Etude de l'électronique associée aux détecteurs
ELECT. , ASSOCIEE
Le but de cette dernière est gené-ralement de dénombrer les impul--sions arrivant sur son entrée, ce qui
est obtenu par une échelle de comp-tage ou par un « Ratemeter ». On peut ainsi connaître le taux de comp-tage d'une source, c· est-à-dire le nombre d'impulsions enregistrées par unité de temps.
1. Echelle de comptage
Un schéma d'une éche.lle de comptage et représenté figure 2.
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Les impulsions issues du détec-teur passent d'abord par un préam-plificateur qui se trouve situé le plus près possible du détecteur ; il est d'ailleurs généralement logé à l'inté-rieur même de ce dernier. Notons que les amplificateurs doivent pré-senter de bonnes qualités tels que large bande passante, bonne linéa-rité, faible bruit. Ils doivent de plus, posséder une faible dérive avec le temps et être très bien stabilisés du point de vue température. Le circuit formateur d'impulsions sera du type
« multivibrateur », qui donne à sa sortie des impulsions de caractéristi-ques déterminées. Le bloc compteur est constitué d'un système électroni-que travaillant dans le système bi-naire. Il faut, ici, tenir compte d'une caractéristique importante influen-ça nt la fréquence maximum de comptage, à savoir le temps de ré-solution. Celui-ci est le temps qui doit s'écouler entre deux impulsions successives pour qu'elles soient en-registrées.
En effet, une impulsion se succé-dant à une autre dans un temps infé-rieur au temps de résolution, ne sera pas comptée ; l'électronique étant insensible aux événements pendant cet intervalle de temps.
Echelle de comptage Philips.
O~TECT.
PR~AMPLlt----FÔRMATEU
DE ---èOMPTÊU PULSES
TIMER.
Fig. 2. - Echelle de comptage.
AMPLI
AFFICHAGE
V Les impulsions issues d'un
détec-teur de radiations peuvent se succé-der à des intervalles de temps de l'ordre de 10-5 s. Il faut donc que l'électronique soit capable de suivre la fréquence des événements avec une perte de comptage aussi minime que possible. On y arrive relati-vement facilement par l'emploi d'éléments électroniques diviseurs de fréquence, tels que les multivibra-teurs bistables. Ces éléments déli-vrent une impulsion de sortie pour deux impulsions d'entrée. Si on met une série de « n » étages en cas-cade, le dernier fournit une impulsion pour deux impulsions à l'entrée de la
première décade.
'---1 ---r - - 1 - - ~
Actuellement, on réalise les cir-cuits avec des circir-cuits intégrés divi-seurs par 10, ce qui simplifie les schémas.
La figure 3 représente un multivi-brateur bistable réalisé à l'aide de transistors.
+ A
Fig. 3. - Multivibrateur astable.
La figure 4 donne le schéma d'un compteur par 10 utilisant des bascu-les JK maître-esclave et la figure 5 représente un ensemble de comp-tage.
n---1J n
-A
T
T Le système est réalisé autour de diviseurs par 10 et travaille dans le système BCD. On remarque
égale-ment la présence d'un « timer » Fig. 4. - Compteur par dix.
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e
K T
D K ëi
T
Reset/start
Fig. 5. - Ensemble de comptage.
commandé par un oscillateur de 10 kHz. On peut mettre en service un diviseur par 6 selon que l'on dé-sire un affichage en minutes ou en secondes. L'intérêt du « timer » est de compter jusqu'à un temps prédé-terminé choisi par l'opérateur;
l'échelle s· arrête automatiquement de compter une fois ce temps at-teint.
La sortie des décodeurs est rac-cordée à une porte qui dirige sur le système d'affichage, soit les résul-tats du compteur, soit ceux du timer.
En ce qui concerne l'alimentation du détecteur, les tensions nécessai-res sont de 400 à 1 500 V pour un tube Geiger, et peuvent aller jusqu'à 3 000 V pour un compteur à scintil-lation. La stabilisation doit être très bonne, surtout avec un scintillateur où il faut obtenir au plus une varia-tion de 0,005 % pour 1 % de varia-tion de la tension d'entrée.
Pour les compteurs Geiger, cette stabilité est moins importante puis-qu'on travaille dans une zone de pla-teau ou le nombre d'impulsions enre-gistrées est indépendant de la valeur de la haute tension.
De plus, la haute tension doit être réglable pour pouvoir rechercher la valeur optimum de la tension de tra-vail pour un détecteur donné.
On peut réaliser un bloc THT à l'aide d'un transformateur élévateur suivi d'un redresseur. On peut égale-ment incorporer à l'ensemble un cir-cuit multiplicateur.
Dans le schéma de la figure 6, la
AFACHAGE
Ratemeter Philips.
MULTIPLICATEUR
Fig. 6. - Production de la T.H. T.
haute tension est obtenue par I' em-ploi d'un oscillateur dont la fré-quence est de l'ordre de 10 kHz. On applique à l'ensemble un circuit mul-tiplicateur-filtrage par exemple du type diodes-capacités, et un sys-tème de régulation.
D'autres systèmes sont générale-ment intégrés dans une échelle de comptage ; ce sont en particulier le système permettant de compter jus-qu'à un temps ou un nombre de coups prédéterminés, le système de correction automatique du temps
+
1----1>---~FILTRAGE
a: ::::>
...
en>
Ei
THT
mort et du bruit de fond, le système de comptage par coïncidence et par anti-coïncidence.
2. Les Ratemeter Etude du schéma-bloc
En pratique, on emploie souvent des « Ratemeter » ou indicateurs de taux de comptage.
Ce type d'appareil, de précision moindre que les échelles de comp-tage, permet néanmoins d'apprécier d'une manière suffisante la valeur de
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l'activité d'une source radioactive et en-registrement graphique, très utile lors de l'étude des décroissances ra-dioactives par exemple.
Un schéma bloc d'une installation est donné figure 7. Les impulsions issues du détecteur passent par un préamplificateur, un amplificateur, un circuit de mise en forme type bascule de Schmitt. un circuit de pompage à diodes. On peut éven-tuellement intercaler dans la chaîne un diviseur de fréquence type FJJ 141. Notons que cet ensemble peut être connecté à un compteur d'impulsions.
Le circuit de pompage à diodes, qui convertit les impulsions d'entrée en une tension continue proportion-nelle à la fréquence moyenne du si-gnal d'entrée, constitue l'élément principal du système. Ce signal atta-que ensuite un appareil de mesure, type galvanomètre ou enregistreur, par l'intermédiaire d'un amplificateur à grande impédance d'entrée (type FET par exemple).
Notons que les intégrateurs sont soit du type linéaire, soit du type logarithmique. Dans le premier cas, il sera nécessaire d'effectuer un chan-gement de la constante de temps du circuit pour rester dans la gamme de l'appareil indicateur. Dans le deuxième cas. l'indication est pro-portionnelle au logarithme du nom-bre d'impulsions enregistrées par unité de temps, et un changement de gamme n'est plus nécessaire; de plus, l'erreur relative due à l'appareil de mesure reste constante.
Etude du circuit
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DÉTECT.
L'équation différentielle du circuit est:
La résolution de cette équation donne avec v1 = 0 au temps t = 0 :
v1 = RI ( 1 - e-1/Rc)
La tension de sortie augmente d'une manière exponentielle avec une constante de temps RC vers une asymptote de valeur RI.
Le problème qui se pose en