WO2011039473A1 - Detecteurs de radiations et dispositifs d'imagerie autoradiographique comprenant de tels detecteurs - Google Patents

Detecteurs de radiations et dispositifs d'imagerie autoradiographique comprenant de tels detecteurs Download PDF

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WO2011039473A1
WO2011039473A1 PCT/FR2010/052049 FR2010052049W WO2011039473A1 WO 2011039473 A1 WO2011039473 A1 WO 2011039473A1 FR 2010052049 W FR2010052049 W FR 2010052049W WO 2011039473 A1 WO2011039473 A1 WO 2011039473A1
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WO
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electrons
space
anode
electrode
amplification
Prior art date
Application number
PCT/FR2010/052049
Other languages
English (en)
Inventor
Dominique Thers
Romain Berny
Hervé CARDUNER
Jérôme DONNARD
Patrick Le Ray
Eric Morteau
Noël SERVAGENT
Original Assignee
Centre National De La Recherche Scientifique - Cnrs -
Universite De Nantes
Ecole Des Mines De Nantes
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Filing date
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

Definitions

  • the present invention relates to a radiation detector and an auto radiographic imaging device comprising such a detector.
  • the invention more particularly relates to a ⁇ radiation detector.
  • ⁇ -autoradiography The interest of pharmacologists, physicians or biologists in the use of ⁇ -autoradiography is to obtain, in a relatively short time, a precise and well-quantified image of the distribution of radioactivity in a whole organism for biodistribution. or in an organ for receptor or in situ hybridization.
  • the use of a wide range of ⁇ -emitting radioelements makes it possible today to perform autoradiographics of virtually all existing molecules or drugs.
  • Biologists can also go back to the volume activity in three dimensions by superimposing the different images of sections obtained.
  • the application FR 2 837 000 describes a ⁇ radiation detector for a real-time study.
  • This detector includes: an enclosure containing a gaseous mixture of neon and isobutane to generate electrons under the effect of radiation,
  • an anode for generating signals as a function of a current generated by the displacement of charges in the vicinity of this anode, these charges correspond to electrons whose radiations are directly or indirectly at the origin, polarization means generating an electric field adapted to drive electrons in a direction from the cathode to the anode,
  • an amplifying structure located between the cathode and the anode, comprising an electron amplification gap between an input electrode and an output electrode, the input and output electrodes being configured so that in the space of amplification prevails a first electric field adapted to that electrons are generated by avalanche in the amplification space, the amplification space opening on at least one opening of the output electrode, to let pass at least a part of the electrons generated by avalanche,
  • a drift space located between the output electrode and the anode, in which there is a second electric field suitable for diffusion, in directions perpendicular to this field, of electrons by diffusion on the atoms and molecules of the medium contained in the 'pregnant.
  • the detector described in FR 2 837 000 makes it possible to detect low energy emitters such as tritium H corresponding to a ⁇ radiation of about 18 keV with a good resolution. However, such a device has signals that are unsatisfactory for high energy transmitters.
  • An object of the present invention is to provide a new radiation detector offering expanded viewing possibilities and an auto radiographic imaging device comprising such a detector.
  • the invention thus proposes a radiation detector comprising:
  • an anode for generating signals as a function of a current generated by the displacement of charges in the vicinity of this anode, these charges correspond to electrons whose radiation is directly or indirectly at the origin, polarization means generating an electric field adapted to drive electrons in a direction from the cathode to the anode,
  • an amplifying structure located between the cathode and the anode, comprising an electron amplification gap between an input electrode and an output electrode, the input and output electrodes being configured so that in the space of amplification reigns a first electric field El adapted so that electrons are generated by avalanche in the amplification space, the amplification space opening on at least one opening of the output electrode, to let pass to least part of the electrons generated by avalanche,
  • a drift space D located between the output electrode and the anode, in which there is a second electric field E2 adapted to diffusion, in directions perpendicular to this field E2, of electrons by diffusion on the atoms and molecules of the medium contained in the chamber, wherein the medium adapted to generate electrons under the effect of radiation comprises a gas comprising a mixture of at least 50% of a rare gas and carbon dioxide, for example non-flammable, the amplification space is constituted of at least 90% by volume by said gas, and that the distance (e) separating the input (8) and output (9) electrodes is greater than or equal to 200 ⁇ and lower or equal to 1.5 mm.
  • the distance (e) separating the input (8) and output (9) electrodes is greater than 500 ⁇ .
  • the use of a gaseous mixture of neon and carbon dioxide combined with an amplification space of at least 200 microns makes it possible to obtain a detector adapted to high energy emitters.
  • a detector according to the invention may further comprise one or more of the following optional features, considered individually or according to all possible combinations:
  • the input electrode of the amplifying structure corresponds to the cathode; the input electrode is formed of an at least partially conductive face of a radiation emitting sample S;
  • the medium adapted to generate electrons under the effect of radiation comprises a gas comprising a neon mixture and carbon dioxide, the neon representing at least 85% and at most 95% by volume of the mixture;
  • the amplifying structure is configured such that between the input and output electrode an electric field of at least 2.5 kV / cm prevails; a second amplifying structure, located between the drift space and the anode, comprising an input electrode and a second electrode, having at least one electron amplification gap, the input electrode and the second electrode being configured so that electrons are generated by avalanche in the amplification space, the drift space opening on at least one opening of the input electrode, the second amplifying structure being configured so that its gain is greater or equal to 5000;
  • the second electrode corresponds to the anode
  • the amplification gap between the input electrode and the output electrode is at least 99% by volume by said gas, for example 99.97%;
  • the input (8) and output (9) electrodes consist of microgrits having a resolution between 500 and 2000 lpi;
  • the microgrids have a mesh size between 30 and 50 ⁇ m.
  • the invention also relates to a device self-radiographic imaging system comprising a detector and a sample holder, wherein the cathode is constituted by an at least partially conductive sample disposed on the sample holder.
  • the invention also relates to a method for determining the emission position of the electrons detected by the anode of a detector which comprises the following steps:
  • Figure 1 is a schematic section perpendicular to its main faces, a first embodiment of a detector according to the invention
  • Figure 7 is a schematic section, in a plane similar to that of Figure 1, of a portion of the anode of the detector shown in Figure 1;
  • FIG 3 schematically shows in perspective the constituent blocks of the anode shown in Figure 2;
  • FIG. 4 schematically represents a view of above, the arrangement of the crossed tracks of the anode shown in Figures 2 and 3;
  • Figure 5 shows schematically the connection mode of the blocks to the tracks of the anode shown in Figures 2, 3 and 4;
  • FIG. 6 schematically represents the detail of the multiplexing of the tracks of an anode of a detector according to an embodiment of the invention
  • FIG. 7 illustrates the principle of reconstruction of the transmission position with trajectory extrapolation
  • FIG. 8 is a diagrammatic section, perpendicular to its principal faces, of an embodiment of a detector according to FIG.
  • high energy emitters in the sense of the invention means a ⁇ radiation emitter whose average energy is greater than or equal to 100 keV.
  • the detector 1 comprises a flattened enclosure 2 with two opposite main faces 2a and 2b parallel to one another.
  • This chamber 2 contains a medium adapted to emit primary electrons under the effect of rad iati on if it is nt es emitted by a sample S disposed near one of the main faces 2a of the enclosure 2.
  • the medium consists of a gaseous mixture circulating in the chamber 2 between an inlet 3 and an outlet 4.
  • This gaseous mixture comprises at least 50% of a rare gas and at least 5 to 15% of carbon dioxide.
  • the carbon dioxide molecules are intended for control the avalanche amplification process.
  • the gaseous mixture is chosen so as to be non-flammable.
  • the manipulation of the detector according to the invention is simplified.
  • this gaseous mixture is advantageously at a pressure of between 0.5 and 2 bar, for example between 0.9 and 1.1 bar, and comprises a rare gas whose average electron density is close to 10 electrons per atom, such as neon.
  • the chamber 2 encloses a cathode 5, an anode 6 and an amplifying structure 7.
  • the cathode 5, the anode 6 and the amplifying structure 7 are parallel to one another and parallel to the two main faces 2a, 2b of the enclosure 2.
  • the anode 6 is located near the face 2b of the chamber 2 opposite that 2a near which is the sample S.
  • the amplifying structure 7 is situated between the cathode 5 and the anode 6.
  • the space of the enclosure 2 situated between the cathode 5 and the amplifying structure 6 constitutes a conversion space C.
  • the ionizing radiations emitted by the sample S enter the conversion space C through the cathode 5.
  • the space of the chamber 2 located between the amplifying structure 7 and the anode 6 constitutes a diffusion space D.
  • the amplifying structure 7 comprises an input electrode 8 and an output electrode 9 substantially parallel to the cathode 5 and the anode 6 and delimiting an amplification space A.
  • the amplification gap between the input electrode and the output electrode is at least 99% by volume by said gas, for example 99.97%.
  • US 6,011,265 discloses a hole counter. This type of microstructure suffers from an intrinsic limitation arising from the limited density of amplification channels. Thus, these types of microstructures have an amplification stage consisting mainly of insulating and solid materials for delimiting the holes in which the avalanches are confined.
  • Such radiation detectors can in no way be used to generate electrons by another principle than that of avalanches. In doing so, they can not be used for example to generate the electrons resulting from the interaction of the ionizing particle with the gas as according to the present invention.
  • Polarization means 10 are connected to the cathode 5, to the anode 6 and to the input and output electrodes 8 and 8. They enable the cathode 5 to be carried at a potential VI, the anode 6 at a potential V2, the input electrode 8 at a potential V3 and the output electrode 9 at a potential V4.
  • these potentials satisfy V2> V4> V3> VI.
  • the input and output electrodes 8 and 9 are spaced a distance e greater than or equal to 200 ⁇ m and less than or equal to 1.5 mm.
  • the diffusion space D has a dimension perpendicular to the input and output electrodes 8 of between 2 mm and 3 cm, for example equal to 2 cm.
  • the anode 6 is connected to ground.
  • the cathode 5, the input electrode 8 and the output electrode 9 are brought to negative potentials.
  • the polarization means 10 thus make it possible to create electric fields El, E2, E3 respectively in the conversion space C in the amplification space A and in the diffusion space D.
  • the polarization means 10 drive the electrons from the cathode 5 to the anode 6.
  • the input electrode 8 of the amplifying structure 7 coincides with the cathode 5.
  • the input electrode 8 is formed of an at least partially conductive face of the sample S.
  • the cathode 5 may consist of an electrically conductive thin plate of a thickness substantially equal to 5 ⁇ .
  • the cathode 5 consists of a conductive adhesive, for example a copper adhesive, bonded to one side of a microscope glass slide. Sample S being disposed on the opposite side of the microscope slide.
  • a conductive adhesive for example a copper adhesive
  • the input electrodes 8 and output 9 may consist of microgrids MICROMEGAS type.
  • the microgrids have a thickness less than or equal to 10 ⁇ , for example equal to 5 ⁇ allowing very fast electric field transitions.
  • microgrids There are two main types of microgrids: electroformed microgrids and chemically etched microgrits.
  • Electroformed microgrids are originally used as high precision filters but their good characteristics, in particular their thin, regular and thin patterns, make them very attractive candidates for use in detectors according to the invention. They are usually in nickel with a thickness close to 5 ⁇ and have square holes of 39 ⁇ side separated by bars of 11 ⁇ which gives them a step of 51 ⁇ for a grid of 500 lpi (Line per Inch). However, there are all kinds of geometries and sizes ranging from 100 to 2000 lpi with sizes ranging from 7 to 11 inches. The electroforming method does not, however, make it possible to precisely control the thickness of the microgrid, in particular at the edges where it can vary from single to double. However, for the center of the microgrid, the thickness is well controlled.
  • the microgrits etched by chemical process have a surface of 25x25 cm and a thickness of 5 ⁇ , they have circular holes of 30 ⁇ of diameter arranged in equilateral triangular mesh at the pitch of 60 ⁇ .
  • the manufacturing process allows direct incorporation of the insulating spacer to the grid in the form of Kapton TM pads of 80 ⁇ in diameter arranged every 3 mm. Due to their small surface area, they make it possible to drastically reduce the dead zone between the grid and the support to approximately 0.05% of the surface of the grid.
  • the advantage of this chemical etching process is the control of the thickness of the grid over its entire surface unlike the electroformed grids.
  • the input and output electrodes 8 and 8 respectively consist of an electrically conductive thin plate, of small thickness and pierced with small openings.
  • the openings have a square shape of 35 ⁇ apart spaced from each other with a pitch of 50 ⁇ which corresponds substantially to an opening number per linear inch of 500 lpi.
  • the input and output electrodes 8 of 2500 lpi, which corresponds substantially to openings of 8 ⁇ spaced 10 ⁇ .
  • Such input electrodes 8 and output 9 each form a gate, which given the small size of the openings, can be called "microgrid". Such microgrids have been described for example in EP855086.
  • the distance e between the input and output electrodes 8 and 9 is greater than or equal to 200 ⁇ , preferably greater than 500 ⁇ and less than or equal to 1, 5 mm.
  • High energy electrons travel much larger distances in the gas. Their practical path R p is relatively important since it is of the order of 20 cm. An electron of 300 keV will travel nearly a meter in gas before being shut down.
  • the emission is supposed to be isotropic in space.
  • the first interaction generates an average energy deposit of 49.83 eV for phosphorus and 61.93 eV for scandium at a respective altitude of 589 and 157 ⁇ . These interactions take place at significant distances from the emission point which results in the creation of few electron-ion pairs in the amplification space 7 in contact with the source S.
  • the inventors propose using a relatively large amplification space.
  • the energy loss of an electron of 100 keV crossing 1 cm of gas is 3.5 keV and that of a 300 keV electron is 1.9 keV. This results in the respective creation of 97 and 52 electron-ion pairs along their path.
  • the creation of primary ionization charges along the trajectory can then be used to characterize the trace of the electron in the detector by a trajectory tracking method according to the invention.
  • the potentials V3 and V4 of the input and output electrodes 8 and 9 are chosen so that in the amplification space A an electric field E2 is present, adapted to the fact that electrons are generated by avalanche in the space d amplification A.
  • the phenomenon of electronic avalanche occurs when electrons arrive in an area of strong electric field typically of a few tens of kV / cm. The energy they will acquire between two collisions will become sufficiently important that they in turn produce ionizing interactions. The ionization electrons thus created will then be accelerated and give rise to other ionizations.
  • n number of electrons at a given position
  • n 0 initial number of electrons created by the ionization
  • the gain G of the detector is then defined as the ratio between the number of electrons present after a length x on the initial number of electrons. Which results in:
  • ⁇ X T depends only on the value of the electric field and the pressure of the gas. It is necessary that ( ⁇ ⁇ is then greater than the electronic attachment coefficient Jj e to find the amplification, where T and 7j e represent respectively the number of electron-ion pairs created and the number of electrons recaptured per unit.
  • the inventors have observed that the electric field must be greater than 2.5 kV / cm in a Neon type gas mixture + 10% CO 2 to initiate the amplification phenomenon.
  • the anode 6 has a planar multilayer structure. It comprises an outer layer 15 and two inner layers 16, and a ground plane 17, all resting on an insulating substrate 28.
  • the outer layer 16 is segmented into elementary anodes or blocks 15 forming a two-dimensional grid pattern whose rows are aligned along X and Y coordinate axes.
  • Each block 15 forms a square of less than one millimeter aside, for example 650 ⁇ m.
  • the blocks 15 are alternately assigned to reading one or the other X and Y coordinates. Two neighboring tiles do not measure the position according to the same coordinate.
  • the space between the pavers 15 is as small as possible, but must allow to maintain a perfect insulation between them.
  • this space is less than or equal to 100 ⁇ m.
  • the inner layers of the anode 6 are formed of cross-conducting tracks 18.
  • the tracks 18 extend parallel to the first rows of blocks 15.
  • the tracks 18 extend parallel to second rows of blocks 15, perpendicular to the first.
  • the tiles 15 of a row associated with the X coordinate are located on an inner layer different from that connected to the pavers arranged on a row corresponding to the Y coordinate.
  • the tracks 18 are separated from the pavers 15 by an insulator.
  • connecting holes 19 (known to those skilled in the art under the term "Via Hole"), lined with an electrically conductive material to ensure the electrical connection of the pavers 15 with the tracks 18 of one or other of the inner layers 16 (see Figure 2).
  • the connecting holes 19 have for example a diameter of 100 microns.
  • the tracks 18 are separated from each other by as little distance as possible while maintaining perfect insulation between them. Laying the tracks in overlapping layers isolated from each other allows to gain integration while maintaining the required quality of insulation.
  • the blocks 15, thanks to the tracks 18, are connected to fast amplifiers 20 themselves connected, via electronic reading channels, to electronic processing means 21 (see FIG. 4).
  • electronic processing means 21 see FIG. 4
  • the number of tiles 15 separating two blocks connected to each other depends on their size and the technology used to achieve them.
  • each track 18 periodically connects, in one row, one of every four pavers.
  • a track XI connects two blocks spaced from three blocks, these three blocks comprising two adjacent blocks of the two blocks connected to the track XI, themselves they are respectively connected to the tracks Y1 and Y7, separated by a pad connected to a track X2, this arrangement being reproduced on the whole of the checkerboard constituted by the blocks 15 (in FIG. 5, two blocks 15 connected to each other are represented by patterns identical).
  • the anode 9 can be divided into 32 400 elementary pixels 170 ⁇ 170 ⁇ 2 made by laser cutting in a copper plane.
  • This technology makes it possible to reduce the interphase insulating distance to 30 ⁇ , unlike chemical etching whose minimum insulating distance is 75 ⁇ .
  • the pitch of the pixels is thus 200 ⁇ m in the two directions X and Y.
  • the reading tracks to which the pixels are connected are in two different planes.
  • the floor has 128 tracks in X and 18 tracks in Y. They are placed diagonally to the pixels as shown in Figure 6 and geometrically multiplexed like a chessboard. Every second pixel is connected to one X track and the other one to a Y track.
  • each pixel is connected to its track by a metallized hole made by laser drilling. With the placement of the tracks diagonally relative to the pixels, the playback pitch of the tracks is thus 282.84 ⁇ m. This pixel pitch is one of the best granularities realized to date in view of the surface for this type of gas detector.
  • the flatness of the anode is ensured by gluing on an 8 mm thick aluminum reference plane.
  • an ionizing particle I when an ionizing particle I is emitted by the sample S and it enters a detector 1 by the face 2a thereof opposite the neighbor of the anode 6, it crosses the conversion space C in which it interacts with the gas mixture and generates primary electrons. These primary electrons, under the effect of the electric field E1, gain the amplification space A in which they are multiplied by the electronic avalanche phenomenon to form an electron cloud 23.
  • Part of this cloud of electrons 23 then passes through the output electrode 9 and enters the diffusion space D.
  • the electric field E3 prevailing in the diffusion space D is moderate, for example less than or equal to 10 kV / cm and conducive to a lateral spread of the electron cloud 23 by diffusion of the electrons which constitutes it on the atoms and molecules of the gas.
  • the tracking of a particle ⁇ consists, starting from the path of the electron in the gas, to go up by a geometric reconstruction at the emission point in the sample S.
  • This tracking method assumes that the trajectory of the electrons of high energy is made in a straight line without significant angle deviation and that the coordinates of the line extrapolating the path of the electron can be determined from two points characteristic of the measured trajectory. The first point lying in the amplification space A and the second in the diffusion space D.
  • the energy loss of an electron of 100 keV crossing 1 cm of gas is about 3.5 keV. This loss of energy is negligible compared to the incident energy of the ⁇ particle. Therefore, it can be considered that the particle will not be or very little deflected through 1 cm of gas and that its trajectory will be a straight line.
  • the first point corresponding to the mean point of the interactions in the amplification space ⁇ , e3t determined from the interactions of the electron in the amplification space A.
  • the low energy loss associated with the small thickness of gas traversed makes it possible to determine the average position in this space using a so-called barycenter method.
  • the second point of the line extrapolating the path of the electron is determined from the interactions of the electron in the diffusion space D.
  • the fact that the particle deposits its energy almost continuously in the medium it through, allows to consider that the average altitude of the interactions is in the middle of the height of the space of diffusion.
  • Figure 7 illustrates the principle of reconstruction of emission by the method of extrapolation of the trajectory.
  • the curve TR shown in the figure 7 represents the real trajectory of an electron projected in the direction X
  • the line TC the line representing the calculated trajectory of the electron projected in the direction X.
  • the mean of the spatial distribution of the load in the space dedif fu if D n or s gives the point A corresponding to the average altitude of the interactions in this diffusion space D.
  • the same method applied for the space d Amplification A leads us to point B.
  • the geometric extrapolation reconstruction method then consists in assimilating the trajectory of the particle ⁇ to a line TD passing through these two points.
  • the extrapolated emission position is then given as the point representing the intersection of this line with the line corresponding to a zero altitude. In the same way it is possible to evaluate the emission position in the Y direction.
  • coefficients are defined according to the emitter in particular for the component of the amplification space, and the geometry.
  • the detector furthermore comprises a second amplifying structure 30 situated between the diffusion space D and the anode 6.
  • This second amplifying structure 30 comprising an input electrode 31 and an electrode output 32, for example merged with the anode 6, having at least one amplification space A2 electrons.
  • the input electrode 31 and the output electrode 32 are configured so that the electrons are generated by avalanche in the amplification space A2, the diffusion space D opening on at least one opening of the electrode.
  • the second amplifier structure 30 being configured so that its gain is greater than or equal to 5000.
  • the distance e2 separating the input electrodes 31 and output 32 of the second amplifying structure 30 is greater than or equal to 100 ⁇ and less than or equal to 200 ⁇ , for example equal to 125 ⁇ .
  • the signal from the primary ionization in the diffusion space must be sufficiently amplified to be extracted from the electronic noise.
  • the inventors have observed that it is advantageous to have a gain of the second amplifying structure at least equal to 4,400, preferably at least 5,000, in order to be able to extract the signal due to the ionizations in the diffusion space, whatever it may be. the direction of the incident particle and whatever the projection plane considered for an electron of 100 keV.
  • the inventors have observed that in the case of a particle ⁇ , leaving with an energy of 300 keV, the minimum gain to be applied in the second amplifying structure in order not to favor the directions relative to the others is 8,000, preferably 9,500.
  • the inventors have considered an electron of 100 keV crossing the diffusion space with An angle of 45 ° in the X direction. Assuming its straight trajectory, the electron then traverses 5.7 mm along the X reading axis, which corresponds to a loss of energy of 2 keV. . This creates 55 pairs of electro-ions. Assuming a floor reading pitch of 282.84 micrometers, the signal then spreads on 20 tracks assuming perfect transparency of the microgrids, the load collected per track and the minimum gain to be applied in this case are given by:
  • the factor 2 comes from the fact that the electronic cloud spreads on a multiplexed pixel floor. Thus, half of the load is collected by the X reading tracks and the other half by the Y reading tracks.
  • the minimum gain will be 8,000 and determined according to an electron of 1 MeV, the minimum gain will be 32,000.
  • a detector according to the invention may comprise more than two amplifying structures.

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  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

Détecteur de radiation dans lequel circule un mélange gazeux de gaz rare et de dioxyde de carbone et comprenant une structure amplificatrice (7), comprenant une électrode d'entrée (8) et une grille de sortie (9) séparée d'une distance d'au moins 500 μm.

Description

DETECTEURS DE RADIATIONS ET DISPOSITIFS D'IMAGERIE AUTORADIOGRAPHIQUE COMPRENANT DE TELS DETECTEURS.
La présente invention concerne un détecteur de radiations et un dispositif d'imagerie auto radiographique comprenant un tel détecteur .
L'invention concerne plus particulièrement un détecteur de radiation β.
L'intérêt des pharmacologues, médecins ou biologistes pour l'utilisation de 1 'autoradiographie β est l'obtention, dans un temps relativement court, d'une image précise et bien quantifiée de la répartition de la radioactivité dans un organisme entier pour la biodistribution ou dans un organe pour la réceptologie ou l'hybridation in-situ. L'utilisation d'une large palette de radioéléments émetteurs β permet, aujourd'hui, de réaliser des autoradiographics de quasiment toutes les molécules ou médicaments existants. Les biologistes peuvent également remonter à l'activité volumique en trois dimensions en superposant les différentes images de coupes obtenues .
Il existe dans l'état de la technique des diapositifs de films et d'écrans phosphores permettant de réaliser des études autoradiographiques β.
Ces deux techniques sont dites à exposition en aveugle, c'est-à-dire que l'image ne sera obtenue qu'après révélation du support. Cette révélation se fait soit par un laser pour les écrans phosphores soit par un bain chimique pour les films photographiques. Ces techniques présentent l'inconvénient de ne pas permettre de réaliser les études en temps réel.
La demande FR 2 837 000 décrit un détecteur de radiations β permettant une étude en temps réel. Ce détecteur comprend : une enceinte contenant un mélange gazeux de Néon et d' isobutane pour générer des électrons sous l'effet de radiations,
- une cathode par laquelle pénètrent les radiations à détecter,
une anode pour générer des signaux en fonction d'un courant généré par le déplacement de charges au voisinage de cette anode, ces charges correspondent à des électrons dont les radiations sont directement ou indirectement à l'origine, des moyens de polarisation générant un champ électrique adapté pour entraîner des électrons dans une direction allant de la cathode vers 1 ' anode,
- une structure amplificatrice, située entre la cathode et l'anode, comprenant un espace d'amplification des électrons entre une électrode d'entrée et une électrode de sortie, les électrodes d'entrée et de sortie étant configurées pour que dans l'espace d'amplification règne un premier champ électrique adapté à ce que des électrons soient générés par avalanche dans l'espace d'amplification, l'espace d'amplification débouchant sur au moins une ouverture de l'électrode de sortie, pour laisser passer au moins une partie des électrons générés par avalanche,
un espace de dérive situé entre l'électrode de sortie et l'anode, dans lequel règne un deuxième champ électrique adapté à une diffusion, dans des directions perpendiculaires à ce champ, des électrons par diffusion sur les atomes et molécules du milieu contenu dans l'enceinte. Le détecteur décrit dans FR 2 837 000 permet de détecter des émetteurs de basse énergie comme le tritium H correspondant à un rayonnement β d'environ 18 keV avec une bonne résolution. Cependant de tel dispositif présente des signaux qui ne sont pas satisfaisants pour des émetteurs de haute énergie.
Il existe donc un besoin pour un détecteur de rayonnement β qui ne présente pas les inconvénients de l'art antérieur, en particulier qui permet une détection satisfaisante du rayonnement d'émetteurs de hautes énergies en temps réel.
Un but de la présente invention est de proposer un nouveau détecteur de radiations offrant des possibilités d'observation élargies et un dispositif d'imagerie auto radiographique comprenant un tel détecteur .
L'invention propose ainsi un détecteur de radiations comprenant:
une enceinte contenant un milieu adapté pour générer des électrons sous l'effet de radiations, une cathode par laquelle pénètrent les radiations à détecter,
une anode pour générer des signaux en fonction d'un courant généré par le déplacement de charges au voisinage de cette anode, ces charges correspondent à des électrons dont tes radiations sont directement ou indirectement à l'origine, des moyens de polarisation générant un champ électrique adapté pour entraîner des électrons dans une direction allant de la cathode vers 1 ' anode,
une structure amplificatrice, située entre la cathode et l'anode, comprenant un espace d'amplification des électrons entre une électrode d'entrée et une électrode de sortie, les électrodes d'entrée et de sortie étant configurées pour que dans l'espace d'amplification règne un premier champ électrique El adapté à ce que des électrons soient générés par avalanche dans l'espace d'amplification, l'espace d'amplification débouchant sur au moins une ouverture de l'électrode de sortie, pour laisser passer au moins une partie des électrons générés par avalanche,
- un espace de dérive D situé entre l'électrode de sortie et l'anode, dans lequel règne un deuxième champ électrique E2 adapté à une diffusion, dans des directions perpendiculaires à ce champ E2, des électrons par diffusion sur les atomes et molécules du milieu contenu dans l'enceinte, où le milieu adapté pour générer des électrons sous l'effet de radiations comprend un gaz comprenant un mélange d'au moins 50% d'un gaz rare et de dioxyde de carbone, par exemple ininflammable, l'espace d'amplification est constitué d'au moins 90% en volume par ledit gaz, et que la distance (e) séparant les électrodes d'entrée (8) et de sortie (9) est supérieure ou égale à 200 μτ et inférieure ou égale à 1,5 mm.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la distance (e) séparant les électrodes d'entrée (8) et de sortie (9) est supérieure à 500 μπι.
Avantageusement, l'utilisation d'un mélange gazeux de Néon et de dioxyde de carbone combiné avec un espace d'amplification d'au moins 200 microns permet d'obtenir un détecteur adapté aux émetteurs de haute énergie .
Un détecteur selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons possibles :
l'électrode d'entrée de la structure amplificatrice correspond à la cathode ; l'électrode d'entrée est formée d'une face au moins partiellement conductrice d'un échantillon S émetteur de radiations ;
le milieu adapté pour générer des électrons sous 1 ' effet de radiations comprend un gaz comprenant nn mélange Néon et de dioxyde de carbone, le Néon représentant au moins 85% et au plus 95% en volume du mélange ;
la structure amplificatrice est configurée de sorte qu'entre l'électrode d'entrée et de sortie règne un champ électrique d'au moins 2,5 kV/cm ; une deuxième structure amplificatrice, située entre l'espace de dérive et l'anode, comprenant une électrode d'entrée et une seconde électrode, comportant au moins un espace d'amplification des électrons, l'électrode d'entrée et la seconde électrode étant configurées pour que des électrons soient générés par avalanche dans l'espace d'amplification, l'espace de dérive débouchant sur au moins une ouverture de l'électrode d'entrée, la deuxième structure amplificatrice étant configurée de sorte que son gain soit supérieur ou égal à 5000 ;
la seconde électrode correspond à l'anode ;
l'espace d'amplification situé entre l'électrode d'entrée et l'électrode de sortie est constitué d'au moins 99% en volume par ledit gaz, par exemple 99.97% ;
les électrodes d'entrée (8) et de sortie (9) sont constituées de microgrilles ayant une résolution comprise entre 500 et 2000 lpi ; et
les microgrilles ont un paramètre de maille compris entre 30 et 50 um.
L'invention se rapporte également à un dispositif d'imagerie auto-radiographique comprenant un détecteur et un porte-échantillon, dans lequel la cathode est constituée par un échantillon au moins partiellement conducteur disposé sur le porte échantillon.
L'invention concerne également une méthode de détermination de la position d'émission des électrons détectés par l'anode d'un détecteur qui comprend les étapes suivantes :
détermination des coordonnées d'un point A correspondant aux interactions moyennes des électrons dans l'espace de dérive,
détermination des coordonnées d'un point B correspondant aux interactions moyennes des électrons dans l'espace d'amplification de la détermination du point d'émission comme étant le point représentant l'intersection de la droite D passant par les points A et B et le plan d'altitude de référence.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
la figure 1 est une coupe schématique perpendiculaire à ses faces principales, d'un premier mode de réalisation d'un détecteur selon l'invention ;
la figure 7. est une coupe schématique, dans un plan analogue à celui de la figure 1, d'une partie de l'anode du détecteur représenté sur la figure 1 ;
la figure 3 représente schématiquement en perspective les pavés constitutifs de l'anode représentée sur la figure 2 ;
- la figure 4 représente schématiquement une vue de dessus, l'agencement des pistes croisées de l'anode représentée sur les ligures 2 et 3 ;
la figure 5 représente schématiquement le mode de connexion des pavés aux pistes de l'anode représentée sur les figures 2, 3 et 4 ;
la figure 6 représente schématiquement le détail du multiplexage des pistes d'une anode d'un détecteur selon un mode de réalisation de 1 ' invention,
- la figure 7 illustre le principe de reconstruction de la position d'émission avec extrapolation de trajectoire,
la figure 8 est une coupe schématique, perpendiculaire à ses faces principales, d'un mode de réalisation d'un détecteur selon
1 ' invention .
Pour des raisons de clarté, les différents éléments représentés sur les figures ne sont pas nécessairement à l'échelle.
On entend par « émetteurs à haute énergie » au sens de l'invention un émetteur de radiation β dont l'énergie moyenne est supérieure ou égale à 100 keV.
Selon le premier mode de réalisation, représenté sur la figure 1, le détecteur 1 comporte une enceinte 2 aplatie avec deux faces principales 2a et 2b opposées et parallèles entre elles. Cette enceinte 2 contient un milieu adapté pour émettre des électrons primaires sous l'effet de rad i a t i on s i on i sa nt es émises par un échantillon S disposé à proximité de l'une des faces principales 2a de l'enceinte 2. Avantageusement, le milieu est constitué d'un mélange gazeux circulant dans l'enceinte 2 entre une entrée 3 et une sortie 4.
Ce mélange gazeux comprend au moins 50% d'un gaz rare et au moins 5 à 15% de dioxyde de carbone. Les molécules de dioxyde de carbone sont destinées à contrôler le processus d'amplification par avalanche.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le mélange gazeux est choisit de manière à être ininflammable. Avantageusement, la manipulation du détecteur selon l'invention s'en trouve simplifié.
Dans le cas particulier de la détection des particules β, ce mélange gazeux est avantageusement a une pression comprise entre 0,5 et 2 bars, par exemple entre 0,9 et 1,1 bars, et comporte un gaz rare dont la densité électronique moyenne est proche de 10 électrons par atome, comme par exemple du néon.
L'enceinte 2 renferme une cathode 5, une anode 6 et une structure amplificatrice 7.
Dans le mode de réalisation représenté à la figure 1, la cathode 5, l'anode 6 et la structure amplificatrice 7 sont parallèles entre elles et parallèles aux deux faces principales 2a, 2b de l'enceinte 2.
L'anode 6 est située à proximité de la face 2b de l'enceinte 2 opposée à celle 2a à proximité de laquelle se trouve l'échantillon S.
La structure amplificatrice 7 est située entre la cathode 5 et l'anode 6. L'espace de l'enceinte 2 situé entre la cathode 5 et la structure amplificatrice 6 constitue un espace de conversion C. Les radiations ionisantes émises par l'échantillon S pénètrent dans l'espace de conversion C par la cathode 5.
L'espace de l'enceinte 2 situé entre la structure amplificatrice 7 et l'anode 6 constitue un espace de diffusion D.
La structure amplificatrice 7 comporte une électrode d'entrée 8 et une électrode de sortie 9 sensiblement parallèles à la cathode 5 et l'anode 6 et délimitant un espace d'amplification A.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'espace d'amplification situé entre l'électrode d'entrée et l'électrode de sortie est constitué d'au moins 99% en volume par ledit gaz, par exemple 99.97%.
Le document US 6 011 265 présente un compteur à trou. Ce type de microstructure souffre d'une limitation intrinsèque provenant de la densité limitée de canaux d'amplifications. Ainsi ces types de microstructures présentent un étage d'amplification principalement composé de matériaux isolants et solides permettant de délimiter les trous au sein desquels sont confinées les avalanches .
De tels détecteurs de radiation ne peuvent en aucun cas être utilisés pour générer des électrons par un autre principe que celui des avalanches. Ce faisant, ils ne peuvent être utilisée par exemple pour générer les électrons issus de l'interaction de la particule ionisante avec le gaz comme selon la présente invention.
Des moyens de polarisation 10 sont reliés à la cathode 5, à l'anode 6 et aux électrodes d'entrée 8 et de sortie 9. Ils permettent de porter la cathode 5 à un potentiel VI, l'anode 6 à un potentiel V2, l'électrode d'entrée 8 à un potentiel V3 et l'électrode de sortie 9 à un potentiel V4.
Selon un mode de réalisation de l'invention, ces potentiels vérifient V2 > V4 > V3 > VI .
Dans un mode de réalisation de l'invention, les électrodes d'entrée 8 et de sortie 9 sont espacées d'une distance e supérieure ou égale à 200 iim et inférieure ou égale à 1.5 mm.
L'espace de diffusion D a une dimension perpendiculaire aux électrodes d'entrée 8 et de sortie 9 comprise entre 2 mm et 3 cm, par exemple égale à 2 cm.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'anode 6 est reliée à la masse. La cathode 5, l'électrode d'entrée 8 et l'électrode de sortie 9 sont portées à des potentiels négatifs.
Les moyens de polarisation 10 permettent ainsi de créer des champs électriques El, E2, E3 respectivement dans l'espace de conversion C dans l'espace d'amplification A et dans l'espace de diffusion D. Les moyens de polarisation 10 entraînent les électrons de la cathode 5 vers l'anode 6.
Selon un mode de réalisation, l'électrode d'entrée 8 de la structure amplificatrice 7 est confondue avec la cathode 5. L'électrode d'entrée 8 est formée d'une face au moins partiellement conductrice de l'échantillon S.
Selon un mode de réalisation, la cathode 5 peut être constituée d'une plaque mince électriquement conductrice d'une épaisseur sensiblement égale à 5 μιη.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la cathode 5 est constituée d'un adhésif conducteur, par exemple un adhésif en cuivre, collé sur une face d'une lame de verre pour microscope. L'échantillon S étant disposé sur la face opposée de la lame de microscope.
Les électrodes d'entrée 8 et de sortie 9 peuvent être constituées de microgrilles de type MICROMEGAS.
Avantageusement, les microgrilles présentent une épaisseur inférieure ou égale à 10 μιη, par exemple égale à 5 μπι permettant des transitions de champs électriques très rapides .
Il existe principalement deux types de microgrilles : les microgrilles électroformées et les microgrilles gravées par procédé chimique.
Les microgrilles électroformées sont à l'origine utilisées comme filtres de haute précision mais leurs bonnes caractéristiques, en particulier leurs motifs fins, réguliers et de faible épaisseur, en font des candidates très intéressantes pour une utilisation dans les détecteurs selon l'invention. Elles sont généralement en nickel d'une épaisseur voisine de 5 μπ et possèdent des trous carrés de 39 μιη de côté séparés par des barreaux de 11 μιτι qui leur confèrent un pas de 51 μηα pour une grille de 500 lpi (Line per Inch) . Il existe cependant toutes sortes de géométries et de tailles allant de 100 à 2 000 lpi avec des tailles allant de 7 à 11 pouces. Le procédé d ' électroformage ne permet cependant pas de contrôler précisément l'épaisseur de la microgrille en particulier sur les bords où elle peut varier du simple au double. Cependant, pour le centre de la microgrille, l'épaisseur est bien maîtrisée.
Les microgrilles gravées par procédé chimique ont une surface de 25x25 cm et une épaisseur de 5 μπι, elles possèdent des trous circulaires de 30 μηα de diamètre disposés en mailles triangulaires équilatérales au pas de 60 μηα. Le procédé de fabrication autorise l'incorporation directe de l'espaceur isolant à la grille sous la forme de plots en Kapton™ de 80 μιη de diamètre disposés tous les 3 mm. Du fait de leur faible surface, ils permettent de réduire drastiquement la zone morte entre la grille et le support à environ 0,05 % de la surface de la grille. L'avantage de ce procédé de gravure chimique est la maîtrise de l'épaisseur de la grille sur toute sa surface contrairement aux grilles électroformées .
Selon un mode de réalisation, les électrodes d'entrée 8 et de sortie 9 sont respectivement chacune constituées d'une plaque mince électriquement conductrice, de faible épaisseur et percée d'ouvertures de faibles tailles. A titre d'exemple, les ouvertures ont une forme de carré de 35 μπι de côté espacées les unes des autres avec un pas de 50 μπι qui correspond sensiblement à un nombre d'ouverture par pouce linéaire de 500 lpi. On peut aussi utiliser les électrodes d'entrée 8 et de sortie 9 de 2 500 lpi ce qui correspond sensiblement à des ouvertures de 8 μηα espacées de 10 μιτι. De telles électrodes d'entrée 8 et de sortie 9 forment chacune une grille, qui compte-tenu de la faible taille des ouvertures, peut être désignée « microgrille ». De telles microgrilles ont été décrites par exemple dans le document EP855086.
La distance e séparant les électrodes d'entrée 8 et de sortie 9 est supérieure ou égale à 200 μπι, de préférence supérieure à 500 μπι et inférieure ou égale à 1, 5 mm.
En effet, les contraintes associées aux électrons de haute énergie sont différentes de celles associées aux électrons de basse énergie. Les électrons de haute énergie parcourent des distances beaucoup plus importantes dans le gaz. Leur parcours pratique Rp est relativement important puisqu'il est de l'ordre de 20 cm. Un électron de 300 keV parcourra près d'un mètre dans du gaz avant d'être arrêté.
Les inventeurs ont mesuré l'altitude de la première interaction et l'énergie déposée lors de la première interaction avec le gaz pour du 4bSc (Emax = 356 keV) et du 32P (Emax = 1710 keV) .
L'émission est supposée isotrope dans l'espace. La première interaction engendre un dépôt d'énergie moyen de 49, 83 eV pour le phosphore et de 61,93 eV pour le scandium à une altitude respective de 589 et 157 μιτι. Ces interactions ont lieu à des distances importantes du point d'émission ce qui se traduit par la création de peu de paires électron-ion dans l'espace d'amplification 7 au contact de la source S.
Pour gagner en efficacité et en statistique de création de paires, les inventeurs proposent d'utiliser un espace d'amplification relativement important.
La perte d'énergie d'un électron de 100 keV traversant 1 cm de gaz est de 3,5 keV et celle d'un électron de 300 keV est de 1,9 keV. Cela se traduit par la création respective de 97 et 52 paires électron-ion le long de leur parcours. La création de charges d'ionisation primaire le long de la trajectoire peut alors être mise à profit pour caractériser la trace de l'électron dans le détecteur par une méthode de suivi de la trajectoire selon l'invention.
Les potentiels V3 et V4 des électrodes d'entrée 8 et de sortie 9 sont choisis de manière à ce que dans l'espace d'amplification A règne un champ électrique E2 adapté à ce que des électrons soient générés par avalanche dans l'espace d'amplification A.
Le phénomène d'avalanche électronique se produit lorsque des électrons arrivent dans une zone de fort champ électrique typiquement de quelques dizaines de kV/cm. L'énergie qu'ils vont acquérir entre deux collisions va devenir suffisamment importante pour qu' ls produisent à leur tour des interactions ionisantes. Les électrons d'ionisation ainsi créés vont alors être accélérés et donner lieu à d'autres ionisations.
Dans le cas de microgrilles de type MICROMEGAS, il est possible de considérer que les lignes de champ sont parallèles. Par conséquent, l'augmentation du nombre d'électrons dn après un parcours dx se traduit par :
Figure imgf000015_0001
où :
- n : nombre d'électrons à une position donnée,
- aT : premier coefficient de Townsend défini comme étant la probabilité de faire une interaction ionisante par unité de longueur : uT = 1/λ,
- λ : libre parcours moyen (distance moyenne que doit parcourir un électron avant de faire une interaction ionisante) .
En intégrant sur la distance x parcourue, on obtient :
Figure imgf000016_0001
où :
- n0 : nombre initial d'électrons créés par l'ionisation,
- x : distance parcourue.
Le gain G du détecteur est alors défini comme le rapport entre le nombre d'électrons présents après une longueur x sur le nombre d'électrons initial. Ce qui se traduit par :
Figure imgf000016_0002
Pour un mélange gazeux donné <XT dépend uniquement de la valeur du champ électrique et de la pression du gaz. Il e3t nécessaire que (Χτ soit alors plus grand que le coefficient d'attachement électronique Jje pour constater l'amplification. aT et 7je représentent respectivement le nombre de paires électron-ion créées et le nombre d'électrons recapturés par unité de longueur. Les inventeurs ont observé que le champ électrique doit être supérieur à 2,5 kV/cm dans un mélange gazeux de type Néon+10% CO2 pour amorcer le phénomène d'amplification.
Comme représenté sur la figure 2, l'anode 6 présente une structure multicouche planaire. Elle comporte une couche externe 15 et deux couches internes 16, et un plan de masse 17, le tout reposant sur un substrat 28 isolant.
Comme représenté sur la figure 3, la couche externe 16 est segmentée en anodes élémentaires ou pavés 15 formant un réseau bidimensionnel en damier dont les rangées sont alignées selon des axes de coordonnées X et Y. Chaque pavé 15 forme un carré de moins d'un millimètre de côté, par exemple de 650 um. Les pavés 15 sont alternativement affectés à la lecture de l'une ou l'autre des coordonnées X et Y. Deux pavés 15 voisins ne mesurent pas la position selon la même coordonnée. L'espace entre les pavés 15 est le plus faible possible, mais doit permettre de conserver une parfaite isolation entre eux. Avantageusement, cet espace est inférieur ou égal à 100 um.
Comme représenté sur la figure 4, les couches internes de l'anode 6 sont formées de pistes 18 conductrices croisées. Sur l'une des couches internes 16, les pistes 18 s'étendent parallèlement à des premières rangées de pavés 15. Sur l'autre des couches internes 16, les pistes 18 s'étendent parallèlement à des deuxièmes rangées de pavés 15, perpendiculaires aux premières. Selon cet exemple, les pavés 15 d'une rangée associée à la coordonnée X sont situés sur une couche interne différente de celle reliée aux pavés disposés sur une rangée correspondant à la coordonnée Y. Les pistes 18 sont séparées des pavés 15 par un isolant à travers lequel sont percés des trous de liaison 19 (connus de l'homme du métier sous l'expression anglo-saxonne « via hole ») , tapissés d'un matériau conducteur électrique afin d'assurer la connexion électrique des pavés 15 avec les pistes 18 de l'une ou l'autre des couches internes 16 (voir figure 2) . Les trous de liaison 19 ont par exemple un diamètre de 100 microns.
Les pistes 18 sont séparées les unes des autres d'une distance la plus faible possible tout en conservant une parfaite isolation entre elles. Le fait de disposer les pistes en couches superposées isolées les unes des autres permet de gagner en intégration tout en conservant la qualité d'isolation requise.
Les pavés 15, grâce aux pistes 18, sont reliés à des amplificateurs rapides 20 eux-mêmes reliés, via des voies électroniques de lecture, à des moyens électroniques de traitement 21 (voir figure 4) . Pour limiter le nombre de voies électroniques de lecture, et par conséquent le coût du détecteur 1, plusieurs pavés 15 appartenant à une même rangée peuvent être reliés à une même piste 18. Le nombre de pavés 15 séparant deux pavés connectés entre eux dépend de leur taille et de la technologie utilisée pour les réaliser.
A titre d'exemple, ainsi que représenté sur la figure 5, chaque piste 18 relie de manière périodique, dans une rangée, un pavé 15 sur quatre. Comme deux pavés voisins sont reliés respectivement à des pistes 18 s 'étendant selon les axes X et Y, une piste XI relie deux pavés espacés de trois pavés, ces trois pavés comprenant deux pavés voisins des deux pavés reliés à la piste XI, eux-mêmes reliés respectivement aux piste Yl et Y7, séparés par un pavé relié à une piste X2, cet agencement étant reproduit sur l'ensemble du damier constitué des pavés 15 (sur la figure 5, deux pavés 15 connectés entre eux sont représentés par des motifs identiques).
Selon un mode de réalisation, l'anode 9 peut être divisée en 32 400 pixels élémentaires de 170x170 μπι2 réalisés par découpe laser dans un plan de cuivre. Cette technologie permet de réduire la distance isolante interpiste à 30 μπι contrairement à la gravure chimique dont la distance isolante minimale est de 75 μιτι. Le pas des pixels est ainsi de 200 pm dans les deux directions X et Y. Les pistes de lecture auxquelles sont reliés les pixels sont sur deux plans différents. Le plancher comporte 128 pistes en X et 1 8 pistes en Y. Elles sont placées diagonalement par rapport aux pixels comme le montre la figure 6 et multiplexées géométriquement à la façon d'un échiquier. Un pixel sur deux est relié à une piste X et les autres à une piste Y. Pour une direction de lecture considérée, 64 pistes sont lues d'un côté et les 64 autres sont lues de l'autre côté. Chaque pixel est relié à sa piste par un trou métallisé réalisé par perçage laser. Avec le placement des pistes en diagonale par rapport aux pixels, le pas de lecture des pistes est ainsi de 282,84 um. Ce pas de pixelisation est l'une des meilleures granularités réalisées à ce jour au vue de la surface pour ce type de détecteur gazeux.
La planéité de l'anode est assurée par un collage sur un plan de référence en aluminium de 8 mm d'épaisseur.
En référence à la figure 1, lorsqu'une particule ionisante I est émise par l'échantillon S et qu'elle pénètre dans un détecteur 1 par la face 2a de celui-ci à l'opposé de celle voisine de l'anode 6, elle traverse l'espace de conversion C dans laquelle elle interagit avec le mélange gazeux et génère des électrons primaires. Ces électrons primaires, sou3 l'effet du champ électrique El gagnent l'espace d'amplification A dans lequel ils sont multipliés par le phénomène d'avalanche électronique pour former un nuage d'électrons 23.
Une partie de ce nuage d'électrons 23 traverse ensuite l'électrode de sortie 9 et pénètre dans l'espace de diffusion D. Le champ électrique E3 régnant dans l'espace de diffusion D est modéré, par exemple inférieur ou égal à 10 kV/cm et propice à un étalement latéral du nuage d'électrons 23 par diffusion des électrons qui le constitue sur les atomes et molécules du gaz.
Le suivi d'une particule β consiste, à partir du parcours de l'électron dans le gaz, à remonter par une reconstitution géométrique au point d'émission dans l'échantillon S. Cette méthode de suivi suppose que la trajectoire des électrons de haute énergie s'effectue en ligne droite sans déviation d'angle importante et que les coordonnées de la droite extrapolant le parcours de l'électron puisse être déterminé à partir de deux points caractéristiques de la trajectoire mesurée. Le premier point se situant dans l'espace d'amplification A et le second dans l'espace de diffusion D .
Comme explicité ci-dessus, la perte d'énergie d'un électron de 100 keV traversant 1 cm de gaz est d'environ 3,5 keV. Cette perte d'énergie est négligeable devant l'énergie incidente de la particule β. De ce fait, il peut être considéré que la particule ne sera pas ou très peu déviée en traversant 1 cm de gaz et que sa trajectoire sera une ligne droite.
Comme expliqué précédemment, un électron qui arrive sur l'anode aura traversé l'espace d'amplification A et l'espace de diffusion D. Les deux espaces différents traversés par l'électron permettent de remonter aux deux points caractéristiques de la droite constituant la trajectoire de l'électron.
Le premier point correspondant au point moyen des interactions dans l'espace d'amplification Λ, e3t déterminé à partir des interactions de l'électron dans l'espace d'amplification A. La faible perte d'énergie associée à la petite épaisseur de gaz traversé permet de déterminer la position moyenne dans cet espace en utilisant une méthode dite du barycentre.
Le second point de la droite extrapolant le parcours de l'électron, est déterminé à partir des interactions de l'électron dans l'espace de diffusion D. Le fait que la particule dépose son énergie de manière quasi continue dans le milieu qu'elle traverse, permet de considérer que l'altitude moyenne des interactions se situe au milieu de la hauteur de l'espace de diffusion.
Cela permet alors de déterminer le second point caractéristique de la droite.
La figure 7 illustre le principe de reconstitution d'émission par la méthode d'extrapolation de la trajectoire. La courbe TR représentée sur la figure 7 représente la trajectoire réelle d'un électron projetée dans la direction X, et la droite TC la droite représentant la trajectoire calculée de l'électron projetée dans la direction X.
La moyenne de la distribution spatiale de la charge da n s l' espa ce d e d i f fu s i on D n ou s donne le point A correspondant à l'altitude moyenne des interactions dans cet espace de diffusion D. La même méthode appliquée pour l'espace d'amplification A nous conduit au point B. La méthode de reconstruction par extrapolation géométrique consiste alors à assimiler la trajectoire de la particule β à une droite TD passant par ces deux points. La position d'émission extrapolée est alors donnée comme le point représentant l'intersection de cette droite avec la droite correspondant à une altitude nulle. De la même manière on peut évaluer la position d'émission dans la direction Y.
Nous obtenons alors :
et
Figure imgf000021_0001
avec (Xen Yen 0) les coordonnées du point d'émission, et (Xmft, YmA, ZcA) les coordonnées du point correspondant à la moyenne de la distribution spatiale de charge dans l'espace d'amplification A,
(XmD, YmD, ZcD) les coordonnées du point correspondant à la moyenne de la distribution spatiale de charge dans l'espace de diffusion D, avec dans le cas du Se, d'un espace d'amplification de 50 μm et d'un espace de dérive de 1 cm :
Figure imgf000021_0002
- ZcD = 5500/zm
Ces coefficients sont définis en fonction de l'émetteur en particulier pour la composante de l'espace d'amplification, et de la géométrie.
Selon un mode de réalisation représenté à la figure 8, le détecteur comprend en outre une deuxième structure amplificatrice 30 située entre l'espace de diffusion D et l'anode 6. Cette deuxième structure amplificatrice 30 comprenant une électrode d'entrée 31 et une électrode de sortie 32, par exemple confondues avec l'anode 6, comportant au moins un espace d'amplification A2 des électrons. L'électrode d'entrée 31 et l'électrode de sortie 32 étant configurées pour que les électrons soient générés par avalanche dans l'espace d'amplification A2, l'espace de diffusion D débouchant sur au moins une ouverture de l'électrode d'entrée 31, la deuxième s ructure amplificatrice 30 étant configurée de sorte que son gain soit supérieur ou égal à 5 000.
La distance e2 séparant les électrodes d'entrée 31 et de sortie 32 de la deuxième structure amplificatrice 30 est supérieure ou égale à 100 μιη et inférieure ou égale à 200 μηα par exemple égale à 125 μπι.
Le signal issu de l'ionisation primaire dans l'espace de diffusion doit être suffisamment amplifié pour être extrait du bruit électronique. Les inventeurs ont observé qu'il est avantageux d'avoir un gain de la deuxième structure amplificatrice au moins égal à 4 400 de préférence au moins égal à 5 000, pour pouvoir extraire le signal dû aux ionisations dans l'espace de diffusion quelque soit la direction de la particule incidente et quelque soit le plan de projection considéré pour un électron de 100 keV. De la même manière, les inventeurs ont observé que dans le cas d'une particule β, partant avec une énergie de 300 keV, le gain minimum à appliquer dans la deuxième structure amplificatrice pour ne pas privilégier les directions par rapport aux autres est de 8 000, de préférence de 9 500. A titre d'exemple, les inventeurs ont considéré un électron de 100 keV traversant l'espace de diffusion avec un angle de 45° suivant la direction X. En supposant sa tra j ecto i re rectiligne, l'électron traverse alors 5,7 mm le long de l'axe de lecture X ce qui correspond à une perte d'énergie de 2 keV. Cela engendre la création de 55 paires d' électro-ions . En supposant un pas de lecture du plancher de 282,84 micromètres, le signal s'étale alors sur 20 pistes en supposant une transparence parfaite des microgrilles , la charge récoltée par piste et le gain minimum à appliquer dans ce cas sont donnés par :
Figure imgf000023_0001
Le facteur 2 provient du fait que le nuage électronique s'étale sur un plancher de pixels multiplexés. Ainsi la moitié de la charge est récoltée par les pistes de lecture en X et l'autre moitié par les pistes de lecture en Y.
Pour un seuil par piste de 6 000 électrons, cela entraîne un gain minimum de 4 400 dans l'espace d'amplification au contact de l'anode pour extraire le signal du bruit électronique. Dans le cas d'un électron de 300 keV le gain minimum sera de 8 000 et ddiis aelon d'un électron de 1 MeV, le gain minimum sera de 32 000.
L'invention ne se limite pas aux modes de réalisations décrits et ne sera pas interprétée de façon limitative, et englobe tout mode de réalisation équivalent. En particulier un détecteur selon l'invention peut comprendre plus de deux structures amplificatrices.

Claims

REVENDICATIONS
1. Détecteur de radiations comprenant :
- une enceinte (2) contenant un milieu adapté pour générer des électrons sous l'effet de radiations,
- une cathode (5) par laquelle pénètrent les radiations à détecter,
- une anode (6) pour générer des signaux en fonction d'un courant généré par le déplacement de charges au voisinage de cette anode (6), ces charges correspondent à des électrons dont les radiations sont directement ou indirectement à l'origine,
- des moyens de polarisation (10) générant un champ électrique adapté pour entraîner des électrons dans une direction allant de la cathode (5) vers l'anode (6),
- une structure amplificatrice (7), située entre la cathode (5) et l'anode (6), comprenant un espace d'amplification (A) des électrons entre une électrode d'entrée (8) et une électrode de sortie (9), les électrodes d'entrée (8) et de sortie (9) étant configurées pour que dans l'espace d'amplification règne un premier champ électrique (E2) adapté à ce que des électrons soient générés par avalanche dans l'espace d'amplification, l'espace d'amplification débouchant sur au moins une ouverture (12) de l'électrode de sortie (9), pour laisser passer au moins une partie des électrons générés par avalanche,
- un espace de diffusion (D) situé entre l'électrode de sortie (9) et l'anode (6), dans lequel règne un deuxième champ électrique (E3) adapté à une diffusion, dans des directions perpendiculaires à ce champ (E3), des électrons par diffusion sur les atomes et molécules du milieu contenu dans l'enceinte (2),
caractérisé par le fait que le milieu adapté pour générer des électrons sous l'effet de radiations comprend un gaz comprenant un mélange d'au moins 50% d'un gaz rare et de dioxyde de carbone, l'espace d'amplification est constitué d'au moins 90% en volume par ledit gaz, et que la distance (e) séparant les électrodes d'entrée (8) et de sortie (9) est supérieure ou égale à 200 μπι et inférieure ou égale à 1,5 mm.
2. Détecteur selon la revendication 1, dans lequel l'électrode d'entrée de la structure amplificatrice (7) correspond à la cathode (5) .
3. Détecteur selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel l'électrode d'entrée (8) est formée d'une face au moins partiellement conductrice d'un échantillon (S) émetteur de radiations.
4. Détecteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le milieu adapté pour générer des électrons sous l'effet de radiations comprend un gaz comprenant un mélange Néon et de dioxyde de carbone, le Néon représentant au moins 85% et au plus 95% en volume du mélange . 5. Détecteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la structure amplificatrice est configurée de sorte qu'entre l'électrode d'entrée et de sortie règne un champ électrique d'au moins 2,
5 kV/cm,
6. Détecteur selon l'une des revendication précédentes, comprenant en outre une deuxième structure amplificatrice (30), située entre l'espace de diffusion (D) et l'anode (6), comprenant une électrode d'entrée (31) et une seconde électrode (32), comportant au moins un espace d'amplification (A2) des électrons, l'électrode d'entrée (31) et la seconde électrode (32) étant configurées pour que des électrons soient générés par avalanche dans l'espace d'amplification (A2), l'espace de diffusion (D) débouchant sur au moins une ouverture de l'électrode d'entrée (31), la deuxième structure amplificatrice étant configurée de sorte que son gain soit supérieur ou égal à 5000.
7. Détecteur selon la revendication 6, dans lequel la seconde électrode de sortie (32) correspond à l'anode
(6) .
8. Détecteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les électrodes d'entrée (8) et de sortie (9) auiiL cous LiLuées de in crogrilltis ayanL une réaulul-ion comprise entre 500 et 2000 lpi.
9. Détecteur selon la revendication 8, dans lequel les microgrilles ont un paramètre de maille compris entre 30 et 50 um.
10. Dispositif d'imagerie auto-radiographique comprenant un détecteur selon l'une des revendications précédentes et un porte-échantillon, dans lequel la cathode est constituée par un échantillon au moins partiellement conducteur disposé sur le porte échantillon.
11. Méthode de détermination de la position d'émission des électrons détectés par l'anode d'un détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant les étapes suivantes :
détermination des coordonnées d'un point A correspondant aux interactions moyenne des électrons dans l'espace de diffusion (D),
détermination des coordonnées d'un point B correspondant aux interactions moyenne des électrons dans l'espace d'amplification (A) de la structure amplificatrice (7),
- détermination du point d'émission comme étant le point représentant l'intersection de la droite (TC) passant par les points A et B et le plan d'altitude de référence.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019122244A1 (fr) 2017-12-22 2019-06-27 Orano Mining Procédé d'analyse à l'aide d'un détecteur de particules alpha
FR3145420A1 (fr) 2023-01-31 2024-08-02 Orano Mining Procédé et ensemble de caractérisation d’un échantillon solide susceptible de contenir un élément radioactif se désintégrant suivant une chaîne de désintégration par émission de particules α et/ou β

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6109304B2 (ja) * 2012-06-08 2017-04-05 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフトＳｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ 放射、特に、高エネルギー電磁放射用検出器

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0855086A1 (fr) 1995-10-11 1998-07-29 Commissariat A L'energie Atomique Detecteur de position, a haute resolution, de hauts flux de particules ionisantes
US6011265A (en) 1997-10-22 2000-01-04 European Organization For Nuclear Research Radiation detector of very high performance
US6429578B1 (en) * 1999-01-26 2002-08-06 Mats Danielsson Diagnostic and therapeutic detector system for imaging with low and high energy X-ray and electrons
FR2837000A1 (fr) 2002-03-08 2003-09-12 Biospace Instr Detecteurs de radiations et dispositifs d'imagerie autoradiographique comprenant de tels detecteurs
FR2912837A1 (fr) * 2007-02-20 2008-08-22 Ensmse Dispositif de multiplication des electrons et systeme de detection de rayonnements ionisants

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0855086A1 (fr) 1995-10-11 1998-07-29 Commissariat A L'energie Atomique Detecteur de position, a haute resolution, de hauts flux de particules ionisantes
US6011265A (en) 1997-10-22 2000-01-04 European Organization For Nuclear Research Radiation detector of very high performance
US6429578B1 (en) * 1999-01-26 2002-08-06 Mats Danielsson Diagnostic and therapeutic detector system for imaging with low and high energy X-ray and electrons
FR2837000A1 (fr) 2002-03-08 2003-09-12 Biospace Instr Detecteurs de radiations et dispositifs d'imagerie autoradiographique comprenant de tels detecteurs
FR2912837A1 (fr) * 2007-02-20 2008-08-22 Ensmse Dispositif de multiplication des electrons et systeme de detection de rayonnements ionisants

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ALBER T ET AL: "A study of argon, neon and helium based gas mixtures for improving the spatial resolution in time projection chambers", NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH, SECTION A (ACCELERATORS, SPECTROMETERS, DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT) NETHERLANDS, vol. 349, no. 1, 15 September 1994 (1994-09-15), pages 56 - 61, XP007913185, ISSN: 0168-9002, DOI: 10.1016/0168-9002(94)90608-4 *
BEUCHER ET AL: "Parallel ionization multiplier: A gaseous detector dedicated to the tracking of minimum ionization particles", NUCLEAR INSTRUMENTS AND METHODS IN PHYSICS RESEARCH, SECTION A, vol. 573, 2007, pages 294 - 297, XP005922008, ISSN: 0168-9002, DOI: 10.1016/j.nima.2006.10.394 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019122244A1 (fr) 2017-12-22 2019-06-27 Orano Mining Procédé d'analyse à l'aide d'un détecteur de particules alpha
FR3075980A1 (fr) * 2017-12-22 2019-06-28 Areva Mines Procede d'analyse a l'aide d'un detecteur de particules alpha
US11125893B2 (en) 2017-12-22 2021-09-21 Orano Mining Analyzing method using a detector of alpha particles
FR3145420A1 (fr) 2023-01-31 2024-08-02 Orano Mining Procédé et ensemble de caractérisation d’un échantillon solide susceptible de contenir un élément radioactif se désintégrant suivant une chaîne de désintégration par émission de particules α et/ou β
WO2024160831A1 (fr) 2023-01-31 2024-08-08 Orano Mining PROCÉDÉ ET ENSEMBLE DE CARACTÉRISATION D'UN ÉCHANTILLON SOLIDE SUSCEPTIBLE DE CONTENIR UN ÉLÉMENT RADIOACTIF SE DÉSINTÉGRANT SUIVANT UNE CHAÎNE DE DÉSINTÉGRATION PAR ÉMISSION DE PARTICULES α ET/OU β

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