l'epaisseur de ce barreau parallelement au champ electrique; il comporte une structure amplificatrice pour laquelle l'espace d'amplification est confondu avec l'espace de conversion, l' electrode d' entree de cette structure amplificatrice correspondent a la cathode; ceci permet de reduire fortement les effete de parallaxe et de s'affranchir des effete de trajectoire des particules chargees incidentes, y compris pour les particules chargees emises par les marqueurs classiquement utilises en biologic; ainsi, la position des points d' emission, quels que soient les isotopes a ltorigine de cette emission, peut etre determinee tres precisement; dans ce cas, l' electrode d' entree est avantageusement formee d'une face au moins partiellement conductrice d'un echantillon emetteur de radiations ionisantes; ces dispositions vent particulierement avantageuses lorsque la source de radiations ionisantes n'est pas collimatee, et plus particulierement encore pour l'autoradiographie de particules beta; - il comprend plusieurs structures amplificatrices empilees, entre la cathode et l' anode, dans la direction du champ electrique; l' electrode de sortie d'une premiere structure amplificatrice est confondue avec l' electrode d' entree d'une deuxieme structure amplificatrice disposee entre la premiere structure amplificatrice et l' anode; dans ces cas, au moins deux structures amplificatrices ont eventuellement des geometries differentes; et - il comprend un espace d'etalement situe entre l' anode et l' electrode de sortie en regard de l' anode, et dans loquel regne un champ electrique adapte (avantageusement inferieur a 10 kV/cm) a un etalement, dans des directions perpendiculaires a ce champ, des electrons par diffusion sur les atomes et molecules du milieu contenu

dans l'enceinte.

Les detecteurs selon l' invention comportant plusieurs structures amplificatrices empilees se distinguent tres nettement des detecteurs du type de ccux de l'art anterieur comportant un empilement de plaques isolantes dont les deux faces principales vent recouvertes d'un materiau conducteur, qui vent percees d'ouvertures et qui vent soumises a une difference de potentiel a l'origine d'un champ electrique responsable d'une multiplication par

avalanches dans des ouvertures pratiquees dans ces plaques.

En effet, dans les detecteurs selon l' invention, il est possible d'operer un choix judicieux des proprietes electriques propres des electrodes d' entree et de sortie, ainsi que des champs electriques qui regnent de chaque cote des surfaces conductrices de chaque structure amplificatrice. On peut ainsi separer les differentes - structures amplificatrices, dans la direction perpendiculaire au champ electrique, par des distances pouvant etre jusqu'a mille fois superieures a la distance qui separe habituellement les ouvertures des plaques percees des detecteurs de l'art anterieur, tout en conservant une excellente stabilite electrique (relative uniformite du champ electrique entre des entretoi se s s eparees par de s distances considerables par rapport a la distance separant les electrodes d' entree et de sortie d'une meme structure amplificatrice) et une excellente stabilite mecanique (deformation reduite les electrodes d' entree et de sortie

dont l'epaisseur est de quelques microns seulement).

Grace a ces dispositions, le detecteur selon l' invention permet de realiser de nombreuses structures, pour des applications variees, avec espaces amplificateurs d' electrons successifs, dans lesquelles l' introduction de matiere est tres reduite, par rapport a l'etat de l'art presentement connu. Les effete d'ombre parasite ou de reduction de la resolution spatiale provenant de cette

matiere vent ainsi tres fortement reduits.

Avantageusement, les electrodes d' entree et de sortie de la structure amplificatrice du detecteur selon l' invention vent constituees de grilles dont l'epaisseur, parallelement a la direction generale du champ electrique entre l' anode et la cathode, est tres inferieure aux dimensions laterales des ouvertures de ces grilles, c'est a

dire dans un plan perpendiculaire a ce champ electrique.

Grace a cette disposition, il est possible de choisir les parametres des champs electriques entre les differentes electrodes, de facon a ce que les lignes de force sur chacune des faces d'une grille, creent sur cette grille des forces qui stequilibrent au moins en partie. La minceur des grilles limite egalement la fraction des lignes de champ qui aboutissent sur les parois laterales des ouvertures dans les grilles et qui ne peuvent done pas contribuer a l'equilibrage des grilles. Tout ceci contribue a la stabilite de cette grille et done au parallelisme des electrodes d' entree et de sortie. Il est ainsi possible de limiter la masse de materiau isolant constitutif de

l'entretoise entre les electrodes d' entree et de sortie.

Par ces dispositions, le detecteur selon l' invention se distingue nettement de ceux de l'art anterieur dans lesquels les electrodes d' entree et de sortie vent constituees de grilles epaisses, par rapport la distance qui les separe, ou dans lesquels les electrodes d' entree et de sortie vent deposees sur les isolants epais et percees de trous. Selon un autre aspect l' invention concerne un dispositif d'imagerie autoradiographique comprenant un detecteur comportant l'une et/ou l'autre des caracteristiques indiquees ci-dessus et il comporte en outre un porteechantillon adapte pour que ce detecteur soit dispose a moins de 50 microns d'un echantillon emetteur de

radiations ionisantes, monte sur le porte-echantillon.

Avantageusement, ce dispositif d'imagerie comporte l'une et/ou l'autre des dispositions suivantes: - ltelectrode d' entree est constituee par un echantillon au moins partiellement conducteur dispose sur le porteechantillon; - l'anode est transparente aux signaux optiques, ce dispositif comprenant en outre un dispositif de lecture optique de ces signaux; et - l'anode comporte une pluralite d' anodes elementaires reliees a au moins une vole de lecture par des pistes, chaque vole de lecture etant reliee a plusieurs

anodes elementaires.

D'autres aspects, buts et avantages de ['invention

apparaltront a la lecture de la description de plusieurs de

ses modes de realisation.

L' invention sera egalement mieux comprise a ['aide des dessins, sur lesquels: - la figure 1 est une coupe schematique, perpendiculaire a ses faces principales, d'un premier mode de realisation du detecteur selon l' invention, - la figure 2 est une coupe schematique, dans un plan analogue a celui de la figure 1, d'une partie de la structure amplificatrice du detecteur represente sur la figure 1, - la figure 3 est une coupe schematique, dans un plan analogue a celui des figures 1 et 2, d'une partie de l' anode du detecteur represente sur la figure 1, - la figure 4 represente schematiquement en perspective les paves constitutifs de l' anode representee sur la figure 3, - la figure 5 represente schematiquement vu de dessus, l'agencement des pistes croisees de l' anode representee sur les figures 3 et 4, - la figure 6 represente schematiquement le mode de connexion des paves aux pistes de l' anode representee sur les figures 3, 4 et 5, - la figure 7 est une coupe schematique, selon un plan analogue a celui de la figure 1, d'un deuxieme mode de realisation du dispositif selon l' invention, - la figure 8 est une coupe schematique, selon un plan analogue a celui des figures 1 et 7, d'un troisieme mode de realisation du detecteur selon l' invention, - la figure 9 est une coupe schematique, selon un plan analogue a celui des figures 1, 7 et 8, d'un quatrieme mode de realisation du detecteur selon l' invention, - la figure 10 represente schematiquement en perspective un cinquieme mode de realisation du detecteur selon l' invention, et - la figure 11 schematiquement en perspective un dispositif d'imagerie autoradiographique comprenant le

detecteur represente sur la figure 10.

Sur les differentes figures, les memes references

designent des elements identiques ou similaires.

Cinq modes de realisation du detecteur 1 selon

l' invention vent decrits ci-dessous.

Selon le premier mode de realisation, represente sur la figure 1, le detecteur 1 comporte une enceinte 2 aplatie avec deux faces principales 2a et 2b opposees et paralleles entre elles. Cette enceinte 2 contient un milieu adapte pour emettre des electrons primaires sous l'effet de radiations ionisantes emises par un echantillon S dispose a proximite

de l'une 2a des faces principales 2a, 2b de l'enceinte 2.

Avantageusement, ce milieu est constitue d'un gaz circulant

entre une entree 3 et une sortie 4.

Ce gaz est constitue d'un melange comprenant un gaz noble et des molecules organiques. Ces molecules organiques vent destinees a controler le processus d' amplification par avalanche. Wiles vent connues de l'homme du metier sous

l' expression anglo-saxonne "quencher".

Le gaz circulant dans l'enceinte 2 est choisi en fonction de l' application a laquelle est destine le detecteur 1, c'est-a-dire en fonction des particules a detecter, du mode de lecture, de l'electronique de detection, etc. Dans le cas particulier de la detection de particules beta, ce gaz est avantageusement a la pression atmospherique (pour des raisons de securite et d'economie) et comporte un gaz noble dont la densite electronique moyenne est proche de 10 electrons par atome, comme c'est le cas du neon. Lorsque le neon est utilise, le "quencher" est avantageusement constitue d'isobutane, present dans le melange gazeux a hauteur de quelques pour cent du nombre de molecules de ce melange. L'enceinte 2 renferme une cathode 5, une anode 6 et

une structure amplificatrice 7.

Dans le mode de realisation decrit ici, la cathode , l' anode 6 et la structure amplificatrice 7 vent paralleles entre elles et paralleles aux deux faces

principales 2a, 2b de l'enceinte 2.

L' anode 6 est situee a proximite de la face 2b opposee a celle 2a a proximite de laquelle se trouve ltechantillon S. La structure amplificatrice 7 est situee entre la cathode 5 et l' anode 6. L'espace de l'enceinte 2, situe entre la cathode 5 et la structure amplificatrice 7, constitue un espace de conversion C. Les radiations ionisantes emises par l'echantillon S penetrent dans

l'espace de conversion C par la cathode 5.

L'espace de l'enceinte 2 situe entre la structure amplificatrice 7 et l' anode 6 constitue un espace d'etalement E. La structure amplificatrice 7 comporte une electrode d' entree 8 et une electrode de sortie 9, paralleles a la cathode 5 et a l' anode 6 et delimitant un etage d'amplification A. Des moyens de polarisation 10 vent relies a la cathode 5, a l' anode 6 et aux electrodes d' entree 8 et de sortie 9. Ils permettent de porter la cathode 5 a un potentiel HV1, l' anode 6 a un potentiel HV2, l' electrode d' entree a un potentiel HV3 et ['electrode de sortie a un potentiel HV4, ces potentials repondant a l'inegalite

HV2>HV4>HV3>HV1.

Dans le mode de realisation decrit ici, - les electrodes d' entree 8 et de sortie vent espacees de 125 microns, - les espaces de conversion C et d'etalement E ont une dimension, perpendiculairement aux electrodes d' entree 8 et de sortie 9, sensiblement respectivement egales a 3 et 4 millimetres, - l'anode 6 est mise a la masse, - la cathode 5 est portee a un potentiel HV1 negatif sensiblement egal a -3000 volts, - l' electrode d' entree 8 est portee a un potentiel HV3 negatif sensiblement egal a 2100 volts, et - l' electrode de sortie 9 est portee a un potentiel

HV4 negatif sensiblement egal a -1600 volts.

Les moyens de polarisation 10 permettent ainsi de creer des champs electriques E1, E2 et E3 respectivement dans l ' espace de conversion C, dans l 'etage d' amplification A et dans l'espace d'etalement E. Les moyens de polarisation

10 entralnent les electrons de la cathode 5, vers l' anode 6.

La cathode 5 est constituee diune plaque mince electriquement conductrice percee d'ouvertures de falble taille. Son epaisseur est avantageusement sensiblement egale a 5 microns. Wile a avantageusement un nombre d'ouvertures

par pouce lineaire de 200 LPI.

Wile peut eventuellement etre aussi constituee d'une grille tissee (moins onereuse que la precedente), d'une feuille de Mylar metallisee, d'une feuille de metal non percee (par exemple du cuivre de 10 microns d'epaisseur), d'un ruban adhesif cuivre colle sur une lame de verre avec une colle electriquement conductrice (pour les applications telles que l'autoradiographie, par exemple), une photocathode (eventuellement couplee avec un detecteur Cerenkov), etc. Dans la structure amplificatrice 7, representee sur la figure 2, l' electrode d' entree 8 et l' electrode de sortie 9 vent separees par une entretoise 11. L' electrode d' entree 8, l' electrode de sortie 9 et ltentretoise 11 vent constituees d' elements independents et pouvant etre usines separement les uns des autres. Ils vent assembles et maintenus ensemble dans la structure amplificatrice 7, mais peuvent etre aisement desolidarises les uns des autres, pour

etre changes par exemple.

Les electrodes d' entree 8 et de sortie 9 vent respectivement chacune constituee d'une plaque mince electriquement conductrice, de faTble epaisseur et percee d'ouvertures 12 de faible taille. A titre d'exemple, les ouvertures 12 ont une forme de carre de 39 microns de cote espaces les uns des autres avec un pas p de 50 microns, ce qui correspond sensiblement a un nombre d'ouvertures 12 par pouce lineaire de 500 LPI. On peut aussi utiliser des electrodes d' entree 8 et de sortie 9 de 2500 LPI, ce qui correspond sensiblement a des ouvertures de 8 microns espacees de 10 microns. De telles electrodes d' entree 8 et de sortie 9 forment chacune une grille qui, compte tenu de la faible taille des ouvertures 12, peut-etre appelee "micro-grille". De telles micro-grilles ont deja ete

decrites, par exemple, dans le document EP 855086.

L'entretoise 11 est constituee d'une grille formee d'un materiau isolant dont la permittivite dielectrique est comprise entre 2 et 5. Cette grille est par exemple constituee d'une plaque de Kapton ayant une epaisseur e avantageusement inferieure a 500 microns et preferentiellement inferieure a 300 microns, percee de fenetres 13 carrees decoupees au laser ou par attaque chimique et separees de barreaux 14. Dans la structure amplificatrice 7, lorsque l' electrode d' entree 8, l' electrode de sortie 9 et l'entretoise 11 vent assemblees, les fenetres 13 vent ouvertes sur l' electrode d' entree 8, l' electrode de sortie 9. Neanmoins, les ouvertures 12 respectives des electrodes d' entree 8 et de sortie 9 ne vent pas necessairement alignees, dans le sens des champs electriques E1, E2 et E3. Ainsi, le fait de ne pas avoir a aligner les ouvertures 12 respectives des electrodes d' entree 8 et de sortie 9 constitue un avantage de ['invention. Le volume delimite par les barreaux 14 d'une fenetre 13 et les electrodes d' entree 8 et de sortie 9 constitue un espace d'amplification 22. L'etage d' amplification A est constitue d'un ou de plusieurs espaces d'amplification 22 selon que l'entretoise 11 comporte une ou plusieurs fenetres 13. Dans un plan perpendiculaire au champ electrique E2, les dimensions des fenetres 13, vent superieures aux dimensions des ouvertures 12 des electrodes d' entree 8 et de sortie 9, qui debouchent sur les espaces d' amplification 22. A titre d'exemple, la largeur l de ces barreaux 14, entre deux fenetres 13, dans le plan de la plaque constitutive de l'entretoise, est inferieure a 100 microns et les barreaux vent separes les uns des autres avec

un pas P inferieur a 5 cm.

La distance entre deux barreaux est determinee en fonction du flechissement des electrodes d' entree 8 et de sortie 9, sous l'effet du champ electrique genere par la difference de potentiel U a laquelle elles vent soumises. On estime que la fleche y locale subie par les electrodes d' entree 8 et de sortie 9 est tolerable si elle n'entralne pas une variation de gain de la structure amplificatrice 7 superieure a 10% (cette tolerance depend des applications envisagees pour le detecteur 1). Si l'on estime que cette fleche y, au centre de la distance D separant deux barreaux ne doit pas etre superieure a 20%, pour que les variations de gain de la structure amplificatrice 7 soient tolerables, la distance D dolt satisfaire l'inegalite: 0 2 > D _ pD2 _ ED [ 2 if)] Y(2) aft i17) ou - y(-) est la fleche au centre de chaque espace d' amplification 22, - E est le module d' Young du materisu constituent la grille d' entree 8 ou de sortie 9, - I est le moment quadratique d'une portion de la grille d'entree 8 ou de sortie 9, correspondent aux dimensions de chaque espace d' amplification 22, - N est la precontrainte en tension de la grille d' entree 8 ou de sortie 9, et - p est la charge lineique electrostatique de lt electrode d' entree 8 ou de sortie 9, p etant donnee par: U2 S p = [ú0úr2 2] - 21' ou - U est la tension appliques entre les grilles d' entree 8 et de sortie 9, - so et sr vent respectivement les permittivites du vice et relative du milieu, - e est l'epaisseur de l'entretoise, et - S est la surface de la grille d' entree 8 ou de

sortie 9 couvrant chaque espace d'amplification 22.

On peut noter que la determination de la fleche y (-) par la relation cidessus donne une valeur majoree de cette fleche. Autrement dit, il est possible de concevoir un detecteur 1 performant meme si la distance D est egale,

voire superieure, a celle donnee par l'inegalite ci-dessus.

L'opacite optique d'une telle entretoise 11 est avantageusement inferieure a 30% et preferentiellement

inferieure a 1%.

Comme represente sur la figure 3, l' anode 6 presente une structure multicouche planaire. Wile comporte une couche externe 15 et deux couches internee 16, et un plan de masse

17, le tout reposant sur un substrat 28 isolant.

Comme represente sur la figure 4, la couche externe 16 est segmentee en anodes elementaires ou paves 15 formant un reseau bidimensionnel en damier dont les rangees vent alignees selon des axes de coordonnees X et Y. Chaque pave forme un carre de moins diun millimetre de cote, par exemple de 650 microns. Les paves 15 vent alternativement affectes a la lecture de l'une ou l'autre des coordonnees X et Y. Deux paves 15 voisins ne mesurent pas la position selon la meme coordonnee. L'espace entre les paves 15 est le plus faible possible, mais doit permettre de conserver une parfaite isolation entre eux. Avantageusement, cet espace

est inferieur a 100 microns.

Comme represente sur la figure 5, les couches

internee 16 vent formees de pistes 18 conductrices croisees.

Sur l'une des couches internee 16, les pistes 18 s'etendent parallelement a des premieres rangees de paves 15. Sur l'autre des couches internee 16, les pistes 18 s'etendent parallelement a des deuxiemes rangees de paves 15, perpendiculaires aux premieres. Selon cet exemple, les paves d'une rangee associee a la coordonnee X vent situes sur une couche interne differente de celle reliee aux paves disposes sur un rangee correspondent a la coordonnee Y. Les pistes 18 vent separees des paves 15 par un isolant a travers lequel vent perces des trous de liaison 19 (connus de l'homme du metier sous ['expression anglo-saxonne << via hole >>), tapisses d'un materiau conducteur de l'electricite afin d' assurer la connexion electrique des paves 15 avec les pistes 18 de l'une ou l'autre des couches internee 16 (voir figure 3). Les trous de liaison 19 ont par exemple un

diametre de 100 microns.

Les pistes 18 vent separees les unes des autres d'une distance la plus faible possible tout en conservant une parfaite isolation entre elles. Le fait de disposer les pistes en couches superposees isolees les unes des autres permet de gagner en integration tout en conservant la

qualite d' isolation requise.

Les paves 15, grace aux pistes 18, vent relies a des amplificateurs rapides 20 eux-memes relies, via des voies electroniques de lecture, a des moyens electroniques de

traitement 21 (voir figure 5).

Pour limiter le nombre de voies electroniques de lecture, et par consequent le cout du detecteur 1, plusieurs paves 15 appartenant a une meme rangee vent relies a une meme piste 18. Le nombre de paves 15 separant deux paves connectes entre eux depend de leur taille et de la

technologie utilisee pour les realiser.

A titre d'exemple, ainsi que represente sur la figure 6, chaque piste 18 relic de maniere periodique, dans une rangee, un pave 15 sur quatre. Comme deux paves voisins vent relies respectivement a des pistes 18 s'etendant selon les axes X et Y. une piste X1 relic deux paves espaces de trots paves, ces trots paves comprenant deux paves voisins des deux paves relies a la piste X1, eux-memes relies respectivement aux pistes Y1 et Y7, separes par un pave relic a une piste X2, cet agencement etant reproduit sur ['ensemble du damier constitue des paves 15 (sur la figure 6, deuxpaves 15 connectes entre eux vent representes par

des motifs identiques).

Lorsqu'une particule ionisante I est emise par l'echantillon S. et qu'elle penetre dans le detecteur 1 par la face 2a de celui-ci situee a lioppose de celle voisine de l' anode 6, elle traverse l'espace de conversion C dans lequel elle interagit avec le gaz et genere des electrons primaires. Ces electrons primaires, sous l'effet du champ electrique E1, gagnent l'etage d'amplification A, dans loquel ils vent multiplies par avalanche, pour former un

nuage d' electrons 23 (voir figure 1).

Une partie de ce nuage d' electrons 23 transverse ensuite l' electrode de sortie 9 et penetre dans l'espace d' etalement E. Le champ electrique E3 regnant dans l' espace d'etalement E est modere (<lOkV/cm) et propice a un etalement lateral du nuage d' electrons 23 par diffusion des electrons qui le constituent, sur les atomes et molecules du gaz. L' epaisseur de l ' espace d' etalement, dans le sens du champ electrique E3, ainsi que la nature du gaz et la taille des paves vent determinees de facon a ce que l' extension spatiale du nuage d' electrons 23, au niveau de l' anode 6, recouvre plusieurs paves 15 (au moins deux dans chaque direction des coordonnees X et Y) et a ce qu'il soit possible de determiner ainsi le barycentre du nuage d' electrons 23. L'isobutane permet de stabiliser le processus d' avalanche et d'obtenir une diffusion dans ltespace d'etalement E, telle que l' avalanche s'etende sur un nombre suffisant de paves 15 pour permettre cette

determination du barycentre du nuage d' electrons 23.

Un courant est alors induit sur un petit groupe de paves 15, et transmis, via plusieurs voies electroniques, aux moyens electroniques de lecture 21. Ainsi, la position de chaque avalanche est determinee dans chaque coordonnee X ou Y. Apres determination grossiere de la position de l' avalanche par identification des lignes 18 associees aux coordonnees X et Y concernees, les distributions de charges mesurees sur chaque pave 15 vent utilisees pour recalculer la position du point emetteur 24 de la radiation ionisante d'origine. Une mesure precise de cette position peut etre obtenue apres correction des distorsions geometriques dues a la methode de ponderation utilisee pour determiner le barycentre du nuage d' electrons 23 interagissant avec les

paves 15 sur lesquels est effectuee la mesure.

Un deuxieme mode de reali s at ion du detecteur 1 se lon l' invention est represente sur la figure 7. Il se distingue du premier mode de realisation decrit ci-dessus essentiellement par le fait que l'espace de conversion C et l'etage d'amplification A y vent confondus. Dans ce cas, le detecteur 1 comporte une cathode 5 confondue avec l' electrode d' entree 8 et l'echantillon S est place directement au voisinage de l' electrode d' entree 8 de la structure amplificatrice 7. L' electrode d' entree 8 fait

fonction de cathode.

Les moyens de polarisation 10 permettent de creer des champs electriques E2 et E3 respectivement dans l'etage d' amplification A et dans l'espace d'etalement E. Les moyens de polarisation 10 entrainent les electrons de l' electrode

d' entree 8, vers l' anode 6.

Dans ce mode de realisation, la structure amplificatrice 7 a une epaisseur, parallelement au champ electrique E2, inferieure a 300 microns. L'entretoise 11, definissant l' epaisseur de l ' etage d' amplification A, est adaptee a la forme de l'echantillon S. L'echantillon S emet une particule ionisante I. Celle-ci interagit avec le melange de gaz pour generer des electrons d'ionisation primaire. Pour le cas particulier de la detection de particules beta, un compromis est a trouver entre, d'une part, un melange gazeux suffisamment lourd pour que les particules beta interagissent et, d'autre part, un melange gazeux suffisamment leger pour que le gain d' amplification soit suffisamment important pour permettre une lecture sur une anode telle que celle decrite en relation avec le premier mode de realisation. Des mesures ont montre que ce compromis peutetre atteint en utilisant un melange de gaz a la pression atmospherique comprenant du

neon et quelques pourcent d'isobutane.

Un champ electrique eleve E2, superieur a 25 kV/cm, est applique dans la structure amplificatrice 7, qui permet de multiplier les electrons d'ionisation primaire. Avec une structure amplificatrice 7 telle que celle decrite en relation avec le premier mode de realisation, il est possible d'obtenir des gains superieurs a 100000, en regime proportionnel. Comme pour le premier mode de realisation decrit ci dessus, les electrons multiplies dans la structure amplificatrice vent entraines par le champ E3 de l'espace d'etalement avant de creer un courrant dans les paves 15 de

l' anode 6.

Dans un tel detecteur 1, ce vent les electrons crees a proximite de la cathode, c'est-a-dire a proximite de l'echantillon S. qui vent preferentiellement multiplies et les effete de parallaxe provenant de ['emission isotrope des sources emettrices de l'echantillon S vent fortement reduits. Un tel detecteur 1 permet de plus de s'affranchir des effete de trajectoire des particules incidentes dans le gaz, y compris pour les particules de haute energie telles que celles emises classiquement par les marqueurs isotopiques utilises en biologic. Ce detecteur 1 permet ains i de loca li ser tres precisement la pos it ion de s point s emetteurs 24 de radiations ionisantes, quels que soient les marqueurs isotopiques utilises. Le detecteur 1 permet d'obtenir des courbes de distribution indicatrices de la position des points sources, ayant une largeur a mi-hauteur

inferieure a 100 microns.

Un troisieme mode de realisation du detecteur 1 selon l' invention est represente sur la figure 8. Il se distingue du deuxieme mode de realisation decrit ci-dessus essentiellement par le fait que lt electrode d' entree est remplacee par une face de l'echantillon S. eventuellement metal l i s ee pour la rendre conduct rice ou polari see par l'arriere lorsqu'elle est partiellement conductrice. Dans ce cas, le detecteur 1 ne comporte pas de cathode 5 independante et c'est l'echantillon S qui fait fonction de cathode. Un quatrieme mode de real i sat ion du detecteur 1 selon l' invention est represente sur la figure 9. Il se distingue du deuxieme mode de realisation decrit ci-dessus essentiellement par le fait qu'il comporte plusieurs structures amplificatrices 7a, 7b et 7c, analogues a la structure amplificatrice 7 deja decrite en relation avec le deuxieme mode de realisation, mais superposees de maniere a ce que l' electrode d' entree 8 de la structure amplificatrice 7b soit confondue avec l' electrode de sortie 9 de la structure amplificatrice 7b qui lui est superposee, et ainsi

de suite pour la structure amplificatrice sous-jacente.

Selon le mode de realisation represente sur la figure 9, le detecteur 1 comporte egalement une autre structure amplificatrice 7d, situee entre l'empilement des

structures amplificatrices 7a, 7b et 7c et l' anode 6.

Les structures amplificatrices 7a, 7b, 7c et 7d de ce mode de real i sat ion peuvent etre identique s entre el les

ou etre de geometries differentes.

De nombreuses combinaisons des empilements decrits ci-dessus peuvent etre concues, dans le cadre de l' invention, en fonction de l' application envisagee. Le choix d'introduire dans le detecteur 1 une ou plusieurs structures amplificatrices differentes depend de l' application a laquelle est destine le detecteur 1. Ainsi, pour permettre la separation isotopique des marqueurs en autoradiographie, pour limiter les phenomenes de decharges lors de la detection de particules de haute energie, ou obtenir des gains plus eleves avec des radiations incidentes telles que des rayons X, l'utilisation de plusieurs structures amplificatrices superposees est particulierement

avantageuse.

Un c inqui eme mode de rea l i sat i on du detect eur 1 selon l' invention est represente sur la figure 10. Il se

distingue des modes de realisation deja decrits ci-dessus

essentiellement par le fait que l' anode 6 telle que decrite ci-dessus est remplacee par une grille 25 conductrice de

grande transparence (avantageusement superieure a 80%).

Cette grille 25 est constituee par exemple d'une plaque plate percee de trous ou d'une grille tissee. Dans ce mode de realisation, la structure amplificatrice est associee a une lecture optique de la lumiere de scintillation emise lors du processus d' amplification, par interaction des electrons avec le melange de gaz contenu dans le detecteur 1. Pour cela, il faut utiliser un quencher particulier, tel que, par exemple, la triethylamine, qui

emet autour d'une longueur d'onde egale a 280 nanometres.

Cette longueur d'onde est compatible avec la transparence des optiques (de quartz ou de fluorine, par exemple) et la sensibilite spectrale des photo-cathodes usuelles des intensificateurs d' images generalement utilises pour la

lecture par camera CCD.

Avantageusement, le dispositif dtimagerie autoradiographique 29 comprend un porte-echantillon 30 adapte pour que le detecteur 1 soit dispose a moins de 50 microns de l'echantillon S emetteur de radiations ionisantes, monte sur ce porte-echantillon. Dans ce cas, l' electrode d' entree est avantageusement constituee par une face au moins partiellement electriquement conductrice (eventuellement metallisee) de l'echantillon S dispose sur

le porte echantillon 30.

La grille 25 permet d'appliquer un potentiel tout en laissant passer la lumiere de scintillation. Cette lumiere de scintillation est recueillie, par une camera 26 CCD couplee a un intensificateur de lumiere, a travers une fenetre de sortie 27. Cette fenetre de sortie est transparente aux longueurs d'ondes emises et ferment le

detecteur 1.

Le calcul du barycentre du spot lumineux cree par chaque avalanche permet de determiner, comme pour la detection par des paves decrite ci-dessus, la position du

point emetteur 24 de la particule ionisante I initiale.

La figure 11 represente schematiquement un dispositif 29 d'imagerie autoradiographique comprenant un detecteur 1 conforme au cinquieme mode de realisation decrit ci-dessus. Selon une variante, le detecteur 1 de ce dispositif d'imagerie est remplace par un detecteur 1 tel que ceux decrits en relation avec les premier, deuxieme,

troisieme et quatrieme modes de realisation.

Claims (14)

REVENDICATIONS

1. Detecteur de radiations comprenant: - une enceinte (2) contenant un milieu adapte pour generer des electrons sous l'effet de radiations, - un espace de conversion (C) dans lequel les radiations generent des electrons, cet espace de conversion (C) comportant une cathode (5) par laquelle penetrent les radiations a detecter, - une anode (6) pour generer des signaux en fonction d'un courant genere par le deplacement de charges au voisinage de cette anode (6), ces charges correspondent a des electrons et des ions dont les radiations vent directement ou indirectement a ltorigine, - des moyens de polarisation (10) generant un champ electrique adapte pour entrainer des electrons dans la direction allant de la cathode (5) vers ['anode (6), - au moins une structure amplificatrice (7), situee entre la cathode (5) et l' anode (6), chaque structure amplificatrice (7) comprenant une electrode d' entree (8) et une electrode de sortie (9), maintenues separees par une entretoise (11) isolante comportant au moins un espace d' amplification (22) des electrons dans lequel des electrons vent generes par avalanche a partir des electrons generes par les radiations, chaque espace d' amplification (22) presentant des dimensions laterales (D), dans un plan perpendiculaire au champ electrique, superieures a la distance (e) separant les electrodes d' entree (8) et de sortie (9), et chaque espace d'amplification debouchant sur au moins une ouverture (12) de lt electrode de sortie (9), pour laisser passer au moins une partie des electrons generes par avalanche, caracterise par le fait que les dimensions laterales (D) de chaque espace d'amplification (22) vent superieures aux dimensions (d), dans un plan perpendiculaire au champ electrique, de chaque ouverture (12) de l' electrode de sortie (9) sur laquelle debouche cet espace d'amplification

(22).

2. Detecteur selon la revendication 1, dans loquel l' electrode d' entree (8), l' electrode de sortie (9) et l'entretoise (11) vent respectivement constituees d'elements

independents et adaptes pour etre desolidarises.

3. Detecteur selon l'une des revendications

precedentes, dans lequel l'entretoise (11) est constituee d'une plaque de materiau isolant sensiblement perpendiculaire localement au champ electrique, percee de part en part dans la direction parallele au champ electrique, d' au moins une fenetre (13) ouverte a la fois sur l' electrode d' entree (8) et sur l' electrode de sortie (9), chaque fenetre (13) delimitant un espace d'amplification (22), ayant une dimension D perpendiculairement au champ electrique, satisfaisant a: 0 2 > (D)_PD _ pD[ 2)] - Y 2 8N 2N N Sii 1) ou - y(-) est la fleche au centre de chaque espace d'amplification (22), - E est le module d' Young du materiau constituent la grille d' entree (8) ou de sortie (9), - I est le moment quadratique d'une portion de la grille d' entree (8) ou de sortie (9), correspondent aux dimensions de chaque espace d'amplification (22), - N est la precontrainte en tension de la grille d' entree (8) ou de sortie (9), et - p est la charge lineique electrostatique de l' electrode d' entree (8) ou de sortie (9), p etant donnee par: p = [EOsr2 2] - 21, ou U est la tension appliquee entre les grilles d' entree (8) et de sortie (9), - sO et sr vent respectivement les permittivites du vice et relative du milieu, - e est ltepaisseur de l'entretoise (11), et - S est la surface de la grille d' entree (8) ou de

sortie (9) couvrant chaque espace d'amplification (22).

4. Detecteur selon la revendication 3, dans lequel l'entretoise (11) comporte au moins deux fenetres (13) separees l'une de l'autre par un barreau (14) dont l'epaisseur (l) entre ces deux fenetres (13) est inferieure ou egale a la dimension (e) de ce barreau parallelement au champ electrique, qui est elle-meme inferieure ou egale a

500 microns.

5. Detecteur selon l'une des revendications

precedentes, comportant une structure amplificatrice pour laquelle l'espace d'amplification (22) est confondu avec l'espace de conversion (C) , l' electrode d' entree de cette

structure amplificatrice (7) correspondent a la cathode (5).

6. Detecteur selon la revendication 5, dans lequel l' electrode d' entree (8) est formee d'une face au moins partiellement conductrice d'un echantillon (S) emetteur de radiations.

7. Detecteur selon l'une des revendications

precedentes, comprenant plusieurs structures amplificatrices (7) empilees, entre la cathode (5) et l' anode (6), dans la

direction du champ electrique.

8. Detecteur selon la revendication 7, dans loquel lt electrode de sortie (9) d'une premiere structure amplificatrice (7) est confondue avec l' electrode d' entree (8) d'une deuxieme structure amplificatrice disposee entre

la premiere structure amplificatrice (7) et l' anode (6).

9. Detecteur selon l'une des revendications 7 et 8,

dans lequel au moins deux structures amplificatrices (7) ont

des geometries differentes.

10. Detecteur selon l'une des revendications

precedentes, comprenant un espace d'etalement (E) situe entre l' anode (6) et l' electrode de sortie (9) en regard de l' anode (6), et dans lequel regne un champ electrique (E3) adapte a un etalement, dans des directions perpendiculaires a ce champ (E3), des electrons par diffusion sur les atomes

et molecules du milieu contenu dans l'enceinte (2).

11. Dispositif d'imagerie autoradiographique

comprenant un detecteur (1) selon l'une des revendications

precedentes et un porte-echantillon (30) adapte pour que le detecteur (1) soit dispose a moins de 50 microns d'un

echantillon (S) emetteur de radiations, monte sur le porte-

echantillon (30).

12. Dispositif selon la revendication 11, dans lequel ['electrode d' entree (8) est constituee par un echantillon (S) au moins partiellement conducteur dispose

sur le porte-echantillon (30).

13. Dispositif selon l'une des revendications 11 et

12, dans loquel l' anode (6) est transparente aux signaux optiques, ce dispositif comprenant en outre un dispositif de

lecture optique de ces signaux.

14. Dispositif selon l'une des revendications 11 et

12, dans lequel l' anode (6) comporte une pluralite d' anodes elementaires (15) reliees a au moins une vole de lecture par des pistes, chaque vole de lecture etant reliee a plusieurs