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Submitted on 1 Jan 1958
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Détecteur directionnel de rayonnement gamma
D. Veron
To cite this version:
129 A
DÉTECTEUR
DIRECTIONNEL DE RAYONNEMENT GAMMAPar
D. VERON,
École Supérieure de
Physique
et de Chimie de Paris.Résumé. 2014
L’appareil est destiné à repérer la direction dans laquelle se trouve une source de rayons gamma, de petites dimensions. Il est constitué par deux photomultiplicateurs, montés en
opposition, et séparés par un écran de plomb.
Abstract. 2014 This
apparatus is designed to find the direction of a small source of gamma-rays. It consists of two
photomultipliers
connected in opposition and separated by a lead shield.PHYSIQUE 12
PHYSIQUE APPLIQUÉE TOME 19, DÉCEMBE 1958, PAGE 129 A.
Ce travail a été exécuté dans le laboratoire de
Physique atomique
del’École
Supérieure
dePhy-sique
et deChimie,
sous la direction de M. G.Dupuy.
Je remercie M.
Labeyrie
et M.Blanc,
du Commis-sariat àl’Energie
Atomique,
qui
m’ontguidé
danscette étude.
I.
Principe.
- Considérons deux détecteurs derayons gamma,
chaque
détecteur étant constitué d’unphotomultiplicateur
et d’un cristal scintil-lateur. Ces deux détecteurs sontsupposés
iden-tiques
etdépourvus
de toute directivité.Assimilons les cristaux scintillateurs à deux
points Si
etS2.
Soit AB un écran deplomb placé
Fm. 1.
sur la niédiatrice de
S 1
S 2
(fig. 1).
Une source de gamma estplacée
en 0. ..
Les courants
anodiques il et i2 âébités
respec-tivement par lesphotomultiplicateurs
1 et II(correspondant
aux cristauxS,
etS2)
sontsensi-blement de la forme :
’
où k est une constante
caractéristique
desdétec-teurs.
La différence des
courants il et i2
estPosons OM = r
(M
étant le milieu deSI S2)
etsupposons
SI S2
= lpetit
devant r :où 6
désigne l’angle
que font entre elles les direc-tions MA et MO.Posons
tg
60
=MS1/MA
etreprésentons
à enfonction de 6 sur un
diagramme polaire (fin. 2).
Quant 6
varie de 0 à00,
r étantconstant,
l’extré-inité du rayon vecteur(dont
le module p = I J sin 0 estproportionnel
à~i)
décrit un arc de cercle dediamètre IJ.
Quand
0 devientsupérieur
à00,
lefaisceau incident de rayons
gamma traverse
l’écran deplomb
avant d’atteindre le scintillateurS1.
Il y a alorsabsorption
d’une fraction 1 - m de l’intensité130 A
du faisceau
correspondant
égale
à 1 -e-03BCa/sin03B8
où w
est le coefficientd’absorption
duplomb
et al’épaisseur
de l’écran. D’oùl’expression
de Di :La
comparaison
desexpressions (1)
et(2)
montreque
pratiquement
De
plus, 1
« r,et i2 # il tant
que 660.
Parsuite,
Ai neprend
une valeur notable quepour 6 >
0.
etqui
est très sensiblement donnée parl’expression :
Pour un écran de
plomb,
la source émettriceétant du cobalt 60
(pics
d’émission à1,17
et1,33
MeV), f1.
=0,6426
cm-iet
La
figure
3 donne lediagramme
obtenu avec lesvaleurs suivantes :
Le
diagramme
montrequ’il
estpossible
d’obtenir
iin effet directionnel en mesurant le courant Ai. Sa sensibilité au
voisinage
du zéro est assezgrande.
Dispositif pratique.
- Le détecteur directionnelcomprend -
deuxphotomultiplicateurs
dutype
51
AVP, équipés
de cristaux d’iodure desodium,
activés au
thallium,
de25,4
mm X38,1 mm
(Q,iartz
et
Silice).
-Les axes des
photomultiplicateurs
sontcon-fondus,
les faces extérieures descapots
protecteurs
des cristaux sontappliquées
contre un écran deplomb
circulaireE,
de 10 cm de rayon et de0,5
cmd’épaisseur
(fig. 4).
L’axe de l’écran E coïncideavec celui des
photomultiplicateurs.
Deux lames de
plomb
L1
etL2 (25
X 5 X0,5
cm)
sontdisposées
commel’indique
lafigure.
Le
dispositif
ainsi constitué est monté sur unsupport
de caméra avec têteorientable, permettant
des rotations autour de trois axes :Z reste vertical et lié au
support,
Yreste horizontal,
X est normal à Y et lié à
l’appareil ( fig.
5).
Lemontage
électrique
est schématiséfigure
6. Larésistance
réglable
.R1,sert
à amenerles
points Cl
et
C2
au mêmepotentiel,
lesphotomultiplicateurs
ne débitant pas, en modifiant la résistance decharge
de l’un des tubes EC 92 à cathode asservie.Les deux ensembles
photomultiplicateur-triode
ne sont pas exactement
identiques.
Lafigure
7montre que par un
décalage
convenable desten-sions d’alimentation des
photomultiplicateurs
(effectué grâce
aupotentiomètre .R2), au voisinage
de 1 500volts,
il estpossible
d’obtenir le même débit encourant,
et ceci sur uneplage
de l’ordrede
200
volts, correspondant
au domaine où lesL’appareil
de mesure est constitué par ungalva-nomètre
balistique
en série avec une résistancevariable
R3
permettant
derégler
la sensibilité. UneFIG. 6. - Ri = 2 000 0, R2 = 1 MQ, Rs =-- 500 kQ.
Le
pôle
positif de la THT est à la masse.G : galvanomètre balistique, résistance interne : 1 280 il, résistance critique : 5 000 if.
résistance de 2 kQ en
parallèle
sur le cadre rendl’appareil apériodique.
La valeur de.R3
étantde 50
k 03A9,
la sensibilité est de0,32
mV(ce
qui
correspond
à_ une différence des courants débités parles
triodes de1,6
fLA)
par mm.Fonctionnement de
l’appareil
(fig. 5).
--L’écran E d’une
part,
l’ensemble des lamesL,
etL2
d’autre
part,
ont chacun leur rôleparticulier.
Désignons
par n leplan
passant
par E et par Ple
plan
desymétrie
del’ensemble,
normal à E. Soit d’autrepart
Ox la direction de la source àrepérer.
(1) est le
plan
verticalpassant
parOx,
p leplan
normal à Zi
passant
par OX. Si p est normal àl’axe
Z,
X et Y se trouvant alors dans leplan
p, une rotation de 27T autour de Z donne un dia-grammepolaire analogue
à celui de lafigure
8. IlFie. 8. - Ce
diagramme est tracé dans les conditions sui-vantes : source de 50 microcuries de cobalt à 1 m. Choix de la sensibilité : 1 mm lu sur l’échelle pour une
diffé-rence des courants débités par les triodes de 1,6 [lA.
FIG. 9. - Les courbes, en coordonnées
polaires,
donnentles courants débités par les
photomultiplicateurs
1 et IIséparément. ’ ,
est
possible
derepérer
la direction Ox de la source : Ai s’annulelorsque
leplan
n passe par Ox. La132 A
de
zéro,
lorsque
les lamesL,
etL2
sontdirigées
vers la source, cequi
permet
de lever le doutede
180°, qui
subsisterait si lediagramme
étaitsymétrique
parrapport
àOy.
L’utilisation des deux lames
LI
etL2
au lieud’une
seule,
placée
perpendiculairement
à l’axe desphotomultiplicateurs,
accroît la sensibilité au voisi-nage du zéro.En
effet,
lafigure
9montre que
la différence descourants débités par
chaque photomultiplicateur
varie
plus vite,
autour duzéro,
pour ladisposition b
que pour ladisposition
a.L’angle
que font entreelles les lames de
plomb
L 1
etL2
estréglé
defaçon
à ce que les
portions
sensiblementrectilignes
descourbes de débit se
coupent
vers leur milieu. Uneopération préliminaire
permet
d’amenerapproximativement
(en
utilisantuniquement
l’écranE)
leplan
P sur leplan
p.La
description complète
de la recherche de ladirection Ox est alors la suivante
( fcg.10).
a)
Une rotation autour de Zpermet
de fairepasser le
plan 7t
parOx ; b)
une rotation de7t 12
autour de X amène le
plan
P sur leplan cj ;
c)
une rotation autour de Ypermet
d’amener leplan 7r
sur leplan
p. Dans cettephase,
ce sont les lamésL,
et
L2 qui interviennent ; d)
une nouvelle rotation de7t 12
autour de Y amène P sur p ;e)
la dernièreopération consiste,
par une rotation autour deZ,
à
compléter
lamanipulation
a, car cettefois,
ce sont les lamesL, L2 qui
sont utilisées et nonplus
l’écranE,
cequi
donne unemeilleure
sensibilité et accroît laprécision
durepérage
dans leplan
corres-pondant.
Il est à remarquer que le
réglage
des tensionsd’alimentation des
photomultiplicateurs
peut
se fairesimplement
enagissant
surR2,
de manière àamener le
galvanomètre
auzéro,
les écrans deplomb
étant retirés.Précision
del’appareil.
- Laprécision
est de l’ordrede +
1° pour lerep érage
desplans 03C9
et p,pour une source de cobalt de 50 microcuries à
2 mètres. En effectuant deux
repérages
en deuxpoints différents,
il estpossible
de localiser la source dans un cube de 7 cm d’arête environ.La limite de sensibilité est atteinte pour une source de 50 pic à 3 mètres. La
précision
est alors de l’ordrede +
30. Une source de 10 millicuries envi-ron a pu être facilementrepérée
à :1::
1°près,
à une distance de 25 mètres.’
Conclusion. --
L’appareil
ainsi constitué estassez
maniable,
étant donnée laquantité
relati-vement faible de
plomb
nécessaire(3
zig)
etpermet
un
repérage
suffisammentprécis
pour localiserrapidement
une source derayonnement
gamma.De
