FR3007847A1 - Capteur de rayonnement electromagnetique et/ou de particules. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un capteur (10) de rayonnement électromagnétique et/ou de particules, caractérisé en ce qu'il comprend : - au moins un module (100) muni de faces principales (109, 109') parallèles entre elles et comportant : • un moyen de conversion (101) du rayonnement électromagnétique et/ou des particules en des éléments chargés électriquement ; • des moyens (102, 103) pour diriger et collecter lesdits éléments chargés électriquement au sein dudit au moins un module (100), • au moins un moyen (104, 105, 106) pour amplifier la charge électrique desdits éléments ; les moyens (102, 103) pour diriger et collecter lesdits éléments et le ou chaque moyen (104, 105, 106) pour amplifier la charge électrique étant agencés dans des plans à la fois parallèles entre eux et perpendiculaires aux faces principales (109', 109) dudit au moins un module (100) ; et - une entrée (11) pour le rayonnement électromagnétique et/ou les particules dans ledit au moins un module (100), ladite entrée (11) étant située dans le prolongement de l'une (109') des faces principales (109', 109) en formant un angle φ, pris dans le sens trigonométrique, entre cette entrée (11) et la face principale (109') qu'elle prolonge tel que 90° < φ ≤ 270°. Les faces principales peuvent former des portions de cylindre concentriques, donc parallèles entre elles. Les faces principales peuvent également former des plans parallèles entre eux.

Description

La présente invention concerne un capteur de rayonnement électromagnétique et/ou de particules. Un tel capteur peut être rencontré dans un Tokamak. Un tokamak est un réacteur à fusion nucléaire comportant principalement une chambre à vide de forme torique au sein de laquelle un plasma d'hydrogène est confiné par des champs magnétiques élevés. Ce plasma émet dans tout le spectre électromagnétique allant de l'infrarouge aux rayons gamma, en passant par le visible et les rayons X. Il émet également des particules chargées (ions, électrons) et neutres (neutrons).

On cherche à détecter une partie de ce flux (électromagnétique et/ou particules), par exemple la distribution de l'émissivité des X mous dans une section poloïdale du tore pour surveiller le fonctionnement du Tokamak. Afin de détecter, par exemple, ces X mous, on utilise 15 généralement des capteurs à diodes semi-conductrices (silicium). Un schéma d'implantation, sur le Tokamak, d'un capteur comportant plusieurs diodes semi-conductrices fait l'objet de la figure 1. On y distingue la section poloïdale 1, le capteur 2 muni des plusieurs diodes 21 et une fente 3 qui permet d'associer une ligne de visée 4 à une diode 21 particulière. 20 Le flux à détecter, appelé flux d'intérêt, est cependant accompagné de flux indésirables de particules ou de rayonnements électromagnétiques à d'autres longueurs d'onde, comme le rayonnement gamma. Ces flux indésirables peuvent être directs, c'est-à-dire qu'ils suivent le flux d'intérêt qu'on cherche à mesurer, ou indirects, par exemple par le fait 25 de rétrodiffusion par certains composants du Tokamak. Ces flux indésirables d'une part, perturbent la mesure (bruit) et/ou d'autre part, endommagent inutilement le capteur. Il est donc nécessaire de distinguer, au niveau du capteur, le flux d'intérêt des flux indésirables (bruit et /ou vieillissement). 30 Ces capteurs à diodes semi-conductrices fournissent de bons résultats, mais sont très sensibles aux flux indésirables (vieillissement).

Par ailleurs, à l'avenir, les Tokamaks sont destinés à provoquer des réactions nucléaires de type deutérium-tritium (D-T) beaucoup plus génératrices de neutrons énergétiques et de rayonnement gamma que les Tokamaks actuels, de type deutérium-deutérium (D-D).

Cela implique que le niveau de bruit va augmenter. Cela implique également que le vieillissement des capteurs sera beaucoup plus rapide. Pour limiter ces effets, il a par exemple déjà été proposé de mettre en place des protections pour les capteurs à diodes semi-conductrices contre les flux indésirables indirects. Toutefois, ces protections ne permettent pas de gérer les flux indésirables directs. A ce jour, il n'existe donc pas de solution permettant de réaliser une mesure fiable, permettant de s'affranchir ou au moins de limiter les flux indésirables directs et indirects, comme des flux de neutrons, des rayonnements X durs ou gamma dans le cas où l'on cherche à mesure des rayons X mous. Le Tokamak n'est ici donné qu'à titre d'exemple. Il convient de noter que de tels problèmes peuvent également être rencontrés pour d'autres applications, dans lesquelles il existe des conditions hostiles (rayons X, rayons gamma et/ou neutrons). Par ailleurs, si, dans le cas du Tokamak, les X mous sont le rayonnement d'intérêt, il peut s'avérer que, dans d'autres applications, un flux de neutrons est la mesure d'intérêt perturbée par des flux indésirables comme le rayonnement X ou gamma. De même, pour d'autres applications, la mesure du rayonnement gamma peut être la mesure d'intérêt, les flux indésirables étant constitués de rayons X, durs et/ou mous, et/ou d'un flux de particules tels que les neutrons. Des capteurs bien connus pour réaliser, de manière générale, des mesures de rayonnement X, ou de rayonnement gamma ou encore de flux de neutrons sont par ailleurs connus.

Mais ils ne sont généralement pas utilisés dans des milieux pollués par de nombreux autres flux indésirables en raison de leur sensibilité à ces flux, tant sur le plan du bruit que sur le plan du vieillissement. Ces capteurs sont généralement basés sur un fonctionnement consistant à convertir le rayonnement électromagnétique et/ou les particules en des éléments chargés électriquement, par exemple des ions ou des électrons puis, à diriger ces éléments chargés électriquement préalablement créée, les amplifier et les collecter. L'article de G. Charpak & al. intitulé « Micromegas, a lo multipurpose gaseous detector », Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, vol. 478 (2002), pp. 26-36 (Dl) propose un capteur basé sur ce fonctionnement. Ce capteur peut par exemple être utilisé pour réaliser de l'imagerie aux rayons X. Il peut également servir à localiser des rayons X, 15 gamma ou un flux de neutrons. Le capteur comprend une entrée pour le rayonnement électromagnétique X ou gamma et/ou les neutrons. Il est rempli d'un gaz qui permet la conversion du rayonnement électromagnétique et/ou des neutrons en éléments chargés 20 électriquement. Il comporte également des électrodes (anode, cathode) supportées par des plaques planes et entre lesquelles est appliqué un champ électrique. Ce champ électrique permet de diriger les éléments chargés électriquement, préalablement créés pendant la conversion, en direction de 25 l'anode. Entre la cathode et l'anode, il est prévu une grille micrométrique (« micromesh » dans la terminologie anglo-saxonne) qui permet de démultiplier le nombre d'éléments chargés, par exemple de démultiplier le nombre d'électrons par avalanche électronique.

Avec cette grille micrométrique, l'amplification s'effectue principalement en aval de cette grille et elle est négligeable dans les orifices de la grille. Les éléments chargés électriquement sont reçus au niveau de l'anode (collecteur), qui se présente en l'occurrence sous la forme de bandes ou points s'étendant dans le plan formé par la plaque plane support (isolante). L'article de F. Sauli propose également un capteur du type précité dans « Progress with the gas electron multiplier », Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, vol. 522 (2004), pp. 93-98 (D2).

La différence principale entre le capteur proposé dans D2 par rapport à celui qui est proposé dans D1 porte sur l'amplificateur. En effet, dans le document D2, un ou plusieurs multiplicateur(s) d'électrons est(sont) employé(s) (GEM pour « Gaseous Electron Multipllier » dans la terminologie anglo-saxonne).

Ce type d'amplificateur se présente généralement sous la forme d'un feuillet mince isolant et recouvert d'un métal sur chacune de ses deux faces, ledit feuillet étant percé d'une multitude d'orifices micrométriques. Le GEM provoque également une avalanche d'électrons, mais cette dernière est réalisée principalement dans les orifices micrométriques du 20 GEM (cf. figure 1 du document D2 ; en comparaison des figures 3 et 1, en haut du document D1). Quelles que soient les conceptions spécifiques de ces capteurs, telles que celles proposées dans les documents D1 ou D2, ceux-ci sont particulièrement bien adaptés à l'analyse d'un rayonnement 25 électromagnétique de longueur d'onde donnée ou d'un type de particule neutre. Mais, comme cela a déjà été précisé précédemment, ces capteurs sont difficilement envisageables pour des mesures à long terme dans des milieux particulièrement hostiles, tels que ceux rencontrés dans 30 l'environnement d'un Tokamak.

En effet, le rayonnement électromagnétique incident ou le flux de particules, qu'il soit d'intérêt ou indésirable direct ou indirect, traverse l'ensemble du capteur ce qui génère beaucoup de bruit et favorise le vieillissement de l'ensemble des composants du capteur (cf. figure 1 (en haut) du document Dl par exemple). C'est d'ailleurs l'une des raisons pour lesquelles, un capteur du type de celui qui est proposé dans le document Dl ou D2, n'a, à la connaissance du demandeur, pas été à ce jour implanté sur un Tokamak pour un fonctionnement à très forte puissance et sur une longue durée.

Un objectif de l'invention est de proposer un capteur de rayonnement électromagnétique et/ou de particules qui améliore la qualité de la mesure et la durée de vie du capteur, en présence d'un milieu générant des flux indésirables tels que rayons X, gamma ou autres ou encore des particules.

Pour atteindre cet objectif, l'invention propose un capteur de rayonnement électromagnétique et/ou de particules, caractérisé en ce qu'il comprend : - au moins un module muni de faces principales parallèles entre elles et comportant : - un moyen de conversion du rayonnement électromagnétique et/ou des particules en des éléments chargés électriquement ; - des moyens pour diriger et collecter lesdits éléments chargés électriquement au sein dudit au moins un module, - au moins un moyen pour amplifier la charge électrique desdits éléments , les moyens pour diriger et collecter lesdits éléments et le ou chaque moyen pour amplifier la charge électrique étant agencés dans des plans à la fois parallèles entre eux et perpendiculaires aux faces principales dudit au moins un module ; et - une entrée pour le rayonnement électromagnétique et/ou les particules dans ledit au moins un module, ladite entrée étant située dans le prolongement de l'une des faces principales en formant un angle (p, pris dans le sens trigonométrique, entre cette entrée et la face principale qu'elle prolonge tel que 90° < cp < 270°. Le capteur selon l'invention pourra comprendre les caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : - le capteur comprend: une pluralité de modules chacun muni de faces principales parallèles entre elles, deux au moins de cette pluralité de modules comportant chacun : - un moyen de conversion du rayonnement électromagnétique et/ou des particules en des éléments chargés électriquement ; - des moyens pour diriger et collecter lesdits éléments chargés électriquement au sein du module concerné; - au moins un moyen pour amplifier la charge électrique desdits éléments, les moyens pour diriger et collecter lesdits éléments et le ou chaque moyen pour amplifier la charge électrique au sein d'un même module étant agencés dans des plans parallèles entre eux, mais non parallèles aux faces principales du module concerné ; - une entrée pour le rayonnement électromagnétique et/ou les particules pour chacun des modules, chaque entrée étant située sur l'une des faces principales du module concerné ; lesdits modules étant par ailleurs disposés en série le long d'une direction perpendiculaire aux dites faces principales. pour le ou l'un au moins des modules : le moyen pour convertir le rayonnement électromagnétique et/ou les particules en des éléments chargés électriquement est un gaz ou un gaz associé à un solide remplissant le module concerné ; les moyens pour diriger et collecter les éléments chargés électriquement au sein du module concerné comportent : - une première électrode, - une deuxième électrode servant de moyen de collecte des éléments chargés électriquement, sous l'effet de l'application d'un champ électrique entre les électrodes ; - le ou chaque moyen pour amplifier la charge électrique est disposé entre les deux électrodes du module concerné. - le ou chaque moyen d'amplification comprend une ou plusieurs grilles micrométriques. - le ou chaque moyen d'amplification comprend un ou plusieurs multiplicateurs d'éléments chargés électriquement. - la ou chaque entrée d'un module est munie d'un feuillet présentant des propriétés sélectives vis-à-vis du rayonnement électromagnétique et/ou de particules. - le capteur comprend un moyen de protection contre le rayonnement électromagnétique et/ou les particules, ce moyen de protection recouvrant au moins une partie du capteur, et avantageusement l'ensemble du capteur, à l'exception de l'entrée du capteur. - le capteur comprend également un module formé d'une série de diodes semi-conductrices et/ou des diodes à vide. - une face principale du capteur séparant deux modules successifs est isolante électriquement. - l'angle cp est tel que 120° 5_ cp < 240°, avantageusement tel que 135° < cp < 225°, encore plus avantageusement tel que 150° < cp < 210° et encore plus avantageusement tel que 170° < cp < 190°. - l'angle cp vaut 180°. - les faces principales forment chacune une portion d'un cylindre, par exemple d'un cylindre de révolution. - les faces principales sont planes. Les caractéristiques, buts et avantages de l'invention seront énoncés dans la description détaillée ci-après faite en référence aux figures suivantes : la figure 2 représente, selon une vue en perspective partielle schématique, un capteur selon un premier mode de réalisation de l'invention ; la figure 3 représente, selon une vue en perspective partielle schématique, un capteur selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; la figure 4 représente, selon une vue en perspective partielle schématique, un capteur selon un troisième mode de réalisation de l'invention ; la figure 5 comprend d'une part, la figure 5(a) qui représente le capteur illustré sur la figure 2 selon une vue de coupe longitudinale et d'autre part, la figure 5(b), toujours selon une vue de coupe longitudinale d'une variante de réalisation du capteur relatif au premier mode de réalisation ; la figure 6 comprend les figures 6(a) à 6(c), lesquelles représentent un une autre variante de réalisation du capteur selon le premier mode de réalisation, respectivement selon une vue en perspective partielle, une vue en coupe transversale et une vue en coupe longitudinale partielle. Le capteur selon l'invention propose une conception particulière qui limite voire évite les flux indésirables indirects ou directs d'atteindre les moyens constitutifs du capteur intervenant dans la mesure.

Cette mesure est donc moins bruitée et plus facile à traiter. De plus, le vieillissement du capteur est ralenti, du fait même que ces moyens constitutifs ne reçoivent que peu ou pas de flux indésirables. En particulier, ce capteur limite le bruit et le vieillissement par rapport aux capteurs à diodes semi-conductrices utilisées à ce jour pour les Tokamaks par exemple, car il limite également les flux indésirables directs. A cet effet, le capteur selon l'invention est basé sur un fonctionnement consistant à convertir le rayonnement électromagnétique et/ou les particules en des éléments chargés électriquement, par exemple des ions ou des électrons puis, à diriger ces éléments chargés électriquement préalablement créés, les amplifier et les collecter.

Il reprend donc le principe de fonctionnement des capteurs à gaz proposés dans les documents D1 et D2, alors que de tels capteurs n'étaient pas envisagés à ce jour pour des applications présentant de nombreux flux indésirables indirects et/ou directs, justement parce que ces derniers ne pouvaient, par conception, être soumis à ces flux indésirables, notamment directs. Un premier mode de réalisation du capteur selon l'invention est représenté sur la figure 2. Le capteur 10 comporte deux faces principales 109', 109 qui sont parallèles entre elles, ainsi que des faces annexes qui ne sont pas référencées. Il comporte également une entrée 11 pour le rayonnement électromagnétique et/ou les particules incident(es), laquelle est située dans le prolongement de l'une 109' des faces principales. Il comporte encore un module 100 de mesure dont la description est détaillée ci-après. L'entrée 11 s'étend dans un plan et présente, par exemple, une forme rectangulaire. Le module 100 comprend un moyen de conversion 101 du rayonnement en des éléments chargés électriquement, lesdits éléments se présentant par exemple sous la forme d'ions et/ou d'électrons. Le module 100 comprend des moyens 102,103 pour diriger et collecter lesdits éléments au sein du module 100, chacun de ces moyens 102, 103 étant agencé dans des plans parallèles entre eux et perpendiculaires aux faces principales 109', 109 du capteur 10.

Dans le cas d'espèce, l'entrée 11 plane du capteur 10/module 100 s'étend dans le même plan que la face principale 109'. Le module 100 comprend un ou plusieurs moyen(s) 104, 105, 106 pour amplifier la charge électrique, le ou chaque moyen d'amplification 104, 105, 106 étant agencé dans un plan parallèle aux moyens 102,103 pour 30 diriger et collecter lesdits éléments au sein du capteur 10 (et donc 300 784 7 10 perpendiculaire au plan comportant l'entrée 11 du capteur 10 et la face principale 109'). Il convient de noter que le parallélisme entre les faces principales 109', 109 et l'orthogonalité des moyens 102 à 106 à ces faces 5 principales 109', 109 est important pour assurer le bon fonctionnement du capteur (création des charges électriques, collecte et amplification). Contrairement aux enseignements des documents Dl ou D2, l'entrée 11 du capteur est disposée, dans le cadre de l'invention, perpendiculairement aux différents moyens prévu dans le module 100 de 10 mesure (pour assurer la direction des charges électriques, la collecte de ces charges et l'amplification de ces charges). Ainsi, si les lignes de visée/parcours des différents rayons incidents et/ou de particules restent sécantes à l'entrée 11 du capteur, ces lignes de visée ne rencontrent pas les autres moyens de mesure, collecte ou amplification du capteur selon 15 l'invention. En conséquence, les flux indésirables directs sont limités dans le module de mesure 100. Par ailleurs, un moyen de protection 107, disposé contre les faces du capteur 10, à l'extérieur de celles-ci, peut être envisagé. Ce moyen 20 de protection 107 (représenté toutefois de manière partielle pour visualiser l'intérieur du capteur ; celui-ci couvrant au minimum toute la face principale 109' à l'exception de l'entrée 11) permet de faire barrière aux différents flux, directs ou indirects qui proviennent sensiblement des mêmes zones que le flux d'intérêt représenté par la flèche F entrant dans le capteur 10, autrement 25 que par l'entrée 11. Avantageusement, le moyen de protection 107 couvrira l'ensemble du capteur 10, à l'exception, évidemment, de l'entrée 11 du capteur 10. Il permet donc d'améliorer un éventuel effet de filtrage des faces du capteur, telles que les faces principales 109', 109. Pour obtenir ce résultat, il est donc important d'avoir une 30 conversion du rayonnement électromagnétique incident et/ou de particules incidentes en d'autres éléments, par exemple électriquement chargés, dont le parcours peut être contrôlé indépendamment (décorrélation) du parcours du rayonnement électromagnétique et/ou de particules au sein du capteur. Ce premier mode de réalisation s'appuie sur un cas particulier de capteur fonctionnant par conversion/amplification/collection, à savoir dans 5 lesquels le moyen de conversion est un gaz (comme dans les documents D1 ou D2). Il existe cependant des capteurs avec des moyens de conversion solides, associés en général à un gaz, notamment pour la détection de neutrons, qui entrent dans le cadre de l'invention. 10 Dans le cadre de l'invention, le moyen de conversion 101 est un gaz remplissant le module 100 concerné et capable de convertir le rayonnement électromagnétique incident en des éléments chargés électriquement, en l'occurrence des électrons. 15 Avantageusement, une circulation de ce gaz est prévue entre une entrée et une sortie afin que le capteur 10 soit toujours rempli en gaz et que ce dernier soit renouvelé. Le renouvellement du gaz évite par exemple la polymérisation du gaz lorsque celui-ci est composé de molécules organiques. Plus généralement, ce renouvellement évite toute altération du gaz, altération 20 inéluctable puisque le gaz forme le moyen de conversion. Les électrons crées pendant la conversion sont dirigés en direction d'une anode 103 (collecteur d'électrons), sous l'effet d'un champ électrique E(V/m) généré entre la cathode 102 et l'anode 103. Dans le cas d'espèce, l'anode 103 se présente sous la forme de bandes parallèles, qui 25 sont situées sur une plaque support 1030 isolante électriquement. L'anode 103 et la cathode 102 sont parallèles entre elles et perpendiculaire au plan comportant l'entrée 11 du capteur 10. On peut par ailleurs observer sur la figure 2 que la flèche F, qui représente une ligne de visée du rayonnement électromagnétique est sécant au plan comportant l'entrée 11 du capteur, alors 30 que le champ électrique E est orienté à la fois parallèlement à ce plan et perpendiculairement à l'anode 103 et la cathode 102.

Quant à lui, le moyen d'amplification 104, 105, 106 est en l'occurrence formé par trois feuillets plans multiplicateurs d'électrons (par avalanche électronique), par exemple conformes à celles proposées dans le document D2 (GEM selon la terminologie anglo-saxonne). Ces plaques feuillets 104, 105, 106 s'étendent parallèlement aux électrodes 102, 103, entre les deux électrodes 102, 103. Les feuillets 104, 105, 106 sont disposés à distance les uns des autres, le long du parcours menant les électrons vers l'anode 103 (collecteur).

Le parcours des électrons dans le capteur 10, et plus précisément dans le module 100 de mesure, est donc décorrélé du parcours du rayonnement d'intérêt dans le capteur 10. Les feuillets 104, 105, 106 ainsi que l'anode 103 et au moins en partie la cathode 101 ne sont pas ou peu atteints par le flux incident (moins de bruit, moins de vieillissement). De plus, le capteur 10 permet de s'assurer qu'il n'y a aucune conversion en aval (en prenant comme référence, le sens de propagation des éléments chargées électriquement au sein du module) du premier feuillet 104, car le flux d'intérêt n'est pas dirigé vers les feuillets 104, 105, 106 et/ou l'anode 103 et ce, contrairement aux capteurs de ce type connus, tels que ceux proposés dans les documents D1 ou D2. Une meilleure précision peut ainsi être obtenue avec le capteur 10 conforme à l'invention. La carte mère 108 du capteur 10 est représentée. Celle-ci permet, de manière connue, le comptage des charges électriques collectées par l'anode 103, ainsi que leur discrimination. On notera également que les faces principales 109', 109 sont isolantes électriquement. L'entrée 11 du capteur 10 est munie d'un feuillet 110 présentant des propriétés sélectives vis-à-vis du flux incident. Ce feuillet 110 permet d'assurer le confinement du gaz dans le capteur 10. Ce feuillet 110 est également avantageusement isolant électriquement.

Par exemple, pour détecter les X mous, le gaz 101 peut être un mélange gazeux Ar-0O2-CF4 ou Ar-0O2, ou un gaz noble tel que l'hélium (He) ou le Xénon (Xe). Le feuillet 110 peut alors être le polypropylène ou le téflon®.

Ces matériaux ont l'avantage d'être isolants électriquement et ainsi de ne pas interférer avec le champ électrique entre la cathode 102 et la première plaque GEM 104. A titre d'exemple, on peut prévoir du téflon® pour former le feuillet 110 qui, pour une épaisseur de 1 micron est transparent aux X mous à partir de 1 keV.

La distance entre la cathode 102 et l'anode 103 est de l'ordre de quelques millimètres, en général inférieur à 10mm. Le champ électrique est de l'ordre de quelques kV/cm pour la propagation des éléments chargés électriquement et de quelques centaines de kV/cm pour l'amplification.

Enfin, les plaques GEM sont par exemple réalisées en Ka pton . Un deuxième mode de réalisation d'un capteur conforme à l'invention est représenté sur la figure 3. Dans ce mode de réalisation, il est prévu deux modules de mesure 100, 200 disposés en série le long d'une direction perpendiculaire au plan comportant l'entrée 11 du capteur 10. L'entrée 11 du capteur 10 représenté sur la figure 3 est identique à l'entrée du capteur représenté sur la figure 2. Le module 100 représenté sur la figure 3 est également identique à celui qui est représenté sur la figure 2 (la cathode 102 n'est toutefois pas représentée pour plus de visibilité et l'anode 103 est réalisée par une multitude de points/pixels (en noir) montés sur la plaque support 1030 isolante électriquement (en blanc). Par ailleurs, le module 200 est similaire, dans sa conception, à celui qui est représenté sur la figure 2.

En particulier, le module 200 comprend une cathode 202 et une anode 203 qui sont parallèles entre elles. Le module 200 comprend également un amplificateur se présentant sous la forme de trois feuillets 204, 205, 206 (fonctionnant par avalanche électronique) parallèles entre eux et aux électrodes 202, 203 et perpendiculaires aux faces principales 109', 109 et, dans le cas d'espèce, à l'entrée 11 du capteur 10. Le module 200 comprend une entrée 12, s'étendant également dans un plan qui est parallèle au plan comportant l'entrée 11 du capteur 10. L'entrée 12 peut présenter une forme rectangulaire, dont les dimensions sont par ailleurs identiques à celles de l'entrée 11. Cette entrée 12 est munie d'un feuillet 120 présentant des propriétés sélectives vis-à-vis du flux incident. Le feuillet 120 est également avantageusement isolant électriquement. Ce module 200 est alimenté avec un gaz 201 servant de moyen de conversion, ce gaz étant avantageusement renouvelé en prévoyant une entrée pour ce gaz 201 et une sortie pour ce gaz 202 au sein du module 200. La face 109 est alors une paroi de séparation entre les deux modules 100, 200, qui est isolante électriquement. Quant à la face 209, elle est également isolante électriquement et constitue une face arrière du capteur (hors moyen de protection 107 susceptible de la recouvrir). Ainsi, la conception particulière proposée dans le cadre de l'invention confère également un aspect modulaire au capteur 10. Ceci est particulièrement avantageux car il est possible de choisir, pour le premier module 100, un gaz 101 permettant par exemple la 25 conversion de rayons X mous (mais pas des X durs) et, pour le deuxième module 200, un gaz 201 permettant par exemple la conversion de rayons X durs. Dans ce cas, on obtient un capteur 10 capable de fournir des informations à la fois sur les X mous et sur les X durs. A noter que, dans cet exemple, le rayonnement de plus haute 30 énergie pénétrant plus loin dans le gaz, il est plus judicieux de faire fonctionner le capteur ainsi, les X mous ayant une probabilité plus faible d'atteindre le module 200. On prévoit alors, sur l'entrée 11, un feuillet 110 transparent aux rayons X et sur l'entrée 12 du deuxième module 200, un feuillet 120 transparent aux X durs, mais pas aux X mous (cas par exemple d'un feuillet 120 en téflon®, de 100 microns d'épaisseur qui est transparent 5 aux X durs à partir de 20 keV). Par ailleurs, il convient de noter que tous les modules 100, 200 sont atteints par les mêmes lignes de visée du rayonnement incident. Ceci facilite considérablement les comparaisons entre différents types de rayonnement, car la mesure est effectuée sans décalage dans les lignes de 10 visée. Enfin, cela permet d'obtenir un capteur 10 particulièrement compact, ce qui est intéressant pour les espaces confinés et permettant la détection de différents flux d'intérêt. Pour ce deuxième mode de réalisation, la description a été 15 réalisée avec deux modules 100, 200. L'homme du métier comprendra qu'il ne s'agit que d'un exemple et qu'il est envisageable de prévoir plus de deux modules du type des modules 100, 200 disposés successivement, notamment fonctionnant avec un moyen de conversion gazeux, pour accéder à plus d'informations. 20 Un troisième mode de réalisation d'un capteur conforme à l'invention est représenté sur la figure 4. Dans celui-ci, on met en oeuvre un capteur 10 conforme à celui qui est représenté sur la figure 3, avec toutefois, en plus un module 300 de diodes semi-conductrices ou de diodes à vides. On peut ainsi détecter les 25 X mous dans le premier module 100, les X durs dans le deuxième module 200 et les rayons gamma dans le troisième module 300 avec des diodes semi- conductrices pour rayons gamma. Un feuillet 130 est prévu sur l'entrée 13 du module de diodes 300, limitant le passage des rayons X dans le module 300. Le feuillet 130 est avantageusement isolant électriquement. 30 L'agencement du module 300 de diodes semi-conductrices ou diodes à vide vis-à-vis des autres modules 100, 200 fonctionnant par conversion/amplification/collecte peut être réalisé autrement en fonction des besoins. Par exemple, il est envisageable d'installer le module 100 pour les X mous, puis des diodes 300 capables de détecter des X durs et enfin, le module 200 dans lequel circule un gaz adapté pour la conversion du rayonnement électromagnétique gamma en électrons. Toutefois, il est préférable de ne pas disposer les diodes en premier. En effet, les feuillets 110, 120 sélectifs en longueur d'onde sur les entrées des modules précédents permettent de protéger les diodes 300 contre des rayonnements indésirables directs.

Bien entendu, ceci peut être décliné, par exemple en prévoyant les modules 100, 200 décrits précédemment et un troisième module 300 ne fonctionnant pas avec des diodes mais selon le principe de conversion/amplification/collecte avec un convertisseur solide. Le module 300 peut alors servir pour la détection de rayons gamma.

Les feuillets 110, 120, 130 sont avantageusement isolants électriquement. Ils pourraient être conducteurs électriques, mais dans ce cas, il convient alors de les isoler électriquement de la cathode 102, 202 et du premier feuillet 104, 204 de l'amplificateur. Les modes de réalisation décrits précédemment mettent tous en oeuvre une ou des entrée(s) 11, 12 plane(s), par ailleurs perpendiculaires aux différents moyens (électrodes, plaques GEM,...) prévus dans le module 100, 200 de mesure concerné. Cette perpendicularité n'est pas indispensable. En effet, une décorrélation du parcours du flux incident dans le module 100 et du parcours des éléments issus de la conversion peut être obtenue, sans cette perpendicularité. La figure 5(a) représente le capteur 10 du premier mode de réalisation de la figure 2, selon une vue de coupe longitudinale. Comme on peut le constater, l'angle ço (pris dans le sens trigonométrique, c'est-à-dire le sens anti-horaire) formé entre l'entrée 11 (située dans le prolongement de la face principale 109') et ladite face principale 109' vaut (f) = 180°.

Sur la figure 5(b), on a représenté une variante du premier mode de réalisation, dans laquelle le capteur 10 présente un agencement réalisé de sorte que ce même angle (I) est tel que 90° < y) < 180°. Toutefois, il est envisageable de prévoir un angle q) tel que 5 90° < cp 5 270°. On pourra prévoir plus précisément un angle go tel que 120° < ço < 240°. Avantageusement, cet angle q) sera tel que 135° 5 go 5 225°, tel que 150° < q) < 210° ou encore tel que 170° < go 5 190°, plus avantageusement tel que 175° < go < 185°, et encore plus avantageusement tel que go = 180°. 10 En effet, il est tout à fait envisageable de prévoir un angle go strictement supérieur à 180°, dans la limite d'une valeur de 270°. Cependant, en pratique, il sera particulièrement avantageux de prévoir un angle cp tel que 120° 5 y) 5_ 180°. Avantageusement, cet angle ço sera tel que 135° 5_ (p 5_ 180°, tel que 150° < cf) < 180° ou encore tel que 15 170° 5 (f) 5_ 180°, plus avantageusement tel que 175° < go < 180°. Le fait de prévoir un angle q) différent de 180° peut être intéressant pour certaines applications dans lesquelles l'encombrement est un facteur important. Bien entendu, cet angle ço doit être situé entre des bornes compatibles avec une décorrélation acceptable entre le parcours du flux 20 incident dans le module 100 et le parcours des éléments issus de la conversion, au sein de ce module 100. Pour cette raison, les inventeurs estiment qu'un angle q) tel que 170° 5_ (p 5_ 190° est particulièrement bien adapté, bien que non limitatif, comme l'homme du métier peut le comprendre de la description qui précède. 25 L'agencement de la figure 5(b) peut être envisagé avec plusieurs modules 100, 200, 300 tels que ceux décrits pour le deuxième et le troisième mode de réalisation représentés respectivement sur les figures 3 et 4. Dans ce cas, le capteur 10 peut être agencé pour que l'entrée 12 soit parallèle à l'entrée 11 ou non. Si l'on prend par exemple le schéma de la 30 figure 5(b) en y ajoutant un module, alors l'entrée 12 serait non parallèle à l'entrée 11, car formée dans le prolongement de la paroi 109.

Par ailleurs, il convient de noter que prévoir une entrée 11, 12 plane n'est pas non plus indispensable. Les figures 6(a) à 6(c) représentent une autre variante du capteur 10 selon le premier mode de réalisation, comportant un module 100 de mesure similaire à celui du premier mode de réalisation (figure 2) et dont les parois principales 109', 109 ne sont pas plans, mais forment chacune une portions d'un cylindre de révolution (aussi appelé cylindre circulaire droit ou cylindre droit à section circulaire). De manière générale, un cylindre est une surface dans l'espace, définie par une droite appelée génératrice, passant par un point variable décrivant une courbe plane fermée appelée courbe directrice et, gardant une direction fixe. Un cylindre de révolution est un cas particulier de cylindre pour lequel la courbe directrice est un cercle et la droite génératrice est perpendiculaire au plan contenant le cercle directeur. Sur la figure 6(a), le cercle directeur, référencé CD s'étend dans un plan défini par les directions (er ; e0) d'un repère cylindrique orthonormé direct (0 ; er ; ee, ; ez) et la génératrice, référencée DG, s'étend selon la direction ez de ce repère. La figure 6(a) est une vue en perspective partielle de cette autre variante. La figure 6(b) est une vue en coupe transversale, réalisée selon un plan comportant le feuillet 104 (GEM ; amplification) de cette autre variante. La figure 6(c) est quant à elle une vue de coupe longitudinale réalisée selon la coupe A-A qui est précisée sur la figure 6(b). Dans le cas d'espèce, l'une 109' des faces principales du module 100/capteur 10 est une portion de cylindre de révolution de centre O et de rayon r, l'autre 109 des faces principales est une portion de cylindre de révolution de centre O et de rayon r+e, où e est la distance séparant les deux faces principales 109', 109. Les deux faces principales 109', 109 forment des portions de cylindres de révolutions qui sont concentriques, par rapport au centre O commun à chaque portion de cylindre, l'un des cylindres étant de rayon r (face principale 109') et l'autre de rayon r+e (face principale 109). En d'autres termes, dans le cadre de l'invention, ces deux faces principales 109', 109 forment des faces parallèles, bien que non planes. Celles-ci sont en effet séparées d'une distance e constante, prise selon une direction radiale quelconque traversant lesdites faces principales 109', 109 et passant par le centre O commun aux deux cylindres ou portions de cylindre de révolution (à noter que les faces principales 109', 109 ont une même génératrice, selon l'axe ex). On peut aussi définir ce parallélisme entre les deux faces principales 109', 109 par le fait que chaque point M' de la face principale 109 est obtenue par une homothétie de centre O et de rapport K = (r+e)/r d'un point M de la face principale 109', ce point M étant situé à la distance r du centre O. Localement, par exemple sur la vue de coupe A-A de la figure 6(c), on note que l'agencement du module 100 est conforme à celui du module 100 de la figure 5(a), laquelle est relative au premier mode de réalisation. On peut donc parfaitement définir l'angle cp, en l'occurrence de 180°. Le fonctionnement de la configuration illustrée sur ces figures 6(a) à 6(c) est donc conforme à celle du premier mode de réalisation. Seule la géométrie change par rapport à ce premier mode de réalisation. En particulier, l'entrée 11 du module 100 présente une forme d'une portion de cylindre (centre O, rayon r). Quant aux électrodes 102, 103 et feuillets 104, 105, 106, ils présentent alors une forme de quadrilatère dont les deux côtés principaux sont incurvés selon une courbure C=1/r et C'=1/(r+e) (les côtés principaux forment donc des arcs de cercle, de rayon r pour l'un et de rayon r+e pour l'autre). En particulier, l'électrode 103 servant à collecter les éléments chargés électriquement issus de la conversion peut alors se présenter sous la forme d'une pluralité de bandes formant chacune un quadrilatère dont les côtés principaux présentent une longueur e et dont les petits côtés forment des arcs de cercle, de centre O et de rayon r pour l'un et de centre O et de rayon r+e pour l'autre (du fait de la forme générale cylindrique du capteur, ces bandes ne sont plus parallèles entre elles, cf. figure 6(a)). L'entrée 11 s'étend principalement sur un angle 0 selon l'axe e0 du repère cylindrique orthonormé direct (0 ; er ; ee ; ex). La largeur I de l'entrée est définie selon l'axe ez de ce repère. Les électrodes 102, 103 et les feuillets 104, 105, 106 sont parallèles entre eux, s'étendent également sur cet angle 0 selon l'axe e0 de ce repère et présentent par ailleurs, une largeur e, définie selon l'axe er de ce repère.

L'entrée 11 s'étendant selon l'axe ez et les moyens 102, 103, 104, 105, 106 constitutifs du module 100 s'étendant selon l'axe er, l'entrée comporte une direction d'extension qui est perpendiculaire aux différentes plans comportant chacun une électrode 102, 103 ou un moyen d'amplification/feuillet 104, 105, 106.

On note que la direction du champ électrique E, perpendiculaire aux électrodes 102, 103, est celle de l'axe ez de ce repère. Bien entendu, la variante de réalisation, représentée sur les figures 6(a) à 6(c), au premier mode de réalisation peut être déclinée conformément au deuxième et au troisième mode de réalisation et comporter 20 ainsi d'autres modules 200, 300 tels que ceux décrits précédemment. De même, on peut tout à fait envisager de modifier la variante de réalisation des figures 6(a), 6(b) et 6(c) en prévoyant un angle cp tel que 90° < cp < 270°. On pourra prévoir plus précisément un angle (f) tel que 25 120° < ço < 240°. Avantageusement, cet angle cp sera tel que 135° < cp 5_ 225°, tel que 150° < (p < 210° ou encore tel que 170° < (p 5_ 190°, plus avantageusement tel que 175° (p 5_ 185°, et encore plus avantageusement tel que (p = 180°. En effet, il est tout à fait envisageable de prévoir un angle (p 30 strictement supérieur à 180°, dans la limite d'une valeur de 270°.

Cependant, en pratique, il sera particulièrement avantageux de prévoir un angle cp tel que 120° (pl _5_ 180°. Avantageusement, cet angle ço sera tel que 135° ço _<_ 180°, tel que 150° 5 g) 5_ 180° ou encore tel que 170° 5_ ço < 180°, plus avantageusement tel que 175° < y) < 180°.

On comprend donc que les différentes réalisations décrites à l'appui des figures 2, 3, 4 et 5, pour lesquelles l'entrée 11, 12, 13 de chaque module est plane forment un cas particulier du mode de réalisation décrit à l'appui des figures 6(a), 6(b) et 6(c), pour lequel l'entrée 11 présente la forme d'une portion de cylindre de révolution, dans la mesure où une portion de plan est une portion de cylindre de centre O et de rayon r lorsque ce rayon r tend vers l'infini. Au contraire, on pourrait tout à fait élargir la forme des faces principales du capteur à d'autres formes que la forme d'une portion de cylindre de révolution (figure 6) ou la forme plane (figures 2 à 5 ; cas particulier de la forme cylindrique) à des formes généralement incurvées. Par exemple, la courbe directrice permettant d'engendrer, avec une génératrice selon l'axe ez du repère, la portion définissant chaque face principale 109', 109 peut être une portion d'une ellipse ou une portion de tout autre courbe plane fermée. Dans ces cas, les faces principales 109', 109 forment des portions de cylindres, conformément à la définition générale fournie précédemment. Ainsi également, on pourrait prévoir des formes autres que des portions de cylindres, par exemple des formes assimilables à des portions de sphère. L'une 109' présente alors un centre O et un rayon, l'autre 109, le même centre O et un rayon r+e. Plus généralement encore, cette forme peut être ellipsoïdale, la forme sphérique étant alors un cas particulier de cette forme ellipsoïdale. Quelle que soit la nature exacte de leur forme, il est important que les faces 109', 109 soient parallèles au sens de l'invention ; c'est-à-dire que la distance e les séparant soit constante, cette distance étant prise selon une direction radiale passant par le centre O. Encore une fois, on peut aussi définir ce parallélisme par le fait que chaque point M' de la face principale 109 est obtenue par une homothétie de centre O et de rapport K = (r+e)/r d'un point M de la face principale 109', ce point M étant situé à la distance r du centre O.

Ainsi, les faces principales 109', 109 pourraient former des portions d'une forme géométrique incurvée, pas nécessairement cylindrique, dans la mesure où lesdites faces 109', 109 restent parallèles entre elles, c'est-à-dire qu'elles présentent une distance constante les séparant Le capteur 10 précité (figures 2 à 6), plus particulièrement décrit au regard de l'application Tokamak, peut trouver application dans d'autres domaines, par exemple pour détecter un rayonnement dans le domaine du visible (les gaz nobles par exemple Xe ou Ar sont particulièrement bien adaptés dans ce cas en tant que moyen de conversion rayonnement/charge électrique), ou encore dans le domaine de la physique des particules, par exemple pour des particules telles que les neutrinos (les gaz nobles Xe ou He sont alors bien adaptés dans ce cas en tant que moyen de conversion).20

Claims (13)

1. REVENDICATIONS1. Capteur (10) de rayonnement électromagnétique et/ou de particules, caractérisé en ce qu'il comprend : - au moins un module (100) muni de faces principales (109, 109') parallèles entre elles et comportant : - un moyen de conversion (101) du rayonnement électromagnétique et/ou des particules en des éléments chargés électriquement ; - des moyens (102, 103) pour diriger et collecter lesdits éléments chargés électriquement au sein dudit au moins un module (100), - au moins un moyen (104, 105, 106) pour amplifier la charge électrique desdits éléments ; les moyens (102, 103) pour diriger et collecter lesdits éléments et le ou chaque moyen (104, 105, 106) pour amplifier la charge électrique étant agencés dans des plans à la fois parallèles entre eux et perpendiculaires aux faces principales (109', 109) dudit au moins un module (100) ; et - une entrée (11) pour le rayonnement électromagnétique et/ou les particules dans ledit au moins un module (100), ladite entrée (11) étant située dans le prolongement de l'une (109') des faces principales (109', 109) en formant un angle cp, pris dans le sens trigonométrique, entre cette entrée (11) et la face principale (109') qu'elle prolonge tel que 90° < cp 5_ 270°.
2. 2. Capteur (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend : - une pluralité de modules (100, 200, 300) chacun muni de faces principales (109', 109 ; 109 ; 209) parallèles entre elles, deux au moins de cette pluralité de modules (100, 200) comportant chacun : - un moyen de conversion (101, 201) du rayonnement électromagnétique et/ou des particules en des éléments chargés électriquement ;- des moyens (102, 103 ; 202, 203) pour diriger et collecter lesdits éléments chargés électriquement au sein du module concerné (100, 200) ; - au moins un moyen (104, 105, 106 ; 204, 205, 206) pour amplifier la charge électrique desdits éléments, les moyens (102, 103 ; 202, 203) pour diriger et collecter lesdits éléments et le ou chaque moyen (104, 105, 106 ; 204, 205, 206) pour amplifier la charge électrique au sein d'un même module (100, 200) étant agencés dans des plans parallèles entre eux, mais non parallèles aux faces principales (109', 109, 209) du module concerné (100, 200) ; - une entrée (11, 12) pour le rayonnement électromagnétique et/ou les particules pour chacun des modules (100, 200), chaque entrée (11) étant située sur l'une (109' ; 109) des faces principales (109, 109', 209) du module concerné ; lesdits modules (100, 200, 300) étant par ailleurs disposés en série le long d'une direction perpendiculaire aux dites faces principales (109', 109, 209).
3. 3. Capteur (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour le ou l'un au moins des modules (100, 200, 300): - le moyen (101, 201) pour convertir le rayonnement électromagnétique et/ou les particules en des éléments chargés électriquement est un gaz ou un gaz associé à un solide remplissant le module (100, 200) concerné ; - les moyens (102, 103 ; 202, 203) pour diriger et collecter les éléments chargés électriquement au sein du module concerné (100, 200) comportent : - une première électrode (102, 202), - une deuxième électrode (103, 203) servant de moyen de collecte des éléments chargés électriquement, sous l'effet de l'application d'un champ électrique entre les électrodes ; - le ou chaque moyen (104, 105, 106 ; 204, 205, 206) pour amplifier la charge électrique est disposé entre les deux électrodes (102, 202 ; 103, 203) du module concerné (100, 200).
4. 4. Capteur (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le ou chaque moyen d'amplification (104, 105, 106 ; 204, 205, 206) comprend une ou plusieurs grilles micrométriques. s
5. 5. Capteur (10) selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le ou chaque moyen d'amplification (104, 105, 106 ; 204, 205, 206) comprend un ou plusieurs multiplicateurs d'éléments chargés électriquement.
6. 6. Capteur (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé 10 en ce que la ou chaque entrée (11, 12, 13) d'un module (100, 200, 300) est munie d'un feuillet (110, 210) présentant des propriétés sélectives vis-à-vis du rayonnement électromagnétique et/ou de particules.
7. 7. Capteur (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé 15 en ce qu'il comprend un moyen de protection (107) contre le rayonnement électromagnétique et/ou les particules, ce moyen de protection (107) recouvrant au moins une partie du capteur (10), et avantageusement l'ensemble du capteur (10), à l'exception de l'entrée (11) du capteur. 20
8. 8. Capteur (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend également un module (300) formé d'une série de diodes semi-conductrices et/ou des diodes à vide.
9. 9. Capteur (10) selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce 25 qu'une face principale (109) du capteur (10) séparant deux modules successifs (100, 200) est isolante électriquement (109, 209).
10. 10. Capteur (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'angle go est tel que 120° < (f) 240°, avantageusement tel 30 que 135° ..5_, cp < 225°, encore plus avantageusement tel que 150° < ço < 210° et encore plus avantageusement tel que 170° < (f) < 190°.
11. 11. Capteur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'angle go vaut 180°.
12. 12. Capteur (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les faces principales (109', 109) forment chacune une portion d'un cylindre, par exemple d'un cylindre de révolution.
13. 13. Capteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les faces principales (109', 109) sont planes. 10