WO2008129159A1 - Dispositif de multiplication des electrons et systeme de detection de rayonnements ionisants - Google Patents

Dispositif de multiplication des electrons et systeme de detection de rayonnements ionisants Download PDF

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WO2008129159A1
WO2008129159A1 PCT/FR2008/000221 FR2008000221W WO2008129159A1 WO 2008129159 A1 WO2008129159 A1 WO 2008129159A1 FR 2008000221 W FR2008000221 W FR 2008000221W WO 2008129159 A1 WO2008129159 A1 WO 2008129159A1
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WO
WIPO (PCT)
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plate
layer
orifices
detection system
electrode
Prior art date
Application number
PCT/FR2008/000221
Other languages
English (en)
Inventor
Georges Charpak
Vladimir Peskov
Philippe Breuil
Patrick Benaben
Original Assignee
Ecole Nationale Superieure Des Mines
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Publication date
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J47/00—Tubes for determining the presence, intensity, density or energy of radiation or particles
    • H01J47/02—Ionisation chambers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/185—Measuring radiation intensity with ionisation chamber arrangements

Definitions

  • the present invention relates to an electron multiplying device capable of operating in air and to an ionizing radiation detection system comprising such a multiplication device.
  • the radiation that can be detected is: ⁇ , ⁇ , ⁇ , X-rays, UV. Any element emitting one of these radiations, such as radon, polonium, etc., and any other ionizing or ionizable species by external excitation may also be detected.
  • the invention also relates to the use of such a system for the detection of a flame.
  • ionizing radiation detection systems comprising a housing in which are housed two electrodes carried at different potentials, thus creating an electric field between them.
  • the housing is filled with a gas that is ionized by radiation, producing electrons. These electrons are driven by the electric field to the electrode of higher potential, which counts the number of electrons that reach it. It is thus possible to detect and measure the ionizing radiation.
  • Such a system is for example described in WO 2005/116690.
  • This system comprises an ionization chamber with two parallel flat plates. It takes a volume of gas to be analyzed (including air) that is injected into the chamber, which is then sealed. If at least one atom of radon is injected into the chamber, it disintegrates by emitting ⁇ radiation, which leads to the production of electrons trapped by oxygen and converted into negative ions, driven to the collection electrode, and positive ions attracted to the other electrode. With this system, the signal obtained is very weak, and therefore strongly disturbed by the noise. It is therefore very difficult to obtain a 100% efficiency for the detection of ⁇ particles.
  • the implementation of this system is long and difficult, because of the need to take a sample to be injected into the ionization chamber. In addition, in some cases, a purge prior to the measurement is necessary.
  • controllable electron avalanche is a mechanism for the multiplication of electrons in a gas, which occurs in sufficiently large electric fields, where the free electrons have a sufficient kinetic energy (greater than 5 to 25 eV) for ionizing atoms or molecules by non-elastic collisions.
  • the total number of electrons created by the avalanche is An 0 , where A is the amplification coefficient, also called gain.
  • This gain A depends on several parameters, such as the electric field, the gas present in the housing of the detection system (composition, properties, pressure) and the geometry of the zone in which the avalanche occurs.
  • the avalanche ends in the gaseous volume without further complication and without secondary mechanism: it is a controllable avalanche.
  • the primary avalanche can be accompanied by several secondary avalanches, or even generate uncontrollable discharges under particular conditions.
  • a first type of these detection systems is the parallel plate chamber system, where the avalanches take place in the space between two metal plates forming one a positive electrode (anode) and the other a negative electrode (cathode ).
  • the Townsend avalanche can be triggered by primary electrons created inside the chamber volume by external radiation (X-rays or UV photons) or charged particles (electrons, protons, ⁇ particles). As previously indicated, in some specific gas mixtures and low A values, such a detector can function stably.
  • the first cause is that, while the Townsend avalanche occurs, the atoms and molecules are excited by the avalanche electrons and emit UV or photons in the visible.
  • the number of these photons is kAn 0 , where k is a coefficient (generally greater than 1).
  • These photons reach the cathode and, by a particular phenomenon, create photoelectrons from the cathode. If the probability of occurrence of this phenomenon is ⁇ Ph , then the number of electrons that will be extracted from the cathode is kAn 0 . ⁇ P h- In turn, these photoelectrons initiate Townsend avalanches (secondary). If A. ⁇ ph "1, then these photons do not play a significant role. But if :
  • the second cause is that positive ions remain in the space between the two plates when the primary avalanche is complete. These ions move in the direction of the cathode and can also extract electrons from the cathode if:
  • E > 2 ⁇ (2)
  • E 1 is the ionization potential of the atoms or molecules of the gas.
  • controllable avalanches are obtained in parallel plate detection systems only if:
  • a discharge can also occur, in particular for plane geometries, in this type of detection system if
  • a second type of these detection systems is the wire system, in which the avalanches take place in the space between a metal cylinder (the cathode) and the wire (the anode) arranged on the axis of the cylinder.
  • the implementation of the wire-in-air detection systems has the following particularity.
  • the primary electrons created by the ionization of the gas will undergo, when they are driven towards the anode, a significant trapping by the oxygen and the water vapor, and thus to form negative ions.
  • These ions are carried to the wire (the anode), but when they enter the area of strong electric field around the anode, they can not trigger a Townsend avalanche due to their low kinetic energy.
  • This avalanche can only be triggered either by the few electrons which have detached themselves from the negative ions in the strong electric field (to the number of b.no, where b "1), or by the few electrons which have not been trapped ( in the number of cn 0 , where c "1).
  • the number of electrons capable of triggering an avalanche is much lower than the initial number of electrons (no). Therefore, to observe a signal (and thus detect the radiation), it is necessary to have a gain A much higher than in the case of non-electronegative gases.
  • Another type of detection system exploiting the controllable Townsend avalanche mechanism involves electron multiplication devices having a plate with through-holes.
  • Such detection systems are described in documents FR 2 727 525 and EP 0 948 803.
  • the plate is covered, on its two opposite main faces, with sheets of metal carried at different potentials, and it is arranged between two electrodes.
  • the orifices behave like electrostatic dipoles and the field lines are focused in these orifices.
  • none of the described detection systems using electron avalanches can operate in air with sufficient gain to obtain a usable signal, and without damaging the system. It follows in particular that these detection systems must necessarily include a perfectly sealed housing, preventing the entry of air. The cost of these devices is therefore very high.
  • An object of the invention is to provide a detection system that can give satisfactory results in the air, and not only in a chamber containing a particular gas mixture.
  • the object of the invention is to provide a detection system which makes it possible to obtain a high gain in the air (and therefore a good radiation detection), without this high gain being likely to damage the system of detection. detection or associated electronics.
  • the invention relates to an air-multiplying device capable of operating in air, intended to be used in an ionizing radiation detection system, comprising a plate of dielectric material comprising a first and a second opposite main face and in which are formed a plurality of through holes each having an axis substantially perpendicular to said main faces of the plate, and further comprising, at least on the first main face, a coating comprising at least one layer and having holes arranged in correspondence with the openings in the plate, said coating having initial resistivity characteristics sufficiently low to allow, in This operation, the creation of an electric field of large amplitude in the plate orifices and consequently the multiplication of electrons by avalanches, and sufficiently large to substantially prevent, in operation, the formation of secondary avalanches.
  • Initial resistivity means the resistivity of the material used, before its application as a coating. Throughout the patent application, the term resistivity means the initial resistivity thus defined.
  • the coating carried in operation at a suitable potential it is possible to create a large electric field in the orifices of the plate, because of the sufficiently low resistivity, and therefore a multiplication of electrons by avalanches.
  • the sufficiently high resistivity of the coating makes it possible to temporarily and locally load the surface of the cathode with the ions created and thus totally or at least considerably limit the formation of secondary avalanches, in order to obtain satisfactory operating stability. It also prevents the formation of sparks or discharge currents, or at least greatly limits their intensity.
  • the resistivity of the layer or layers of the coating is in the range of 10 5 to 10 12 ⁇ .m.
  • the device according to the invention can therefore operate in air stably, at significant gains, hence the possibility of obtaining a very good sensitivity (detection of low radiation), without risk of damage. In addition, a very good detection efficiency can be obtained.
  • the device comprises, on the first main face, a global coating layer made of a material whose resistivity is between 10 7 and 10 11 ⁇ .m, having holes arranged in correspondence with the orifices provided in the plate. This "average" resistivity makes it possible to obtain both intended effects with a single layer.
  • the device comprises, on the first main face: a first coating layer, made of a first material whose resistivity is between 10 5 and 10 8 ⁇ .m, the first layer having holes arranged in correspondence of the orifices formed in the plate; and a second coating layer disposed on the first layer, made of a second material different from the first, whose resistivity is between 10 8 and 10 12 ⁇ .m and is at least 10 times larger than the resistivity of the first material, the second layer having holes arranged in correspondence of the orifices formed in the plate.
  • the first layer brought into operation at a certain potential, allows the creation of a large electric field in the orifices of the plate, and therefore an increase of electrons by avalanches, while the second layer makes it possible to ensure stability, as previously indicated.
  • the second material has a resistivity 100 times greater than that of the first material.
  • the detection system comprising the electron multiplication device will have an electrode located near the second main face of the plate, to allow the generation of an electric field in the orifices; b) a first coating layer, made of a first material whose resistivity is between 10 5 and 10 8 ⁇ .m, the first layer having holes arranged in correspondence of the orifices formed in the plate; c) in the case b), one can further have a second coating layer disposed on the first layer, made of a second material different from the first, whose resistivity is between 10 8 and 10 12 ⁇ .m and is at less than 10 times greater than the resistivity of the first material, the second layer having holes arranged in correspondence of the orifices formed in the plate; d) an overall coating layer made of a material whose resistivity is between 10 7 and 10 11 ⁇ .m, having holes arranged in correspondence of the orifices
  • the resistivity of the first material is between 10 6 and 10 7 ⁇ .m and / or the resistivity of the second material is between 10 8 and 10 10 ⁇ .m.
  • the first material may be gallium arsenide
  • the second electronically conductive type material such as some glasses and / or the plate may be made of a material of the epoxy resin or glass type.
  • the orifices in the plate have a substantially cylindrical central portion extended at each of its two axial ends by a frustoconical portion of the same axis flaring towards the main face of the plate into which it opens.
  • These frustoconical portions form a chamfer which further improves the gain.
  • the holes of the first layer are centered on the axis of the orifices of the plate and have dimensions greater than those of the orifices of the plate at the level of the main face or faces of said plate, and that the holes of the second layer are centered on the axis of the orifices of the plate and have dimensions substantially equal to those of the orifices of the plate at the level or the main faces of said plate.
  • the second layer is disposed directly against the plate in the peripheral zone to the orifices. This provides better protection against sparks and discharge currents.
  • the multiplication device has a thickness of between 0.5 and 4 mm, or even between 1 and 2 mm.
  • the orifices formed in the plate may have a mean diameter of between 0.3 and 1 mm, or even between 0.5 and 0.8 mm, and / or be arranged substantially at the corners of a side grid of between 0.5 and 1, 5 mm, or even between 0.7 and 1 mm.
  • the multiplication device is substantially plane. Alternatively, it may have the shape of a cylinder or sphere portion.
  • the invention relates to a system for detecting ionizing radiation or ionizable species, comprising:
  • a first electrode called a drift electrode, and a second electrode, said to be substantially parallel, and between which an electric field can be generated capable of driving the electrons created by said radiation towards the collection electrode; collection being able to provide data representing the number of electrons that reach it;
  • At least one electron multiplication device as previously described, disposed substantially parallel to the electrodes so that the plate of the device or devices is located between the two electrodes and the first face of said plate is turned towards the first electrode; coating - or the coating layer having the lowest resistivity - disposed on the first major face of the plate being carried, in operation, to a potential between the potentials which are carried, respectively, the drift electrode and the electrode of collecting, so as to cause the multiplication of electrons by avalanche in the orifices of the plate.
  • the electrons are for example created following the ionization, by said radiation, of the gas present between the electrodes.
  • the collection electrode is constituted by the overall coating layer - or the first coating layer - disposed on the second main face of the plate, when such a layer exists.
  • the collection electrode is distinct from the multiplication device.
  • the overall coating layer - or the first coating layer - disposed on the second main face of the plate (when such a layer exists) is carried, in operation, to a potential between the potentials which are carried , respectively, the overall coating layer - or the first coating layer - disposed on the first major face of the plate and the collection electrode.
  • the collection electrode when the second main face of the plate is free of coating, the collection electrode must be placed near the second main face, to allow the generation of an electric field and therefore avalanches.
  • the detection system may comprise two substantially identical electron multiplication devices arranged substantially parallel to the electrodes so that the plates are located between the two electrodes and the first main face of each plate is facing the first electrode, the overall coating layers or the first successive coating layers being brought into operation at increasing potentials when approaching the collection electrode.
  • Such a device with two multiplication systems can achieve a gain of 10 4 in the air.
  • the detection system may further comprise an electron multiplying device of the type comprising on the one hand a resistive gate forming a cathode and on the other hand an anode, the cathode and the anode being substantially flat, parallel and kept distant from each other. less than 500 ⁇ m using micro-pillars.
  • an electron multiplying device of the type comprising on the one hand a resistive gate forming a cathode and on the other hand an anode, the cathode and the anode being substantially flat, parallel and kept distant from each other. less than 500 ⁇ m using micro-pillars.
  • Such a device called “MICROMEGAS” is described in WO 97/14173, and in what follows.
  • the collection electrode may further include separate localized collection areas.
  • the electrodes and the electron multiplication device or devices are arranged in a casing having a window for the passage of the UV of the sun constituting the ionizing radiation to be detected, the window being arranged opposite the electrode drift, having a photosensitive material such as cesium iodide, so that the UVs can create photoelectrons from the first electrode.
  • a photosensitive material such as cesium iodide
  • the electrode is made entirely with this photosensitive material, or its active side only is covered with such a material.
  • a resistive layer coated with a photosensitive layer has the same efficiency as a photosensitive layer deposited on a metal substrate.
  • the electrodes and the electron multiplication device or devices are arranged in a housing having a passage zone for the entry of ionizing radiation and containing a gas with a low ionization potential, such as a ethylferrocene vapor.
  • This system may further comprise a lens placed in the path of the ionizing radiation towards the interior of the housing, the axis of the lens being substantially parallel to the or each electron multiplication device and situated at a distance from the multiplication device of the electrons. electrons the closer to the drift electrode less than 3 mm. Thanks to this configuration, this system can work in the air.
  • Localized collection areas may be bands converging towards the center of the lens.
  • Such a system can be used for the detection of a flame. Indeed, a flame emits UV which will cause the ionization of the gas and thus the creation of electrons then multiplied by avalanches.
  • the detection system may be such that the electrodes and the electron multiplication device (s) are placed in a housing having a passage zone for the entry of UV or X rays emitted by a source, this source being arranged so that said rays penetrate the housing substantially parallel to the or each electron multiplier and at a distance from the electron multiplier closest to the drift electrode less than 3 mm.
  • the housing has an inlet opening for a gas to be analyzed.
  • Such a system can be used for the detection of the presence in the air of gases with low ionization potential, such as certain alcohols or hydrocarbons, toluene, benzene.
  • Figure 1 is a schematic perspective representation of the electron multiplication device according to a first embodiment of the invention
  • Fig. 2 is a cross-sectional view of the multiplier of Fig. 1;
  • Figure 3 is a schematic plan view of a face of the device of Figure 1, without the second coating layer;
  • Figure 4 schematically illustrates a detection system according to the invention
  • FIGS. 5 and 6 schematically illustrate a detection system according to the invention, respectively for the detection of ⁇ particles and UV;
  • FIG. 7 to 11 schematically illustrate embodiments of a detection system according to the invention for the detection of a flame
  • FIG. 12 illustrates a variant of the detection system of FIG. 5, implementing a device according to the invention and a device of MICROMEGAS type;
  • Figure 13 is a schematic sectional representation of an electron multiplication device according to a second embodiment of the invention.
  • FIGS. 14 to 16 are schematic cross-sectional representations of alternative embodiments of an electron multiplication device according to the invention.
  • FIG. 17 illustrates a variant of the detection system of FIG. 5.
  • Figures 1 to 3 show a device 1 for multiplying electrons according to a first embodiment.
  • the device 1 comprises a plate 2 made of a dielectric material, such as an epoxy resin, and having a thickness e of the order of 0.4 to 2 mm, for example between 1 and 2 mm.
  • the plate 2 comprises a first and a second opposite main face 3, 4, substantially planar.
  • a plurality of through orifices 5 are formed in the plate 2, each of these orifices 5 having an axis 6 substantially perpendicular to the faces 3, 4.
  • the orifices 5 are identical and each have a substantially cylindrical central portion 7 extended at each of its two axial ends by a frustoconical portion 8 of the same axis 6 flaring towards the main face 3 , 4 in which it opens.
  • the orifices 5 are symmetrical with respect to the median plane P of the plate 2 parallel to the main faces 3, 4.
  • the central portion 7 has a height at least equal to half the thickness e of the plate 2.
  • the mean diameter of the orifices 5 is between 0.5 and 0.8 mm, and these are arranged regularly, substantially at the corners of a side grid of between 0.7 and 1 mm.
  • first thin coating layer 9, 9a, 9b made of a first material whose resistivity is relatively low, and between 10 6 and 10 7 ⁇ .m.
  • first material whose resistivity is relatively low, and between 10 6 and 10 7 ⁇ .m.
  • One of the materials that can be used is gallium arsenide, but others materials are possible if they allow to create controllable avalanches of electrons.
  • Each of the first layers 9 has holes 10 situated in correspondence with the orifices 5 formed in the plate 2.
  • the holes 10 are substantially circular and centered on the axis 6, and have a diameter Di 0 greater than the diameter D 5 of the orifices 5 at level of the main faces 3, 4 (see Figure 3). There is thus a peripheral ring 11 around each orifice 5 which is not covered by the first coating layer 9.
  • a second thin coating layer 12, 12a, 12b made of a second material, different from the first, whose resistivity is well larger than that of the first layer 9, and between 10 8 and 10 10 ⁇ .m. Any material having this characteristic, and especially glass, can be used.
  • Each of the second layers 12 has holes 13 located in correspondence with the orifices 5 formed in the plate 2.
  • the holes 13 are substantially circular and centered on the axis 6, and have a diameter Di 3 substantially equal to the diameter D 5 of the orifices 5 at the level of the main faces 3, 4. Therefore, at the level of the peripheral ring 11, the second layer 12 is disposed directly against the main face 3, 4 of the plate 2.
  • the second layer 12 of coating covers and locally surrounds the first layer 9 of coating (see Figure 2).
  • the placing of the two coating layers 9, 12 and the creation of the orifices 5 can be carried out by any known method.
  • FIG. 4 schematically represents the general structure of such a detection system 14.
  • the detection system 14 comprises, generally in a housing 15, a first flat electrode 16, called drift, brought to a potential ⁇ , and a second electrode 17 flat and substantially parallel to the first electrode 16, called collection , brought to a potential V 4 .
  • An electron multiplication device 1 is disposed between the two electrodes 16, 17, substantially parallel to them.
  • the first coating layer 9a facing the first electrode 16 is brought to a potential V 2
  • the first coating layer 9b facing the second electrode 17 is brought to a potential V 3 .
  • the potentials are chosen such that V 1 ⁇ V 2 ⁇ V 3 ⁇ V 4 .
  • a voltage divider type circuit employing resistors of appropriate values can be used.
  • E an electric field E is generated between the electrodes 16, 17.
  • the second electrode 17 is connected to data processing means 18 (electronic circuit, oscilloscope, computer, etc.) enabling an operator to visualize the detection or the measurement of ionizing radiation by the detection system 14.
  • a source Si, S 2 emits ionizing radiation 19 which leads to the formation of electrons 20 in the detection system 14.
  • the detection system 14 makes it possible to detect these ionizing radiation 19 emitted from sources positioned in several ways relative to to the electrodes 16, 17, as illustrated in Figure 4 (Si or S 2 ).
  • the electrons 20 thus created are driven by the electric field E towards the second electrode 17.
  • a controllable avalanche 21 leading to the formation of a greater number of electrons, the role of the first coating layers 9a, 9b being to focus the electric field lines inside the orifices 5 and thus to allow this avalanche 21.
  • These electrons are driven towards the second electrode 17.
  • This provides the processing means 18 with data representing the number of electrons that reach it, and thus allows an operator using the system 14 to detect the presence of ionizing radiation.
  • the multiplication device 1 and the detection system 14 allow on the one hand to suppress the feedback mechanism (equation (3)), and on the other hand to protect all the sparks. These, if they appear, are very weak and do not risk damaging the multiplier device 1 or the associated electronics.
  • condition (3) will not be fulfilled.
  • condition (1) which becomes condition (7) in the case of orifice plates, it is not filled either.
  • the invention provides a particular geometry of the orifices (flared portions 8) and a greater diameter of the orifices than in the prior art. Consequently, the value of Q cr i t is much greater than that observed in the prior art, and typically of the order of 10 8 electrons, ie two orders of magnitude above Q cnt in the case of known devices. .
  • the detection system according to the invention deterioration can occur only at very high gains.
  • even a spark appears it will be very small, because of the immediate local load of the second layers 12 of coating.
  • the capacitance participating in the discharge will be very small, and the discharge current will be limited to the high resistivity of the second layer 12. Only low discharge currents will therefore be obtained which do not risk damaging the system.
  • a major advantage of the invention is the possibility of detecting radiation in the air. Indeed, since the conditions (1) and (3) are not met, the detection system can operate in the air at gains greater than 10 4 , very stable manner.
  • the successive layers 9 must be brought to increasing potentials from the first to the second electrode.
  • a multiplication device 1 according to the invention associated with a multiplication device of another type (cascade configuration), for example such that described in the document WO 97/14173, known as MICROMEGAS, using it with a resistive gate in place of its metal gate, in order to obtain an operating stability.
  • the MICROMEGAS system basically comprises an amplification space with electric fields applied over a space of approximately 50 ⁇ m, preceded by a drift space where electrons are released in collisions of the atoms of the filling gas with the ionizing particles. to detect.
  • the faces of the electrodes that produce the amplifying electric field are maintained at short distances (of the order of 50 microns) by pillars spaced a few millimeters apart.
  • An important aspect of its operation is that the variation in gain between parallel faces has a maximum close to 30 to 50 microns produced by a compensation effect, which contributes to the stability of gain and immunity against flatness defects.
  • the effect of the small gap between the electrodes is to allow fields and thus high gains over short distances.
  • the fast collection of ions reduces the effects of space charges.
  • the MICROMEGAS test in air has shown satisfactory operation with the use of an insulated coating grid that achieves large gains without discharge and benefits from lower fields.
  • this device 40 of the MICROMEGAS type comprises, on the one hand, a resistive gate 41 forming a cathode and, on the other hand, an anode 42.
  • the cathode and the anode are substantially flat, parallel and maintained. less than 500 microns, for example a distance d1 between 0.05 and 0.5 mm, using micro-pillars.
  • the resistive gate suppresses the feedback generated by the ions (but not the feedback generated by the photons) and it is thus possible to obtain an operation in the air at greater gains than in the case of a MICROMEGAS type device. with metal electrodes.
  • the resistive grid also makes it possible to protect the electronics of the MICROMEGAS-type device in the event of unintentional discharges (sparks).
  • the detection system 14 may be used for the detection of radiation ⁇ , as shown in FIG. 5.
  • the source Sa of radiation ⁇ may especially be an object containing Polonium or radon gas. This gas, which emits ⁇ particles, can accumulate for example in poorly ventilated cellars, and cause serious health problems.
  • the source Sa can be placed as the source Si or the source S 2 of FIG. 4.
  • the housing 15 is placed as close as possible to the source Sa, and it has an opening 22 facing this source, so as not to stop the radiation.
  • this electrode 16 takes the form of a grid.
  • the distance between the first electrode 16 and the closest multiplication device 1 is of the order of 4 cm, and the distance between the two devices 1 according to the invention is of the order of 2 to 5 mm .
  • the efficiency of this detection system 14 is of the order of 95% (percentage of particles detected with respect to the actual number of particles emitted ) and the gain of about 10 4 .
  • the source Sa is positioned as the source S 2 of FIG. 4, approximately halfway between the first electrode 16 and the closest multiplication device 1, it is possible to obtain an efficiency of the order of 90%. in the air. Thus, the efficiency remains important even if the path of the particles ⁇ is not directed directly to the device 1 of multiplication.
  • the detection system according to the invention is of low cost, it can operate in the air and detect ⁇ particles with an efficiency close to 100%. In addition, this detection is not significantly affected by vibratory or acoustic disturbances. These These features make the detection system quite competitive with commercial radon detection systems.
  • the detection system 14 constitutes a very simple and inexpensive system for the detection of UV (dose received by persons exposed to the sun).
  • the UV 23 emitted by the sun pass through the glass pane 24 (for example glass) of the housing 15 and create photoelectrons from the electrode 16, here in CsI (cesium iodide) in the form of a layer which can be deposited directly on the second layer of the cathode.
  • CsI cesium iodide
  • this system can operate for example in a mixture of air and argon or in the air. Therefore, it is not necessary that the housing is perfectly sealed, since the air inlet does not lead to a malfunction or a deterioration of the system. The cost of the detection system is greatly reduced.
  • Another application of the detection system according to the invention is the detection of a flame, as shown in FIGS. 7 to 11.
  • the detection system 14 is similar to that illustrated in FIG. 4. It comprises, in a housing 15, a first electrode 16, a second electrode 17 connected to data processing means 18, and two multiplication devices 1 according to the invention, in cascade.
  • a window 25 permits the passage of the UV emitted by a flame 26 towards the inside of the casing 15.
  • the casing 15 contains a mixture of argon and a photon-sensitive vapor, for example an ethylferrocene vapor, at a pressure total close to 1 atm. This vapor can be obtained by placing in the casing a small amount of ethylferrocene, which is a liquid whose saturation vapor pressure is very low.
  • UV emitted by the flame 26 enters the housing 15, they cause the ionization of the ethylferrocene vapor and thus the creation of electrons. These electrons cause avalanches 21 in the orifices 5 multiplication devices 1, and the electrons thus generated are finally detected by the second electrode 17.
  • the gain thus obtained is generally greater than 10 5 .
  • the detection system is insensitive to sunlight, but retains a high sensitivity to UV emitted by a flame. Indeed, a photocathode exposed to the sun's rays can create photons.
  • the system according to the invention since the UVs interact only with the ionizable vapor, the photons will be created because of the UV rays emitted by the flame and not by the sun, since the quantum efficiency of the vapors is practically nil. at significant wavelengths (those of the sun at ground level, not absorbed by the ozone layer).
  • the detection system can determine the position of the flame.
  • it is intended to couple the detection system 14 with an optical system.
  • the second electrode 17 is here formed of a plate of dielectric material 28 on one side of which are arranged collecting metal strips 29 converging at a point, the center of the lens 27, placed at a distance F from the middle of the device 1, with F "d (where d is the dimension of the electrode 17 and the device 1).
  • Each band 29 constitutes an individual collection area.
  • the strips 29 are fan-shaped and each strip is connected to a separate reading device.
  • the detection system 14 provides information on the precise position of the flame. Several of these detection systems 16 can be used in combination for the effective monitoring of fire starts, avoiding false alarms. An alarm will only be triggered if two or more detection systems detect a flame from the same point in space.
  • the flame detection system 14 may operate in the presence of air.
  • the housing 15 may contain a mixture of argon, ethylferrocene vapor (which is stable in air) and 10% air. It is therefore not necessary that the housing 15 has a perfect seal. In particular, for less than 1% of air, excellent efficiency is obtained. An imperfect seal may of course lead to the escape of ethylferrocene vapor, but this product is neither toxic to humans nor dangerous for the environment. In addition, the ethylferrocene evaporating slowly, there is always a vapor in the housing 15 even if it is not perfectly sealed.
  • a collimator 33 interposed between the lens 27 and the window 25 is provided, and arranged so that the distance d2 between the path of the UV radiation penetrating the housing 15 and the first main face 3 of the plate 2 multiplication device 1 is less than 3 mm, preferably of the order of 1 mm.
  • the detection system 14 allows the detection of a small flame (that provided by a match for example), in broad daylight and at a distance of a few meters.
  • the air to be analyzed is introduced through an inlet opening 34 of the housing 15, which air can then be discharged through an outlet opening 35. If at least one gas with a relatively low ionization potential (toluene vapors, benzene, etc. .) is present in the introduced air, it will be ionized by the radiation of a source 36. As in the case of the detection of a flame, the radiation of the source 36 must penetrate near the first main face 3 of the multiplication device 1 (with d2 of the order of 1 mm).
  • the source 36 may be a UV lamp emitting radiation of wavelength greater than 110 nm.
  • Another possibility is to use an X-ray source: in the air there will be no signal production, but if gases (or air) containing heavy elements are present, for example molecules containing copper they will be ionized by X-rays and it will be possible to obtain a signal.
  • the use of the detection system 14 according to the invention can greatly increase the sensitivity compared to known gas detection systems with relatively low ionization potential (PID - Photo lonization Detector).
  • the known systems measure a current in the ionization chamber, whose detection limit is 10 "15 A, so that the sensitivity threshold of the detection of these gases is of the order of 10 ppb (
  • the detection system according to the invention can record each photoelectron, which makes the system more sensitive by several orders of magnitude.
  • FIG. 13 illustrates a second embodiment of the multiplication device 1, in which, on each main face 3, 4 of the plate 2, there is a single coating layer 30 made of a material having a resistivity of between 10 7 and 10 11 ⁇ .m, and having holes 31 arranged in correspondence of the orifices 5 formed in the plate 2.
  • This overall layer 30 of intermediate resistivity alone allows to obtain the desired effect.
  • FIG. 15 there is an overall layer 30 on the first main face 3, first and second layers 9b, 12b on the second main face 4;
  • the layer 4 (anode) may be metallic.
  • FIG. 17 illustrates a variant of FIG. 5, in a case where the multiplication device 1 located furthest from the first electrode 16 comprises at least a first coating layer 9b on its second main face. 4 (or at least one overall layer 30), which can be brought to a potential.
  • the collection electrode 17 is then constituted by this layer 9b or 30, and there is no separate collection electrode of the multiplication device 1.
  • the invention provides a decisive improvement to the prior art, by providing a detection system that has the following advantages in particular: - stable operation in rare gas and air mixtures or even in air alone, with significant gains greater than 10 4 , hence:
  • the coating layer or layers provided on the plate make it possible to protect the electron multiplication device and the associated electronics from deterioration by sparks, whether operating in the air or in any other gas;

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Abstract

Le dispositif (1) comprend une plaque (2) de matériau diélectrique comportant des orifices (5) traversants et recouverte, sur chacune de ses faces principales (3, 4) : d'une première couche (9a, 9b) de faible résistivité, présentant des trous (10) disposés en correspondance des orifices de la plaque; et d'une deuxième couche (12a, 12b) de forte résistivité, disposée sur la première couche, et présentant des trous (13) disposés en correspondance des orifices de la plaque. Au moins un de ces dispositifs est placé entre deux électrodes créant entre elles un champ électrique. Les électrons générés par le rayonnement ionisant sont entraînés par le champ électrique, multipliés par avalanches dans les orifices de la plaque puis détectés par l'électrode de plus fort potentiel. Ce système de détection peut fonctionner dans l'air de façon stable à des gains importants.

Description

Dispositif de multiplication des électrons et système de détection de rayonnements ionisants
La présente invention concerne un dispositif de multiplication des électrons pouvant fonctionner dans l'air et un système de détection de rayonnements ionisants comprenant un tel dispositif de multiplication. Les rayonnements pouvant être détectés sont les suivants : α, β, γ, rayons X, UV. On peut également détecter tout élément émettant l'un de ces rayonnements, comme le radon, le polonium, etc., et toute autre espèce ionisante ou ionisable par excitation extérieure. L'invention concerne également l'utilisation d'un tel système pour la détection d'une flamme.
On connaît déjà différents types de systèmes de détection de rayonnements ionisants, comprenant un boîtier dans lequel sont logées deux électrodes portées à des potentiels différents, créant ainsi entre elles un champ électrique. Le boîtier est rempli d'un gaz qui est ionisé sous l'effet des rayonnements, produisant ainsi des électrons. Ces électrons sont entraînés par le champ électrique jusqu'à l'électrode de plus fort potentiel, qui comptabilise le nombre d'électrons qui l'atteignent. On peut ainsi détecter et mesurer le rayonnement ionisant.
Un tel système est par exemple décrit dans le document WO 2005/116690. Ce système comporte une chambre d'ionisation avec deux plaques planes parallèles. On - prélève un volume de gaz à analyser (notamment de l'air) que l'on injecte dans la chambre, qui est ensuite fermée de façon étanche. Si au moins un atome de radon est injecté dans la chambre, il se désintègre en émettant un rayonnement α, ce qui conduit à la production d'électrons piégés par l'oxygène et transformés en ions négatifs, entraînés vers l'électrode de collecte, et d'ions positifs attirés par l'autre électrode. Avec ce système, le signal obtenu est très faible, et donc fortement perturbé par le bruit. Il est donc très difficile d'obtenir une efficacité de 100 % pour la détection des particules α. En outre, la mise en œuvre de ce système est longue et malaisée, du fait de la nécessité de prélever un échantillon à injecter dans la chambre d'ionisation. De plus, dans certains cas, une purge préalable à la mesure est nécessaire.
Le même système, en présence de vapeur d'un composé à faible énergie d'ionisation comme l'ethylferrocène (6.08 eV), permet de détecter les rayonnements ultraviolets dans divers gaz, dont l'air, mais avec une faible sensibilité (Charpak, Peskov, Scigocki in IEEE transactions on Electrical Insulation, vol 26, No 4, août 1991).
Par conséquent, ce type de système de détection, même s'il peut fonctionner dans l'air, n'est pas pleinement satisfaisant.
Par ailleurs, de nombreux systèmes de détection reposent sur le principe d'une avalanche d'électrons contrôlable. Une telle avalanche, dite avalanche de Townsend contrôlable, est un mécanisme permettant la multiplication des électrons dans un gaz, qui se produit dans des champs électriques suffisamment importants, où les électrons libres possèdent une énergie cinétique suffisante (supérieure à 5 à 25 eV) pour ioniser des atomes ou des molécules par des collisions non élastiques.
Si le nombre d'électrons initiant l'avalanche est no, alors le nombre total d'électrons créés par l'avalanche est A.n0, où A est le coefficient d'amplification, également appelé gain. Ce gain A dépend de plusieurs paramètres, tels que le champ électrique, le gaz présent dans le boîtier du système de détection (composition, propriétés, pression) et la géométrie de la zone dans laquelle se produit l'avalanche.
Pour de faibles valeurs de gain A (typiquement A < 106), l'avalanche prend fin dans la volume gazeux sans complication ultérieure et sans mécanisme secondaire : il s'agit d'une avalanche contrôlable. En revanche, pour des valeurs critique de A.n0, ou de A selon la géométrie du dispositif, l'avalanche primaire peut être accompagnée de plusieurs avalanches secondaires, voire même générer des décharges incontrôlables dans des conditions particulières.
Ainsi, on comprend qu'il est souhaitable d'avoir un gain A élevé, car cela conduit à un nombre important d'électrons détectables au niveau de l'électrode de plus fort potentiel, donc potentiellement à une meilleure détection et une meilleure efficacité du système de détection. Mais un gain A trop élevé peut provoquer une détérioration du système de détection et de l'électronique associée. Plus généralement, il est souhaitable d'éviter la formation d'avalanches secondaires (dues à un gain A élevé ou à un autre phénomène), car celles-ci entraînent une détérioration du système de détection.
Il existe plusieurs types de systèmes de détection exploitant le mécanisme d'avalanche de Townsend contrôlable pour la multiplication des électrons. Tous ces systèmes fonctionnent avec des mélanges de gaz tout à fait particuliers, par exemple des mélanges de gaz rares (comme l'argon) avec d'autres gaz (notamment le méthane).
Un premier type de ces systèmes de détection est le système de chambre à plaques parallèles, où les avalanches ont lieu dans l'espace compris entre deux plaques métalliques formant l'une une électrode positive (anode) et l'autre une électrode négative (cathode).
L'avalanche de Townsend peut être déclenchée par des électrons primaires créés à l'intérieur du volume de la chambre par une radiation extérieure (rayons X ou photons UV) ou par des particules chargées (électrons, protons, particules α). Comme indiqué précédemment, dans certains mélanges spécifiques de gaz et à de faibles valeurs de A, un tel détecteur peut fonctionner de façon stable.
En revanche, à des valeurs de gain A supérieures à une valeur critique Acπt] des avalanches secondaires apparaissent, et ce dans tous les gaz. Ceci est dû à deux causes.
La première cause est que, pendant que l'avalanche de Townsend se produit, les atomes et les molécules sont excités par les électrons de l'avalanche et émettent des UV ou des photons dans le visible. Le nombre de ces photons est k.A.n0, où k est un coefficient (généralement supérieur à 1). Ces photons atteignent la cathode et, par un phénomène particulier, créent des photoélectrons à partir de la cathode. Si la probabilité d'occurrence de ce phénomène est γPh, alors le nombre d'électrons qui seront extraits de la cathode est k.A.n0. γPh- A leur tour, ces photoélectrons initient des avalanches de Townsend (secondaires). Si A.γph « 1 , alors ces photons ne jouent pas un rôle significatif. Mais si :
A.γph = 1 (1) alors une décharge non souhaitée se produit, qui peut endommager le système de détection ou l'électronique associée.
La deuxième cause est qu'il reste des ions positifs dans l'espace compris entre les deux plaques lorsque l'avalanche primaire est terminée. Ces ions se déplacent en direction de la cathode et peuvent également extraire des électrons de la cathode si :
E, > 2 φ (2) où E1 est le potentiel d'ionisation des atomes ou molécules du gaz.
La probabilité d'un tel phénomène est γ+. Là encore, si γ+ « 1 , ces électrons secondaires ne jouent pas un rôle significatif. Mais si : A.γ+ = 1 (3) alors une décharge se produit.
Ainsi, on n'obtient des avalanches contrôlables dans les systèmes de détection à plaques parallèles que si :
A.γph « 1 (4) et si A.γ+ « 1 (5)
On notera que les valeurs critiques de γPh et γ+ dépendent de la composition de la couche d'absorption de la cathode.
Une décharge peut également se produire, pour notamment les géométries planes, dans ce type de système de détection si
A.n0 > Qcπt (6) où Qcrit vaut typiquement 108 électrons. Ce type de décharge est dû à la charge d'espace créée par l'avalanche.
Depuis un certain nombre d'années, on a tenté de faire fonctionner ce premier type de système de détection dans l'air. Mais il n'a été possible d'obtenir un fonctionnement stable dans l'air qu'à de faibles valeurs de gain (A < 50), car les coefficients γPh et γ+ sont très grands dans le cas de l'air, et également car leurs valeurs varient rapidement dans le temps du fait des modifications de la couche d'absorption de la cathode (par exemple en raison du bombardement ionique ou de variations du taux d'humidité). La détérioration du système dans l'air résulte de la série d'avalanches secondaires (équations (1) et (3)), par mécanisme de rétroaction. En conséquence, le gain maximal que l'on puisse obtenir dans l'air est bien plus faible que celui que l'on peut obtenir dans des mélanges choisis de gaz, où γPh et γ+ sont faibles, et où la détérioration ne se produit que du fait de la charge d'espace (équation (6)), ce qui permet d'atteindre un gain très élevé.
Ainsi, dans ce premier type de systèmes de détection, pour obtenir un gain élevé et une stabilité du phénomène, il est indispensable de choisir des gaz possédant de faibles valeurs de γPh et γ+, et le fonctionnement correct dans l'air n'est donc pas possible.
Un deuxième type de ces systèmes de détection est le système à fil, dans lesquels les avalanches ont lieu dans l'espace compris entre un cylindre métallique (la cathode) et le fil (l'anode) disposé sur l'axe du cylindre.
Contrairement aux systèmes à plaques parallèles, il existe dans les systèmes à fil un effet de focalisation des lignes de champ dans une zone située autour de l'anode. En conséquence, ce système de détection fonctionne différemment. Ainsi, les électrons primaires créés par l'ionisation du gaz par les rayonnements sont tout d'abord entraînés vers cette zone localisée à proximité de l'anode, et uniquement dans cette zone déclenchent des avalanches de Townsend. Ce système de détection fonctionne sans avalanches secondaires si les conditions (4) et (5) sont remplies, tandis que, si les équations (1) ou (3) sont vérifiées, il se produit des décharges de couronne. Si la conditions (6) est remplie, des courants de décharge sont créés dans la zone de multiplication, mais ceux-ci s'éteignent dans le volume du détecteur avant d'atteindre la cathode car le champ électrique diminue rapidement lorsque l'on s'éloigne de l'anode.
Dans ce deuxième type de systèmes de détection, pour obtenir un gain élevé et une stabilité du phénomène, il est donc également indispensable de choisir des gaz possédant de faibles valeurs de γPh et γ+, et le fonctionnement correct dans l'air n'est donc pas possible.
De plus, la mise en œuvre des systèmes de détection à fil dans l'air présente la particularité suivante. Les électrons primaires créés par l'ionisation du gaz vont subir, lorsqu'ils sont entraînés vers l'anode, un piégeage important par l'oxygène et la vapeur d'eau, et ainsi former des ions négatifs. Ces ions sont entraînés vers le fil (l'anode), mais lorsqu'ils pénètrent dans la zone de fort champ électrique autour de l'anode, ils ne peuvent pas déclencher d'avalanche de Townsend du fait de leur faible énergie cinétique. Cette avalanche peut uniquement être déclenchée soit par les quelques électrons qui se sont détachés des ions négatifs dans le fort champ électrique (au nombre de b.no, où b « 1), soit par les quelques électrons qui n'ont pas été piégés (au nombre de c.n0, où c « 1). Dans ces deux cas, le nombre d'électrons capables de déclencher une avalanche est bien inférieur au nombre initial d'électrons (no). En conséquence, pour observer un signal (et ainsi détecter les rayonnements), il est nécessaire d'avoir un gain A beaucoup plus élevé que dans le cas de gaz non électronégatifs.
Or, à nouveau, il n'est possible de faire fonctionner ce système de détection à fil de façon stable qu'avec des gains A inférieurs à 50, car les coefficients γPh et γ+ sont très grands dans le cas de l'air, et la détérioration se produit principalement du fait du mécanisme de rétroaction (équations (1) et (3)). Or, un gain A de 50 est généralement insuffisant pour détecter le rayonnement, car le signal fourni par le système de détection est proportionnel à A.no.(b+c), où b et c sont très faibles. II existe donc deux raisons pour lesquelles le fonctionnement des systèmes de détection à fil dans l'air n'est pas satisfaisant.
Un autre type de systèmes de détection exploitant le mécanisme d'avalanche de Townsend contrôlable met en œuvre des dispositifs de multiplication des électrons comportant une plaque munie d'orifices traversants. De tels systèmes de détection sont décrits dans les documents FR 2 727 525 et EP 0 948 803. La plaque est recouverte, sur ses deux faces principales opposées, de feuilles de métal portées à des potentiels différents, et elle est disposée entre deux électrodes. En présence d'un champ électrique entre les deux électrodes, les orifices se comportent comme des dipôles électrostatiques et les lignes de champ sont focalisées dans ces orifices. Ainsi, dans ces orifices, il existe un champ électrique important et il peut donc se produire une multiplication des électrons par avalanche.
De telles plaques forment un écran pour les photons issus de l'ionisation du gaz, si bien que seule une portion B de ces électrons peut atteindre la cathode, B étant un facteur géométrique (B » 1). Ainsi, la condition (1) pour l'apparition d'une décharge devient :
B.A.γph = 1 (7)
Les conditions (3) et (6) quant à elles sont inchangées. Toutefois, dans les systèmes de détection avec plaques à orifices, la valeur de Qcrit est de 106 à 107 électrons (selon la géométrie), donc plus faible qu'avec les détecteurs à plaques parallèles ou à fil, donc le gain maximum que l'on peut obtenir est plus faible. L'une des raisons pour lesquelles la valeur de QCht est plus faible découle de la petite taille des orifices (de l'ordre de 70 μm), qui est un facteur favorable pour l'apparition de la charge d'espace. Une autre raison est la présence de bords métalliques à angle vif autour des orifices, qui favorise également la détérioration.
Lorsque ce système de détection fonctionne dans l'air, comme dans le cas des systèmes de détection à fil, les électrons primaires créés par l'ionisation et qui sont entraînés vers les orifices sont piégés par des molécules d'oxygène et forment des ions négatifs. Ainsi, seule une faible proportion des électrons primaires sera libre et pourra participer au déclenchement d'une avalanche dans les orifices.
De plus, comme indiqué précédemment, comme la valeur de γ+ est élevée dans l'air, il n'est possible d'obtenir que de faibles gains A (de l'ordre de 20). Il est à noter que le coefficient γPh n'intervient pas ici du fait du coefficient B (équation (7)). Mais, en pratique, un gain A de 20 ne peut être obtenu que dans de l'air sec. Or, dans l'air ambiant présentant une certaine humidité, seuls des gains A inférieurs à environ 5 à 10 peuvent être obtenus, et ils sont très instables dans le temps (du fait des fuites de charge le long des parois des orifices).
Ainsi, pour les différentes raisons précitées, la mise en œuvre dans l'air d'un tel système de détection avec plaques à orifices ne peut conduire qu'à l'obtention d'un signal très faible (faible gain), non exploitable en pratique. De plus, les décharges se produisant dans de tels systèmes sont bien plus préjudiciables que dans les autres systèmes présentés, car elles endommagent de façon irréversible la plaque en créant un chemin conducteur - le long de la paroi des orifices.
En conclusion, aucun des systèmes de détection décrits utilisant les avalanches d'électrons ne peut fonctionner dans l'air avec un gain suffisant pour obtenir un signal exploitable, et sans endommager le système. Il s'ensuit notamment que ces systèmes de détection doivent nécessairement comporter un boîtier parfaitement étanche, empêchant l'entrée d'air. Le coût de ces dispositifs est donc très élevé.
Un objectif de l'invention est de proposer un système de détection qui puisse donner des résultats satisfaisants dans l'air, et non uniquement dans une chambre renfermant un mélange de gaz particuliers. En d'autres termes, l'invention vise à fournir un système de détection qui permette d'obtenir un gain élevé dans l'air (et donc une bonne détection des rayonnements), sans que ce gain élevé risque d'endommager le système de détection ou l'électronique associée.
A cet effet, et selon un premier aspect, l'invention concerne un dispositif de multiplication des électrons pouvant fonctionner dans l'air, destiné à être utilisé dans un système de détection de rayonnements ionisants, comprenant une plaque de matériau diélectrique comportant une première et une deuxième faces principales opposées et dans laquelle sont ménagés une pluralité d'orifices traversants présentant chacun un axe sensiblement perpendiculaire auxdites faces principales de la plaque, et comprenant en outre, au moins sur la première face principale, un revêtement comprenant au moins une couche et présentant des trous disposés en correspondance des orifices ménagés dans la plaque, ledit revêtement possédant des caractéristiques de résistivité initiale suffisamment faibles pour permettre, en g fonctionnement, la création d'un champ électrique d'amplitude importante dans les orifices de la plaque et en conséquence la multiplication d'électrons par avalanches, et suffisamment importantes pour sensiblement empêcher, en fonctionnement, la formation d'avalanches secondaires.
On entend par « résistivité initiale » la résistivité du matériau utilisé, avant son application sous forme de revêtement. Dans toute la demande de brevet, le terme résistivité signifie la résistivité initiale ainsi définie.
Ainsi, grâce au revêtement porté en fonctionnement à un potentiel approprié, on peut créer un champ électrique important dans les orifices de la plaque, du fait de la résistivité suffisamment faible, et donc une multiplication des électrons par avalanches. De plus, la résistivité suffisamment importante du revêtement permet de charger temporairement et localement la surface de la cathode avec les ions créés et d'empêcher ainsi totalement - ou du moins de limiter considérablement - la formation d'avalanches secondaires, afin d'obtenir une stabilité de fonctionnement satisfaisante. On empêche également la formation d'étincelles ou de courants de décharge, ou du moins on limite considérablement leur intensité.
En pratique, la résistivité du ou des couches du revêtement est dans la gamme de 105 à 1012 Ω.m.
Le dispositif selon l'invention peut donc fonctionner dans l'air de façon stable,, à des gains importants, d'où la possibilité d'obtenir une très bonne sensibilité (détection de faibles rayonnements), sans risque d'endommagement. En outre, une très bonne efficacité de détection peut être obtenue.
La présence d'air ne gênant pas le bon fonctionnement du dispositif et du système de détection dont il est destiné à faire partie, il n'est pas nécessaire de prévoir un boîtier présentant une très bonne étanchéité. Le coût s'en trouve donc diminué, et l'utilisation facilitée.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend, sur la première face principale une couche globale de revêtement réalisée en un matériau dont la résistivité est comprise entre 107 et 1011 Ω.m, présentant des trous disposés en correspondance des orifices ménagés dans la plaque. Cette résistivité « moyenne » permet d'obtenir les deux effets visés avec une unique couche.
Selon un autre mode de réalisation, le dispositif comprend, sur la première face principale : une première couche de revêtement, réalisée en un premier matériau dont la résistivité est comprise entre 105 et 108 Ω.m, la première couche présentant des trous disposés en correspondance des orifices ménagés dans la plaque ; et une deuxième couche de revêtement disposée sur la première couche, réalisée en un deuxième matériau différent du premier, dont la résistivité est comprise entre 108 et 1012 Ω.m et est au moins 10 fois plus importante que la résistivité du premier matériau, la deuxième couche présentant des trous disposés en correspondance des orifices ménagés dans la plaque.
La première couche, portée en fonctionnement à un certain potentiel, permet la création d'un champ électrique important dans les orifices de la plaque, et donc une multiplication des électrons par avalanches, tandis que la deuxième couche permet d'assurer la stabilité, comme précédemment indiqué.
On peut prévoir que le deuxième matériau présente une résistivité 100 fois plus importante que celle du premier matériau.
Quel que soit le mode de réalisation concernant la première face principale, on peut avoir, sur la deuxième face principale, l'un des agencements suivants : a) aucun revêtement. Dans ce cas, le système de détection comportant le dispositif de multiplication des électrons devra comporter une électrode située à proximité de la deuxième face principale de la plaque, afin de permettre la génération d'un champ électrique dans les orifices ; b) une première couche de revêtement, réalisée en un premier matériau dont la résistivité est comprise entre 105 et 108 Ω.m, la première couche présentant des trous disposés en correspondance des orifices ménagés dans la plaque ; c) dans le cas b), on peut en outre avoir une deuxième couche de revêtement disposée sur la première couche, réalisée en un deuxième matériau différent du premier, dont la résistivité est comprise entre 108 et 1012 Ω.m et est au moins 10 fois plus importante que la résistivité du premier matériau, la deuxième couche présentant des trous disposés en correspondance des orifices ménagés dans la plaque ; d) une couche globale de revêtement réalisée en un matériau dont la résistivité est comprise entre 107 et 1011 Ω.m, présentant des trous disposés en correspondance des orifices ménagés dans la plaque.
La présence d'une couche globale ou d'une deuxième couche de revêtement du côté de chacune des première et deuxième faces principales de la plaque améliore la capacité du dispositif à empêcher ou limiter les avalanches secondaires, ainsi que les étincelles car le courant est diminué dans ce cas (courants de décharge).
Par exemple, la résistivité du premier matériau est comprise entre 106 et 107 Ω.m et/ou la résistivité du deuxième matériau est comprise entre 108 et 1010 Ω.m. Le premier matériau peut être l'arséniure de gallium, le deuxième matériau du type à conductivité électronique, comme certains verres et/ou la plaque peut être réalisée en un matériau de type résine époxy ou verre.
Selon une réalisation possible, les orifices ménagés dans la plaque présentent une portion centrale sensiblement cylindrique prolongée à chacune de ses deux extrémités axiales par une portion tronconique de même axe s'évasant en direction de la face principale de la plaque dans laquelle elle débouche. Ces portions tronconiques forment un chanfrein qui permet encore d'améliorer le gain.
On peut prévoir que les trous de la première couche soient centrés sur l'axe des orifices de la plaque et présentent des dimensions supérieures à celles des orifices de la plaque au niveau de la ou des faces principales de ladite plaque, et que les trous de la deuxième couche soient centrés sur l'axe des orifices de la plaque et présentent des dimensions sensiblement égales à celles des orifices de la plaque au niveau de la ou des faces principales de ladite plaque. Ainsi, la deuxième couche est disposée directement contre la plaque dans la zone périphérique aux orifices. On obtient par ce biais une meilleure protection contre les étincelles et les courants de décharge.
Par exemple, le dispositif de multiplication présente une épaisseur comprise entre 0,5 et 4 mm, voire entre 1 et 2 mm. Les orifices ménagés dans la plaque peuvent présenter un diamètre moyen compris entre 0,3 et 1 mm, voire entre 0,5 et 0,8 mm et/ou être disposés sensiblement aux coins d'un quadrillage de côté compris entre 0,5 et 1 ,5 mm, voire entre 0,7 et 1 mm.
Selon une réalisation possible, le dispositif de multiplication est sensiblement plan. En variante, il peut présenter la forme d'une portion de cylindre ou de sphère. Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un système de détection de rayonnements ionisants ou d'espèces ionisables, comprenant :
- une première électrode, dite de dérive, et une deuxième électrode, dite de collecte, sensiblement parallèles, et entre lesquelles peut être généré un champ électrique apte à entraîner vers l'électrode de collecte les électrons créés par lesdits rayonnements, l'électrode de collecte étant apte à fournir des données représentant le nombre d'électrons qui l'atteignent ;
- des moyens de traitement des données fournies par l'électrode de collecte ;
- au moins un dispositif de multiplication des électrons tel que précédemment décrit, disposé sensiblement parallèlement aux électrodes de sorte que la plaque du ou des dispositifs soit située entre les deux électrodes et que la première face de ladite plaque soit tournée vers la première électrode, le revêtement - ou la couche de revêtement possédant la plus faible résistivité - disposée sur la première face principale de la plaque étant porté, en fonctionnement, à un potentiel compris entre les potentiels auxquels sont portées, respectivement, l'électrode de dérive et l'électrode de collecte, de manière à provoquer la multiplication des électrons par avalanche dans les orifices de la plaque.
Les électrons sont par exemple créés suite à l'ionisation, par lesdits rayonnements, du gaz présent entre les électrodes.
Selon une réalisation possible, l'électrode de collecte est constituée par la couche globale de revêtement - ou la première couche de revêtement- disposée sur la deuxième face principale de la plaque, lorsqu'une telle couche existe.
Selon une autre réalisation possible, l'électrode de collecte est distincte du dispositif de multiplication. Dans ce cas, la couche globale de revêtement - ou la première couche de revêtement - disposée sur la deuxième face principale de la plaque (lorsqu'une telle couche existe) est portée, en fonctionnement, à un potentiel compris entre les potentiels auxquels sont portées, respectivement, la couche globale de revêtement - ou la première couche de revêtement - disposée sur la première face principale de la plaque et l'électrode de collecte. En variante, lorsque la deuxième face principale de la plaque est dépourvue de revêtement, l'électrode de collecte doit être placée à proximité de la deuxième face principale, pour permettre la génération d'un champ électrique et donc d'avalanches. Afin d'augmenter le gain, le système de détection peut comprendre deux dispositifs de multiplication des électrons sensiblement identiques, disposés sensiblement parallèlement aux électrodes de sorte que les plaques soient situées entre les deux électrodes et que la première face principale de chaque plaque soit tournée vers la première électrode, les couches globales de revêtement ou les premières couches de revêtement successives étant portées, en fonctionnement, à des potentiels croissants lorsque l'on se rapproche de l'électrode de collecte. Un tel dispositif avec deux systèmes de multiplication permet d'atteindre un gain de 104 dans l'air.
Le système de détection peut en outre comprendre un dispositif de multiplication des électrons du type comprenant d'une part une grille résistive formant une cathode et d'autre part une anode, la cathode et l'anode étant sensiblement plane, parallèles et maintenues distantes de moins de 500 μm à l'aide de micro-piliers. Un tel dispositif, dit « MICROMEGAS » est décrit dans le document WO 97/14173, et dans ce qui suit.
L'électrode de collecte peut en outre comporter des zones de collecte localisées distinctes.
Selon un premier mode de réalisation, les électrodes et le ou les dispositifs de multiplication des électrons sont disposés dans un boîtier présentant une vitre pour le passage des UV du soleil constituant les rayonnements ionisants à détecter, la vitre étant disposée en regard de l'électrode de dérive, comportant un matériau photosensible tel que l'iodure de césium, de sorte que les UV puissent créer des photoélectrons à partir de la première électrode. Soit l'électrode est réalisée en totalité avec ce matériau photosensible, soit sa face active seulement est recouverte d'un tel matériau. Une couche résistive revêtue par une couche photosensible présente la même efficacité qu'une couche photosensible déposée sur un substrat métallique.
Selon un deuxième mode de réalisation, les électrodes et le ou les dispositifs de multiplication des électrons sont disposés dans un boîtier présentant une zone de passage pour l'entrée des rayonnements ionisants et contenant un gaz à faible potentiel d'ionisation, tel qu'une vapeur d'éthylferrocène.
Ce système peut comprendre en outre une lentille placée sur le trajet des rayonnements ionisants vers l'intérieur du boîtier, l'axe de la lentille étant sensiblement parallèle au ou à chaque dispositif de multiplication des électrons et situé à une distance du dispositif de multiplication des électrons le plus proche de l'électrode de dérive inférieure à 3 mm. Grâce à cette configuration, ce système peut fonctionner dans l'air.
Les zones de collecte localisées peuvent être des bandes convergeant vers le centre de la lentille.
Un tel système peut être utilisé pour la détection d'une flamme. En effet, une flamme émet des UV qui vont provoquer l'ionisation du gaz et donc la création d'électrons multipliés ensuite par avalanches.
Par ailleurs, le système de détection peut être tel que les électrodes et le ou les dispositifs de multiplication des électrons sont placés dans un boîtier présentant une zone de passage pour l'entrée de rayons UV ou X émis par une source, cette source étant agencée pour que lesdits rayons pénètrent dans le boîtier sensiblement parallèlement au ou à chaque dispositif de multiplication des électrons et à une distance du dispositif de multiplication des électrons le plus proche de l'électrode de dérive inférieure à 3 mm. En outre, le boîtier présente une ouverture d'entrée pour un gaz à analyser.
Un tel système peut être utilisé pour la détection de la présence dans l'air de gaz à faible potentiel d'ionisation, tels que certains alcools ou hydrocarbures, le toluène, le benzène.
On décrit à présent, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs modes de réalisation possibles de l'invention, en référence aux figures annexées :
La figure 1 est une représentation schématique en perspective du dispositif de multiplication des électrons selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
La figure 2 est une vue en section transversale du dispositif de multiplication de la figure 1 ;
La figure 3 est une représentation schématique en plan d'une face du dispositif de la figure 1 , sans la deuxième couche de revêtement ;
La figure 4 illustre schématiquement un système de détection selon l'invention ;
Les figures 5 et 6 illustrent schématiquement un système de détection selon l'invention, respectivement pour la détection des particules α et des UV ;
Les figures 7 à 11 illustrent schématiquement des modes de réalisation d'un système de détection selon l'invention, pour la détection d'une flamme ; La figure 12 illustre une variante du système de détection de la figure 5, mettant en œuvre un dispositif selon l'invention et un dispositif de type MICROMEGAS ;
La figure 13 est une représentation schématique en coupe d'un dispositif de multiplication des électrons selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ;
Les figures 14 à 16 sont des représentations schématique en coupe de variantes de réalisation d'un dispositif de multiplication des électrons selon l'invention ; et
La figure 17 illustre une variante du système de détection de la figure 5.
On se rapporte tout d'abord aux figures 1 à 3 qui représentent un dispositif 1 de multiplication des électrons selon un premier mode de réalisation.
Le dispositif 1 comprend une plaque 2 réalisée en un matériau diélectrique, tel qu'une résine époxy, et présentant une épaisseur e de l'ordre de 0,4 à 2 mm, par exemple entre 1 et 2 mm. La plaque 2 comporte une première et une deuxième faces principales opposées 3, 4, sensiblement planes. Une pluralité d'orifices 5 traversants sont ménagés dans la plaque 2, chacun de ces orifices 5 présentant un axe 6 sensiblement perpendiculaire aux faces 3, 4.
Comme illustré en section sur la figure 2, les orifices 5 sont identiques et présentent chacun une portion centrale 7 sensiblement cylindrique prolongée à chacune de ses deux extrémités axiales par une portion tronconique 8 de même axe 6 s'évasant en direction de la face principale 3, 4 dans laquelle elle débouche. Les orifices 5 sont symétriques par rapport au plan médian P de la plaque 2 parallèle aux faces principales 3, 4. De préférence, la portion centrale 7 présente une hauteur au moins égale à la moitié de l'épaisseur e de la plaque 2.
Le diamètre moyen des orifices 5 est compris entre 0,5 et 0,8 mm, et ceux-ci sont disposés régulièrement, sensiblement aux coins d'un quadrillage de côté compris entre 0,7 et 1 mm.
Sur chacune des faces principales 3, 4 est disposée une première couche de revêtement 9, 9a, 9b, mince, réalisée en un premier matériau dont la résistivité est relativement faible, et comprise entre 106 et 107 Ω.m. Un des matériaux pouvant être utilisé est l'arséniure de gallium, mais d'autres matériaux sont envisageables s'ils permettent de créer des avalanches contrôlables d'électrons.
Chacune des premières couches 9 présente des trous 10 situés en correspondance des orifices 5 ménagés dans la plaque 2. Les trous 10 sont sensiblement circulaires et centrés sur l'axe 6, et présentent un diamètre Di0 supérieur au diamètre D5 des orifices 5 au niveau des faces principales 3, 4 (voir figure 3). Il existe ainsi une couronne périphérique 11 autour de chaque orifice 5 qui n'est pas recouverte par la première couche de revêtement 9.
En outre, sur chacune des premières couches de revêtement 9 (sur chacune des faces principales 3, 4) est disposée une deuxième couche de revêtement 12, 12a, 12b mince, réalisée en un deuxième matériau, différent du premier, dont la résistivité est bien plus importante que celle de la première couche 9, et comprise entre 108 et 1010 Ω.m. On peut utiliser tout matériau possédant cette caractéristique, et notamment du verre.
Chacune des deuxièmes couches 12 présente des trous 13 situés en correspondance des orifices 5 ménagés dans la plaque 2. Les trous 13 sont sensiblement circulaires et centrés sur l'axe 6, et présentent un diamètre Di3 sensiblement égal au diamètre D5 des orifices 5 au niveau des faces principales 3, 4. De ce fait, au niveau de la couronne périphérique 11 , la deuxième couche 12 est disposée directement contre la face principale 3, 4 de la plaque 2. En d'autres termes, sur chacune des faces principales 3, 4 de la plaque 2, la deuxième couche 12 de revêtement recouvre et entoure localement la première couche 9 de revêtement (voir figure 2).
La mise en place des deux couches de revêtement 9, 12 et la création des orifices 5 peut être réalisée par tout procédé connu.
Un tel dispositif de multiplication d'électrons est destiné à être utilisé dans un système de détection 14 de rayonnements ionisants. La figure 4 représente schématiquement la structure générale d'un tel système de détection 14.
Le système de détection 14 comprend, généralement dans un boîtier 15, une première électrode 16 plane, dite de dérive, portée à un potentiel \Λ, ainsi qu'une deuxième électrode 17 plane et sensiblement parallèle à la première électrode 16, dite de collecte, portée à un potentiel V4. Un dispositif 1 de multiplication des électrons est disposé entre les deux électrodes 16, 17, sensiblement parallèlement à celles-ci. La première couche de revêtement 9a tournée vers la première électrode 16 est portée à un potentiel V2, tandis que la première couche de revêtement 9b tournée vers la deuxième électrode 17 est portée à un potentiel V3.
Les potentiels sont choisis tels que V1 < V2 < V3 < V4. On peut utiliser à cet effet un circuit de type diviseur de tension mettant en œuvre des résistances de valeurs appropriées. Ainsi, il est généré un champ électrique E entre les électrodes 16, 17. La deuxième électrode 17 est reliée à des moyens de traitement de données 18 (circuit électronique, oscilloscope, ordinateur, etc.) permettant à un opérateur de visualiser la détection ou la mesure d'un rayonnement ionisant grâce au système de détection 14.
Une source Si, S2 émet des rayonnements ionisants 19 qui conduisent à la formation d'électrons 20 dans le système de détection 14. Le système de détection 14 permet de détecter ces rayonnements ionisants 19 émis à partir de sources positionnées de plusieurs façons par rapport aux électrodes 16, 17, comme illustré sur la figure 4 (Si ou S2). Les électrons 20 ainsi créés sont entraînés par le champ électrique E en direction de la deuxième électrode 17. Lors du passage de ces électrons dans les orifices 5 du dispositif de multiplication 1 , il se produit une avalanche contrôlable 21 conduisant à la formation d'un plus grand nombre d'électrons, le rôle des premières couches de revêtement 9a, 9b étant de focaliser les lignes de champ électrique à l'intérieur des orifices 5 et donc de permettre cette avalanche 21. Ces électrons sont entraînés vers la deuxième électrode 17. Celle-ci fournit aux moyens de traitement 18 des données représentant le nombre d'électrons qui l'atteignent, et permet donc à un opérateur utilisant le système 14 de détecter la présence de rayonnements ionisants.
Comme cela est expliqué ci-après, grâce à la présence des deuxièmes couches 12 de revêtement, le dispositif de multiplication 1 et le système de détection 14 permettent d'une part de supprimer le mécanisme de rétroaction (équation (3)), et d'autre part de protéger l'ensemble des étincelles. Celles-ci, si elles apparaissent, sont très faibles et ne risquent pas d'endommager le dispositif de multiplication 1 ou l'électronique associée.
Dans les plaques à orifices de l'art antérieur, comportant de simples revêtements métalliques, toute l'énergie stockée est libérée sous forme d'une étincelle, qui est donc très violente et peut causer de nombreux dommages.
En revanche, grâce à la deuxième couche 12 de revêtement prévue par l'invention, qui de surcroît recouvre et entoure la première couche 9 au voisinage des orifices 5, les ions positifs et les électrons formés par l'avalanche de Townsend vont charger cette deuxième couche 12 et provisoirement réduire le champ électrique local à une valeur plus faible. De ce fait, les éventuels électrons extraits par les ions de la deuxième couche 12 - s'ils existent - ne pourront pas déclencher d'avalanche secondaire. Ainsi, la condition (3) ne sera pas remplie. Quant à la condition (1), qui devient la condition (7) dans le cas de plaques à orifices, elle n'est pas non plus remplie.
Ainsi, seule resterait la condition (6). A ce sujet, pour obtenir un gain encore plus important, l'invention prévoit une géométrie particulière des orifices (portions évasées 8) et un diamètre des orifices plus important que dans l'art antérieur. En conséquence, la valeur de Qcrit est bien supérieure à celle observée dans l'art antérieur, et typiquement de l'ordre de 108 électrons, soit deux ordres de grandeur au-dessus de Qcnt dans le cas de dispositifs connus. Ainsi, avec le système de détection selon l'invention, une détérioration ne peut se produire qu'à des gains très élevés. De plus, même si une étincelle apparaît, elle sera très faible, du fait de la charge locale immédiate des deuxièmes couches 12 de revêtement. Ainsi, la capacité participant à la décharge sera très faible, et le courant de décharge sera limité à la résistivité élevée de la deuxième couche 12. On n'obtiendra donc que de faibles courants de décharge ne risquant pas de détériorer le système.
Par ailleurs, un avantage majeur de l'invention est la possibilité de réaliser des détections de rayonnements dans l'air. En effet, puisque les conditions (1) et (3) ne sont pas remplies, le système de détection peut fonctionner dans l'air, à des gains supérieurs à 104, de façon très stable.
Du fait de la deuxième couche 12 de revêtement, il ne se crée pas de chemin conducteur le long de la paroi des orifices qui affecterait le bon fonctionnement du dispositif 1 de multiplication. Ceci est encore amélioré par le fait que le dispositif 1 présente une épaisseur e relativement importante.
Enfin, il est possible de placer entre les électrodes 16, 17 du système de détection 14 une cascade de dispositifs de multiplication, et en particulier deux dispositifs 1 de multiplication conformes à l'invention, malgré la présence des deuxièmes couches 12 de revêtement.
On peut ainsi accroître considérablement le gain maximum qu'il est possible d'obtenir tout en conservant un fonctionnement stable. Les couches 9 successives doivent être portées à des potentiels croissants de la première à la deuxième électrode. Comme illustré sur la figure 12, il est également possible d'utiliser dans le système de détection 14 un dispositif 1 de multiplication conforme à l'invention associé à un dispositif de multiplication d'un autre type (configuration en cascade), par exemple tel que celui décrit dans le document WO 97/14173, dit MICROMEGAS, en l'utilisant avec une grille résistive à la place de sa grille métallique, afin d'obtenir une stabilité de fonctionnement.
Il s'agit d'un détecteur développé en physique des particules de hautes énergies pour améliorer de plusieurs ordres de grandeur les performances des détecteurs à remplissage gazeux en matière de temps de résolution, taux de comptage maximum acceptable, résolution spatiale et valeur du gain maximum tolérable.
Le système MICROMEGAS comporte dans son principe un espace d'amplification par des champs électriques appliqués sur un espace de 50 μm environ, précédé d'un espace de dérive où sont libérés des électrons dans des collisions des atomes du gaz de remplissage avec les particules ionisantes à détecter. Les faces des électrodes qui produisent le champ électrique amplificateur sont maintenues à de courtes distances (de l'ordre de 50 μm) par des piliers espacés de quelques millimètres. Un aspect important de son fonctionnement est que la variation de gain entre des faces parallèles présente un maximum voisin de 30 à 50 μm produit par un effet de compensation, qui contribue à la stabilité du gain et à l'immunité contre les défauts de planéité. L'effet du petit intervalle entre les électrodes est de permettre des champs et donc des gains élevés sur de courtes distances. La collecte rapide des ions réduit les effets des charges d'espace. L'essai de MICROMEGAS dans l'air a montré un fonctionnement satisfaisant avec l'utilisation d'une grille à revêtement isolant qui permet d'atteindre de grands gains sans décharge et de bénéficier des avantages liés à des champs plus faibles.
Il est clair que l'utilisation avec des mélanges gazeux pouvant contenir de l'air en toute proportion est possible, ceci combiné avec des couches simples ou multiples de revêtements résistifs. Ceci s'applique à une variété de détecteurs gazeux qui sont en voie de développement et qui sont basés sur les techniques de microélectronique pour bénéficier des temps de résolution très faibles indispensables en physique des hautes énergies.
Sur la figure 12, ce dispositif 40 de type MICROMEGAS comprend d'une part une grille résistive 41 formant une cathode et d'autre part une anode 42. La cathode et l'anode sont sensiblement plane, parallèles et maintenues distantes de moins de 500 μm, par exemple d'une distance d1 comprise entre 0,05 et 0,5 mm, à l'aide de micro-piliers.
La grille résistive supprime la rétroaction générée par les ions (mais pas la rétroaction générée par les photons) et il est ainsi possible d'obtenir un fonctionnement dans l'air à des gains plus importants que dans le cas d'un dispositif de type MICROMEGAS avec des électrodes métalliques. La grille résistive permet aussi de protéger l'électronique du dispositif de type MICROMEGAS en cas de décharges intempestives (étincelles).
Le système de détection 14 peut être utilisé pour la détection des rayonnements α, comme illustré sur la figure 5. La source Sa de rayonnements α peut notamment être un objet contenant du Polonium ou du gaz radon. Ce gaz, qui émet des particules α, peut s'accumuler par exemple dans des caves mal ventilées, et occasionner de graves problèmes de santé.
La source Sa peut être placée comme la source Si ou la source S2 de la figure 4. Dans cette application, le boîtier 15 est placé aussi près que possible de la source Sa, et il présente une ouverture 22 en regard de cette source, afin de ne pas arrêter les rayonnements. On comprend donc tout l'intérêt de disposer d'un système de détection fonctionnant dans l'air. Dans le cas où les particules α émises par la source doivent traverser la première électrode 16 (figure 5), cette électrode 16 prend la forme d'un grillage.
Par exemple, la distance entre la première électrode 16 et le dispositif 1 de multiplication le plus proche est de l'ordre de 4 cm, et la distance entre les deux dispositifs 1 selon l'invention est de l'ordre de 2 à 5 mm. Dans l'air, et pour Vi = 5,5 kV et V4 = 3 kV, l'efficacité de ce système de détection 14 est de l'ordre de 95 % (pourcentage de particules détectées par rapport au nombre réel de particules émises) et le gain d'environ 104.
Si la source Sa est positionnée comme la source S2 de la figure 4, environ à mi distance entre la première électrode 16 et le dispositif 1 de multiplication le plus proche, il est possible d'obtenir une efficacité de l'ordre de 90 % dans l'air. Ainsi, l'efficacité demeure importante même si le trajet des particules α n'est pas dirigé directement vers le dispositif 1 de multiplication.
Ainsi, le système de détection selon l'invention est d'un coût peu élevé, il peut fonctionner dans l'air et y détecter des particules α avec une efficacité proche de 100 %. De plus, cette détection n'est pas affectée de façon importante par les perturbations vibratoires ou acoustiques. Ces caractéristiques rendent le système de détection tout à fait compétitif par rapport aux systèmes de détection du radon du commerce.
Par ailleurs, comme illustré sur la figure 6, le système de détection 14 constitue un système très simple et peu onéreux pour la détection des UV (dose reçue par des personnes exposées au soleil). Les UV 23 émis par le soleil passent à travers la vitre 24 (par exemple en verre) du boîtier 15 et créent des photoélectrons à partir de l'électrode 16, ici en CsI (iodure de césium) sous forme d'une couche qui peut être déposée directement sur la deuxième couche de la cathode. Ces photoélectrons déclenchent des avalanches dans les orifices 5 du ou des dispositifs 1 de multiplication.
Il est à noter que ce système peut fonctionner par exemple dans un mélange d'air et d'argon ou dans l'air. De ce fait, il n'est pas nécessaire que le boîtier soit parfaitement étanche, puisque l'entrée d'air ne conduit pas à un dysfonctionnement ou à une détérioration du système. Le coût du système de détection s'en trouve grandement réduit.
Une autre application du système de détection selon l'invention est la détection d'une flamme, comme représenté sur les figures 7 à 11.
En effet, la plupart des flammes dans l'air émettent une lumière UV dans la plage de 185 à 280 nm. Or, dans la lumière du soleil, ces longueurs d'onde sont complètement absorbées dans les couches supérieures de l'atmosphère par l'ozone. Ainsi, au niveau du sol, la lumière UV émise par une flamme n'est pas perturbée, dans ces longueurs d'onde, par la lumière provenant du soleil.
Dans la réalisation de la figure 7, le système de détection 14 est similaire à celui illustré sur la figure 4. Il comprend, dans un boîtier 15, une première électrode 16, une deuxième électrode 17 reliée à des moyens de traitement de données 18, et deux dispositifs 1 de multiplication selon l'invention, en cascade. Une fenêtre 25 permet le passage des UV émis par une flamme 26 vers l'intérieur du boîtier 15. Le boîtier 15 contient un mélange d'argon et d'une vapeur sensible aux photons, par exemple une vapeur d'éthylferrocène, à une pression totale voisine de 1 atm. Cette vapeur peut être obtenue en plaçant dans le boîtier 15 une petite quantité d'éthylferrocène, qui est un liquide dont la pression de vapeur saturante est très faible.
Si les UV émis par la flamme 26 entrent dans le boîtier 15, ils provoquent l'ionisation de la vapeur d'éthylferrocène et donc la création d'électrons. Ces électrons provoquent des avalanches 21 dans les orifices 5 des dispositifs 1 de multiplication, et les électrons ainsi générés sont finalement détectés par la deuxième électrode 17. Le gain ainsi obtenu est généralement supérieur à 105.
La lumière UV pénétrant de façon parallèle aux dispositifs 1 de multiplication, et ne rencontrant pas de photocatode solide sur ce trajet, le système de détection est insensible à la lumière du soleil, mais garde une sensibilité élevée aux UV émis par une flamme. En effet, une photocathode exposée aux rayons du soleil peut créer des photons. Au contraire, avec le système selon l'invention, comme les UV interagissent seulement avec la vapeur ionisable, les photons seront créés du fait des rayons UV émis par la flamme et non par le soleil, car l'efficacité quantique des vapeurs est pratiquement nulle à des longueurs d'onde importantes (celles du soleil au niveau du sol, non absorbées par la couche d'ozone).
Pour les feux de forêt ou pour d'autres applications, il est très important que le système de détection puisse déterminer la position de la flamme. Ainsi, comme illustré sur les figures 8 à 11, il est prévu de coupler le système de détection 14 avec un système optique.
Comme illustré sur les figures 8 et 9, il est prévu une lentille 27, d'axe 32, et possédant une distance focale F. La deuxième électrode 17 est ici formée d'une plaque de matériau diélectrique 28 sur une face de laquelle sont ménagées des bandes métalliques de collecte 29 convergeant en un point, le centre de la lentille 27, placé à une distance F du milieu du dispositif 1 , avec F » d (où d est la dimension de l'électrode 17 et du dispositif 1). Chaque bande 29 constitue une zone de collecte individuelle. Les bandes 29 sont disposées en éventail et chaque bande est connectée à un dispositif de lecture distinct.
L'image de n'importe quel objet émettant des rayonnements UV (et notamment une flamme) placé à une distance supérieure à la distance focale formera une image près du plan focal de la lentille. Avec F » d, les photons UV émis par l'objet seront projetés le long d'une ou deux bandes 29 et provoqueront l'ionisation des vapeurs photosensibles. Les photoélectrons crées dans la région de dérive déclencheront des avalanches dans les orifices 5 du dispositif 1 de multiplication, ce qui se traduira par un signal dans les moyens de traitement de données 18. En mesurant le taux de comptage issu des bandes 29, il sera possible d'obtenir une image numérique de la flamme en une dimension. Ainsi, le système de détection 14 selon la réalisation des figures 8 et 9 fournit une information sur la position précise de la flamme. Plusieurs de ces systèmes de détection 16 peuvent être utilisés en combinaison pour la surveillance efficace de départs de feu, en évitant les fausses alertes. En effet, une alarme ne sera déclenchée que si deux systèmes de détection ou plus détectent une flamme provenant du même point de l'espace.
A nouveau, on notera que le système de détection 14 des flammes 26 peut fonctionner en présence d'air. Par exemple le boîtier 15 peut contenir un mélange d'argon, de vapeur d'éthylferrocène (qui est stable dans l'air) et de 10 % d'air. Il n'est donc pas nécessaire que le boîtier 15 présente une étanchéité parfaite. En particulier, pour moins d'1 % d'air, on obtient une excellente efficacité. Une étanchéité imparfaite peut bien entendu conduire à la fuite de vapeur d'éthylferrocène, mais ce produit n'est ni toxique pour l'homme ni dangereux pour l'environnement. De plus, l'éthylferrocène s'évaporant lentement, on a toujours une vapeur dans le boîtier 15 même si celui-ci n'est pas parfaitement étanche.
Dans le cas de l'utilisation dans l'air, il est important que l'effet photoélectrique ait lieu à proximité de la première face principale 3 de la plaque 2 du dispositif 1 de multiplication, afin d'éviter que les électrons créés ne soient piégés par les molécules d'oxygène. De ce fait, le rayonnement UV doit pénétrer dans le boîtier 15 sensiblement parallèlement au dispositif 1 et à faible distance de celui-ci. Ainsi, comme illustré sur la figure 10, on prévoit un collimateur 33 intercalé entre la lentille 27 et la fenêtre 25, et agencé pour que la distance d2 entre le trajet des rayonnements UV pénétrant le boîtier 15 et la première face principale 3 de la plaque 2 du dispositif 1 de multiplication soit inférieure à 3 mm, de préférence de l'ordre de 1 mm.
Le système de détection 14 permet la détection d'une petite flamme (celle fournie par une allumette par exemple), en plein jour et à une distance de quelques mètres.
Des mesures ont montré que le système de détection selon l'invention est environ 100 fois plus sensible que les systèmes connus, notamment le système R2868 commercialisé par Hamamatsu.
Il est rappelé que les UV n'atteignent pas directement la cathode (électrode 16), mais interagissent uniquement avec la vapeur d'éthylferrocène, ce qui permet au système de détection d'être plus efficace que les systèmes connus et de fonctionner en plein jour. On se rapporte maintenant à la figure 11 qui illustre une autre application du système de détection selon l'invention, à savoir la détection dans l'air de gaz à faible potentiel d'ionisation comme par exemple certains alcools ou carburants (hydrocarbures).
On introduit l'air à analyser par une ouverture d'entrée 34 du boîtier 15, cet air pouvant ensuite être évacué par une ouverture de sortie 35. Si au moins un gaz à relativement faible potentiel d'ionisation (vapeurs de toluène, benzène etc.) est présent dans l'air introduit, il sera ionisé par les rayonnements d'une source 36. Comme dans le cas de la détection d'une flamme, le rayonnement de la source 36 doit pénétrer près de la première face principale 3 du dispositif 1 de multiplication (avec d2 de l'ordre de 1 mm).
La source 36 peut être une lampe UV émettant des rayonnements de longueur d'onde supérieure à 110 nm.
S'il y a présence de vapeurs hydrocarbures dans l'air, il y aura photoinisation de ces vapeurs et création de photoélectrons qui seront amplifiés par le dispositif 1 de multiplication.
Une autre possibilité est d'utiliser une source de rayons X : dans l'air il n'y aura pas de production de signal, mais si des gaz (ou air) contenant des éléments lourds sont présents, par exemple des molécules contenant du cuivre, elles seront ionisées par les rayons X et il sera possible d'obtenir un signal.
L'utilisation du système de détection 14 selon l'invention, qui peut fonctionner dans l'air avec un gain important, peut grandement accroître la sensibilité par rapport aux systèmes connus de détection de gaz à relativement faible potentiel d'ionisation (PID - Photo lonization Detector). En effet, les systèmes connus mesurent un courant dans la chambre d'ionisation, dont la limite de détection est de 10"15 A, si bien que le seuil de sensibilité de la détection de ces gaz est de l'ordre de 10 ppb (partie par milliard). Au contraire, le système de détection selon l'invention peut enregistrer chaque photoélectron, ce qui rend le système plus sensible de plusieurs ordres de grandeur.
On peut aussi libérer les électrons dans une vapeur contenue dans l'air en utilisant une source d'UV dont la longueur d'onde est ajustée pour qu'elle ait une grande section efficace pour les molécules de la vapeur que l'on cherche à détecter. Dans ces conditions on peut avoir un gain de sensibilité considérable par rapport à la mesure du nombre d'électrons car on peut bénéficier de la multiplication dans l'air de chaque électron et l'avantage du comptage des électrons individuels pour l'élimination du bruit de fond.
La figure 13 illustre un deuxième mode de réalisation du dispositif 1 de multiplication, dans lequel, sur chaque face principale 3, 4 de la plaque 2, on a une unique couche de revêtement 30 réalisée en un matériau présentant une résistivité comprise entre 107 et 1011 Ω.m, et comportant des trous 31 disposés en correspondance des orifices 5 ménagés dans la plaque 2. Cette couche globale 30 de résistivité intermédiaire permet à elle seule d'obtenir l'effet recherché.
Plusieurs combinaisons sont possibles en ce qui concerne le revêtement des faces principales 3, 4 de la plaque 2, la première face 3 comportant toujours soit la couche globale 30 soit au moins la première couche 9a. Certaines de ces combinaisons sont illustrées sur les figures 14 à 16 :
- sur la figure 14, on a une première et une deuxième couches 9a, 12a sur la première faces principale 3, une couche globale 30 sur la deuxième face principale 4 ;
- sur la figure 15, on a une couche globale 30 sur la première faces principale 3, une première et une deuxième couches 9b, 12b sur la deuxième face principale 4 ;
- sur la figure 16, on a seulement une première couche 9a sur la première faces principale 3, et aucun revêtement sur la deuxième face principale 4. Dans ce cas, la génération d'un champ électrique dans les orifices 5 n'est possible qu'avec l'utilisation d'une électrode de collecte 17 placée à proximité de la deuxième face principale 4.
Dans tous les cas, la couche 4 (anode) peut être métallique.
Enfin, on se rapporte à la figure 17 qui illustre une variante de la figure 5, dans un cas où le dispositif de multiplication 1 situé le plus loin de la première électrode 16 comporte au moins une première couche de revêtement 9b sur sa deuxième face principale 4 (ou au moins une couche globale 30), pouvant être portée à un potentiel.
L'électrode de collecte 17 est alors constituée par cette couche 9b ou 30, et il n'existe pas d'électrode de collecte distincte du dispositif 1 de multiplication.
Ainsi, l'invention apporte une amélioration déterminante à la technique antérieure, en fournissant un système de détection qui présente notamment les avantages suivants : - fonctionnement stable dans des mélanges de gaz rares et d'air ou même dans l'air seul, avec des gains importants supérieurs à 104, d'où :
- la possibilité d'utiliser le système de détection à l'air libre, sans boîtier ;
- la possibilité que l'étanchéité du boîtier ne soit pas parfaite, d'où un coût considérablement réduit ;
- l'application à la détection des particules α ;
- robustesse du dispositif de multiplication :
- qui est plus rigide que les plaques à orifices de l'art antérieur car plus épais, et ce malgré la présence d'orifices de plus grand diamètre ;
- qui permet la protection contre les étincelles et les courants de décharge. La ou les couches de revêtement prévues sur la plaque permettent de protéger le dispositif de multiplication des électrons et l'électronique associée de la détérioration par des étincelles, que ce soit en fonctionnement dans l'air ou dans tout autre gaz ;
- simplicité structurelle et faible coût ;
- application à la détection de plusieurs types de rayonnements / particules ou autres : α, UV, flammes, radon, rayons X, etc.
Il va de soi que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus à titre d'exemples mais qu'elle en embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de multiplication des électrons pouvant fonctionner dans l'air, destiné à être utilisé dans un système de détection de rayonnements ionisants, comprenant une plaque (2) de matériau diélectrique comportant une première et une deuxième faces principales opposées (3, 4) et dans laquelle sont ménagés une pluralité d'orifices (5) traversants présentant chacun un axe (6) sensiblement perpendiculaire auxdites faces principales (3, 4) de la plaque, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, au moins sur la première face principale (3), un revêtement comprenant au moins une couche (9, 9a, 9b, 12, 12a, 12b, 30) et présentant des trous (10, 31) disposés en correspondance des orifices (5) ménagés dans la plaque (2), ledit revêtement possédant des caractéristiques de résistivité initiale suffisamment faibles pour permettre, en fonctionnement, la création d'un champ électrique d'amplitude importante dans les orifices (5) de la plaque (2) et en conséquence la multiplication d'électrons par avalanches, et suffisamment importantes pour sensiblement empêcher, en fonctionnement, la formation d'avalanches secondaires.
2. Dispositif de multiplication selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comprend, sur la première face principale (3), une couche globale (30) de revêtement réalisée en un matériau dont la résistivité est comprise entre 107 et 1011 Ω.m, présentant des trous (31) disposés en correspondance des orifices (5) ménagés dans la plaque (2).
3. Dispositif de multiplication selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comprend, sur la première face principale (3) : une première couche (9, 9a, 9b) de revêtement, réalisée en un premier matériau dont la résistivité est comprise entre 105 et 108 Ω.m, la première couche présentant des trous (10) disposés en correspondance des orifices (5) ménagés dans la plaque (2) ; et une deuxième couche (12, 12a, 12b) de revêtement disposée sur la première couche (9, 9a, 9b), réalisée en un deuxième matériau différent du premier, dont la résistivité est comprise entre 108 et 1012 Ω.m et est au moins 10 fois plus importante que la résistivité du premier matériau, la deuxième couche présentant des trous (13) disposés en correspondance des orifices (5) ménagés dans la plaque (2).
4. Dispositif de multiplication selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la deuxième face principale (4) est dépourvue de revêtement.
5. Dispositif de multiplication selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend, sur la deuxième face principale (4), une première couche (9, 9b) de revêtement, réalisée en un premier matériau dont la résistivité est comprise entre 105 et 108 Ω.m, la première couche présentant des trous (10) disposés en correspondance des orifices (5) ménagés dans la plaque (2).
6. Dispositif de multiplication selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, sur la deuxième face principale (4), une deuxième couche (12, 12b) de revêtement disposée sur la première couche (9, 9b), réalisée en un deuxième matériau différent du premier, dont la résistivité est comprise entre 108 et 1012 Ω.m et est au moins 10 fois plus importante que la résistivité du premier matériau, la deuxième couche présentant des trous (13) disposés en correspondance des orifices (5) ménagés dans la plaque (2).
7. Dispositif de multiplication selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend, sur la deuxième face principale (4), une couche globale (30) de revêtement réalisée en un matériau dont la résistivité est comprise entre 107 et 1011 Ω.m, présentant des trous (31) disposés en correspondance des orifices (5) ménagés dans la plaque (2).
8. Dispositif de multiplication selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que la résistivité du premier matériau est comprise entre 106 et 107 Ω.m et/ou en ce que la résistivité du deuxième matériau est comprise entre 108 et 1010 Ω.m.
9. Dispositif de multiplication selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que le premier matériau est de l'arséniure de gallium.
10. Dispositif de multiplication selon l'une des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que le deuxième matériau est un matériau à conductivité électronique, tel que certains verres.
11. Dispositif de multiplication selon l'une des revendications 3 à
10, caractérisé en ce que la plaque (2) est réalisée en un matériau de type résine époxy ou verre.
12. Dispositif de multiplication selon l'une des revendications 1 à
11 , caractérisé en ce que les orifices (5) ménagés dans la plaque (2) présentent une portion centrale (7) sensiblement cylindrique prolongée à chacune de ses deux extrémités axiales par une portion tronconique (8) de même axe (6) s'évasant en direction de la face principale (3, 4) de la plaque (2) dans laquelle elle débouche.
13. Dispositif de multiplication selon l'une des revendications 3 à
12, caractérisé en ce que les trous (10) de la première couche (9) sont centrés sur l'axe (6) des orifices (5) de la plaque (2) et présentent des dimensions supérieures à celles des orifices (5) de la plaque (2) au niveau de la ou des faces principales (3, 4) de ladite plaque, et en ce que les trous (13) de la deuxième couche (12) sont centrés sur l'axe (6) des orifices (5) de la plaque (2) et présentent des dimensions sensiblement égales à celles des orifices (5) de la plaque (2) au niveau de la ou des faces principales (3, 4) de ladite plaque, de sorte que la deuxième couche (12) est disposée directement contre la plaque (2) dans la zone périphérique (11) aux orifices (5).
14. Dispositif de multiplication selon l'une des revendications 1 à
13, caractérisé en ce qu'il présente une épaisseur comprise entre 0,5 et 4 mm.
15. Dispositif de multiplication selon l'une des revendications 1 à
14, caractérisé en ce que les orifices (5) ménagés dans la plaque (2) présentent un diamètre moyen compris entre 0,3 et 1 mm.
16. Dispositif de multiplication selon l'une des revendications 1 à
15, caractérisé en ce que les orifices (5) ménagés dans la plaque (2) sont disposés sensiblement aux coins d'un quadrillage de côté compris entre 0,5 et 1 ,5 mm.
17. Dispositif de multiplication selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce qu'il est sensiblement plan.
18. Système de détection de rayonnements ionisants ou d'espèces ionisables comprenant : une première électrode (16), dite de dérive, et une deuxième électrode (17), dite de collecte, sensiblement parallèles, et entre lesquelles peut être généré un champ électrique (E) apte à entraîner vers l'électrode de collecte (17) les électrons (20) créés par lesdits rayonnements (19, 23), l'électrode de collecte (17) étant apte à fournir des données représentant le nombre d'électrons qui l'atteignent ; des moyens de traitement des données (18) fournies par l'électrode de collecte (17) ; caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif (1) de multiplication des électrons selon l'une des revendications 1 à 17, disposé sensiblement parallèlement aux électrodes (16, 17) de sorte que la plaque (2) du ou des dispositifs (1) soit située entre les deux électrodes (16, 17) et que la première face (3) de ladite plaque (2) soit tournée vers la première électrode (16), le revêtement (30) - ou la couche de revêtement (9a) possédant la plus faible résistivité - disposée sur la première face principale (3) de la plaque (2) étant porté, en fonctionnement, à un potentiel (V2) compris entre les potentiels (Vi, V3, V4) auxquels sont portées, respectivement, l'électrode de dérive (16) et l'électrode de collecte (17), de manière à provoquer la multiplication des électrons par avalanche (21) dans les orifices (5) de la plaque (2).
19. Système de détection selon la revendication 18, lorsqu'elle dépend de l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que l'électrode de collecte (17) est constituée par la couche globale (30) de revêtement - ou la première couche de revêtement (9b) - disposée sur la deuxième face principale (4) de la plaque (2).
20. Système de détection selon la revendication 18, caractérisé en ce que l'électrode de collecte (17) est distincte du dispositif (1) de multiplication.
21. Système de détection selon la revendication 20, lorsqu'elle dépend de l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la couche globale (30) de revêtement - ou la première couche de revêtement (9b) - disposée sur la deuxième face principale (4) de la plaque (2) est portée, en fonctionnement, à un potentiel (V3) compris entre les potentiels (V2, V4) auxquels sont portées, respectivement, la couche globale (30) de revêtement - ou la première couche de revêtement (9a) - disposée sur la première face principale (3) de la plaque (2), et l'électrode de collecte (17).
22. Système de détection selon l'une des revendications 18 à 21 , caractérisé en ce qu'il comprend deux dispositifs (1) de multiplication des électrons sensiblement identiques, disposés sensiblement parallèlement aux électrodes (16, 17) de sorte que les plaques (2) soient situées entre les deux électrodes (16, 17), et que la première face principale (3) de chaque plaque (2) soit tournée vers la première électrode (16), les couches globales (30) de revêtement ou les premières couches (9, 9a, 9b) de revêtement successives étant portées, en fonctionnement, à des potentiels croissants lorsque l'on se rapproche de l'électrode de collecte (17).
23. Système de détection selon l'une des revendications 18 à 21 , caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif de multiplication des électrons du type comprenant d'une part une grille résistive formant une cathode et d'autre part une anode, la cathode et l'anode étant sensiblement planes, parallèles et maintenues distantes de moins de 500 μm à l'aide de micro-piliers.
24. Système de détection selon l'une des revendications 18 à 23, caractérisé en ce que l'électrode de collecte (17) comporte des zones de collecte (29) localisées distinctes.
25. Système de détection selon l'une des revendications 18 à 24, caractérisé en ce que les électrodes (16, 17) et le ou les dispositifs (1) de multiplication des électrons sont disposés dans un boîtier (15) présentant une vitre (24) pour le passage des UV (23) du soleil constituant les rayonnements ionisants à détecter, la vitre (24) étant disposée en regard de l'électrode de dérive (16), comportant un matériau photosensible tel que l'iodure de césium, de sorte que les UV puissent créer des photoélectrons à partir de l'électrode de dérive (16).
26. Système de détection selon l'une des revendications 18 à 25, caractérisé en ce que les électrodes (16, 17) et le ou les dispositifs (1) de multiplication des électrons sont disposés dans un boîtier (15) présentant une zone de passage (25) pour l'entrée des rayonnements ionisants et contenant un gaz à faible potentiel d'ionisation, tel qu'une vapeur d'éthylferrocène.
27. Système de détection selon la revendication 26, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une lentille (27) placée sur le trajet des rayonnements ionisants vers l'intérieur du boîtier (15), l'axe (32) de la lentille (27) étant sensiblement parallèle au ou à chaque dispositif (1) de multiplication des électrons et situé à une distance (d2) du dispositif (1) de multiplication des électrons le plus proche de l'électrode de dérive (16) inférieure à 3 mm.
28. Système de détection selon les revendications 24 et 26, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une lentille (27) placée sur le trajet des rayonnements ionisants vers l'intérieur du boîtier (15) et en ce que les zones de collecte localisées sont des bandes (29) disposées en éventail et convergeant vers le centre de la lentille (27), chaque bande étant connectée à un dispositif de lecture distinct.
29. Système de détection selon l'une des revendications 18 à 24, caractérisé en ce que les électrodes (16, 17) et le ou les dispositifs (1) de multiplication des électrons sont placés dans un boîtier (15) présentant une zone de passage (25) pour l'entrée de rayons UV ou X émis par une source (36) agencée pour que lesdits rayons pénètrent dans le boîtier (15) sensiblement parallèlement au ou à chaque dispositif (1) de multiplication des électrons et à une distance (d2) du dispositif (1) de multiplication des électrons le plus proche de l'électrode de dérive (16) inférieure à 3 mm, et en ce que le boîtier (15) présente une ouverture d'entrée (34) pour un gaz à analyser.
30. Utilisation d'un système de détection selon l'une des revendications 26 à 28 pour la détection d'une flamme.
31. Utilisation d'un système de détection selon la revendication 29 pour la détection de la présence dans l'air de gaz à faible potentiel d'ionisation, tels que certains alcools ou hydrocarbures, le toluène, le benzène.
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