La présente invention concerne le domaine des détecteurs de particules ou de rayonnements ionisants, et en particulier des détecteurs de neutrons, de rayons γ ou X.

La figure 1 représente schématiquement la structure classique d'une cellule 2 sensible à un rayonnement ionisant, utilisant le même principe de détection que l'invention. Cette cellule comporte un tube conducteur 4 rempli d'un mélange gazeux, scellé à ses extrémités par des bouchons isolants 6. Un fil conducteur 8 dont les extrémités traversent de manière étanche les bouchons 6 est maintenu tendu au centre du tube 4 par un ressort 10 situé à l'intérieur du tube. Un potentiel électrique positif appliqué au fil 8 par le moyen d'un circuit de mesure 12 permet de définir à l'intérieur du tube un champ électrique qui est propice à la dérive et à l'amplification d'électrons générés au passage du rayonnement ionisant qui frappe le tube dans une direction sensiblement orthogonale à l'axe de ce tube. On utilise un fil résistif dans un cas où l'on souhaite réaliser une mesure de position le long du tube par division de charge. Le circuit de mesure comprend alors une électronique de lecture permettant une mesure d'amplitude de signal de charge à chaque extrémité du fil. Un autre mode de fonctionnement, dit "de comptage", utilise une électronique basée sur la comparaison, par rapport à une tension de référence, du signal mesuré à une seule extrémité du fil. Le mélange gazeux contenu dans le tube est prévu pour être ionisé par les particules que l'on veut détecter, soit directement, soit après conversion en particules ionisantes. Par exemple, on utilise dans le cas de la détection de neutrons un mélange CF4 et He₃ dans lequel l'He₃ joue le rôle de convertisseur, et le CF4 celui de gaz d'arrêt des deux particules ionisantes (proton et triton) émises après capture d'un neutron par un atome d'He₃.

Les dimensions du tube 4 et la pression à laquelle est emprisonné le mélange gazeux sont très variables. A titre d'exemple, le tube 4 peut avoir une longueur d'environ un mètre, un diamètre d'environ 8 mm et une épaisseur d'environ 0.2 mm et le mélange gazeux peut être emprisonné dans le tube à une pression d'environ 15 bars. La réalisation d'une telle cellule, qui implique une soudure parfaitement étanche des bouchons 6 sous une haute pression, après positionnement du fil, est particulièrement coûteuse. Il est possible de prévoir des moyens de remplissage individuels pour chaque cellule, mais cela crée un encombrement mécanique supplémentaire peu souhaitable.

La distance δ existant entre la paroi interne du tube 4 et le ressort 10 conditionne la tension électrique maximale ou tension de claquage pouvant être appliquée entre les électrodes et le tube. Plus le diamètre du ressort 10 est important par rapport au diamètre du tube 4, plus la tension de claquage, à laquelle des arcs électriques se forment entre le ressort et la paroi du tube, est faible. En outre, l'uniformité de réponse de la cellule est affectée par l'imprécision de centrage du fil à l'intérieur du tube, et un tel centrage du fil est difficile à réaliser au moyen du ressort 10. En pratique, la présence du ressort 10 dans le tube et la difficulté de centrage du fil 8 au moyen du ressort 10 limitent le gain d'amplification maximum avec lequel peut fonctionner le détecteur, ce qui a des conséquences directes sur les performances du détecteur (résolution en énergie et en position).

Un détecteur de rayonnements ionisants est classiquement formé de plusieurs cellules 2 dont les tubes sont juxtaposés et forment une surface sensible. Le fonctionnement d'une cellule dépend de la qualité et de la pression du mélange gazeux qu'elle contient. Or, il est délicat de fabriquer plusieurs cellules sensibles comprenant un même mélange gazeux stable à long terme et identique pour toutes les cellules. Il en découle qu'aucune cellule sensible n'a réellement un fonctionnement identique aux autres.

L'assemblage de plusieurs cellules requiert une mécanique précise. En outre, lorsque plusieurs cellules sensibles doivent être utilisées ensemble avec un minimum d'espace entre les tubes, il est difficile d'assurer la continuité du blindage électromagnétique entre l'enveloppe du tube et le circuit de mesure 12 sans dépasser le diamètre extérieur du tube, ce qui a pour effet de créer des espaces morts entre les cellules, d'où une perte de sensibilité de l'ensemble. Cette contrainte, et celles imposées par le ressort intérieur 10, limitent le diamètre minimum des tubes à environ 7-8 mm. En outre également, une cellule sensible peut s'user et devoir être changée, par exemple si le mélange gazeux qu'elle contient a été dégradé sous l'influence de rayonnements reçus. Notamment, il est connu qu'un mélange gazeux de butane et d'argon contenu dans les cellules sensibles utilisées pour la détection de rayons X peut former des polymères autour des fils sous l'effet des radiations et dégrader le fonctionnement de la cellule sensible. Le remplacement d'une cellule est coûteux.

Le document US 3 930 162 A décrit un détecteur de rayonnement ionisant selon le préambule de la revendication 1.

Un objet de la présente invention est de prévoir un assemblage simple et peu coûteux à réaliser de cellules sensibles à des rayonnements ionisants.

Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel assemblage qui soit peu coûteux à entretenir.

Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel assemblage composé de cellules sensibles ayant un fonctionnement homogène.

Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel assemblage comportant des cellules sensibles tubulaires de faible diamètre supportant un gain d'amplification élevé.

Pour atteindre cet objet, la présente invention prévoit un détecteur de rayonnements ionisants comprenant une pluralité de tubes conducteurs disposés parallèlement contenant un mélange gazeux sous pression, un fil conducteur étant tendu au centre de chaque tube et propre à être polarisé par rapport à celui-ci, et comprenant des première et seconde enceintes étanches ayant chacune une paroi munie d'ouvertures dans lesquelles sont insérées de manière étanche les première et seconde extrémités de chaque tube, les extrémités de chaque tube étant ouvertes.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, un moyen de centrage non étanche du fil conducteur est monté à chaque extrémité de chaque tube.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, le fil est maintenu tendu à au moins une extrémité de chaque tube à l'aide d'un moyen de tension disposé à l'extérieur du tube.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, à ladite au moins une extrémité de chaque tube, le moyen de centrage comprend un capuchon en matière isolante fixé au tube et muni d'un alésage axial propre à guider le fil.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, le capuchon en matière isolante est traversé le long de l'axe de révolution du tube par une première ouverture cylindrique dans laquelle est montée coulissante une cosse emprisonnant l'extrémité du fil, le moyen de tension prenant appui sur le capuchon en matière isolante et sollicitant la cosse vers l'extérieur du tube, une deuxième ouverture traversant le capuchon en matière isolante entre l'intérieur du tube et de l'enceinte étanche à laquelle le tube est fixé.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, les extrémités des tubes ont un diamètre prédéterminé inférieur au diamètre du corps des tubes, les ouvertures des parois dans lesquelles sont insérées les extrémités de deux tubes adjacents étant distantes d'un espace égal à la différence existant entre le diamètre de l'extrémité des tubes et le diamètre du corps des tubes.

La présente invention vise également un procédé de fabrication d'un détecteur de rayonnements ionisants comprenant les étapes consistant à : insérer les première et seconde extrémités d'une pluralité de tubes conducteurs dans des ouvertures pratiquées dans une paroi d'une première et d'une seconde enceintes étanches de manière que les tubes soient disposés parallèlement ; fixer simultanément ou l'une après l'autre par soudure chaque extrémité de chaque tube dans l'ouverture dans laquelle ladite extrémité est insérée, de telle manière que l'intérieur des tubes et l'intérieur des enceintes étanches soient reliés de manière étanche ; et remplir les enceintes étanches et les tubes d'un mélange gazeux prédéterminé à une pression prédéterminée.

Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :

• la figure 1, précédemment décrite, est une vue en coupe schématique d'une cellule sensible aux rayonnements ionisants classique ;
• la figure 2 est une vue en coupe schématique d'un détecteur de rayonnements ionisants selon la présente invention ;
• la figure 3 est une vue en coupe plus détaillée d'une extrémité d'une cellule sensible selon la présente invention ;
• la figure 4 représente schématiquement une vue en coupe transversale du détecteur selon la présente invention prise selon le plan A-A de la figure 2 ;
• les figures 5 et 6 représentent schématiquement des vues en coupe transversale de deux variantes de réalisation de la présente invention ;
• la figure 7 est une vue en coupe schématique d'un détecteur de rayonnements ionisants selon une variante de réalisation de la présente invention ; et
• la figure 8 est une vue en coupe schématique d'une cellule sensible selon une variante de la présente invention.

La figure 2 représente schématiquement un détecteur 14 selon la présente invention, comportant une surface sensible formée d'une juxtaposition de cellules sensibles tubulaires 16. Chaque cellule sensible 16 comprend un tube conducteur 18 dont une première extrémité traverse une paroi métallique 19 d'une enceinte étanche 20 et dont la seconde extrémité traverse une paroi 21 d'une enceinte étanche 22. Les extrémités des tubes 18 sont soudées aux parois 19 et 21 des enceintes 20 et 22 de telle manière que l'ensemble des tubes 18 et des enceintes 20 et 22 peut être rempli d'un mélange gazeux sous pression. Les extrémités des tubes 18 ont un diamètre inférieur au diamètre du corps des tubes. Les ouvertures des parois 19 et 21 dans lesquelles sont insérées les extrémités de deux tubes adjacents sont distantes d'un espace égal à la différence existant entre le diamètre de l'extrémité des tubes et le diamètre du corps des tubes. Cet espace entre deux ouvertures adjacentes permet de réaliser facilement le soudage des extrémités des tubes aux parois 19 et 21. Les enceintes 20 et 22, réalisées en un matériau conducteur, sont solidarisées par des barres de renforcement 24 qui assurent la rigidité de l'ensemble sans faire écran au rayonnement incident sur les tubes. Chaque cellule sensible 16 comprend un fil conducteur 26, résistif dans le cas d'une version à localisation longitudinale, maintenu tendu au centre du tube 18 par des capuchons 28 et 29 respectivement disposés aux extrémités du tube 18 dans les enceintes 20 et 22. Les capuchons 28 et 29 sont en outre prévus pour assurer la communication entre les enceintes 20 et 22 et les tubes 18. L'une au moins des enceintes 20 et 22 est reliée à des moyens non représentés permettant de faire le vide et d'amener le mélange gazeux à la pression voulue. Les extrémités des fils conducteurs 26 sont reliées à des traversées électriques étanches 30 disposées dans les parois des enceintes 20 et 22. Ces traversées sont reliées à un circuit de mesure 12 par l'intermédiaire de connecteurs appropriés.

Selon la présente invention, la fabrication du détecteur est particulièrement simple. Lors d'une première étape, les tubes 18 peuvent être assemblés sans soudage aux parois 19 et 21, par exemple par simple insertion dans des ouvertures pratiquées à cet effet dans ces parois. Lors d'une deuxième étape, les tubes peuvent être tous soudés aux parois 19 et 21 l'un après l'autre ou bien en une seule fois dans un four. Une variante de la présente invention prévoit également de souder entre eux les tubes adjacents, de manière à rigidifier l'assemblage des tubes. Le soudage simultané de tous les tubes d'un détecteur selon la présente invention représente un gain de temps et une économie particulièrement avantageux. Lors d'une troisième étape, les parois 19 et 21 sont assemblées à d'autres éléments pour définir les enceintes 20 et 22. L'intérieur de l'ensemble est dégazé puis le mélange gazeux souhaité est introduit dans les enceintes 20 et 22 et dans les tubes 18.

De manière avantageuse, le mélange gazeux contenu dans un détecteur selon la présente invention peut facilement être changé. Un même détecteur rempli de différents mélanges gazeux peut ainsi être utilisé pour la détection de plusieurs types de rayonnements ionisants.

De manière avantageuse également, une paroi de chaque enceinte est amovible de façon à permettre un accès facile aux fils des cellules sensibles, et par là un remplacement facile et peu coûteux d'un fil défectueux ou endommagé.

De manière avantageuse, un ensemble de tubes selon la présente invention constitue un bloc mécanique unique, ce qui supprime les problèmes d'assemblage qui se posaient avec les tubes individuels selon l'art antérieur.

La figure 3 représente une extrémité d'un tube 18 fixée à une ouverture de la paroi 19. Le fil 26 est maintenu tendu au centre du tube 18 par un capuchon en matière isolante 28 fixé à l'extrémité du tube 18. Le capuchon 28 est traversé le long de l'axe de révolution du tube par une ouverture cylindrique 34 dans laquelle est montée coulissante une cosse de sertissage 36. L'extrémité du fil 26 est sertie dans la cosse 36. Un ressort 38 prend appui sur le capuchon 28 et sollicite la cosse 36 vers l'extérieur du tube de manière à maintenir le fil 26 tendu au centre du tube. Une ouverture 40 traverse le capuchon 28 de manière à faire communiquer le mélange gazeux contenu dans le tube et dans l'enceinte 20 ou 22. Le capuchon 29 fixé à l'extrémité du tube 18 fixée à la paroi 21 présente une structure identique à celle de la figure 3, mais ne comporte aucun ressort 38. La cosse 36 prend appui directement sur le capuchon 29.

La structure de centrage et de maintien en tension du fil 26, comprenant les capuchons 28 et 29, les cosses 36 et le ressort 38, ne vise à assurer aucune étanchéité du tube 18. Il en découle que la réalisation d'une telle structure est particulièrement simple et permet de maintenir chaque fil 26 tendu précisément au centre des extrémités du tube 18 de chaque cellule sensible. Il est ainsi possible de réaliser des cellules sensibles formées de tubes 18 de faible diamètre et ayant un gain d'amplification élevé. La structure comprenant les capuchons 28 et 29, les cosses 36 et le ressort 38 permettant de réaliser des cellules sensibles ayant toutes la même géométrie, et les cellules sensibles contenant tous un même mélange gazeux à une même pression, les cellules sensibles présentent un gain d'amplification élevé et parfaitement uniforme.

La figure 4 représente de manière très schématique une vue de dessus en coupe des tubes 18 du détecteur 14 de la figure 2. Les tubes 18, jointifs, sont disposés dans un plan de manière que la surface sensible du détecteur soit plane. En pratique, un détecteur selon la présente invention pourra comporter un grand nombre de tubes.

Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme du métier. En particulier, on a décrit l'invention en relation avec un détecteur dont la surface sensible est composée de cellules sensibles disposées selon un plan, mais l'homme du métier adaptera sans difficulté la présente invention à un détecteur dont les cellules sensibles sont disposées autrement.

La figure 5 représente à titre d'exemple une vue de dessus en coupe des tubes 18 d'un détecteur selon une variante de réalisation de la présente invention. Les tubes 18 sont disposés parallèlement, de manière non jointive, en quinconce selon deux plans parallèles. Un tel arrangement des tubes permet notamment d'améliorer l'efficacité de détection. Les tubes 18 n'étant pas jointifs, le diamètre des tubes 18 peut être constant sur toute leur longueur.

La figure 6 représente une vue en coupe de tubes 18 d'un détecteur selon une autre variante de réalisation de la présente invention. Les tubes 18 sont jointifs et disposés de manière à former une surface sensiblement courbe, par exemple suivant un arc de cercle.

La présente invention a été décrite en relation avec un détecteur comportant un groupe de tubes dont les première et seconde extrémités sont reliées à des première et seconde enceintes étanches, les enceintes étanches comportant chacune au moins une traversée électrique étanche 30.

La figure 7 est une vue en coupe d'une enceinte étanche 50 d'un détecteur selon une variante de réalisation de la présente invention. Le détecteur comporte un groupe de tubes 18 dont des premières extrémités sont reliées à une paroi 48 de l'enceinte 50. Les secondes extrémités des tubes 18, non représentées, sont fixées à la paroi d'une enceinte étanche telle que l'enceinte 20 ou 22 de la figure 2. Dans l'enceinte 50, les extrémités des fils 26 situés dans des tubes 18 adjacents sont reliées deux à deux, d'où il découle que l'enceinte 50 ne comporte aucun connecteur étanche 30. Une telle variante de réalisation permet de diviser par deux le nombre de voies de lecture du circuit de mesure 12, et de diminuer la zone morte générée par l'une des deux enceintes.

La figure 8 est une vue en coupe schématique d'un tube d'une cellule sensible d'un détecteur selon une variante de la présente invention. Plusieurs fils de cathode 42 sont tendus dans chaque tube 18 parallèlement autour du fil central d'anode 26, nettement plus près de ce fil que de la paroi du tube. Par exemple, pour un tube d'un diamètre de 2 à 3 cm, à 2 à 3 mm du fil d'anode. La figure 8 n'est pas réalisée à l'échelle pour des raisons de clarté. Six fils de cathode ont été représentés en figure 8 mais tout nombre approprié de fils de cathode pourra être utilisé. Les capuchons fixés aux extrémités des tubes comporteront alors autour de leur ouverture axiale une couronne d'ouvertures destinées chacune à recevoir un fil conducteur et les fils pourront être maintenus par des cosses de sertissage telles que décrites précédemment, ce qui permettra de réaliser et d'entretenir simplement une telle structure.

Dans une application, les fils de cathode seront mis à un potentiel intermédiaire entre celui de l'anode et celui du tube. Il existera ainsi un premier champ électrique dit de dérive entre la paroi et les fils de cathode et un deuxième champ dit d'amplification entre les fils de cathode et le fil d'anode. Les champs de dérive et d'amplification peuvent être optimisés indépendamment, ce qui permet de diminuer le temps de collecte d'électrons générés dans le tube par un rayonnement.

De plus, les fils de cathode peuvent être connectés indépendamment ou en sous-groupes de façon à fournir une information angulaire sur l'emplacement de génération des électrons.