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DISPOSITIF POUR DECELER DES RAYONNEMENTS.
L'invention concerne un dispositif pour déceler toutes sortes de rayonnements, des particules alpha, des particules bêta et des rayons électromagnétiques de très courte longueur donde, tels que les rayons X et les rayons gamma.
Le dispositif le mieux connu pour déceler la présence desdits genres de rayonnements est le tube compteur dit de Geiger-Müller. Ce compteur peut s'utiliser de plusieurs manières, suivant la tension appliquée à l'anode et la cathode. Dans le cas d'une basse tensipn, le tube fonctionne dans la zone dite proportionnelle et dans le cas d'une tension qui dépasse une limite déterminée, il fonctionne dans la zone dite de Geiger-Müller.
Cette dernière zone offre un sérieux avantage les impulsions excitées sont très fortes, et il leur suffit d'une faible amplification pour actionner un appareil enregistreur ou compteur. Le fonctionnement dans ladite zone présente cependant deux inconvénients;
1. La vitesse de comptage est limitée par suite du temps de rétablissement;
2. la grandeur de l'impulsion est indépendante de l'énergie du rayonnement incident.
Lorsque le dispositif fonctionne dans la zone proportionnelle, les inconvénients mentionnés sous 1 et 2 ne se présentent pas. Cependant, il faut alors se contenter d'une impulsion de très petite valeur, ce qui implique l'utilisation de grands amplificateurs de sorte que le rapport signal souffle est très défavorable.
Dans un troisième type connu de dispositifs déceleurs de rayons, appelé "compteur à scintillations" la lumière excitée dans une matière luminescente par les rayons engendrés dans le compteur, est convertie en impul- sions électriques à l'aide d'une cellule photoélectrique. Ce type de compteurs offre un sérieux avantage s la vitesse de comptage est très grande; et
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en outre, il fournit de grands signaux. Il présente cependant un inconvénient; pour certaines sortes de rayonnement le rendement est assez faible.
L'invention obvie aux inconvénients inhérents aux trois types de dispositifs mentionnés et combine les avantages qu'ils offrent.
Un dispositif conforme à l'invention pour déceler un rayonnement est constitué par la combinaison d'un tube compteur de Geiger-Müller à action proportionnelle qui est muni d'une fenêtre pour le passage des rayons engendrés dans le tube compteur et d'une cellule-photo-électrique qui convertit en impulsions électriques les rayons qui sortent de la fenêtre.
Dans un tube compteur de Geiger-Müller à action proportionnelle, il se produit, outre la décharge qui peut être mesurée dans un circuit connecté à l'anode, un rayonnement dû. à travers phénomènes. L'intensité de ce rayonnement, tout comme celle de l'impulsion mesurée dans le circuit anodique, dépend de l'énergie du rayonnement à déceler. La Demanderesse a constaté que lorsque, dans un dispositif conforme à l'invention, on convertit, au moyen d'une cellule photoélectrique, l'énergie du rayonnement engendré dans le tube compteur de Geiger-Müller en impulsions électriques, on obtient un rendement plus élevé que lors de la mesure dans le circuit anodique du tube compteur. Le tube compteur doit évidemment comporter une fenêtre qui transmet le rayonnement avec un minimum de pertes, et la -cellule photo-électrique doit être sensible au rayonnement transmis.
Comme le tube compteur travaille dans la zone dite proportionnelle, on obtient, de la cellule photoélectrique, des impulsions dont la grandeur est proportionnelle à celle de l'énergie du rayonnement à déceler et de plus, la vitesse de comptage est grande.
De préférence, on agence le dispositif de façon que la cellule photoélectrique se raccorde directement à la fenêtre du tube compteur.
Comme, en général, les impulsions fournies par les cellules photoélectriques ne sont pas suffisamment-intenses pour commander directement un appareil enregistreur ou compteur, suivant une forme de réalisation de l'invention, on utilise une phôtocathode qui fait partie d'un multiplicateur électronique. Ceci offre encore un autre avantage; le rapport signal ; souffle '.de- vient très avantageux, car, comme on le sait, pour une amplification donnée, un multiplicateur électronique, de bonne construction, assure un meilleur rapport signal souffle qu'un amplificateur.
Dans une forme de réalisation particulière du dispositif conforme à l'invention, on fait en sorte que le rayonnement à déceler tombe sur une couche photosensible qui se trouve à l'intérieur du tube compteur; cette couche libère alors des électrons qui provoquent une décharge dans le tube compteur et un rayonnement qui peut être mesuré à l'aide de la cellule photo= électrique qui se trouve devant la fenêtre du tube compteur de Geiger-Müller.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de l'invention.
La figo 1 est un croquis d'un dispositif conforme à l'invention, dans lequel la fenêtre servant au passage des rayons engendrés dans le tube compteur se trouve dans le fond d'un cylindre,
La Figo 2 est un croquis d'un dispositif conforme à l'invention dans lequel la fenêtre servant au passage des rayons engendrés dans le tube compteur se trouve dans la surface cylindrique de ce tube.
La Fig. 3 est un croquisd'un dispositif conforme à l'invention, dans lequel tout le tube compteur est en une matière transparente.
Sur la Figo 1, le tube compteur de Geiger-Müller 1 est de construction normale; il comporte un cylindre métallique 4, qui est fermé d'un côté par une pièce isolante 5 dans laquelle se trouve une anode 7 en forme de fil. Entre la paroi 4 qui fait office de cathode et le fil anodique 7, est appliquée une tension telle que le tube compteur travaille dans la zone propor-
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tionnelleo A l'extrémité en regard de la pièce isolante 5, la paroi cylindri- que 4 est fermée par une fenêtre 6, qui transmet le rayonnement engendré dans letube compteur. A cette fenêtre 6 se raccorde le multiplicateur électronique
2, de construction connue.
La fenêtre 11 de ce multiplicateur électronique laisse passer vers la photocathode 12 les rayons engendrés dans le tube compteur et les électrons libérés de cette photocathode sont captés par l'électrode- à émission secondaire 13. L'émission secondaire de cette électrode est alors multipliée par un certain nombre d'autres électrodes à émission secondaire dont l'une est désignée par 14 sur la figure le courant total est finalement pré- levé d'une anode non représentée sur le dessin et est transmis à un appareil enregistreur ou compteur 15. Les tubes 1 et 2 sont assemblés à l'aide du sup- port cylindrique 18.
Les rayons à déceler, tracés en pointillés, sortant d'une source et de rayonnement 17, par exemple des ondes électromagnétiques à petite longueur d'onde, des rayons gamma ou des rayons X, ou bien des particules ste- maires, à savoir des particules alpha ou des particules bêta, pénètrent dans le tube compteur 1 à travers la paroi cylindrique 4 et provoquent, à l'inté- rieur du tube compteur, une série de phénomènes . qui produisent un grand nom- bre de particules chargées électriquement, dont les négatives se dirigent rapidement vers l'anode 7, alors que les positives se dirigent, à une vites- se notablement moindre, vers la cathode 4.
Par suite de ces phénomènes un grand nombre de molécules et/ou d'atomes sont amenés à un niveau énergi- que plus élevé, et rayonnent alors des ondes électromagnétiques ou produi- sent des photons dans la partie visible ultra-violette ou infrarouge du spec- tre Une partie au moins de ce rayonnement ou de ce courant de photons tra- verse la fenêtre 6 du tube 1, la fenêtre 11 du tube 2, et parvient sur la pho- tocathode 12.
De manière connue, on peut utiliser dans le tube compteur de Geu- ger-Müller, des gaz ou des mélanges gazeux, par exemple des halogènes, des gaz rares ou des hydrocarbures.
Dans le dispositif représenté sur la Fig. 2, le compteur de Gei- ger-Müller 20 est constitué par une gaine cylindrique métallique 21, dont une extrémité est fermée par une pièce isolante 22, par exemple en'verre, dans laquelle se trouve le fil anodique 23. Le multiplicateur électronique est indiqué par 24 et la photocathode par 25. Cette photocathode se trouve en regard d'une fenêtre 25 aménagée dans la partie cylindrique du tube compteur; cette fenêtre est en mica, en verre, ou en une autre matière qui transmet bien le rayonnement engendré dans le tube compteur. Afin de ne pas troubler le champ dans le tube compteur, on a disposé au-dessus dé la fenêtre 25a, qui n'est pas conductrice, une grille 26, qui est reliée galvaniquement à la cathode 21.
Le rayonnement provenant de la source 27 et tracé en pointillés pénètre dans le compteur à travers la fenêtre 28, qui ferme le cylindre 21.
Le courant anodique du multiplicateur électronique est transmis vers un appareil enregistreur ou compteur 29
Au lieu de disposer la grille devant la fenêtre 25a, on peut recouvrir cette dernière d'une mince couche métallique qui transmet le rayonnement du tube compteur. Cette couche peut être, par exemple de l'oxyde d'étain conducteur, Afin d'obtenir une certaine concentration du rayonnement dans la direction de la photo-cathode 25, on peut rendre la surface intérieure de la cathode 21 réflectrice soit par polissage, soit par Inapplication d'une couche métallique à réflexion spéculaire, par exemple de l'aluminium ou de l'argent, ce qui peut également s'effectuer lorsque la paroi 21 est en verre.
La Fig. 3 représente un dispositif conforme à invention dans lequel la photocathode ne se trouve pas tout près de la fenêtre qui transmet le rayonnement du tube compteur. En fait, il ne peut être question d'une fenêtre, car la paroi 31 du tube compteur est entièrement transparente; cotte paroi est, par exemple, en verre Sur la face intérieure, le cylindre 31 est recouvert d'une couche métallique conductrice, ou d'une grille 330 A ses extrémités, le cylindre 31 est fermé par des plaques qui transmettent aussi bien que possible le rayonnement engendré dans le tube compteur.
Le rayonnement issu d'une source 34 pénètre dans le tube compteur à travers une fenêtre 32, par exemple en mica ou en verre Le tube compteur est disposé devant un
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miroir 30 par exemple parabolique, qui concentre les rayons engendrés dans le tube compteur sur la photocathode 35 du multiplicateur électronique 36.
Du côté du tube compteur, ce multiplicateur électronique est fermé par une fenêtre 37 qui transmet le rayonnement aussi bien que possible. Les signaux fournis par le multiplicateur électronique sont transnis à un appareil enre- gistreur ou compteur 38.
Bien que les Figs. montrent toutes un tube compteur cylindrique ceci n'Implique nullement que l'invention soit limitée à cette forme de tube.
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DEVICE FOR DETECTION OF RADIATION.
Provided is a device for detecting all kinds of radiation, alpha particles, beta particles and very short wavelength electromagnetic rays, such as x-rays and gamma rays.
The best known device for detecting the presence of said types of radiation is the so-called Geiger-Müller counter tube. This counter can be used in several ways, depending on the voltage applied to the anode and the cathode. In the case of a low voltage, the tube operates in the so-called proportional zone and in the case of a voltage which exceeds a determined limit, it operates in the so-called Geiger-Müller zone.
This last zone offers a serious advantage the excited pulses are very strong, and a weak amplification is enough for them to actuate a recording device or counter. Operation in said zone, however, has two drawbacks;
1. The counting speed is limited due to the recovery time;
2. the magnitude of the pulse is independent of the energy of the incident radiation.
When the device operates in the proportional zone, the drawbacks mentioned under 1 and 2 do not arise. However, it is then necessary to be satisfied with a pulse of very small value, which implies the use of large amplifiers so that the blast signal ratio is very unfavorable.
In a third known type of ray detecting device, called a "scintillation counter", the light excited in a luminescent material by the rays generated in the counter is converted into electrical pulses with the aid of a photoelectric cell. This type of meter offers a serious advantage: the counting speed is very high; and
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in addition, it provides great signals. However, it has a drawback; for certain kinds of radiation the efficiency is quite low.
The invention obviates the drawbacks inherent in the three types of devices mentioned and combines the advantages they offer.
A device according to the invention for detecting radiation consists of the combination of a proportional action Geiger-Müller counter tube which is provided with a window for the passage of the rays generated in the counter tube and with a cell. -photo-electric which converts the rays coming out of the window into electrical impulses.
In a proportional-action Geiger-Müller counter tube, in addition to the discharge which can be measured in a circuit connected to the anode, radiation is produced. through phenomena. The intensity of this radiation, like that of the pulse measured in the anode circuit, depends on the energy of the radiation to be detected. The Applicant has observed that when, in a device in accordance with the invention, the energy of the radiation generated in the Geiger-Müller counter tube is converted by means of a photoelectric cell into electrical pulses, a higher efficiency is obtained. higher than when measuring in the anode circuit of the counter tube. The counter tube must obviously have a window which transmits the radiation with a minimum of losses, and the photoelectric cell must be sensitive to the transmitted radiation.
As the counter tube works in the so-called proportional zone, pulses are obtained from the photoelectric cell, the magnitude of which is proportional to that of the energy of the radiation to be detected and, moreover, the counting speed is high.
Preferably, the device is arranged so that the photoelectric cell is connected directly to the window of the counter tube.
Since, in general, the pulses supplied by the photocells are not strong enough to directly drive a recording or counter apparatus, in accordance with one embodiment of the invention, a photocathode is used which is part of an electronic multiplier. This offers yet another advantage; the signal ratio; breath '. becomes very advantageous because, as is known, for a given amplification, an electronic multiplier, of good construction, provides a better signal breath ratio than an amplifier.
In a particular embodiment of the device according to the invention, it is ensured that the radiation to be detected falls on a photosensitive layer which is located inside the counter tube; this layer then releases electrons which cause a discharge in the counter tube and a radiation which can be measured using the photoelectric cell which is located in front of the window of the Geiger-Müller counter tube.
The description of the appended drawing, given by way of non-limiting example, will make it clear how the invention can be implemented, the features which emerge both from the text and from the drawing, of course, forming part of the invention.
Figo 1 is a sketch of a device according to the invention, in which the window used for the passage of the rays generated in the counter tube is located in the bottom of a cylinder,
Fig. 2 is a sketch of a device according to the invention in which the window serving for the passage of the rays generated in the counter tube is located in the cylindrical surface of this tube.
Fig. 3 is a sketch of a device according to the invention, in which the entire counter tube is made of a transparent material.
In Figo 1, the Geiger-Müller counter tube 1 is of normal construction; it comprises a metal cylinder 4, which is closed on one side by an insulating part 5 in which there is an anode 7 in the form of a wire. Between the wall 4 which acts as the cathode and the anode wire 7, a voltage is applied such that the counter tube works in the proportional zone.
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At the end opposite the insulating part 5, the cylindrical wall 4 is closed by a window 6, which transmits the radiation generated in the counter tube. To this window 6 is connected the electronic multiplier
2, of known construction.
The window 11 of this electronic multiplier allows the rays generated in the counter tube to pass to the photocathode 12 and the electrons released from this photocathode are captured by the secondary emission electrode 13. The secondary emission from this electrode is then multiplied by a number of other secondary emission electrodes, one of which is designated 14 in the figure the total current is finally taken from an anode not shown in the drawing and is transmitted to a recording or counter device 15. The tubes 1 and 2 are assembled using the cylindrical support 18.
The rays to be detected, drawn in dotted lines, coming out of a source and of radiation 17, for example short-wavelength electromagnetic waves, gamma rays or X-rays, or even steary particles, namely alpha particles or beta particles, enter the counter tube 1 through the cylindrical wall 4 and cause, inside the counter tube, a series of phenomena. which produce a large number of electrically charged particles, the negatives of which move rapidly towards the anode 7, while the positive ones move, at a notably slower rate, towards the cathode 4.
As a result of these phenomena a large number of molecules and / or atoms are brought to a higher energetic level, and then radiate electromagnetic waves or produce photons in the visible ultra-violet or infrared part of the spec. - Be at least part of this radiation or of this current of photons passes through window 6 of tube 1, window 11 of tube 2, and reaches photocathode 12.
As is known, it is possible to use gases or gas mixtures, for example halogens, rare gases or hydrocarbons, in the Geuger-Müller counter tube.
In the device shown in FIG. 2, the Geiger-Müller counter 20 consists of a cylindrical metal sheath 21, one end of which is closed by an insulating piece 22, for example glass, in which the anode wire 23 is located. The electronic multiplier is indicated by 24 and the photocathode by 25. This photocathode is located opposite a window 25 arranged in the cylindrical part of the counter tube; this window is made of mica, glass, or another material which transmits the radiation generated in the counter tube well. In order not to disturb the field in the counter tube, a grid 26 has been placed above the window 25a, which is not conductive, which is galvanically connected to the cathode 21.
Radiation from source 27 and traced in dotted lines enters the meter through window 28, which closes cylinder 21.
The anode current of the electronic multiplier is transmitted to a recording or counter device 29
Instead of placing the grid in front of the window 25a, the latter can be covered with a thin metal layer which transmits the radiation from the counter tube. This layer can be, for example, conductive tin oxide. In order to obtain a certain concentration of the radiation in the direction of the photo-cathode 25, the inner surface of the cathode 21 can be made reflective either by polishing, or by the nonapplication of a metallic layer with specular reflection, for example aluminum or silver, which can also be done when the wall 21 is made of glass.
Fig. 3 shows a device according to the invention in which the photocathode is not located very close to the window which transmits the radiation from the counter tube. In fact, there can be no question of a window, because the wall 31 of the meter tube is entirely transparent; this wall is, for example, made of glass On the inner face, the cylinder 31 is covered with a conductive metal layer, or a grid 330 At its ends, the cylinder 31 is closed by plates which transmit as well as possible the radiation generated in the counter tube.
The radiation from a source 34 enters the counter tube through a window 32, for example in mica or glass. The counter tube is placed in front of a
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mirror 30, for example parabolic, which concentrates the rays generated in the counter tube on the photocathode 35 of the electronic multiplier 36.
On the counter tube side, this electronic multiplier is closed by a window 37 which transmits the radiation as well as possible. The signals supplied by the electronic multiplier are transmitted to a recording device or counter 38.
Although Figs. all show a cylindrical counter tube, this in no way implies that the invention is limited to this form of tube.