Dispositif à décharge électrique destiné à être employé comme détecteur de radiations. lia présente invention se rapporte à un dispositif à décharge électrique destiné à être employé comme détecteur de radiations. Selon l'invention, ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend au moins un élément métallique formant une cathode et des fils mé talliques formant ensemble une anode.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'invention.
' La fig. 1 est une vue schématique d'un dispositif à décharge usuel utilisé dans un en semble constituant un compteur Geiger.
La fig. 2 est une vue similaire d'une pre mière forme d'exécution de l'objet. de l'in vention.
lies fig. 3 et 4 sont respectivement des vues en coupe transversale et longitudinale du dispositif selon la fig. 2.
La fig. 5 est une vue '.schématique d'une deuxième forme d'exécution.
La fig. 6 est une. vue en coupe transver sale du dispositif selon la fig. 5.
La fig. 7 est une vue schématique d'une troisième forme d'exécution.
La fig. 8 est une vue en coupe transver sale du dispositif selon la fig. 7.
La fig. 9 est une vue schématique d'une quatrième forme d'exécution.
Les fig. 10 et 11 sont respectivement une vue en coupe verticale et une vue en plan du dispositif suivant la fig. 9.
La fig. 12 est une vue schématique d'une cinquième forme d'exécution. La fig. 13 est une vue schématique en perspective isométrique d'une sixième forme d'exécution, dans laquelle des plaques formant cathodes sont de forme conique.
La fig. 14 est une coupe d'une partie de la cathode d'une septième forme d'exécution.
La fig. 15 est une vue schématique -en pers pective isométrique du dispositif selon la fig. 1-l.
La fig. 16 est une vue en perspective iso- métrique d'une huitième forme d'exécution dans laquelle des plaques formant cathodes sont constituées par des anneaux circulaires.
La. fig. 17 est une vue en perspective iso- métrique et en coupe partielle de quelques plaques ou anneaux d'après la fig. 16.
La fi-. 18 est une vue schématique d'une neuvième forme d'exécution.
Le dispositif selon la fig. 1 est constitué par un tube métallique à paroi mince, 10, contenant un fil métallique très mince for- niant l'anode 12, tendu axialement et isolé du tube métallique faisant. office de cathode. Ces électrodes sont logées à l'intérieur d'une enve loppe 14, généralement. une ampoule de verre, qui contient un gaz convenable, par exemple de l'argon, à une pression suffisamment faible telle que 5-10 cm de Hg. Le fil central 12 est maintenu à un potentiel positif par rap port au cylindre et une résistance R de valeur convenablement élevée est. intercalée dans le circuit.
Normalement, la différence de poten tiel entre la cathode 10 et le fil 12 est presque assez élevée pour provoquer une décharge. Lorsqu'une radiation capable d'ioniser le gaz traverse le cylindre 10, il se produit une dé charge avec un courant de l'ordre de quel ques microampères. Il en résulte une forte chute de tension à travers la résistance R et la décharge cesse après un très court inter valle de temps.
Par une amplification conv e- nable clé la brusque chute de tension aux bornes de la résistance R, par exemple à l'aide d'un amplificateur 16, on peut actionner un enregistreur 18 ou un autre appareil capable d'enregistrer la décharge à l'intérieur du dis positif détecteur. Un traitement convenable de la surface du cylindre 10 et le choix conve nable du ou des gaz de remplissage du dis positif fait cesser la décharge plus rapide ment et avec une plus grande sûreté. A la fin de cette décharge, le dispositif se trouve de nouveau en état, d'enregistrer le passage d'une particule d'ionisation.
Grâce à la forte ionisation par -unité de longueur du trajet de radiations telles que les rayons cosmiques ou les rayons bêta, même avec la densité relativement faible du gaz à l'intérieur du dispositif à décharge, l'effica cité d'un dispositif usuel pour ces rayons est très approximativement égale à 1001/p. Mais la probabilité d'une ionisation du gaz par un rayon gamma. est très faible et, pratiquemént, toutes les actions du dispositif produites par le passage de rayons gammi sont dues aux électrons émis par la paroi de la cathode 1.0 par réaction des rayons gamma avec les atomes de la matière cathodique.
La probabilité de cette réaction augmente avec l'augmentation de l'épaisseur de la paroi de la cathode.
Toutefois, des électrons activés par les rayons gamma à -une distance de la surface qui est plus grande que le trajet moyen d'élec trons sont réabsorbés par la matière catho dique et ne sont, par conséquent, pas capables (le la quitter.
Etant donné que le trajet, dans la ma tière cathodique dans laquelle un électron reeoit de l'énergie du rayon gamma, est rare ment supérieur à<B>1110</B> ou 2110 de millimètre, il lie résulte aucun gain d'une augmentation de l'épaisseur de la paroi 10 au-delà de deux fois le trajet moyen des particules. Avec cette épaisseur il est probable qu'environ un pour cent des rayons gamma traversant. la cathode provoque l'émission d'un électron capable de déclencher ou de provoquer la décharge du dispositif.
Cette probabilité ou efficacité est quelque peu fonction de la matière employée pour la cathode 10 et de l'étendue de la sur face exposée, mais tous ces facteurs ne peuvent produire une variation de l'effica cité supérieure à environ deux fois celle d'un dispositif simple ayant l'épaisseur de paroi la phis favorable. Il y a lieu d'insister sur le fait que l'efficacité est pratiquement indépen dante des proportions du dispositif, un dispo sitif très petit ayant presque la même effica cité optimum. qu'un dispositif de très grandes dimensions.
L'efficacité d'un dispositif peut être dé finie par le rapport entre le nombre de dé charges et le nombre de rayons traversant l'aire de la cathode. Grâce à l'invention, ce rapport, est beaucoup plus grand pour les dis positifs qu'on va, décrire maintenant que pour le dispositif connu qu'on vient de rappeler.
Dans le dispositif représenté sur les fig. 2, 3 et 4, des plaques métalliques planes formant unie cathode sont indiquées en 10a, tandis que L'anode est formée par plusieurs fils métal liques 12a et que l'enveloppe est désignée par 1.1a. Un dispositif de ce genre a été construit et il a été trouvé qu'il fonctionne d'une ma nière très satisfaisante avec une efficacité environ double du dispositif connu. Le champ électrique clans ce dispositif est. très inhomo- gène, ce qui favorise une ionisation en cascade.
Les fig. â et 6 représentent un dispositif de haute efficacité à. huit. éléments, qui occupent le même volume que le dispositif usuel que montre la. fig. 1, mais dont, l'efficacité est. à peu près huit fois supérieure à celle de ce dernier.
Les plaques de cathode sont indiquées en 10b et les fils d'anode en 12b. Il est. évident que la seule limitation du nombre des plaques employées est, fondée sur des considérations concernant l'angle, sous lequel on veut me surer la radiation, et sur les difficultés méca- nuques et. électriques qui s'opposent à la cons truction des éléments à très faibles espace ments. Des espacements allant jusqu'à 2 mm se sont montrés parfaitement réalisables et satisfaisants. Le nombre de fils par inter valle de plaques dépend de l'espacement et la dimension des plaques. En général, pour une dimension donnée des plaques, le nombre de fils nécessaires est d'autant plus grand que l'espacement est plus petit.
Les fig. 7 et 8 montrent un dispositif qui peut., par exemple, servir à l'analyse de petits échantillons de matières radioactives. L'échan tillon devra être placé sur l'axe A au centre du dispositif formé par les fils d'anode 12e et les plaques cylindriques de cathode 10c, scellés dans une enveloppe non représentée de telle manière que l'axe reste accessible. L'avan tage de cette forme d'exécution réside dans le fait que l'angle solide dans lequel. les rayons émis par l'échantillon sont efficaces est très grand. Bien entendu, on peut prévoir une cathode comprenant plus de deux éléments en tôle concentriques pour une augmentation correspondante de l'efficacité.
Si on le désire, les différents éléments peuvent être connectés à des conducteurs sépa rés, sortant. séparément par les joints de l'enveloppe. De cette façon, il devient possible de connecter les différents éléments entre eux à l'extérieur de l'enveloppe en une combinai son désirée quelconque, ce qui permet alors de faire varier la sensibilité du dispositif. D'autre part, en groupant convenablement les diffé rents éléments et en connectant ces groupes à des circuits électriques convenablement, on peut employer un dispositif à des mesures de edïncidence de types différents, par exemple lorsqu'on désire déterminer la direction des rayons pénétrant dans le détecteur. Bien en tendu, lesdits conducteurs de chaque élément.
peuvent être ceux des anodes ou des cathodes des différents éléments, ou bien on peut con duire à la fois vers l'extérieur les conducteurs des anodes et les cathodes.
Les fig. 9, 10 et 11 montrent un dispo sitif dans lequel la cathode est constituée par plusieurs plaques 24 qui, d'après ces figures, sont sensiblement parallèles entre elles et sépa rées les unes des autres. Les plaques 24 sont connectées électriquement les unes aux autres pour former ladite cathode, tandis que les fils métalliques 26 traversant les ouvertures alignées 22, prévues dans lesdites plaques, sont connectées entre eux pour former l'anode. Les caractéristiques électriques de ce dispo sitif sont très similaires à celles d'un dispo sitif usuel avec une cathode cylindrique dont le diamètre est égal à celui des ouvertures des plaques et dont, le remplissage de gaz est le même.
Nais, au point de vue de l'effica cité, le dispositif selon les fig. 9-11 constitue un perfectionnement important par rapport au dispositif usuel, ainsi qu'il ressort de la des cription ci-après en regard de la fig. <B>10.</B>
Ainsi qu'il a été spécifié précédemment, la probabilité d'ionisation du remplissage de gaz par un rayon gamma est. extrêmement faible. Pour qu'un rayon gamma déclenche le fonctionnement du dispositif, il est pratique ment toujours nécessaire que le rayon gamma réagisse avec la matière de la cathode pour émettre un électron. La probabilité d'une telle réaction. augmente avec l'augmentation de l'épaisseur de la paroi de la cathode, mais, étant donné la faible distance parcourue par les électrons émis dans la matière cathodique du dispositif, on est limité à. -une épaisseur de cathode d'un ordre inférieur à. 1 mm.
Or, d'après la. fig. 10, on voit qu'il est favorable que les rayons gamma 28 traversent -une grande quantité de matière cathodique et qu'il en résulte une grande probabilité de réaction en même temps qu'il est très probable que les électrons émis 30 n'aient pas à parcourir une trop grande distance dans la cathode 24 pour en sortir. Grâce à ce fait, assurant un grand trajet pour le rayon gamma pour un court trajet de l'électron émis, on voit que chaque fil d'anode traversant une série d'ouvertures apparaît au point de vue de l'efficacité comme agissant à la manière d'un dispositif usuel, dont le diamètre est égal à un mul tiple du diamètre des ouvertures.
Il a été trouvé que l'efficacité d'un dispo sitif à plaques multiples peut être augmentée, si on prévoit une couche photosensible sur les plaques de cathode. Un rayon gamma, sup posé pénétrant dans une des plaques, peut provoquer l'émission d'un électron primaire dans une direction telle que cet électron puisse pénétrer dans la plaque de cathode adjacente et s'arrêter sans produire une ionisation du gaz à l'intérieur du dispositif. Mais lorsque cet électron primaire vient frapper une sur face photosensible, il produit plusieurs élec trons secondaires et il est alors très possible que l'un de ces électrons assure l'ionisation pour déclencher le fonctionnement dit dispo sitif.
Pour certaines applications telles que le soudage de puits, il peut être souhaitable de détecter des radiations qui, en soi, sont géné ralement non ionisantes, par exemple des neu trons lents. Le dispositif décrit peut être ap pliqué à. cet effet en revêtant la cathode mé tallique avec une matière convenable telle qu'un composé de lithium ou de bore. Il y a également lieu d'insister sur le fait que, si la cathode d'un dispositif usuel est ainsi revêtue, il peut en résulter de sérieuses difficultés de fonctionnement, en particulier si le revête ment est non conducteur ou s'il n'est pas lisse.
Dans le cas du compteur décrit en regard des fig. 9-11, le champ actif est limité à une zone très petite autour des ouvertures, de sorte que toute matière ou tout revêtement se trouvant .en dehors de cette zone n'affecte pas le fonctionnement. Si on le désire, ces dis positifs peuvent être actionnés avec une ten sion quelque peu inférieure à la tension d'en trée normale, et ils répondent alors d'une ma nière proportionnelle à l'ionisation produite par la particule traversant la zone sensible. Ceci permet la détection, par exemple de particules alpha projetées par la .désintégra tion produite par les neutrons XX lents, même en présence d'un arrière-fond impor tant de rayons gamma,
étant donné qu'une particule alpha entraîne une ionisation très supérieure à celle des particules bêta pro duites par les rayons gamma.
Le dispositif suivant la fig. 12 comprend, similairement au dispositif représenté à la fig. 9, plusieurs plaques 32 pourvues de trous 34. Toutefois, dans ce cas, la cathode est formée par des tubes métalliques 36 disposés dans ces trous et reliés ensemble électriquement par lesdites plaques. Dans chacun de ces tubes est disposé un des fils métalliques constituant l'anode.
Dans le dispositif suivant la fig. 13, plu sieurs plaques métalliques minces 116 for mant la cathode sont prévues sous la forme de cônes, et ces cônes sont emboîtés les uns dans les mitres de telle sorte que leurs sur faces soient parallèles entre elles, tout en étant séparées par un intervalle 118. La fig. 13 ne montre que deux plaques coniques pour simplifier le dessin, mais il est bien entendu que l'on petit prévoir -Lui nombre quelconque de ces plaques qui sont connectées électrique ment entre elles de la manière indiquée en 120 pour former la cathode du dispositif.
Les plaques peuvent être portées par des lan guettes 122, et chacun des éléments coniques présente plusieurs ouvertures 124, les ouver tures de toutes les plaques étant alignées de telle manière qu'elles permettent le passage d'un fil métallique 126 dans chaque série alignée d'ouvertures. Les fils 126 sont mainte nus d'une manière convenable quelconque et ils sont connectés ensemble électriquement en 128 pour former l'anode du dispositif. Il. est préférable que e$aque ouverture 124 soit. de forme elliptique, vue dans un sens perpendi- eula.ire à la surface du cône, de façon que le fil 126 traversant une série d'ouvertures soit équlidistant des bords des plaques.
Il est fa cile de voir que, grâce à la forme conique des plaques formant cathode, il est difficile sinon impossible qu'un rayon gamma pénètre dans ou traverse le dispositif sans pénétrer dans au moins une des plaques et, étant donné que ces plaques sont faites d'une matière mince, un électron libéré à l'intérieur de la plaque est facilement projeté de faon à ioniser le gaz et à. déclencher le fonctionnement, ou la décharge du dispositif. Les éléments 116 peuvent être intégralement coniques ou, si on le désire, les sommets peuvent être supprimés, les éléments recevant alors une forme tron conique.
Les fi-. 14 et 15 montrent une autre forme d'exécution dans laquelle la cathode est com posée de plusieurs disques 130 emboîtés, espa cés et portés par des languettes convenables 13\?. Ainsi que le montre peut-être plus claire ment la fig. 15, chacune des plaques forme des ondulations annulaires, dont les sommets se trouvent au même niveau comme l'indique le trait en pointillé 1.34, tandis que les creux ou fonds se trouvent également au même niveau comme l'indique le trait en pointillé 136.
Dans chacun de ces disques 1330 sont prati quées plusieurs ouvertures 138 et les ouver tures des différents disques sont alignées de telle raeon qu'un fil métallique 140 puisse pas ser par le centre d'une série ou d'un groupe d'ouverture. Les disques 130 sont. connectés électriquement entre eux par les languettes 132 pour former la cathode, tandis que les fils 1-10 sont également connectés ensemble pour former l'anode du dispositif. Il est Pré férable que les plaques 130 soient. disposées de telle manière que le creux des ondulations soit placé plus bas que le sommet des ondula tions de la plaque au-dessous et. ainsi que le montre la fig. 1.5.
Il est alors pratiquement impossible à un rayon gamma 142 de traverser la file (le plaques sans pénétrer au moins dans une ou plusieurs de ces plaques. Ainsi qu'il a été expliqué en regard de la fig. 13, les dis ques 130 sont suffisamment. minces pour per mettre la projection d'électrons dans le gaz environnant, et ils sont suffisamment nom breux pour présenter une quantité de métal convenablement importante sur le trajet des rayons gamma.
Les fig. 16 et 1.7 montrent une forme d'exécution dans laquelle les plaques formant cathode sont constituées par des anneaux cir culaires 1-1.1, munis chacun d'ondulations an nulaires telles que les montre la fig. 17, les plaques étant disposées de telle manière qu'un rayon gamma ne puisse traverser la file de plaques sans pénétrer dans au moins une ou plusieurs de ces plaques. Dans chacun des an neaux circulaires sont pratiquées plusieurs ouvertures 1.16, disposées en alignement de façon que les fils 148 puissent passer par les centres de chaque série ou chaque groupe d'ouvertures.
Ces fils sont connectés ensemble en 150 pour former l'anode du dispositif, tandis que les plaques formant cathode sont. reliées entre elles à l'aide de boulons ou de tiges 152, par exemple, pour former la cathode du dispositif, Grâce au fait. que les plaques ou anneaux sont de conformation ondulée, les élé ments métalliques minces sont renforcés, et ainsi qu'il a été spécifié précédemment., cette disposition oblige un rayon gamma traver sant l'appareil de pénétrer dans un ou plu sieurs des anneaux.
La forme d'exécution selon les fig. 16 et 17 se prête notamment à certaines applica tions clans lesquelles il est désirable de pou voir accéder à la partie intérieure du dispo sitif. Par exemple, L'enveloppe contenant le dispositif que montre la. fig. 16 peut avoir une forme annulaire présentant une ouver ture centrale traversant l'ensemble de la file de plaques. C n échantillon de matière radio active solide peut. être logé dans cette ouver ture ou un fluide peut traverser l'ouverture centrale, le dispositif servant à détecter la radiation émise par ledit échantillon, respee- tiveiuent le fluide.
La, fig. 18 représente une forme d'exécution dont la construction est similaire à celle que montre la fin. 12, sauf que les tubes 274 for mant. cathode sont fait d'une toile métallique très fine; ils sont insérés comme précédem ment dans des ouvertures pratiquées dans les plaques \?76. Il a été trouvé qu'une toile mé tallique de elivre ayant 60 à. 100 mailles par pouce carré de surface est très satisfaisante, quoique l'on puisse également utiliser d'autres dimensions et d'autres matières. Si on le dé sire, le diamètre des tubes 274 peut être tel que ces tubes s'ajustent exactement dans les ouvertures.
Mais il se peut qu'il soit préfé rable d'employer des tubes ou cylindres en toile métallique avant un diamètre un peu inférieur et clé les monter de façon qu'ils soient bien centrés dans les ouvertures des plaques. Bien entendu, les tubes 274 et. les plaques 276 sont connectées électriquement entre eux pour former la cathode. Un fil d'anode 278 est disposé suivant l'axe longitu dinal de chaque tube 274, et l'ensemble du dis positif est monté à l'intérieur d'une enveloppe convenable non représentée.
Dans toutes les formes d'exécution de l'in- v ention que montrent les fig. 5 à 18, l'enve loppe extérieure a été supposée enlevée pour plus de clarté. Il est bien entendu que les éléments formant la cathode et l'anode peu vent être logés à l'intérieur d'une enveloppe ou empoule convenable en métal ou en verre, telle que le montre la fig. 1, cette enveloppe étant remplie d'un gaz convenable ionisable tel que l'argon ou un mélange d'argon et d'éther de pétrole, de préférence sous une faible pression.