FR2969310A1 - Procede de mesure du taux de comptage de coincidences, utilisant une conversion temps-numerique et une methode de temps mort reconductible avec mesure du temps actif - Google Patents

Abstract

Procédé de mesure du taux de comptage de coïncidences, utilisant une conversion temps-numérique et une méthode de temps mort reconductible avec mesure du temps actif. On mesure le taux de comptage d'événements coïncidents entre des détecteurs de rayonnement (4, 6, 8) fonctionnant en parallèle. Selon l'invention, on convertit sous forme numérique les fluctuations temporelles des événements coïncidents et l'on utilise la méthode du temps mort reconductible avec mesure du temps actif pour éliminer tous les autres événements corrélés, susceptibles de se produire dans un même détecteur. L'invention s'applique notamment à la méthode du rapport des coïncidences triples à doubles.

Description

1 PROCEDE DE MESURE DU TAUX DE COMPTAGE DE COÏNCIDENCES, UTILISANT UNE CONVERSION TEMPS-NUMERIQUE ET UNE METHODE DE TEMPS MORT RECONDUCTIBLE AVEC MESURE DU TEMPS ACTIF DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un procédé de mesure du taux de comptage d'événements coïncidents entre une pluralité de détecteurs de rayonnement qui fonctionnent en parallèle. Par « rayonnement », on entend des photons ou des particules. La mesure est effectuée grâce à l'enregistrement de la distribution d'intervalles de temps qui sont définis par la durée entre un signal de déclenchement, ou signal « start », fourni par une voie (en anglais, channel) de mesure, et un signal d'arrêt, ou signal « stop », provenant d'une autre voie de mesure. Selon le nombre de voies utilisées, on aura des signaux « stop» multiples, conduisant à une mesure de coïncidences multiples, par exemple des coïncidences doubles ou des coïncidences triples. Indiquons dès à présent que, selon un aspect de l'invention, on combine une conversion temps-numérique (en anglais, time-to-digital conversion), plus précisément une conversion sous forme numérique des intervalles de temps enregistrés, avec une protection contre les trains de signaux « start » et « stop » qui peuvent être à l'origine de mesures temporelles biaisées avec les techniques de mesure connues. 2 En particulier, il s'agit de disposer d'une conversion temps-numérique adaptée aux distributions aléatoires des temps d'arrivée des signaux délivrés par les détecteurs de rayonnement.

Selon d'autres aspects de l'invention, la protection mentionnée ci-dessus utilise une méthode de temps mort reconductible (en anglais, extendible deadtime) ; ce temps mort est commun aux différentes voies ; il est construit à partir des signaux « start » et « stop » ; cette méthode de temps mort reconductible est combinée à une mesure en temps réel du temps actif (en anglais, live-time). L'application de la méthode du temps actif permet de mesurer les périodes effectives de comptage pour déterminer le taux des coïncidences entre les différentes voies du système de détection du rayonnement. Au sujet de la méthode du temps mort reconductible avec mesure du temps actif, on se reportera aux documents suivants : [1] J. Bouchard, « MTR2: a discriminator and dead-time module used in counting systems », Applied Radiation and Isotopes 52 (2000) 441-446 ; [2] EP 0 574 287, « Circuit de temps mort de type reconductible », invention de J. Bouchard. La présente invention s'applique notamment à des instruments nucléaires qui mettent en oeuvre la mesure de coïncidences entre des détecteurs de rayonnement. Dans le cas particulier de la métrologie de la radioactivité, l'invention permet par exemple de déterminer l'activité d'un radionucléide. 3 ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Par définition, l'expression « temps mort » désigne une période de paralysie d'un système de mesure. Cette période suit la détection d'une impulsion dans le système. Durant cette période, toute nouvelle impulsion ne peut être traitée correctement pour l'acquisition d'informations telles qu'un comptage ou une amplitude par exemple. L'origine de la paralysie dépend du système utilisé ; il peut s'agir d'une saturation des impulsions ou de post-impulsions (en anglais, afterpulses) corrélées. Dans ce qui suit, l'expression « méthode du temps mort reconductible » désigne une méthode permettant de gérer les paralysies du système de détection considéré. Elle consiste à empêcher, pendant une durée prédéfinie, tout traitement d'une impulsion pour en extraire une information, à la suite de la détection de cette impulsion.

Contrairement à une méthode de temps mort non reconductible (en anglais, non extendible deadtime), tout nouveau signal arrivant durant cette période est seulement utilisé pour la prolonger de la même durée prédéfinie. Le système redevient libre ou actif lorsqu'aucune nouvelle impulsion n'a été détectée. La méthode du temps actif consiste à mesurer le cumul des temps actifs entre les périodes de temps mort en comptant les impulsions d'une horloge. On peut alors considérer que le temps réel d'une mesure est échantillonné. 4 Dans le domaine de l'instrumentation nucléaire, il est courant de mettre en oeuvre une méthode de comptage consistant à mesurer le taux des coïncidences entre deux ou plus de deux détecteurs de rayonnement qui fonctionnent en parallèle. Deux techniques sont généralement appliquées pour le comptage des coïncidences. La première est fondée sur l'usage d'un circuit logique qui produit un temps de résolution de coïncidence pour chaque voie. Le comptage des coïncidences est effectué par construction d'une période de recouvrement entre les signaux logiques. La seconde consiste à mesurer des intervalles de temps entre les voies pour obtenir l'enregistrement d'une distribution temporelle. La séquence de mesure des intervalles de temps débute par un signal « start » qui est fourni par une voie. Et les intervalles de temps sont mesurés grâce aux signaux « stop » qui apparaissent sur les autres voies.

Cette seconde méthode permet de conserver l'information donnée par les fluctuations temporelles du système de détection pour le comptage des coïncidences. A partir de l'enregistrement d'histogrammes des durées d'occurrence entre les voies, un traitement en temps différé (en anglais, off-line processing) permet d'ajuster le retard et la longueur du temps de résolution de coïncidence de façon à ce qu'ils soient adaptés au système de détection. Dans un dispositif analogique, l'enregistrement d'un intervalle de temps nécessite deux étapes : l'intervalle de temps entre les signaux « start » et « stop » est d'abord converti sous la forme d'une amplitude puis cette dernière est exploitée par un analyseur multicanaux pour l'enregistrement de la distribution temporelle. 5 L'inconvénient d'une telle méthode est l'introduction d'une période de paralysie. Celle-ci est due en particulier au procédé de conversion en amplitude qui nécessite une période de charge d'un condensateur. L'analyseur multicanaux peut aussi contribuer de façon significative à la paralysie du système de mesure. Selon les taux de comptage et le système de détection utilisé, cette paralysie du dispositif conduit à un biais dans la mesure des taux de coïncidences. A ce sujet, on se référera par exemple au document suivant . [3] Time-to-amplitude converters and time calibrator, ORTEC®, 17 décembre 2009. Le passage à la technologie numérique permet d'enregistrer la distribution temporelle directement à partir des mesures des durées entre les signaux « start » et « stop ». La paralysie rencontrée dans le dispositif analogique est par conséquent réduite de façon significative.

Dans une version simple, un convertisseur temps-numérique effectue la mesure temporelle à partir du comptage des impulsions d'une horloge dont la fréquence définit la résolution temporelle optimale du dispositif. Des systèmes plus sophistiqués permettent d'améliorer cette résolution grâce à l'utilisation de méthodes d'interpolation ou de la méthode du Vernier. 6 Les systèmes connus, destinés à la mesure d'intervalles de temps, présentent un inconvénient : pour ces systèmes, le problème des paralysies ne prend pas en compte les moyens de détection qui leur sont associés. A titre d'exemple, il existe des approches analytiques permettant de corriger les pertes de comptage dans le cas des dispositifs analogiques. Cependant, les corrections sont alors fondées sur l'utilisation d'une méthode de temps mort non reconductible. Cette méthode est mal adaptée aux paralysies engendrées par des trains d'impulsions aléatoires, conduisant à des mélanges de signaux « start » et « stop ».

Ce problème est particulièrement significatif lorsque, dans le détecteur de rayonnement, un même événement génère des post-impulsions corrélées à l'entrée d'une même voie. Cet inconvénient ne peut être ignoré dans le domaine de la métrologie de la radioactivité. On précise que les post-impulsions peuvent d'ailleurs être dues à des états métastables qui sont caractéristiques de certains radionucléides.

EXPOSÉ DE L'INVENTION Un but de l'invention est de remédier à cet inconvénient. Pour ce faire, selon un aspect de l'invention, on propose de mesurer le taux de comptage des coïncidences entre différentes voies de détection 7 qui fonctionnent en parallèle, au moyen d'un système numérique fonctionnant en temps réel. Un algorithme est mis en oeuvre dans ce système. Cet algorithme combine une conversion temps- numérique, destinée à la mesure d'intervalles de temps, avec une transposition d'une méthode de temps mort reconductible. Ce temps mort est commun à l'ensemble des voies. A ce sujet, on se reportera au document suivant . [4] J. Bouchard et al., "MAC3 : an electronic module for the processing of pulses delivered by a three photomultiplier liquid scintillation counting system", Applied radiation and isotopes, 52 (2000), pp. 669-672.

De préférence, l'algorithme est mis en oeuvre dans un composant programmable de type FPGA, ou réseau de portes programmables in situ (en anglais, field-programmable gate array), en vue d'un traitement en temps réel.

Le temps effectif de mesure est déterminé grâce à une transposition de la méthode du temps actif. A cet effet, un échantillonnage est effectué au moyen de l'horloge que comporte le composant programmable. Il convient de noter qu'une transposition sous forme numérique du module décrit dans le document [4], dans le cas d'une mesure de coïncidences à l'aide d'un temps de recouvrement, est connue par le document suivant auquel on se reportera : [5] C. Bobin et al., "First results in the development of an on-line digital counting platform 8 dedicated to primary measurements", Applied radiation and isotopes, 68 (2010), pp. 1519-1522. Une particularité de l'invention réside dans le fait qu'elle ne comprend aucune voie particulière qui serait dédiée au déclenchement de la mesure des intervalles de temps : le début d'une mesure est déclenché par l'un quelconque des détecteurs. En conséquence, l'invention peut s'adapter à un système de détection symétrique, par exemple un système destiné à l'application de la méthode RCTD (en anglais, TDCR) ou méthode du Rapport des Coïncidences Triples à Doubles (en anglais, Triple to Double Coincidence Ratio). Une fois la mesure déclenchée par l'une des voies, l'algorithme assure la gestion des temps d'arrivée des impulsions dans les autres voies pour établir des histogrammes temporels des coïncidences multiples entre les voies (coïncidences doubles, coïncidences triples, etc ...) . Selon la méthode du temps mort reconductible, les post-impulsions corrélées dans les différentes voies sont utilisées pour la reconduction du temps mort. L'information acquise, à savoir les histogrammes correspondant aux coïncidences multiples entre les voies, sont enregistrée dans un ordinateur d'acquisition ; on y enregistre le temps actif mesuré. On se reportera au document suivant : [6] WO 2010/125062, « Procédé de mesure du taux de comptage d'impulsions, utilisant une méthode du type des temps morts reconductibles avec mesure du temps actif », invention de B. Censier. 9 Il existe plusieurs différences entre les divers aspects de la présente invention et le procédé décrit dans ce document [6]. Tout d'abord, dans la présente invention, on applique en temps réel un algorithme à un système de détection comprenant au moins deux voies, alors qu'une seule voie est considérée dans le document. Et la mesure du temps actif s'applique directement par échantillonnage des périodes en dehors du temps mort à l'aide d'une horloge. On n'enregistre donc pas, dans un ordinateur d'acquisition, les dates d'occurrence des impulsions en vue d'un post-traitement du comptage et du temps actif, alors que le procédé décrit dans le document utilise un traitement en temps différé. De plus, un but de la présente invention est la mesure d'un taux de comptage de coïncidences entre plusieurs détecteurs. En outre, en termes de paralysie du système de détection, la présente invention résout essentiellement un problème de traitement des post-impulsions corrélées, à savoir des post-impulsions qui sont engendrées dans les détecteurs utilisés ou qui peuvent résulter d'états métastables de certains radionucléides. C'est la raison pour laquelle le temps mort est commun aux différentes voies du système de mesure. Il ne s'agit pas seulement de périodes de paralysie engendrées par la durée de discrimination. Du point de vue de l'algorithme, l'invention est plus proche de la transposition numérique quasiment directe du module analogique MAC3 10 qui a déjà été réalisée (voir les documents [4] et [5]). Mais une différence majeure entre la présente invention et ce qui a déjà été effectué réside dans la mesure des coïncidences : dans l'invention, elle est réalisée grâce à l'enregistrement des distributions temporelles. De façon précise, la présente invention a pour objet un procédé de mesure du taux de comptage d'événements coïncidents entre N détecteurs de rayonnement qui fonctionnent en parallèle et sont respectivement associés à N voies de détection, où N est un nombre entier au moins égal à 2, chaque détecteur étant apte à envoyer une impulsion électrique sur la voie de détection à laquelle il est associé lorsqu'un événement se produit dans ce détecteur, caractérisé en ce que : - on convertit sous forme numérique les fluctuations temporelles des événements coïncidents, et - on utilise la méthode du temps mort reconductible avec mesure du temps actif pour éliminer tous les autres événements corrélés qui sont susceptibles de se produire dans un même détecteur. Selon un mode de réalisation préféré du procédé, objet de l'invention : - on enregistre les distributions temporelles des intervalles de temps qui séparent les impulsions, et - on mesure le taux de comptage des événements coïncidents à l'aide des distributions temporelles enregistrées. 11 De préférence, le temps actif est mesuré en temps réel. De plus, le temps mort est de préférence commun aux N voies de détection.

Selon un mode de réalisation préféré de l'invention . - la mesure du taux de comptage est déclenchée par l'une des N voies de détection lors de la survenue d'un événement dans le détecteur qui lui est associé, et - lorsque la mesure est déclenchée, on met en oeuvre un algorithme qui établit des histogrammes temporels correspondant aux coïncidences multiples entre les N voies de détection, c'est-à-dire aux événements coïncidents entre P détecteurs parmi les N détecteurs de rayonnement, où P parcourt l'ensemble des nombres entiers allant de 2 à N, à partir des temps d'arrivée des impulsions dans les N-1 autres voies de détection.

Dans la présente invention, les détecteurs peuvent être identiques les uns aux autres. Dans ce cas, selon un mode de réalisation particulier de l'invention, N est égal à 3, les détecteurs sont des photomultiplicateurs et l'on utilise le procédé pour mettre en oeuvre la méthode du rapport des coïncidences triples à doubles. Mais les détecteurs peuvent aussi ne pas être identiques les uns aux autres. Dans ce cas, selon un autre mode de réalisation particulier de l'invention, N est égal à 2, les détecteurs sont respectivement un détecteur de 12 photons gamma et un détecteur d'électrons et l'on utilise le procédé pour mettre en oeuvre la méthode des coïncidences bêta-gamma (en anglais, beta-gamma coincidence method). BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et 10 nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'une chaîne de mesure qui est destinée à déterminer l'activité d'un radionucléide par la méthode RCTD et 15 dans laquelle est mis en oeuvre un exemple du procédé, objet de l'invention, - la figure 2 est un organigramme d'un algorithme qui est utilisé dans cet exemple et qui traite en parallèle des mesures temporelles et la 20 gestion du temps mort reconductible, et - la figure 3 est un chronogramme relatif à cet algorithme. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS 25 L'exemple que l'on va décrire est relatif à une application de l'invention à la méthode RCTD qui est couramment utilisée pour la mesure d'une activité par comptage à scintillation liquide (en anglais, liquid scintillation counting).5 13 La mise en oeuvre de cette méthode permet de mettre en évidence les avantages de l'invention dans le cas où l'arrivée des signaux « start » et « stop » est aléatoire en raison de l'existence de post-impulsions corrélées qui peuvent conduire à des périodes confuses dans la mesure des intervalles de temps. Les deux phénomènes les plus importants à l'origine des post-impulsions sont : - l'émission lumineuse en scintillation liquide qui résulte de différents mécanismes physico-chimiques conduisant à un étalement de la distribution temporelle des photons émis, et - l'ionisation du gaz résiduel qui est présent dans les photomultiplicateurs utilisés pour la mise en oeuvre de la méthode RCTD. La chaîne de mesure, sur laquelle on reviendra par la suite, comprend trois voies de comptage, ou voies de détection, qui sont identiques ; et chacune de ces voies commence par un photomultiplicateur. La détection est faite de façon symétrique de sorte que chacune des voies est capable de déclencher une séquence de mesure et de temps mort reconductible. Il n'existe donc aucune voie spécifique, dédiée au déclenchement d'un processus de mesure d'intervalles de temps. Une fois la période de mesure initiée par une première impulsion électrique qui a été envoyée à l'une des trois voies, les deux autres voies sont utilisées pour mettre en oeuvre des histogrammes 14 temporels correspondant à des deuxième et troisième impulsions (pour le comptage des coïncidences doubles et triples). Dans le cas d'une mesure par la méthode RCTD, des données sont enregistrées dans un ordinateur d'acquisition sous la forme de deux histogrammes temporels, correspondant aux temps d'arrivée des deuxièmes et troisièmes impulsions. L'enregistrement du temps actif total (cumul des périodes en dehors du temps mort) permet de calculer les taux des coïncidences doubles et triples entre les voies. Rappelons que, conformément à l'invention, on mesure des évènements coïncidents mais seulement entre différents détecteurs. Dans un même détecteur, il peut y avoir de tels événements mais ils n'apportent aucune information sur la mesure. On se protège de ces évènements corrélés dans un même détecteur grâce à la méthode du temps mort reconductible avec mesure du temps actif : on ne tient compte que du premier évènement dans un détecteur mais pas d'autres évènements ultérieurs dans ce détecteur pendant la période du temps mort. A titre purement indicatif et nullement limitatif, on a réalisé un dispositif de mesure par la méthode RCTD à l'aide d'une carte numérique commercialement disponible, à savoir un kit de développement Altera®, équipé d'un circuit FPGA Stratix® III. Et, dans ce circuit logique, on a implémenté un programme permettant d'enregistrer des histogrammes temporels avec une profondeur d'échantillonnage qui a été fixée à 2048 canaux. 15 De plus, on a choisi une fréquence d'échantillonnage égale à 125 MHz, ce qui conduit à une résolution temporelle minimale de 8 ns. Pour l'implémentation des histogrammes, le temps 5 par canal est défini selon un multiple de la résolution temporelle minimale. Cette augmentation de la dynamique temporelle se fait toutefois au prix d'une perte de résolution ; mais la souplesse de programmation du circuit FPGA permet de 10 remédier à cette perte en augmentant la profondeur d'échantillonnage. Le temps total de mesure et le temps mort minimum sont définis par l'utilisateur selon un nombre de coups horloge. 15 Et la liaison entre la partie numérique de la chaîne de mesure et l'ordinateur d'acquisition est réalisée grâce à une connexion Ethernet. La figure 1 est une vue schématique de la chaîne de mesure dans laquelle est mis en oeuvre un 20 exemple du procédé, objet de l'invention. Dans cette chaîne de mesure, la détection de la lumière a lieu dans une chambre optique (non représentée). Dans cette chambre optique, on introduit un flacon 2 contenant un mélange d'un scintillateur 25 liquide et d'une source radioactive dont on veut déterminer l'activité par la méthode RCTD. Pour détecter la lumière de scintillation, on utilise trois photomultiplicateurs 4, 6, 8 qui sont disposés de façon symétrique autour du flacon 2, à 120° 30 les uns des autres. 16 A la suite d'une désintégration radioactive, un rayonnement ionisant est émis. Il en résulte un dépôt d'énergie dans le scintillateur liquide. Cela conduit à l'émission de photons lumineux qui se distribuent aléatoirement entre les trois photomultiplicateurs. Dans la chaîne de mesure, chaque photomultiplicateur assure la conversion d'un photon lumineux incident en un photoélectron. Cette conversion est effectuée par l'intermédiaire d'une photocathode située à l'entrée du photomultiplicateur et dépend du rendement quantique de la photocathode. De plus, le photomultiplicateur comprend une chaîne de dynodes. Dans cette dernière a lieu un processus de multiplication des photoélectrons qui sont produits au niveau de la photocathode. On obtient ainsi un courant suffisamment important pour pouvoir être transformé en une impulsion de tension qui soit exploitable par un amplificateur rapide.

Cette impulsion est envoyée sur une voie de détection qui relie le photomultiplicateur à l'amplificateur rapide. Sur la figure 1, on a d'ailleurs représenté les voies de détection 10, 12, 14 qui relient respectivement les photomultiplicateurs 4, 6, 8 aux amplificateurs rapides 16, 18, 20. Ces amplificateurs 16, 18, 20 sont respectivement associés à des dispositifs analogiques 22, 24, 26, à savoir des DFC (en anglais, CFD) c'est-à-dire des discriminateurs à fraction constante (en anglais, constant fraction discriminators). Le signal 17 délivré par chaque amplificateur alimente le DFC qui lui est associé. La chaîne de mesure comprend aussi un dispositif numérique 28 qui est constitué par un FPGA dans l'exemple décrit. Dans ce FPGA, on a programmé la conversion temps-numérique et la protection dont il a été question plus haut et sur lesquelles on reviendra par la suite. L'ensemble des DFC permet de passer de la partie analogique du système de détection au dispositif numérique de conversion temps-numérique 28. Chaque DFC produit un signal logique qui est directement exploitable par ce dispositif 28 et présente l'avantage de réduire les fluctuations temporelles que l'on rencontre généralement dans le cas d'une discrimination par seuil classique. Plus précisément, les trois DFC, qui équipent respectivement les voies de détection, fournissent des impulsions logiques. Ces impulsions matérialisent les signaux « start » et « stop » qui arrivent à l'entrée du dispositif numérique 28. La chaîne de mesure comprend également un ordinateur d'acquisition 30 qui traite les histogrammes temporels fournis par le dispositif numérique 28 et détermine les taux de comptage recherchés. Dans l'exemple décrit, cet ordinateur est relié au dispositif numérique 28 par une liaison Ethernet. De plus, l'ordinateur 30 est muni d'un dispositif 32 d'affichage des résultats des mesures.

On va maintenant considérer l'algorithme qui est représenté sur la figure 2. Cet algorithme est 18 mis en oeuvre dans le FPGA 28 faisant partie de la chaîne de mesure représentée sur la figure 1 et traite en parallèle la conversion temps-numérique et la gestion du temps mort reconductible.

On va également considérer le chronogramme qui est représenté sur la figure 3 et qui est relatif à cet algorithme. L'algorithme est tel que représenté sur la figure 2. Ci-après, on en précise simplement quelques éléments pour clarifier certaines abréviations. En 34, on part d'un état où la chaîne de mesure n'est pas paralysée ; le temps actif est incrémenté à chaque coup d'horloge. En 36, on se demande si oui ou non on détecte un signal de l'un quelconque des photomultiplicateurs (en abrégé : PMT). En 38, on se demande si oui ou non on a trois signaux synchrones provenant respectivement des trois PMT. En 40, le compteur de temps mort est mis à une valeur prédéfinie.

En 42, on se demande si oui ou non deux PMT parmi les trois PMT fournissent des signaux synchrones. En 44, on se demande si oui ou non l'un des PMT fournit un signal. En 46, le numéro du canal de l'histogramme des coïncidences doubles vaut 1 et le numéro du canal de l'histogramme des coïncidences triples vaut 1. En 48, le numéro du canal de l'histogramme des coïncidences triples vaut 1. En 50, lors d'un nouveau coup d'horloge, le compteur de temps mort est décrémenté de 1. En 52, le numéro du canal de l'histogramme des coïncidences doubles est augmenté de 1 et le numéro du canal de 19 l'histogramme des coïncidences triples est augmenté de 1. En 54, le numéro du canal de l'histogramme des coïncidences triples est augmenté de 1 et il y a un nouveau coup d'horloge. En 56, on se demande si oui ou non le compteur de temps mort est mis à 0. En 58, on se demande si oui ou non on a un signal de PMT sur la voie n°3. A ce propos, on apporte les précisions suivantes . - la voie n°1 est la première voie sur laquelle on détecte un signal provenant du PMT correspondant, à savoir l'un des PMT A, B et C avec les notations de la figure 3 ; - le PMT A est l'un des trois PMT de la figure 1, le PMT B est l'un des deux autres PMT de la figure 1 et le PMT C est le dernier des trois PMT de la figure 1 ; et - la voie n°2 (respectivement n°3) est la deuxième (respectivement troisième) voie sur laquelle on détecte un signal provenant du PMT correspondant à cette deuxième (respectivement troisième) voie. En 60, on se demande si oui ou non on détecte un signal de PMT sur chacune des voies n°2 et 3. En 62, on se demande si oui ou non le canal de l'histogramme des coïncidences triples vaut 2048 (pour la voie n°3), où 2048 est le canal le plus grand dans l'exemple considéré. En 64, on se demande si oui ou non le canal de l'histogramme des coïncidences doubles vaut 2048 et l'on se demande si oui ou non le canal de l'histogramme des coïncidences triples vaut 2048 (pour les voies n°2 et 3). En 66, on se demande si oui ou non les signaux 20 qui proviennent des PMT correspondant respectivement aux voies n°2 et 3 sont synchrones. Considérons maintenant le chronogramme de la figure 3.

Les trois premières lignes de ce chronogramme sont relatives aux PMT A, B et C qui ont déjà été mentionnés plus haut. Les flèches Fh désignent des pointillés représentant les signaux d'horloge dont la période vaut 8 ns dans l'exemple considéré. Les flèches Fp représentent la prolongation du temps mort. La ligne notée Tmt correspond au temps mort total. Tmm désigne le temps mort minimal. P désigne la période de mesure du temps actif. Les crénaux que l'on voit sur la ligne Tmt matérialisent les périodes de temps mort obtenues par des reconductions successives du temps mort minimal Tmm. La zone Z1 correspond - au déclenchement de la mesure par le PMT A qui fournit alors une première impulsion, -à une deuxième impulsion, fournie par le PMT B, avec un retard de 1 coup d'horloge, et - à l'incrémentation du 2ieme canal de l'histogramme des coïncidences doubles. La zone Z2 correspond -à une troisième impulsion, fournie par le PMT C, avec un retard de 7 coups d'horloge, et - à l'incrémentation du 8eme canal de l'histogramme des coïncidences triples. La zone Z3 correspond -au déclenchement de la mesure par le PMT A et le PMT B, et 21 - à l'incrémentation du ter canal de l'histogramme des coïncidences doubles. La zone Z4 correspond : - à une troisième impulsion, fournie par le PMT C, avec un retard de 1 coup d'horloge, et - à l'incrémentation du 2ieme canal de l'histogramme des coïncidences triples. On revient maintenant sur l'algorithme de la figure 2.

L'implémentation de cet algorithme dans le circuit FPGA 28 (figure 1) est fondée sur une gestion synchrone des impulsions logiques délivrées par les modules DFC 16, 18 et 20. La résolution temporelle des histogrammes est ainsi limitée par la fréquence d'échantillonnage dans le FPGA (qui constitue un dispositif numérique). Toutefois, cette implémentation ne présente pas d'inconvénients pour la justesse de la mesure des coïncidences entre les voies.

Durant le temps d'acquisition défini par l'utilisateur, le FPGA ne peut déclencher une phase de mesures temporelles que s'il est au préalable en temps actif c'est-à-dire en dehors du temps mort. La séquence de mesure temporelle et le temps mort sont décrits dans l'organigramme de la figure 2 et le chronogramme de la figure 3. Ils sont déclenchés lorsqu'une impulsion d'horloge est synchrone avec au moins un signal logique provenant des trois modules DFC.

Il convient de noter que le traitement des histogrammes des intervalles de temps et du temps mort 22 de type reconductible est implémenté selon deux processus qui s'exécutent en parallèle à partir des mêmes signaux logiques. Le temps mort minimum est prédéfini par l'utilisateur. Il doit être toujours plus grand que la dynamique temporelle des histogrammes, dynamique qui définit l'intervalle de temps maximum mesurable. Une fois la séquence déclenchée, l'algorithme scrute l'arrivée d'un signal logique dans les voies qui n'ont pas initié la phase des mesures temporelles. La durée entre les arrivées des première et deuxième impulsions est exprimée en nombre de coups d'horloge. Ce nombre est utilisé pour incrémenter en temps réel le canal correspondant dans l'histogramme temporel des coïncidences doubles. Lorsque deux signaux logiques provenant de deux voies différentes sont détectés de façon synchrone par une impulsion d'horloge, la phase de mesure est déclenchée et le premier canal de l'histogramme des coïncidences doubles est incrémenté. Dans le cas particulier où aucune seconde impulsion n'est détectée durant la période correspondant à la profondeur de codage de l'histogramme temporel (valeur minimale dans l'exemple décrit : 2047 x 8 ns = 16,376 µs), le dernier canal est incrémenté dans le but de conserver l'information d'une période de temps mort qui a été déclenchée. Lorsque deux signaux logiques provenant de deux voies différentes ont déjà été détectés durant la séquence en cours (simultanément ou non), l'algorithme scrute l'arrivée d'un signal logique dans la troisième 23 voie. La durée entre les arrivées des première et troisième impulsions est exprimée en nombre de coups d'horloge. Ce nombre est utilisé pour incrémenter en temps réel le canal correspondant dans l'histogramme temporel des coïncidences triples. Lorsque les deux signaux logiques provenant des deux autres voies (2ème et 3ème voies) sont détectés de façon synchrone par une impulsion d'horloge, le même canal, correspondant à la durée entre les arrivées des première et deuxième impulsions (exprimée en nombre de coups d'horloge), est incrémenté dans les histogrammes des coïncidences doubles et triples. Dans le cas particulier où aucune troisième impulsion n'est détectée durant la période correspondant à profondeur de codage, le dernier canal de l'histogramme des coïncidences triples est incrémenté. En ce qui concerne la partie de l'algorithme qui est dédiée à la gestion du temps mort de type reconductible et à la mesure du temps actif, cette partie est une transposition du module analogique MAC3. Cette transposition a déjà été mise en oeuvre dans un système numérique de mesure de coïncidences par la méthode du temps de recouvrement (voir les documents [4] et [5]). On rappelle que cette technique ne conserve pas l'information temporelle. Le déclenchement du temps mort est effectué de façon synchrone avec le début de la phase de mesure temporelle pour une durée minimale qui est exprimée en nombre de coups d'horloge. 24 Selon le principe du temps mort de type reconductible, tout nouveau signal logique provenant des trois modules DFC et arrivant durant une période de temps mort prolonge cette période de la même durée minimale (qui est définie par l'utilisateur). Le temps actif représente la durée effective de la mesure. Il est mesuré en temps réel, en échantillonnant les périodes en dehors du temps mort avec l'horloge du FPGA.

Le chronogramme de la figure 3 donne une représentation du déroulement de l'algorithme de la figure 2 (qui est utilisé dans un exemple de la présente invention). Il convient de noter que la durée de discrimination des signaux logiques est aussi prise en compte dans la reconduction du temps mort. Il convient également de noter que la gestion du temps mort est réalisée à partir d'une synchronisation des signaux avec les impulsions d'horloge, comme pour la gestion des mesures temporelles. Après correction des histogrammes en divisant le contenu des canaux par la mesure du temps actif, on peut procéder au calcul des taux de comptage des coïncidences multiples. Les valeurs de ces taux sont données par le cumul du contenu des canaux correspondant à la région temporelle qui est définie par l'utilisateur. Dans le cas de la méthode RCTD, on choisit les premiers canaux correspondant à un temps optimal de résolution de coïncidence, dans le but d'éviter toute 25 perte des informations qui sont contenues dans les histogrammes des coïncidences doubles et triples. La présente invention a diverses applications industrielles.

En effet, dans l'industrie, de nombreux domaines nécessitent des mesures faisant intervenir un convertisseur temps-numérique, par exemple les mesures dans le domaine des temps-fréquences ou les mesures dans le domaine de la photonique.

En particulier, dans le domaine de la métrologie de la radioactivité et, plus généralement, de la physique nucléaire et des particules, la présente invention remédie à un inconvénient bien spécifique, dû aux détecteurs de rayonnement, à savoir le caractère aléatoire des temps d'arrivée des impulsions avec la présence éventuelle de post-impulsions dont il est difficile de caractériser la distribution temporelle. Par ailleurs, on a donné des exemples de l'invention dans lesquels on utilise trois détecteurs de rayonnement. Mais la présente invention n'est pas limitée à ce cas : l'homme du métier peut adapter les exemples donnés à un cas où l'on utilise plus de trois détecteurs de rayonnement. L'homme du métier peut même adapter ces exemples au cas où l'on utilise seulement deux détecteurs de rayonnement. Dans le domaine de la métrologie de la radioactivité, ce cas correspond par exemple à la méthode des coïncidences 4i4-y. Cette méthode peut associer deux détecteurs différents, par exemple un compteur proportionnel et un détecteur de type scintillateur.

26 En outre, un convertisseur temps-numérique est utile dans le cas de la mesure de la durée vie d'un état métastable dans le schéma de désintégration de radionucléides particuliers.5

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de mesure du taux de comptage d'événements coïncidents entre N détecteurs de rayonnement (4, 6, 8) qui fonctionnent en parallèle et sont respectivement associés à N voies de détection (10, 12, 14), où N est un nombre entier au moins égal à 2, chaque détecteur étant apte à envoyer une impulsion électrique sur la voie de détection à laquelle il est associé lorsqu'un événement se produit dans ce détecteur, caractérisé en ce que : - on convertit sous forme numérique les fluctuations temporelles des événements coïncidents, et - on utilise la méthode du temps mort reconductible avec mesure du temps actif pour éliminer tous les autres événements corrélés qui sont susceptibles de se produire dans un même détecteur.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel : - on enregistre les distributions temporelles des intervalles de temps qui séparent les impulsions, et - on mesure le taux de comptage des événements coïncidents à l'aide des distributions temporelles enregistrées.
3. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel le temps actif est mesuré en temps réel. 28
4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le temps mort est commun aux N voies de détection (10, 12, 14).
5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel : - la mesure du taux de comptage est déclenchée par l'une des N voies de détection (10, 12, 14) lors de la survenue d'un événement dans le détecteur qui lui est associé, et - lorsque la mesure est déclenchée, on met en oeuvre un algorithme qui établit des histogrammes temporels correspondant aux coïncidences multiples entre les N voies de détection, c'est-à-dire aux événements coïncidents entre P détecteurs parmi les N détecteurs de rayonnement, où P parcourt l'ensemble des nombres entiers allant de 2 à N, à partir des temps d'arrivée des impulsions dans les N-1 autres voies de détection.
6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les détecteurs (4, 6, 8) sont identiques les uns aux autres.
7. 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel N est égal à 3, les détecteurs sont des photomultiplicateurs (4, 6,
8. 8) et l'on utilise le procédé pour mettre en oeuvre la méthode du rapport des coïncidences triples à doubles. 529 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les détecteurs ne sont pas identiques les uns aux autres.
9. 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel N est égal à 2, les détecteurs sont respectivement un détecteur de photons gamma et un détecteur d'électrons et l'on utilise le procédé pour mettre en oeuvre la méthode des coïncidences bêta-gamma.