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Montage et dispositif détecteur de photons ou de particules corpusculaires.
L'invention concerne un montage et un dispositif détecteur de photons ou de particules corpusculaires. On peut utiliser, à cet effet, un tube d'ionisation. Par "tube d'ionisation" il y a lieu d'entendre un dispositif dans lequel on tire parti du pou- voir ionisant de particules ou de photons pour amorcer une dé- charge dans le gaz entre deux électrodes portées à une certaine différence de potentiel. Les tubes de Geiger-Muller entre autres appartiennent à ce genre de dispositifs.
Comme on le sait, certains de ces tubes d'ionisation - -souvent par l'addition de vapeurs organiques - ont la propriété suivante : la décharge une fois amorcée, s'interrompt d'elle-même; pour d'autres, - les tubes d'ionisation à gaz - il est désirable de disposer d'un montage extérieur qui, lors d'une décharge, ré- duit la tension appliquée au tube d'une valeur telle que cette
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décharge soit interrompre. De tels tubes ont une tension de seuil en deça de laquelle ne peut se produire de décharge indépen- dante.
Parfois, la tension d'alimentation de ces tubes d'ionisa- tion, - qui, suivant le type de tube, varie de quelques centai- nes de volts à quelques milliers de volts - se prélève d'un appareil de réglage qui fournit une tension rigoureusement régla- ble, indépendante des fluctuations de la tension du secteur. Ceci est nécessaire, car pour un nombre constant de particules entran- tes, tant la grandeur que le nombre de décharges produites dé- pendent plus ou moins de la tension d'alimentation. Cependant, surtout pour des tensions élevées, un tel appareil de réglage est coûteux et compliqué.
Lorsqu'on utilise un tube non auto-extincteur à tension de seuil de 900 V par exemple, et que la tension d'alimentation est de 1000 V, le montage extincteur soustraira normalement 100 V.
Dans le cas d'une fluctuation de plus ou moins 5 de la tension du secteur, la tension d'alimentation variera entre 950 et 1050 V, de sorte que le montage extincteur devrait soustraire 50 ou 150 V.
Si l'on prélève de ce montage extincteur une impulsion, par exem- ple pour l'appliquer à un montage compteur d'impulsions, l'ampli- tude de cette impulsion pourra varier du simple au triple, ce qui peut provoquer des difficultés. Ces difficultés augmentent encore, lorsqu'on insère dans le montage extincteur un appareil de mesure d'intensité du courant. Dans le cas d'une tension d'alimentation constante, l'indication de cet appareil constitue une mesure du nombre de décharges et donc du nombre de particules entrantes.
Cependant, si la tension d'alimentation varie, non seulement l'intensité du courant augmente pendant l'impulsion, mais en général, la durée de l'impulsion augmente aussi. Pour un nombre constant de particules, l'intensité moyenne du courant peut même varier proportionnellement au carré de la différence entre la
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tension d'alimentation et la tension de seuil.
Les difficultés sont plus grandes encore dans le cas de variations de la tension de seuil, qui dépend fortement de l'atmosphère gazeuse du tube d'ionisation. En général, on pourra alors régler aussi la tension d'alimentation. Cependant, le régla- ge de cette tension n'est pas toujours possible par exemple lorsqu'on utilise le gaz, dont il faut déterminer la radioactivité, comme atmosphère gazeuse d'un tube d'ionisation, en faisant passer ce gaz dans le tube d'ionisation. Dans ces cas on peut assurer, de manière connue,un réglage automatique de la tension d'alimentation, mais ceci entraîne de très grandes complications.
On utilise par exemple, un second tube d'ionisation que traverse le même gaz et qui contient un produit radioactif.
L'invention fournit des moyens très simples pour rendre indépendants de la tension d'alimentation la hauteur des impul- sions engendrées, leur largeur et leur nombre. De plus, l'inven- tion rendra -souvent superflue la modification du réglage lors du remplacement du tube d'ionisation ou du dispositif détecteur de particules ou de photons, même dans le cas d'un éventuel remplis- sage en gaz différent ou modifié.
Bien que l'idée inventive soit la même, la mise en oeuvre mené des réalisations légèrement différentes suivant que l'on détecte les photons ou les particules à l'aide d'un dispositif qui permet une auto-décharge au delà d'une tension de seuil dé- terminée, et qui nécessite donc un montage extincteur extérieur ou à l'aide de dispositifs dans lesquels chaque particules ne provoque qu'une impulsion passagère sans qu'il soit nécessaire de prendre à cet effet des dispositions spéciales.
Dans le premier cas, l'invention présente la particularité qu'outre le montage extincteur, on a prévu un second montage qui réduit la tension du tube détecteur, montage qui n'entre en fonc- tionnement que lorsque l'impulsion dépasse une valeur déterminée.
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Dans une forme de réalisation avantageuse de cet agencement, le second montage comporte un condensateur grâce auquel la ten- sion ne se rétablit pas immédiatement après la fin d'une impulsion.'
Dans le second cas, l'invention est caractérisée par le fait qu'on utilise un montage qui réduit la tension appliquée au tube lorsque l'impulsion dépasse une valeur déterminée, ce montage comportant un condensateur dont la tension aux bornes ne se ré- tablit après la fin de l'impulsion, qu'en un temps qui est beau- coup plus long que celui pendant lequel le dispositif ne permet pas, après la détection d'une impulsion, la détection d'une nou- velle impulsion.
La description qui va suivre en regard du dessin annexée donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre com- ment l'invention peut être réalisée, les particularités qui res- sortent tant du texte que du dessin faisant., bien entendu, partie de ladite invention.
Les fig.l et 2 sont des exemples de réalisation de montages conformes à l'invention; elles montrent comment la hauteur d'im- pulsion devient indépendante de la tension d'alimentation.
Les figs.3, 4 et 5 représentent aussi des montages conformes à l'invention, dans lesquels la largeur d'impulsion est indépen- dante de la tension d'alimentation. Ces figures serviront à expli- quer l'utilisation du montage dans le cas d'emploi d'un tube dé- tecteur tel que le nombre d'impulsions détectées varie fortement avec la tension d'alimentation.
La fig.6 montre un montage comportant un tube détecteur, qui ne nécessite pas de montage extincteur extérieur.
Les figs. 7 et 8 montrent des variantes du montage conforme à l'invention.
Sur la fig.1, le tube d'ionisation est indiqué par 1 et le tube extincteur, par 2; le montage extincteur est le montage connu de Neher-Harper dans lequel un courant est engendré dans la résis-
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tance 4, lorsque le tube devient conducteur par le fait qu'une impulsion positive est engendrée dans la résistance 3, impulsion qui compense la tension de la batterie 8.
Aux bornes de la résistance'3 est connecté un amplificateur
5 ; celui-ci fournit une impulsion positive qui libère le tube 7 dès que son amplitude est approximativement égale à la tension de la batterie 6 qui bloque le tube 7. Lorsque le tube 7 est rendu conducteur, un très petit accroissement de la tension aux bornes de la résistance 3 provoque une très grande chute de tension dans la résistance 4, de sorte que la tension aux bornes de 3 diminue.
La hauteur des impulsions .aux bornes de la résistance 3 se règle à une valeur qui est pratiquement égale à la tension de la batte- rie 6 divisée par l'amplification de l'amplificateur 5. A mesure que l'amplification de l'amplificateur 5 et du tube 7,devient plus grande, l'impulsion aux bornes de la résistance 3 différera moins de la valeur indiquée.
Dans le montage représenté sur la fig.2., montage dans lequel les éléments correspondant à ceux du montage représenté sur la fig.l portent les mêmes chiffres de référence que sur cette der- nière figure, l'amplificateur 5 de la fig.l est supprimé, car on y utilise l'amplification obtenue dans le tube extincteur 2. La tension amplifiée se prélève maintenant de la résistance 4. Lorsque la tension de l'impulsion aux bornes de la résistance 4 est égale à celle de la batterie 6, le tube 7 devient conducteur, ce qui provoque, dans la résistance 9, une chute de tension qui peut être très grande, car la tension ne doit pas se rétablir rapidement à la fin de l'impulsion, comme c'était désirable pour la tension obtenue aux bornes de la résistance d'extinction 4.
La tension appliquée au tube d'ionisation 1 ne tombe alors jamais en deçà de la tension d'extinction du tube d'ionisation majorée de la tension de la batterie 6. En effet, si la tension du tube détecteur tom- bait à une valeur plus basse, il ne circulerait plus de courant dans le tube 7 ni dans la résistance 9.
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Par suite de la grande valeur de la résistance 9, l'ampli- fication du tube 7 est très grande. L'impulsion aux bornes de la résistance 4 a toujours la même hauteur, quelle que soit la ten- sion des batteries 10 et 11, et cette hauteur est pratiquement égale à la tension de la batterie 6.
Bien que le montage représenté sur les fig.l et 2 permette d'obtenir des impulsions de hauteur très constante, la forme des impulsions dépend encore de la tension de la batterie 10.
La Demanderesse a constaté que, lorsqu'on ne supprime pas trop brusquement l'influence de l'impulsion sur la tension du tube d'ionisation par l'intermédiaire du tube 7 après la fin de cette impulsion, la forme des impulsions devient aussi indépendante de la tension de la batterie 10. Sur la fig.3, qui, pour le reste est pratiquement identique à la fig.l, on a ajouté une diode 12, un condensateur 13 et une résistance 14. Une impulsion provoque maintenant la charge du condensateur 13, pratiquement jusqu'à la valeur de crête de l'impulsion. La diode 12 empêche la décharge immédiate de ce condensateur ; cettedécharge ne se produit que très lentement sur la résistance 14.
Sur la fig.4, on utilise le même principe et en même temps, un montage d'extinction Neher-Piekering dans lequel une impul- sion négative parvient sur la grille du tube d'extinction 2. De ce fait, la chute de tension dans la résistance 4 diminue, de même que la tension du tube d'ionisation 1. En même temps, la tension aux bornes du condensateur 13 est ramenée, par la diode 12, à la tension minimum aux bornes de la résistance 4 pendant limpulsion. Puis ce condensateur se charge de nouveau lentement par l'intermédiaire de la résistance 14. Par l'intermédiaire d'une batterie 6 et d'une résistance 16 qui sert à limiter l'intensité du courant de grille lors d'une tension de grille positive, la tension parvient à la grille du tube 7.
L'intensité du courant dans ce tube diminue, donc aussi la chute de tension dans la
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résistance 9 qui contribue à déterminer la tension du tube d'ioni- -sation 1.
Le schéma représenté sur la fig. 5 est le même que celui de la fig.2, mais comporte en outre un condensateur 13 que le tube 7 décharge rapidement lors de l'entrée d'une impulsion, mais qui n'est que lentement rechargé par l'intermédiaire de la résistance 9. Dans le circuit anodique de la triode 2 est inséré un appareil de mesure 15. L'indication de cet appareil de mesure dépend uni- quement du nombre d'impulsions engendrées dans le tube d'ionisa- tion et non de la tension des batteries 10 ou 11. La hauteur de l'impulsion dépend cependant de la tension de la batterie 6 avec laquelle on compare la grandeur de l'impulsion aux bornes de la résistance 4, donc aussi l'intensité du courant dans le tube 2 et dans l'appareil de mesure 15.
Lorsque, sur les figs.3, 4 et 5, le condensateur 13 a une capacité si grande qu'entre deux impulsions la charge de ce con- densateur ne varie pas d'une manière notable sous l'effet du courant dans la résistance 14, la tension aux bornes du tube compteur acquiert une valeur pratiquement constante. Dans le schéma représenté sur la fig.5, cette tension est égale à la tension de seuil du tube détecteur 1, majorée de la tension de la batterie 6. On peut tirer parti de ce fait pour les tubes de détection, dans lesquels il est possible qu'un photon entrant provoque une impulsion variable avec la tension qui, au moment de l'entrée de ce photon ou de cette particule, est appliquée au tube de détection.
Dans les tubes d'ionisation non auto-extinc- teurs, on dispose souvent d'un très large palier c'est-à-dire un tronçon pratiquement horizontal de la courbe qui donne la rela- tion entre le nombre d'impulsions et la tension appliquée au tube d'ionisation. En outre, la grandeur de l'impulsion dépend ici essentiellement de la tension au moment de l'interruption de la décharge, de sorte que ces tubes, permettent, bien souvent, de
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se contenter d'un condensateur 13 de plus faible capacité. Les tubes d'ionisation auto-extincteurs ont, en général, un palier très.étroit, et de plus, la grandeur de l'impulsion engendrée dé- pend de la tension existant au moment où l'impulsion commence.
On peut donc améliorer les montages indiqués jusqu'à présent en donnant au condensateur 13 une valeur telle que la tension à ses bornes ait à peine changé au moment où se produit 1' impulsion suivante.
Dans le montage représenté sur la fig.6, 1 est un tube d'io- nisation auto-extincteur.
Le condensateur 13 est maintenant relié à l'extrémité supé- rieure de la résistance 4,contrairement à ce qui était réalisé dans le montage représenté sur la fig.5, car ici le tube 2 ne doit pas fournir de tension d'extinction. On a constaté que les impulsions deviennent égales tant en ce qui concerne leur hauteur que leur largeur et leur forme, même lorsque la tension d'alimen- tation varie entre de très larges limites.
Il y a lieu de noter que sur les figures, on a représenté pour la simplicité, des batteries pour la fourniture de la ten- sion d'alimentation. Il va de soi que ces batteries peuvent être remplacées par des dispositifs connus pour fournir les ten- sions d'alimentation. Corme par la mise en oeuvre de l'invention, les variations de tension d'alimentation ne sont plus gênantes, ces dispositifs peuvent être notablement plus simples et consister par exemple en redresseurs alimentés par le secteur.
La tension avec laquelle on compare l'impulsion, (tension qui, sur la fig.6, est fournie par la batterie 6) peut se préle- ver du condensateur qui shunte le tube d'ionisation (13 sur la fig.6) . La tension aux bornes de ce condensateur est divisée par un potentiomètre à grandes résistances et est appliquée à un tube dit à "cathode follower" ou à un autre amplificateur de puissance approprié. La batterie 6 est alors superflue. Un tel montage est
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représenté sur la fig.7. Le potentiomètre y est indiqué par 20 et le montage amplificateur de puissance, par 21. Aux bornes de la résistance 22, on obtient une tension dont la polarité est indi- quée sur la figure, tension qui se substitue à celle de la batte- rie 6.
L'invention est aussi utilisable lorsque le dispositif dé- tecteur (tube d'ionisation) est une cellule photo-électrique ou un tube à émission secondaire.
Si, .sur la fig.7, on shunte la résistance par un condensa- teur,la grandeur de l'impulsion est indépendante de la tension d'alimentation. Cependant, elle varie alors avec la vitesse de succession des impulsions, de sorte que l'indication de l'appa- reil de mesure 15 n'est plus directement proportionnelle au nombre d'impulsions par unité de temps. Ceci est parfois désirable, par exemple lorsqu'on désire embrasser une grande gamme de mesure.
Il va de soi que les tubes, qui pour la facilité, sont représentés sur la figure par des triodes, peuvent aussi être des tubes multigrilles.
La fig. 8 représente un montage spécialement approprié aux cas dans lesquels on ne doit compter par minute que quelques impulsions. Il est alors parfois désavantageux que la tension appliquée au tube de détection puisse atteindre pratiquement la valeur totale élevée de la tension d'alimentation. Le montage représenté sur la fig. 8 évite cet inconvénient. La partie du montage se trouvant à droite de la verticale tracée en pointillés, fait office d'appareil régulateur de tension normal, de sorte que la tension aux bornes du condensateur 13 se règle à une valeur QUI est approximativement égale à R17+R18 X B volts, expresQU1 approxlma lVeen ega. R18 eJres- sion dans laquelle R17 et R18 sont les valeurs des résistances 17 et 18 et B, la tension de la batterie 19.
Les valeurs des résis- tances R17 et R18 sont choisies de façon que la tension aux bornes
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du condensateur 13 soit tout juste légèrement plus grande que la tension que l'on désire aux bornes du condensateur pendant le comptage d'un nombre suffisant d'impulsions. Si l'on complète le tout par la partie de gauche du montage, dès que le tube d'ioni- sation 1 devient conducteur, une impulsion de tension est engen- drée aux bornes de la résistance 4. On compare cette tension avec la tension B de la batterie 19 et le condensateur 13 se décharge sur le tube jusqu'au moment où ces tensions sont devenues prati- quement égales.