Détecteurs de radiations et dispositifs d'imagerie autoradiographique comprenant de tels détecteurs

Abstract

 Détecteur de radiations comprenant une ou plusieurs structure(s) amplificatrice(s) (7) comprenant chacune une électrode d'entrée (8) et une grille de sortie (9), maintenues séparées par une entretoise (11) isolante. Chaque entretoise (11) définit des espaces d'amplification (22) pour générer des électrons par avalanche. Les dimensions de ces espaces d'amplification (22) sont décorrélées de celles des mailles de la grille de sortie (9) .

Description

[0001] La présente invention est relative aux détecteurs de radiations et aux dispositifs d'imagerie autoradiographique comprenant de tels détecteurs.

[0002] Plus particulièrement, l'invention concerne un détecteur de radiations ionisantes comprenant :

• une enceinte contenant un milieu adapté pour générer des électrons sous l'effet de radiations,
• un espace de conversion dans lequel les radiations génèrent des électrons, cet espace de conversion comportant 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 correspondant à des électrons et des ions dont les radiations sont directement ou indirectement à l'origine,
• des moyens de polarisation générant un champ électrique adapté pour entraîner des électrons dans la direction allant de la cathode vers l'anode,
• au moins une structure amplificatrice, située entre la cathode et l'anode, chaque structure amplificatrice comprenant une électrode d'entrée et une électrode de sortie, maintenues séparées par une entretoise isolante comportant au moins un espace d'amplification des électrons dans lequel des électrons sont générés par avalanche à partir des électrons générés par les radiations, chaque espace d'amplification présentant des dimensions latérales, dans un plan perpendiculaire au champ électrique, supérieures à la distance séparant les électrodes d'entrée et de sortie, et chaque 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.

[0003] La présente invention a notamment pour but d'optimiser la résolution spatiale et/ou le gain de ce type de détecteur tout en conservant une bonne stabilité de fonctionnement.

[0004] A cet effet, selon l'invention, un détecteur du genre en question est caractérisé par le fait que les dimensions latérales de chaque espace d'amplification sont supérieures aux dimensions, dans un plan perpendiculaire au champ électrique, de chaque ouverture de l'électrode de sortie sur laquelle débouche cet espace d'amplification.

[0005] Grâce à ces dispositions, les zones mortes dues à la présence de l'entretoise isolante sont fortement réduites. Par conséquent, le champ est beaucoup plus uniforme dans chaque espace d'amplification et au voisinage de l'espace de conversion. Ainsi, les détecteurs selon l'invention ont une meilleure résolution spatiale et un gain plus élevé que les détecteurs de l'art antérieur, et conservent néanmoins une excellente stabilité de fonctionnement. Cette stabilité est possible même avec des électrodes d'entrée et de sortie constituées de grilles très minces, de l'ordre de quelques microns seulement. L'exploitation des propriétés électriques des grilles minces contribue même à cette stabilité. Grâce à cette stabilité, il est possible d'avoir une amplification importante, pouvant atteindre un facteur cent mille, ce qui facilite la détection et la localisation des radiations pénétrant dans ce détecteur. Grâce à cette stabilité, il est également possible d'éliminer une grande partie des masses isolantes nécessaire à la séparation des électrodes d'entrée et de sortie.

[0006] Ainsi, dans le détecteur selon l'invention, l'entretoise est adaptée pour fournir, en regard de chaque ouverture de l'électrode de sortie, un espace d'amplification dont la section perpendiculairement au champ électrique est très supérieure à la section de cette ouverture. L'isolant constitutif de l'entretoise n'obture donc pas l'espace situé en regard de cette ouverture. Le champ électrique généré par les électrodes d'entrée et de sortie n'est ainsi pratiquement pas déformé. Ceci permet, en particulier, d'obtenir des images d'objets très étendus, par exemple de 7 centimètres, tout en éliminant la plus grande partie des effets de masquage liés à la présence d'une entretoise.

[0007] L'information recueillie au niveau de l'anode est donc une image plus représentative de la source des radiations ionisantes, augmentant ainsi la résolution spatiale de ce type de détecteur. Le détecteur selon l'invention permet par exemple d'obtenir une précision spatiale d'unes dizaine de microns sur des surfaces de 50 x 50 cm².

[0008] Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes :

• l'électrode d'entrée, l'électrode de sortie et l'entretoise sont respectivement constituées d'éléments indépendants et adaptés pour être désolidarisés ; ce qui permet une optimisation de chacun de ces éléments, indépendamment les uns des autres, et donne la possibilité d'utiliser, pour réaliser chacun de ces éléments, une technique appropriée optimisée et/ou économique, etc. ;
• l'entretoise est constituée d'une plaque de matériau isolant sensiblement perpendiculaire localement au champ électrique, percée de part en part, dans la direction parallèle au champ électrique, d'au moins une fenêtre ouverte à la fois sur l'électrode d'entrée et sur l'électrode de sortie, chaque fenêtre délimitant un espace d'amplification ayant une dimension D perpendiculairement au champ électrique satisfaisant à :
  
  

où

• y
  
  est la flèche au centre de chaque espace d'amplification,
• E est le module d'Young du matériau constituant la grille d'entrée ou de sortie,
• I est le moment quadratique d'une portion de la grille d'entrée ou de sortie, correspondant aux dimensions de chaque espace d'amplification,
• N est la précontrainte en tension de la grille d'entrée ou de sortie, et
• ρ est la charge linéique électrostatique de l'électrode d'entrée ou de sortie,

   ρ étant donnée par :

où

• U est la tension appliquée entre les grilles d'entrée et de sortie,
• ε₀ et ε_r sont respectivement les permittivités du vide et relative du milieu,
• e est l'épaisseur de l'entretoise, et
• S est la surface de la grille d'entrée ou de sortie couvrant chaque espace d'amplification ; cette disposition permet d'optimiser la transparence de l'entretoise, sans altérer le gain de la structure amplificatrice et facilite l'assemblage de la structure amplificatrice, par rapport à l'utilisation d'une entretoise constituée de billes ou de fibres indépendantes les unes des autres ; dans le cas où l'entretoise ne comporte qu'une fenêtre, il n'y a pas du tout de zones mortes ;
• l'entretoise comporte au moins deux fenêtres séparées l'une de l'autre par un barreau dont l'épaisseur entre ces deux fenêtres est inférieure ou égale à la dimension de ce barreau parallèlement au champ électrique, qui est elle-même inférieure ou égale à 500 microns ; une telle entretoise présente l'avantage de limiter les zones mortes ; néanmoins, cette disposition n'est pas limitative et il est possible de concevoir, sans sortir du cadre de l'invention, des détecteurs dans lesquels l'épaisseur d'un barreau entre deux fenêtres peut être supérieure ou égale à l'épaisseur de ce barreau parallèlement au champ électrique ;
• il comporte une structure amplificatrice pour laquelle l'espace d'amplification est confondu avec l'espace de conversion, l'électrode d'entrée de cette structure amplificatrice correspondant à la cathode ; ceci permet de réduire fortement les effets de parallaxe et de s'affranchir des effets de trajectoire des particules chargées incidentes, y compris pour les particules chargées émises par les marqueurs classiquement utilisés en biologie ; ainsi, la position des points d'émission, quels que soient les isotopes à l'origine de cette émission, peut être déterminée très précisément ; dans ce cas, l'électrode d'entrée est avantageusement formée d'une face au moins partiellement conductrice d'un échantillon émetteur de radiations ionisantes ; ces dispositions sont particulièrement avantageuses lorsque la source de radiations ionisantes n'est pas collimatée, et plus particulièrement encore pour l'autoradiographie de particules bêta;
• il comprend plusieurs structures amplificatrices empilées, entre la cathode et l'anode, dans la direction du champ électrique ; l'électrode de sortie d'une première structure amplificatrice est confondue avec l'électrode d'entrée d'une deuxième structure amplificatrice disposée entre la première structure amplificatrice et l'anode ; dans ces cas, au moins deux structures amplificatrices ont éventuellement des géométries différentes ; et
• il comprend un espace d'étalement situé entre l'anode et l'électrode de sortie en regard de l'anode, et dans lequel règne un champ électrique adapté (avantageusement inférieur à 10 kV/cm) à un étalement, dans des directions perpendiculaires à ce champ, des électrons par diffusion sur les atomes et molécules du milieu contenu dans l'enceinte.

[0009] Les détecteurs selon l'invention comportant plusieurs structures amplificatrices empilées se distinguent très nettement des détecteurs du type de ceux de l'art antérieur comportant un empilement de plaques isolantes dont les deux faces principales sont recouvertes d'un matériau conducteur, qui sont percées d'ouvertures et qui sont soumises à une différence de potentiel à l'origine d'un champ électrique responsable d'une multiplication par avalanches dans des ouvertures pratiquées dans ces plaques. En effet, dans les détecteurs selon l'invention, il est possible d'opérer un choix judicieux des propriétés électriques propres des électrodes d'entrée et de sortie, ainsi que des champs électriques qui règnent de chaque côté des surfaces conductrices de chaque structure amplificatrice. On peut ainsi séparer les différentes structures amplificatrices, dans la direction perpendiculaire au champ électrique, par des distances pouvant être jusqu'à mille fois supérieures à la distance qui sépare habituellement les ouvertures des plaques percées des détecteurs de l'art antérieur, tout en conservant une excellente stabilité électrique (relative uniformité du champ électrique entre des entretoises séparées par des distances considérables par rapport à la distance séparant les électrodes d'entrée et de sortie d'une même structure amplificatrice) et une excellente stabilité mécanique (déformation réduite des électrodes d'entrée et de sortie dont l'épaisseur est de quelques microns seulement).

[0010] Grâce à ces dispositions, le détecteur selon l'invention permet de réaliser de nombreuses structures, pour des applications variées, avec espaces amplificateurs d'électrons successifs, dans lesquelles l'introduction de matière est très réduite, par rapport à l'état de l'art présentement connu. Les effets d'ombre parasite ou de réduction de la résolution spatiale provenant de cette matière sont ainsi très fortement réduits.

[0011] Avantageusement, les électrodes d'entrée et de sortie de la structure amplificatrice du détecteur selon l'invention sont constituées de grilles dont l'épaisseur, parallèlement à la direction générale du champ électrique entre l'anode et la cathode, est très inférieure aux dimensions latérales des ouvertures de ces grillés, c'est-à-dire dans un plan perpendiculaire à ce champ électrique. Grâce à cette disposition, il est possible de choisir les paramètres des champs électriques entre les différentes électrodes, de façon à ce que les lignes de force sur chacune des faces d'une grille, créent sur cette grille des forces qui s'équilibrent au moins en partie. La minceur des grilles limite également la fraction des lignes de champ qui aboutissent sur les parois latérales des ouvertures dans les grilles et qui ne peuvent donc pas contribuer à l'équilibrage des grilles. Tout ceci contribue à la stabilité de cette grille et donc au parallélisme des électrodes d'entrée et de sortie. Il est ainsi possible de limiter la masse de matériau isolant constitutif de l'entretoise entre les électrodes d'entrée et de sortie.

[0012] Par ces dispositions, le détecteur selon l'invention se distingue nettement de ceux de l'art antérieur dans lesquels les électrodes d'entrée et de sortie sont constituées de grilles épaisses, par rapport à la distance qui les sépare, ou dans lesquels les électrodes d'entrée et de sortie sont déposées sur les isolants épais et percées de trous.

[0013] Selon un autre aspect l'invention concerne un dispositif d'imagerie autoradiographique comprenant un détecteur comportant l'une et/ou l'autre des caractéristiques indiquées ci-dessus et comportant en outre un porte-échantillon adapté pour que ce détecteur soit disposé à moins de 50 microns d'un échantillon émetteur de radiations ionisantes, monté sur le porte-échantillon.

[0014] Avantageusement, ce dispositif d'imagerie comporte l'une et/ou l'autre des dispositions suivantes :

• l'électrode d'entrée est constituée par un échantillon au moins partiellement conducteur disposé sur le porte-échantillon ;
• l'anode est transparente aux signaux optiques, ce dispositif comprenant en outre un dispositif de lecture optique de ces signaux ; et
• l'anode comporte une pluralité d'anodes élémentaires reliées à au moins une voie de lecture par des pistes, chaque voie de lecture étant reliée à plusieurs anodes élémentaires.

[0015] D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description de plusieurs de ses modes de réalisation.

[0016] L'invention sera également mieux comprise à l'aide des dessins, sur lesquels :

• la figure 1 est une coupe schématique, perpendiculaire à ses faces principales, d'un premier mode de réalisation du détecteur selon l'invention,
• la figure 2 est une coupe schématique, dans un plan analogue à celui de la figure 1, d'une partie de la structure amplificatrice du détecteur représenté sur la figure 1,
• la figure 3 est une coupe schématique, dans un plan analogue à celui des figures 1 et 2, d'une partie de l'anode du détecteur représenté sur la figure 1,
• la figure 4 représente schématiquement en perspective les pavés constitutifs de l'anode représentée sur la figure 3,
• la figure 5 représente schématiquement vu de dessus, l'agencement des pistes croisées de l'anode représentée sur les figures 3 et 4,
• la figure 6 représente schématiquement le mode de connexion des pavés aux pistes de l'anode représentée sur les figures 3, 4 et 5,
• la figure 7 est une coupe schématique, selon un plan analogue à celui de la figure 1, d'un deuxième mode de réalisation du dispositif selon l'invention,
• la figure 8 est une coupe schématique, selon un plan analogue à celui des figures 1 et 7, d'un troisième mode de réalisation du détecteur selon l'invention,
• la figure 9 est une coupe schématique, selon un plan analogue à celui des figures 1, 7 et 8, d'un quatrième mode de réalisation du détecteur selon l'invention,
• la figure 10 représente schématiquement en perspective un cinquième mode de réalisation du détecteur selon l'invention, et
• la figure 11 représente schématiquement en perspective un dispositif d'imagerie autoradiographique comprenant le détecteur représenté sur la figure 10.

[0017] Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires.

[0018] Cinq modes de réalisation du détecteur 1 selon l'invention sont décrits ci-dessous.

[0019] 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 radiations ionisantes émises par un échantillon S disposé à proximité de l'une 2a des faces principales 2a, 2b de l'enceinte 2. Avantageusement, ce milieu est constitué d'un gaz circulant entre une entrée 3 et une sortie 4.

[0020] Ce gaz est constitué d'un mélange comprenant un gaz noble et des molécules organiques. Ces molécules organiques sont destinées à contrôler le processus d'amplification par avalanche. Elles sont connues de l'homme du métier sous l'expression anglo-saxonne "quencher".

[0021] Le gaz circulant dans l'enceinte 2 est choisi en fonction de l'application à laquelle est destiné le détecteur 1, c'est-à-dire en fonction des particules à détecter, du mode de lecture, de l'électronique de détection, etc.

[0022] Dans le cas particulier de la détection de particules bêta, ce gaz est avantageusement à la pression atmosphérique (pour des raisons de sécurité et d'économie) et comporte un gaz noble dont la densité électronique moyenne est proche de 10 électrons par atome, comme c'est le cas du néon. Lorsque le néon est utilisé, le "quencher" est avantageusement constitué d'isobutane, présent dans le mélange gazeux à hauteur de quelques pour cent du nombre de molécules de ce mélange.

[0023] L'enceinte 2 renferme une cathode 5, une anode 6 et une structure amplificatrice 7.

[0024] Dans le mode de réalisation décrit ici, 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.

[0025] L'anode 6 est située à proximité de la face 2b opposée à celle 2a à proximité de laquelle se trouve l'échantillon S.

[0026] 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 7, 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.

[0027] L'espace de l'enceinte 2 situé entre la structure amplificatrice 7 et l'anode 6 constitue un espace d'étalement E.

[0028] La structure amplificatrice 7 comporte une électrode d'entrée 8 et une électrode de sortie 9, parallèles à la cathode 5 et à l'anode 6 et délimitant un étage d'amplification A.

[0029] 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 HV1/ l'anode 6 à un potentiel HV2, l'électrode d'entrée à un potentiel HV3 et l'électrode de sortie à un potentiel HV4, ces potentiels répondant à l'inégalité HV2>HV4>HV3>HV1.

[0030] Dans le mode de réalisation décrit ici,

• les électrodes d'entrée 8 et de sortie 9 sont espacées de 125 microns,
• les espaces de conversion C et d'étalement E ont une dimension, perpendiculairement aux électrodes d'entrée 8 et de sortie 9, sensiblement respectivement égales à 3 et 4 millimètres,
• l'anode 6 est mise à la masse,
• la cathode 5 est portée à un potentiel HV1 négatif sensiblement égal à -3000 volts,
• l'électrode d'entrée 8 est portée à un potentiel HV3 négatif sensiblement égal à -2100 volts, et
• l'électrode de sortie 9 est portée à un potentiel HV4 négatif sensiblement égal à -1600 volts.

[0031] Les moyens de polarisation 10 permettent ainsi de créer des champs électriques E1, E2 et E3 respectivement dans l'espace de conversion C, dans l'étage d'amplification A et dans l'espace d'étalement E. Les moyens de polarisation 10 entraînent les électrons de la cathode 5, vers l'anode 6.

[0032] La cathode 5 est constituée d'une plaque mince électriquement conductrice percée d'ouvertures de faible taille. Son épaisseur est avantageusement sensiblement égale à 5 microns. Elle a avantageusement un nombre d'ouvertures par pouce linéaire de 200 LPI (Lines per inch).

[0033] Elle peut éventuellement être aussi constituée d'une grille tissée (moins onéreuse que la précédente), d'une feuille de Mylar® métallisée, d'une feuille de métal non percée (par exemple du cuivre de 10 microns d'épaisseur), d'un ruban adhésif cuivré collé sur une lame de verre avec une colle électriquement conductrice (pour les applications telles que l'autoradiographie, par exemple), une photocathode (éventuellement couplée avec un détecteur Cerenkov), etc.

[0034] Dans la structure amplificatrice 7, représentée sur la figure 2, l'électrode d'entrée 8 et l'électrode de sortie 9 sont séparées par une entretoise 11. L'électrode d'entrée 8, l'électrode de sortie 9 et l'entretoise 11 sont constituées d'éléments indépendants et pouvant être usinés séparément les uns des autres. Ils sont assemblés et maintenus ensemble dans la structure amplificatrice 7, mais peuvent être aisément désolidarisés les uns des autres, pour être changés par exemple.

[0035] Les électrodes d'entrée 8 et de sortie 9 sont respectivement chacune constituée d'une plaque mince électriquement conductrice, de faible épaisseur et percée d'ouvertures 12 de faible taille. A titre d'exemple, les ouvertures 12 ont une forme de carré de 39 microns de côté espacés les uns des autres avec un pas p de 50 microns, ce qui correspond sensiblement à un nombre d'ouvertures 12 par pouce linéaire de 500 LPI. On peut aussi utiliser des électrodes d'entrée 8 et de sortie 9 de 2500 LPI, ce qui correspond sensiblement à des ouvertures de 8 microns espacées de 10 microns. De telles électrodes d'entrée 8 et de sortie 9 forment chacune une grille qui, compte tenu de la faible taille des ouvertures 12, peut être appelée "micro-grille". De telles micro-grilles ont déjà été décrites, par exemple, dans le document EP 855086.

[0036] L'entretoise 11 est constituée d'une grille formée d'un matériau isolant dont la permittivité diélectrique est comprise entre 2 et 5. Cette grille est par exemple constituée d'une plaque de Kapton® ayant une épaisseur e avantageusement inférieure à 500 microns et préférentiellement inférieure à 300 microns, percée de fenêtres 13 carrées découpées au laser ou par attaque chimique et séparées de barreaux 14. Dans la structure amplificatrice 7, lorsque l'électrode d'entrée 8, l'électrode de sortie 9 et l'entretoise 11 sont assemblées, les fenêtres 13 sont ouvertes sur l'électrode d'entrée 8 et l'électrode de sortie 9. Néanmoins, les ouvertures 12 respectives des électrodes d'entrée 8 et de sortie 9 ne sont pas nécessairement alignées, dans le sens des champs électriques E1, E2 et E3. Ainsi, le fait de ne pas avoir à aligner les ouvertures 12 respectives des électrodes d'entrée 8 et de sortie 9 constitue un avantage de l'invention. Le volume délimité par les barreaux 14 d'une fenêtre 13 et les électrodes d'entrée 8 et de sortie 9 constitue un espace d'amplification 22. L'étage d'amplification A est constitué d'un ou de plusieurs espaces d'amplification 22 selon que l'entretoise 11 comporte une ou plusieurs fenêtres 13. Dans un plan perpendiculaire au champ électrique E2, les dimensions des fenêtres 13, sont supérieures aux dimensions des ouvertures 12 des électrodes d'entrée 8 et de sortie 9, qui débouchent sur les espaces d'amplification 22. A titre d'exemple, la largeur 1 de ces barreaux 14, entre deux fenêtres 13, dans le plan de la plaque constitutive de l'entretoise, est inférieure à 100 microns et les barreaux sont séparés les uns des autres avec un pas P inférieur à 5 cm.

[0037] La distance entre deux barreaux est déterminée en fonction du fléchissement des électrodes d'entrée 8 et de sortie 9, sous l'effet du champ électrique généré par la différence de potentiel U à laquelle elles sont soumises. On estime que la flèche y locale subie par les électrodes d'entrée 8 et de sortie 9 est tolérable si elle n'entraîne pas une variation de gain de la structure amplificatrice 7 supérieure à 10% (cette tolérance dépend des applications envisagées pour le détecteur 1). Si l'on estime que cette flèche y, au centre de la distance D séparant deux barreaux ne doit pas être supérieure à 20%, pour que les variations de gain de la structure amplificatrice 7 soient tolérables, la distance D doit satisfaire l'inégalité :

où

• y
  
  est la flèche au centre de chaque espace d'amplification 22,
• E est le module d'Young du matériau constituant la grille d'entrée 8 ou de sortie 9,
• I est le moment quadratique d'une portion de la grille d'entrée 8 ou de sortie 9, correspondant aux dimensions de chaque espace d'amplification 22,
• N est la précontrainte en tension de la grille d'entrée 8 ou de sortie 9, et
• ρ est la charge linéique électrostatique de l'électrode d'entrée 8 ou de sortie 9,

   ρ étant donnée par :

où

• U est la tension appliquée entre les grilles d'entrée 8 et de sortie 9,
• ε₀ et ε_r sont respectivement les permittivités du vide et relative du milieu,
• e est l'épaisseur de l'entretoise, et
• S est la surface de la grille d'entrée 8 ou de sortie 9 couvrant chaque espace d'amplification 22.

[0038] On peut noter que la détermination de la flèche y

par la relation ci-dessus donne une valeur majorée de cette flèche. Autrement dit, il est possible de concevoir un détecteur 1 performant même si la distance D est égale, voire supérieure, à celle donnée par l'inégalité ci-dessus.

[0039] L'opacité optique d'une telle entretoise 11 est avantageusement inférieure à 30% et préférentiellement inférieure à 1%.

[0040] Comme représenté sur la figure 3, 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.

[0041] Comme représenté sur la figure 4, 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 microns. 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 à 100 microns.

[0042] Comme représenté sur la figure 5, les couches internes 16 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 un 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 de l'électricité 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 3). Les trous de liaison 19 ont par exemple un diamètre de 100 microns.

[0043] 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.

[0044] 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 5).

[0045] 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 sont 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.

[0046] A titre d'exemple, ainsi que représenté sur la figure 6, 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 X1 relie deux pavés espacés de trois pavés, ces trois pavés comprenant deux pavés voisins des deux pavés reliés à la piste X1, eux-mêmes reliés respectivement aux pistes Y1 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 6, deux pavés 15 connectés entre eux sont représentés par des motifs identiques).

[0047] Lorsqu'une particule ionisante I est émise par l'échantillon S, et qu'elle pénètre dans le détecteur 1 par la face 2a de celui-ci située à l'opposé de celle voisine de l'anode 6, elle traverse l'espace de conversion C dans lequel elle interagit avec le gaz et génère des électrons primaires. Ces électrons primaires, sous l'effet du champ électrique E1, gagnent l'étage d'amplification A, dans lequel ils sont multipliés par avalanche, pour former un nuage d'électrons 23 (voir figure 1).

[0048] Une partie de ce nuage d'électrons 23 transverse ensuite l'électrode de sortie 9 et pénètre dans l'espace d'étalement E. Le champ électrique E3 régnant dans l'espace d'étalement E est modéré (<10kV/cm) et propice à un étalement latéral du nuage d'électrons 23 par diffusion des électrons qui le constituent, sur les atomes et molécules du gaz. L'épaisseur de l'espace d'étalement, dans le sens du champ électrique E3, ainsi que la nature du gaz et la taille des pavés sont déterminées de façon à ce que l'extension spatiale du nuage d'électrons 23, au niveau de l'anode 6, recouvre plusieurs pavés 15 (au moins deux dans chaque direction des coordonnées X et Y) et à ce qu'il soit possible de déterminer ainsi le barycentre du nuage d'électrons 23. L'isobutane permet de stabiliser le processus d'avalanche et d'obtenir une diffusion dans l'espace d'étalement E, telle que l'avalanche s'étende sur un nombre suffisant de pavés 15 pour permettre cette détermination du barycentre du nuage d'électrons 23.

[0049] Un courant est alors induit sur un petit groupe de pavés 15, et transmis, via plusieurs voies électroniques, aux moyens électroniques de lecture 21. Ainsi, la position de chaque avalanche est déterminée dans chaque coordonnée X ou Y. Après détermination grossière de la position de l'avalanche par identification des lignes 18 associées aux coordonnées X et Y concernées, les distributions de charges mesurées sur chaque pavé 15 sont utilisées pour recalculer la position du point émetteur 24 de la radiation ionisante d'origine. Une mesure précise de cette position peut être obtenue après correction des distorsions géométriques dues à la méthode de pondération utilisée pour déterminer le barycentre du nuage d'électrons 23 interagissant avec les pavés 15 sur lesquels est effectuée la mesure.

[0050] Un deuxième mode de réalisation du détecteur 1 selon l'invention est représenté sur la figure 7. Il se distingue du premier mode de réalisation décrit ci-dessus essentiellement par le fait que l'espace de conversion C et l'étage d'amplification A y sont confondus. Dans ce cas, le détecteur 1 comporte une cathode 5 confondue avec l'électrode d'entrée 8 et l'échantillon S est placé directement au voisinage de l'électrode d'entrée 8 de la structure amplificatrice 7. L'électrode d'entrée 8 fait fonction de cathode.

[0051] Les moyens de polarisation 10 permettent de créer des champs électriques E2 et E3 respectivement dans l'étage d'amplification A et dans l'espace d'étalement E. Les moyens de polarisation 10 entraînent les électrons de l'électrode d'entrée 8, vers l'anode 6.

[0052] Dans ce mode de réalisation, la structure amplificatrice 7 a une épaisseur, parallèlement au champ électrique E2, inférieure à 300 microns. L'entretoise 11, définissant l'épaisseur de l'étage d'amplification A, est adaptée à la forme de l'échantillon S.

[0053] L'échantillon S émet une particule ionisante I. Celle-ci interagit avec le mélange de gaz pour générer des électrons d'ionisation primaire. Pour le cas particulier de la détection de particules bêta, un compromis est à trouver entre, d'une part, un mélange gazeux suffisamment lourd pour que les particules bêta interagissent et, d'autre part, un mélange gazeux suffisamment léger pour que le gain d'amplification soit suffisamment important pour permettre une lecture sur une anode telle que celle décrite en relation avec le premier mode de réalisation. Des mesures ont montré que ce compromis peut être atteint en utilisant un mélange de gaz à la pression atmosphérique comprenant du néon et quelques pourcent d'isobutane.

[0054] Un champ électrique élevé E2, supérieur à 25 kV/cm, est appliqué dans la structure amplificatrice 7, qui permet de multiplier les électrons d'ionisation primaire. Avec une structure amplificatrice 7 telle que celle décrite en relation avec le premier mode de réalisation, il est possible d'obtenir des gains supérieurs à 100000, en régime proportionnel.

[0055] Comme pour le premier mode de réalisation décrit ci-dessus, les électrons multipliés dans la structure amplificatrice sont entraînés par le champ E3 de l'espace d'étalement avant de créer un courant dans les pavés 15 de l'anode 6.

[0056] Dans un tel détecteur 1, ce sont les électrons créés à proximité de la cathode, c'est-à-dire à proximité de l'échantillon S, qui sont préférentiellement multipliés et les effets de parallaxe provenant de l'émission isotrope des sources émettrices de l'échantillon S sont fortement réduits. Un tel détecteur 1 permet de plus de s'affranchir des effets de trajectoire des particules incidentes dans le gaz, y compris pour les particules de haute énergie telles que celles émises classiquement par les marqueurs isotopiques utilisés en biologie. Ce détecteur 1 permet ainsi de localiser très précisément la position des points émetteurs 24 de radiations ionisantes, quels que soient les marqueurs isotopiques utilisés. Le détecteur 1 permet d'obtenir des courbes de distribution indicatrices de la position des points sources, ayant une largeur à mi-hauteur inférieure à 100 microns.

[0057] Un troisième mode de réalisation du détecteur 1 selon l'invention est représenté sur la figure 8. Il se distingue du deuxième mode de réalisation décrit ci-dessus essentiellement par le fait que l'électrode d'entrée est remplacée par une face de l'échantillon S, éventuellement métallisée pour la rendre conductrice ou polarisée par l'arrière lorsqu'elle est partiellement conductrice. Dans ce cas, le détecteur 1 ne comporte pas de cathode 5 indépendante et c'est l'échantillon S qui fait fonction de cathode.

[0058] Un quatrième mode de réalisation du détecteur 1 selon l'invention est représenté sur la figure 9. Il se distingue du deuxième mode de réalisation décrit ci-dessus essentiellement par le fait qu'il comporte plusieurs structures amplificatrices 7a, 7b et 7c, analogues à la structure amplificatrice 7 déjà décrite en relation avec le deuxième mode de réalisation, mais superposées de manière à ce que l'électrode d'entrée 8 de la structure amplificatrice 7b soit confondue avec l'électrode de sortie 9 de la structure amplificatrice 7a qui lui est superposée, et ainsi de suite pour la structure amplificatrice sous-jacente.

[0059] Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 9, le détecteur 1 comporte également une autre structure amplificatrice 7d, située entre l'empilement des structures amplificatrices 7a, 7b et 7c et l'anode 6.

[0060] Les structures amplificatrices 7a, 7b, 7c et 7d de ce mode de réalisation peuvent être identiques entre elles ou être de géométries différentes.

[0061] De nombreuses combinaisons des empilements décrits ci-dessus peuvent être conçues, dans le cadre de l'invention, en fonction de l'application envisagée. Le choix d'introduire dans le détecteur 1 une ou plusieurs structures amplificatrices différentes dépend de l'application à laquelle est destiné le détecteur 1. Ainsi, pour permettre la séparation isotopique des marqueurs en autoradiographie, pour limiter les phénomènes de décharges lors de la détection de particules de haute énergie, ou obtenir des gains plus élevés avec des radiations incidentes telles que des rayons X, l'utilisation de plusieurs structures amplificatrices superposées est particulièrement avantageuse.

[0062] Un cinquième mode de réalisation du détecteur 1 selon l'invention est représenté sur la figure 10. Il se distingue des modes de réalisation déjà décrits ci-dessus essentiellement par le fait que l'anode 6 telle que décrite ci-dessus est remplacée par une grille 25 conductrice de grande transparence (avantageusement supérieure à 80%). Cette grille 25 est constituée par exemple d'une plaque plate percée de trous ou d'une grille tissée. Dans ce mode de réalisation, la structure amplificatrice est associée à une lecture optique de la lumière de scintillation émise lors du processus d'amplification, par interaction des électrons avec le mélange de gaz contenu dans le détecteur 1. Pour cela, il faut utiliser un quencher particulier, tel que, par exemple, la triéthylamine, qui émet autour d'une longueur d'onde égale à 280 nanomètres. Cette longueur d'onde est compatible avec la transparence des optiques (de quartz ou de fluorine, par exemple) et la sensibilité spectrale des photo-cathodes usuelles des intensificateurs d'images généralement utilisés pour la lecture par caméra CCD.

[0063] Avantageusement, le dispositif d'imagerie autoradiographique 29 comprend un porte-échantillon 30 adapté pour que le détecteur 1 soit disposé à moins de 50 microns de l'échantillon S émetteur de radiations ionisantes, monté sur ce porte-échantillon. Dans ce cas, l'électrode d'entrée est avantageusement constituée par une face au moins partiellement électriquement conductrice (éventuellement métallisée) de l'échantillon S disposé sur le porte échantillon 30.

[0064] La grille 25 permet d'appliquer un potentiel tout en laissant passer la lumière de scintillation. Cette lumière de scintillation est recueillie, par une caméra 26 CCD couplée à un intensificateur de lumière, à travers une fenêtre de sortie 27. Cette fenêtre de sortie est transparente aux longueurs d'ondes émises et ferme le détecteur 1.

[0065] Le calcul du barycentre du spot lumineux créé par chaque avalanche permet de déterminer, comme pour la détection par des pavés décrite ci-dessus, la position du point émetteur 24 de la particule ionisante I initiale.

[0066] La figure 11 représente schématiquement un dispositif 29 d'imagerie autoradiographique comprenant un détecteur 1 conforme au cinquième mode de réalisation décrit ci-dessus. Selon une variante, le détecteur 1 de ce dispositif d'imagerie est remplacé par un détecteur 1 tel que ceux décrits en relation avec les premier, deuxième, troisième et quatrième modes de réalisation.

Revendications

1. Détecteur de radiations comprenant :

- une enceinte (2) contenant un milieu adapté pour générer des électrons sous l'effet de radiations,

- un espace de conversion (C) dans lequel les radiations génèrent des électrons, cet espace de conversion (C) comportant 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 correspondant à des électrons et des ions 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 la direction allant de la cathode (5) vers l'anode (6),

- au moins une structure amplificatrice (7), située entre la cathode (5) et l'anode (6), chaque structure amplificatrice (7) comprenant une électrode d'entrée (8) et une électrode de sortie (9), maintenues séparées par une entretoise (11) isolante comportant au moins un espace d'amplification (22) des électrons dans lequel des électrons sont générés par avalanche à partir des électrons générés par les radiations, chaque espace d'amplification (22) présentant des dimensions latérales (D), dans un plan perpendiculaire au champ électrique, supérieures à la distance (e) séparant les électrodes d'entrée (8) et de sortie (9), et chaque 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,

caractérisé par le fait que les dimensions latérales (D) de dimensions (α), dans un plan perpendiculaire au champ électrique, de chaque ouverture (12) de l'électrode de sortie (9) sur laquelle débouche cet espace d'amplification (22).

2. Détecteur selon la revendication 1, dans lequel l'électrode d'entrée (8), l'électrode de sortie (9) et l'entretoise (11) sont respectivement constituées d'éléments indépendants et adaptés pour être désolidarisés.

3. Détecteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'entretoise (11) est constituée d'une plaque de matériau isolant sensiblement perpendiculaire localement au champ électrique, percée de part en part dans la direction parallèle au champ électrique, d'au moins une fenêtre (13) ouverte à la fois sur l'électrode d'entrée (8) et sur l'électrode de sortie (9), chaque fenêtre (13) délimitant un espace d'amplification (22), ayant une dimension D perpendiculairement au champ électrique satisfaisant à :

où

- y

est la flèche au centre de chaque espace d'amplification (22),

- E est le module d'Young du matériau constituant la grille d'entrée (8) ou de sortie (9),

- I est le moment quadratique d'une portion de la grille d'entrée (8) ou de sortie (9), correspondant aux dimensions de chaque espace d'amplification (22),

- N est la précontrainte en tension de la grille d'entrée (8) ou de sortie (9), et

- ρ est la charge linéique électrostatique de l'électrode d'entrée (8) ou de sortie (9),

   ρ étant donnée par :

où

- U est la tension appliquée entre les grilles d'entrée (8) et de sortie (9),

- ε_o et ε_r sont respectivement les permittivités du vide et relative du milieu,

- e est l'épaisseur de l'entretoise (11), et

- S est la surface de la grille d'entrée (8) ou de sortie (9) couvrant chaque espace d'amplification (22).

4. Détecteur selon la revendication 3, dans lequel l'entretoise (11) comporte au moins deux fenêtres (13) séparées l'une de l'autre par un barreau (14) dont l'épaisseur (1) entre ces deux fenêtres (13) est inférieure
ou égale à la dimension (e) de ce barreau parallèlement au champ électrique, qui est elle-même inférieure ou égale à 500 microns.

5. Détecteur selon l'une des revendications précédentes, comportant une structure amplificatrice pour laquelle l'espace d'amplification (22) est confondu avec l'espace de conversion (C), l'électrode d'entrée de cette structure amplificatrice (7) correspondant à la cathode (5).

6. Détecteur selon la revendication 5, dans lequel l'électrode d'entrée (8) est formée d'une face au moins partiellement conductrice d'un échantillon (S) émetteur de radiations.

7. Détecteur selon l'une des revendications précédentes, comprenant plusieurs structures amplificatrices (7) empilées, entre la cathode (5) et l'anode (6), dans la direction du champ électrique.

8. Détecteur selon la revendication 7, dans lequel l'électrode de sortie (9) d'une première structure amplificatrice (7) est confondue avec l'électrode d'entrée (8) d'une deuxième structure amplificatrice disposée entre la première structure amplificatrice (7) et l'anode (6).

9. Détecteur selon l'une des revendications 7 et 8, dans lequel au moins deux structures amplificatrices (7) ont des géométries différentes.

10. Détecteur selon l'une des revendications précédentes, comprenant un espace d'étalement (E) situé entre l'anode (6) et l'électrode de sortie (9) en regard de l'anode (6), et dans lequel règne un champ électrique (E3) adapté à un étalement, dans des directions perpendiculaires à ce champ (E3), des électrons par diffusion sur les atomes et molécules du milieu contenu dans l'enceinte (2).

11. Dispositif d'imagerie autoradiographique comprenant un détecteur (1) selon l'une des revendications précédentes et un porte-échantillon (30) adapté pour que le détecteur (1) soit disposé à moins de 50 microns d'un échantillon (S) émetteur de radiations, monté sur le porte-échantillon (30).

12. Dispositif selon la revendication 11, dans lequel l'électrode d'entrée (8) est constituée par un échantillon (S) au moins partiellement conducteur disposé sur le porte-échantillon (30).

13. Dispositif selon l'une des revendications 11 et 12, dans lequel l'anode (6) est transparente aux signaux optiques, ce dispositif comprenant en outre un dispositif de lecture optique de ces signaux.

14. Dispositif selon l'une des revendications 11 et 12, dans lequel l'anode (6) comporte une pluralité d'anodes élémentaires (15) reliées à au moins une voie de lecture par des pistes, chaque voie de lecture étant reliée à plusieurs anodes élémentaires (6).

Dessins