Détecteur de rayonnements. L'invention est relative à la détection et à la mesure de rayonnements pénétrants; et elle concerne, plus spécialement, les détecteurs du type Geiger-Müller pour mesurer l'inten sité de rayonnements gamma.
Elle a pour objet un détecteur de rayonne ments comprenant plusieurs plaques cathodi ques écartées, disposées- parallèlement et dont les surfaces sont égales, chaque plaque étant percée d'au moins un trou, les trous étant ali gnés par groupe et chaque groupe étant tra versé par un fil anodique isolé desdites pla ques.
L'invention est basée sur le fait qu'on a découvert qu'il existait une relation bien dé finie entre certains éléments du détecteur, cette relation permettant de déterminer le nombre optimum de fils anodiques et, par con séquent, le nombre de trous à ménager dans chaque plaque.
Le détecteur selon l'invention est en effet caractérisé en ce que le nombre des trous dans chacune desdites plaques est égal à la valeur
EMI0001.0007
dans laquelle A est la surface d'une desdites plaques, S étant l'écartement entre deux pla ques adjacentes et K étant. un coefficient com pris entre 4 et 8.
Dans une forme d'exécution particulière de l'objet de l'invention, on prévoit des moyens permettant de limiter le déplacement de la gaine d'ions qui, à chaque comptage, se forme le long de l'anode, à des portions de longueur réduite de l'anode, ce qui rend le détecteur sensible pour une plus grande pé riode de temps et lui permet de fonctionner à des vitesses de comptage relativement éle- véés.
Le dessin ci-annexé montre, à titre d'exem ple, quelques formes de réalisation de l'objet de l'invention.
La fig. 1 montre, en perspective, un ensem ble de plaques d'une première forme d'exécu tion comprenant quatre fils anodiques.
La fig. 2 montre, en perspective coupée, un-détecteur dont les plaques cathodiques for ment des groupes de trois plaques.
La fig. 3 représente. une plaque cathodique annulaire.
L'ensemble de plaques représenté à la fig. 1 comprend des plaques 11, dans lesquelles sont ménagés des trous 12 pour le passage des fils anodiques 13. Ces plaques sont logées gé néralement dans une enveloppe en verre (non montrée). L'enveloppe contient un gaz ou un mélange gazeux approprié, tel qu'un mélange d'argon et d'alcool à une pression appropriée, de l'ordre de 12,5 à 50 mm de mercure. Le : ou les fils anodiques sont maintenus à un po tentiel positif par rapport aux plaques et une résistance R est introduite dans le circuit.
Normalement, la différence de potentiel entre l'ensemble anodique et les plaques cathodiques est à peu près suffisante pour qu'une décharge puisse avoir lieu, mais elle n'est pas assez élevée pour que cette décharge puisse se faire. Si une particule, capable d'ioniser le gaz con tenu dans l'enveloppe, traverse le compteur, une décharge a lieu avec la production d'un courant de l'ordre de quelques micro-ampères.
Il en résulte une chute de tension dans la résis tance R et la décharge cesse après une période de temps relativement courte. En amplifiant convenablement la chute brusque de tension dans la résistance R, de la manière bien con nue, un compteur mécanique ou tout autre dispositif capable d'enregistrer la décharge du détecteur peut être actionné.
A cause de ).'ionisation du compteur, qui lors de la dé charge provoque la formation d'une gaine autour du fil anodique, avec une tendance de la gaine d'ions à se déplacer le long du fil, le détecteur peut être rendu insensible pen dant un temps appréciable, de sorte que, pen dant cette période, le comptage est rendu im possible. Le déplacement non. limité de cette gaine d'ions donne lieu à une perte de rende ment.
A cause de l'ionisation importante, par unité de longueur du trajet suivi par le rayon nement, par exemple celui de rayons cosmi ques ou bêta, même pour une densité relative ment faible du gaz dans le compteur, on ob tient un rendement, pour ces rayons, très voi sin de 100 /o dans -un compteur usuel. Toute fois, la probabilité qu'un rayon gamma puisse donner lieu à une ionisation dans le gaz est notablement moindre et, en pratique,
tous les comptages dus au passage de rayons gamma résultent d'électrons éjectés par la cathode à plaques par suite de l'interaction. du rayon gamma avec les atomes de la matière catho dique.
La probabilité qu'une telle interaction ait lieu croit quand l'épaisseur de la paroi de la cathode augmente car, puisque la partie de la matière cathodique recevant de l'énergie des rayons gamma est limitée, on gagne peu en donnant à l'épaisseur de la ou des plaques une valeur plus grande que celle correspon dant au double de la dimension moyenne des particules. .
Pour les détecteurs du type à plaques, tel que celui montré sur la fig. 1, on a trouvé que l'intensité du champ électrique, c'est-à-dire le champ électrique obtenu par la différence de potentiel entre le ou les fils anodiques et les ; plaques cathodiques qui les entourent, est.
relativement réduite ou friable d'ans les inter valles existant entre les plaques cathodiques et écartées da ou des fils anodiques, à < proxi mité de la paroi de l'enveloppe du détecteur. ; Cette répartition du champ est indésirable, car un comptage plus efficace peut être obtenu par une répartition phis régulière du champ dans tout le volume du compteur.
S'il existe des régions dans lesquelles l'intensité du g champ n'est pas suffisamment grande, comme au voisinage de la. paroi du détecteur, les électrons éjectés peuvent ne pas atteindre les fils anodique et ne peuvent donc pas déclen cher un signal ou une impulsion. Par contre, ils peuvent se répandre ou circuler inutile ment et peuvent donc être perdus ou appa- raitre phis tard à un mauvais moment en étant ainsi la cause d'un comptage défectueux.
Tout ce qui précède et, en plais, les carac- téristiques géométriques du détecteur, les ma tières servant à sa constitution et le genre de rayonnement à détecter servent. à déterminer le rendement du détecteur qui peut être défini comme étant la mesure du nombre de comp tages par unité de volume du détecteur dans un champ donné de rayons gamma.
En reprenant la question de la répartition du champ électrique, il est évident qu'avec -une cathode constituée par des plaques ayant un diamètre relativement grand, l'usage d'un seul fil anodique suivant l'axe de l'ensemble des plaques donne lieu à un champ intense autour dudit axe et à un champ faible autour de chacune des plaques et à proximité de son contour.
Avec une petite plaque cathodique, comme celle .ayant -Lin diamètre de 28,5 mm et un trou anodique dont le. diamètre est d'envi ron 12,5 mm, l'irrégularité du champ n'est pas aussi évidente. Par contre, avec des plaques cathodiques plus grandes, dont le diamètre est de l'ordre de 75 et 100 mm, la région à champ faible -est importante. Pour éviter cette mau vaise distribution, on ménage dans les plaques cathodiques plusieurs trous placés en aligne- ment et on loge les fils anodiques dans ces trous.
On obtient ainsi plusieurs régions à champ intense, et la répartition totale du champ est rendue pl-Lis -uniforme, de sorte que les électrons, projetés n'importe comment dans le détecteur, atteignent une anode et déclen chent un signal ou une impulsion. Alors qu'on pourrait croire que l'on peut augmen ter le nombre de fils anodiques à l'infini pour rendre le champ plus uniforme, on constate qu'en procédant ainsi on diminue l'étendue des plaques et on réduit, en conséquence, ale rendement du détecteur. On a trouvé qu'il existe une relation opti mum entre le nombre de fils anodiques et la.
surface de la plaque et pour laquelle on ob tient une intensité et -une répartition conve nables du champ ainsi qu'une valeur voulue pour l'étendue de ladite plaque, Cette relation tient compte de l'écartement S (fig. 1) entre les plaques; de la surface A (fig. 1) des plaques et d'un coefficient d'expé rience K.
Si l'on considère -une plaque 14, comme celle de la fig. 3 qui a un trou 15 ayant un diamètre de 12,5 mm, alors que la plaque a un diamètre extérieur de 28,5 mm, on. a trouvé que K a une valeur comprise entre 4 et 8, de préférence nue valeur d'environ 6.
Cette valeur de K est basée sur Lin écartement entre les plaques compris entre environ 3,2 mm et 6,4 mm, de préférence d'environ 4,8 mm; alors que le trou, ménagé dans: la plaque polir le passage du fil anodique, a un diamètre égal à au moins le double de la valeur de S et, de préférence, égal à -une valeur comprise entre trois ou quatre fois la valeur de S. Bien que ce ne soit pas un facteur entrant en con sidération, le diamètre du fil anodique est généralement compris entre 0,025 et 0,25 mm.
En se servant des facteurs indiqués plus haut, le nombre optimum n des trous répartis en substance uniformément dans une plaque cathodique peut être déterminé par la formule suivante:
EMI0003.0030
En appliquant la formule (1) à un - dé tecteur présentant les caractères suivants: plaques anodiques circulaires de diamètre 1,125", .
espacement entre plaques,: 3/16", g = 6, on obtient
EMI0003.0040
Quand le diamètre est 2"
EMI0003.0041
Le tableau ci-dessous donne encore quel- ques valeurs correspondant à des diamètres plus grands.
EMI0003.0044
Diamètre <SEP> de <SEP> Surface
<tb> la <SEP> plaque <SEP> <I>It</I> <SEP> approximative <SEP> <I>A</I> <SEP> en
<tb> pouces <SEP> carrés
<tb> 2" <SEP> 3 <SEP> 3,1
<tb> 2,5" <SEP> 5 <SEP> 4,9
<tb> 3" <SEP> 7 <SEP> 7,1
<tb> 4" <SEP> 13 <SEP> 12,6 On. voit qu'il existe une certaine corres pondance numérique entre le nombre de trous et la surface de la plaque exprimée en pouces.
Pour des détecteurs du type Geiger- 1VIÜller, l'ionisation se fait principalement dans une gaine qui longe le fil anodique et, quand elle est déclenchée, elle s'étend le long de ce 'fil.
Quand le fil a une longueur appré ciable, il est désirable de limiter l'amplitude du déplacement de la gaine d'ions, car celle-ci rend le détecteur insensible. Cette limitation est surtout désirable quand on veut faire fonc tionner le détecteur à des vitesses de comp tage élevées.
La manière dont on limite le déplacement de la gaine d'ions peut être expliquée en se référant à la fig. 2 qui montre un détecteur avec une enveloppe 21 en une matière appro- priée, une série de plaques cathodiques 22, une série de plaques conductrices 23 écartées les unes des autres tout en ayant une épais seur importante, c'est-à-dire de l'ordre de deux ou trois fois l'épaisseur des plaques cathodi ques.
Les plaques 23 sont établies entre des groupes de plaques cathodiqués 22 en étant sensiblement parallèles, à celles-ci tout en ayant un diamètre un peu plus petit, comme montré. Un, fil anodique 24 est logé dans les trous alignés 25 des plaques 22 et dans des trous 26 de la plaque 23, ces trous 26 ayant un diamètre notablement moindre que celui des trous 25. Une tige de connexion 27 traver sant des trous alignés des plaques 22 est reliée aux plaques 23.
Le détecteur est rempli avec du gaz, à une pression réduite, comme expliqué plus haut.
Pour un détecteur ainsi constitué, le dé placement des ions le long du fil anodique est .arrêté par une variation dans l'intensité du champ électrique formé dans le gaz entou rant le fil, cette variation étant telle que l'intensité du champ, à proximité des plaques 23, est moindre que celle qui provoque une ionisation progressive. Si l'on suppose que le fil anodique 24 est au potentiel de fonctionne ment El du détecteur et que les plaques ca thodiques 22 sont à leur potentiel normal,
les plaques 23 sont à une tension E2 telle que la différence de potentiel entre le fil anodique 24 et chacune des plaques 23 forme un champ électrique dans les trous 26 dont l'intensité n'aide pas à l'ionisation 1e long du fil anodi que et- intervient pour empêcher le mouvement de 9a gaine d'ions. On peut donc admettre que les sections 31, 32 et 33 du détecteur sont séparées les unes des autres en ce qui con cerne le déplacement des ions 1e long du fil anodique. .
Il est évident que le détecteur peut être subdivisé .en autant de sections qu'on le désire en intercalant un nombre suffisant de plaques 23 entre les plaques cathodiques 22.
La tige, 27 qui relie les plaques 23 a des dimensions telles qu'elle ne crée pas un champ électrique intense entre elle et chacune des plaques .cathodiques 22. Toutes les plaques peuvent être maintenues en place par des iso lateurs appropriés non montrés.
La fig. 2 montre un détecteur avec lin seul fil anodique, mais il est évident que le dispositif qui agit sur le mouvement des ions peut être appliqué tout aussi bien à des dé tecteurs à plusieurs anodes, comme celui de la fig. 1.
Il résulte de ce qui précède qu'il est pos sible d'obtenir un compromis optimum entre les dimensions des plaques et la répartition du champ dans les détecteurs du type à pla ques. Avec la disposition additionnelle par laquelle on limite le mouvement de la gaine d'ions le long des fils anodiques, on peut. rapprocher davantage la sensibilité et le rende ment du compteur d'un maximum désiré.