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FR2552887A1 - SYSTEM FOR DETECTING NEUTRONS AND / OR GAMMA RAYS - Google Patents

SYSTEM FOR DETECTING NEUTRONS AND / OR GAMMA RAYS Download PDF

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FR2552887A1 FR8413979A FR8413979A FR2552887A1 FR 2552887 A1 FR2552887 A1 FR 2552887A1 FR 8413979 A FR8413979 A FR 8413979A FR 8413979 A FR8413979 A FR 8413979A FR 2552887 A1 FR2552887 A1 FR 2552887A1
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Abstract

A.SYSTEME DE DETECTION DES NEUTRONS ETOU DES RAYONS GAMMA COMPORTANT UNE GRANDE SURFACE DE RECEPTION DU RAYONNEMENT A DETECTER QUI PRODUIT DES PHOTONS DANS LA MATIERE PRODUISANT UNE SCINTILLATION, PHOTONS QUI SONT CAPTES DANS LES FIBRES OPTIQUES FORMANT LE CONDUCTEUR. B.SYSTEME CARACTERISE EN CE QUE LES FIBRES OPTIQUES 6 SONT ETENDUES SUR TOUTE LA SURFACE DE RECEPTION 2 DANS LA MATIERE PRODUISANT LES SCINTILLATIONS 5, QUE LE CAPTAGE DE LA LUMIERE 4 S'OPERE SUR TOUTE LA SURFACE ENVELOPPANTE DES FIBRES OPTIQUES 6 ET QUE LES FIBRES OPTIQUES CONDUCTRICES 6 SONT ETABLIES DE FACON A ETRE ANISOTROPES. C.CE SYSTEME PERMET DE REDUIRE NOTABLEMENT LES PERTES PAR ABSORPTION DE LUMIERE DANS DES SYSTEMES DETECTEURS ETENDUS.A. SYSTEM FOR DETECTION OF NEUTRONS AND OR GAMMA RAYS WITH A LARGE SURFACE RECEIVING RADIATION TO BE DETECTED WHICH PRODUCES PHOTONS IN THE MATERIAL PRODUCING SCINTILLATION, PHOTONS WHICH ARE CAPTURED IN THE OPTICAL FIBERS FORMING THE CONDUCTOR. B. SYSTEM CHARACTERIZED IN THAT THE OPTICAL FIBERS 6 ARE EXTENDED OVER THE ENTIRE RECEPTION SURFACE 2 IN THE MATERIAL PRODUCING THE SCINTILLATIONS 5, THAT THE LIGHT COLLECTION 4 IS OPERATED OVER THE ENTIRE ENVELOPING SURFACE OF THE OPTICAL FIBERS 6 AND THAT THE CONDUCTIVE OPTICAL FIBERS 6 ARE ESTABLISHED TO BE ANISOTROPIC. C. THIS SYSTEM ALLOWS SIGNIFICANTLY REDUCED LOSSES BY LIGHT ABSORPTION IN EXTENDED DETECTOR SYSTEMS.

Description

"Système de détection des neutrons et/ou"Neutron detection system and / or

des rayons gamma".gamma rays ".

L'invention concerne un système de détection des neutrons et/ou des rayons gamma, présentant une grande 5 surface de réception pour l'irradiation à détecter qui produit dans la matière de scintillation des photons qui seront captés dans un conducteur de lumière à fibres optiques En particulier, l'invention concerne un système  The invention relates to a neutron and / or gamma-ray detection system having a large receiving surface for the irradiation to be detected which produces in the scintillation material photons which will be captured in an optical fiber light conductor. In particular, the invention relates to a system

pour un sas à chambre rotative.for a rotary chamber lock.

La mise en service de la détection des neutrons est prévue dans les sas destinés au personnel, comme disposition complémentaire de la surveillance des matières nucléaires Elle augmente la probabilité de la découverte d'un transfert non autorisé de matière nucléaire hors des 15 zones o l'on pratique un bilan des matières, car les mesures de protection du côté de la soustraction sont beaucoup plus difficiles que dans la détection des rayons Zn S(Ag) est une des substances dont la scintillation est la plus importante parmi celles dont on dispose pour 20 des fins de détection La condition nécessaire pour la construction d'un détecteur efficace est aussi toutefois la collecte et la transmission optimales du courant lumineux qui sera produit à un photomultiplicateur Jusqu'ici, on a  The commissioning of neutron detection is planned in personnel locks, as a supplement to nuclear material monitoring. It increases the probability of discovery of an unauthorized transfer of nuclear material out of the 15 areas where material balance is practiced because the protection measures on the subtraction side are much more difficult than in the detection of Zn radiation. S (Ag) is one of the substances whose scintillation is the most important among those available for 20 For the purpose of the construction of an efficient detector, however, it is also the optimal collection and transmission of the light that will be produced to a photomultiplier.

utilisé des collecteurs de lumière dont la construction 25 était la suivante.  used light collectors whose construction was as follows.

On pose directement sur le PTM (PTM pouvant: signifier Photomultiplicateur) un disque détecteur pour fenêtre d'entrée de PTM suivant K H Sun, P R Malmberg, F.A Pecjak, Scintillation Counters, Nucleonis (Juillet 1956), ce qui a l'avantage que le parcours de la lumière transmise est plus court et que, par suite, les pertes sont plus faibles Le défaut réside dans la limitation du diamètre de la 5 fenêtre d'entrée du photomultiplicateur utilisé Une autre construction, W S Emmerich, A Fast Neutron Szintillator, Rev Scien Inst, Vol 25, No 1, Jan 1954, assure une multiplication par cinq de la surface utilisable au moyen de  Directly on the PTM (PTM can mean Photomultiplier) a PTM input window detector disc according to KH Sun, Malmberg PR, FA Pecjak, Scintillation Counters, Nucleonis (July 1956), which has the advantage that the The path of the transmitted light is shorter and, as a result, the losses are lower. The defect lies in the limitation of the diameter of the input window of the photomultiplier used. Another construction, WS Emmerich, A Fast Neutron Szintillator, Rev. Scien Inst, Vol 25, No 1, Jan 1954, provides a five-fold increase in the useable area by means of

plaques conductrices de la lumière intégrées dans le scin10 tillateur, toutefois, ici aussi, il n'est possible de construire que de petites unités qui, dans un sas à chambre rotative par exemple, embrassent un angle trop faible de l'espace.  However, here too it is only possible to construct small units which, in a rotating chamber lock for example, embrace a too small angle of the space.

Les inconvénients des conducteurs de lumière isotropes actuels sont: les pertes par dispersion qui se produisent lors du contact optique direct avec la matière optiquement plus dense du scintillateur, les pertes par affaiblissement (absorption de lumière sur le parcours de transmission nécessaire), rapports défavorables des surfaces entre la section du conducteur de lumière (soit la surface de sortie)  The drawbacks of the current isotropic light conductors are: the dispersion losses that occur during direct optical contact with the optically denser scintillator material, losses by weakening (light absorption over the required transmission path), unfavorable surfaces between the light conductor section (the exit surface)

et la surface collectrice.and the collecting surface.

Le rendement de sortie des gros cristaux de scintillateur se situe, en fonction de l'indice de réfraction 25 dans un ordre de grandeur de 5 à 11 %.  The output yield of the large scintillator crystals is, depending on the refractive index 25 in an order of magnitude of 5 to 11%.

Ces valeurs données pour le rendement d'entrée et de transmission des conducteurs de lumière isotropes (surface limite par rapport à l'air, matière optiquement moins dense), montrent que pour des scintillateurs à grande 30 surface, des systèmes optiques doivent pour convenir satisfaire aux exigences suivantes: découplage de la source lumineuse et du conducteur de lumière par interposition d'une couche optique intermédiaire, présentant un indice de réfraction qui soit 35 plus petit que celui du scintillateur (n Y 1,5) pour éviter  These values given for the input and transmission efficiency of the isotropic light conductors (air-limited surface, optically less dense material), show that for large surface scintillators, optical systems must be suitable to satisfy the following requirements: decoupling of the light source and the light conductor by interposition of an intermediate optical layer, having a refractive index which is smaller than that of the scintillator (n 1.5 Y) to avoid

les pertes par dispersion sur la surface limite.  dispersion losses on the boundary surface.

captage d'une intensité lumineuse suffisante pour surmonter la distance de la transmission jusqu'au photomultiplicateur. Le mode de captage de la lumière par la face frontale d'une fibre optique trouve déjà son utilisation pour la construction d'amplificateurs de lumière résiduelle, W.B Allan, Fibre Optics, Theory and Practice, Plenum Press, L Ondon, N Y 1973, et les écrans de projection de grand 10 format, lors de la déviation du parcours de la lumière nécessaire pour l'utilisation du détecteur L'inconvénient est la consommation importante de fibres, et la faiblesse du facteur de réduction obtenu pour le rapport surface d'entrée/ surface de sortie Ces inconvénients amènent à prendre en considération un mode de captage de la lumière qui n'est pas  capturing sufficient light intensity to overcome the distance of the transmission to the photomultiplier. The mode of light capture by the front face of an optical fiber is already used for the construction of residual light amplifiers, WB Allan, Fiber Optics, Theory and Practice, Plenum Press, L Ondon, NY 1973, and large format projection screens, when deviating the path of light necessary for the use of the detector The disadvantage is the high consumption of fibers, and the weakness of the reduction factor obtained for the input surface ratio / output surface These drawbacks lead to consider a mode of capture of light that is not

usité jusqu'ici.used until now.

Le problème qui est à la base de l'invention consiste alors à réaliser un système de détection à grande surface du type mentionné en commençant de telle façon que 20 l'on puisse utiliser une substance pour scintillateur efficace au point de vue de la physique nucléaire et tirer parti aussi des avantages des fibres pour la transmission de-la  The problem which lies at the basis of the invention then consists in producing a large-area detection system of the type mentioned, beginning in such a way that a scintillator substance which is effective from the point of view of nuclear physics can be used. and also take advantage of the benefits of fiber for the transmission of

lumière aux systèmes de détection.  light to detection systems.

A cet effet, l'invention propose un système caractérisé en ce que les fibres optiques sont étendues sur toute la surface de réception dans la matière produisant les scintillations, que le captage de la lumière s'opère sur toute la surface enveloppante des fibres optiques et que les  For this purpose, the invention proposes a system characterized in that the optical fibers are extended over the entire receiving surface in the scintillating material, the light is captured over the entire enveloping surface of the optical fibers and that

fibres optiques conductrices sont établies de façon à être 30 anisotropes.  Conductive optical fibers are set up to be anisotropic.

On trouvera décrits dans ce qui suit, d'autres  Some of the following are described below.

perfectionnements avantageux de l'invention.  advantageous improvements of the invention.

Les avantages spéciaux de cette solution nouvelle résident dans l'utilisation de systèmes de conducteurs 35 lumineux anisotropes, qui provoquent, contrairement aux systèmes optiquement isotropes, une séparation des fonctions collecteur de lumière-conducteur de lumière Par ce moyen, les pertes par absorption de lumière sont réduites dans une large mesure dans des systèmes détecteurs étendus 5 dans l'espace L'intensité lumineuse captée sur la surface de la fibre optique conductrice arrive alors à l'amplificateur opto-électronique, accouplé à l'extrémité de la fibre optique,  The special advantages of this new solution lie in the use of anisotropic light-conducting systems, which, unlike optically isotropic systems, cause a separation of the light-conducting light collector functions. The light intensity picked up on the surface of the conductive optical fiber then reaches the optoelectronic amplifier, coupled to the end of the optical fiber, to a large extent.

sans affaiblissement notable.without notable impairment.

Le mécanisme de captage de la lumière par la surface 10 enveloppante de la fibre repose sur la synchronisation des: vitesses de phases, sens de polarisation, des fractions ondes superficielles des oscillations propres  The mechanism for capturing light through the enveloping surface of the fiber is based on the synchronization of: phase velocities, polarization directions, surface wave fractions of the natural oscillations

qui peuvent être excitées dans le noyau des fibres.  which can be excited in the core of the fibers.

Il a été confirmé expérimentalement qu'en utilisant des fibres cylindrosymétriques, il apparaît, en raison de la géométrie des champs électromagnétiques, des propriétés qui permettent une alimentation en lumière par la surface enveloppante de la fibre Le mode-volume (nombre des auto-oscil20 lations possibles) croissant avec l'augmentation du rayon du noyau central de la fibre ou du diamètre de cette fibre augmente la probabilité de la synchronisation des deux champs dans la surface enveloppante de la fibre Ce point est particulièrement important, notamment pour l'introduction 25 de lumière non-cohérente avec des modifications de phases  It has been confirmed experimentally that using cylindrosymmetric fibers, due to the geometry of the electromagnetic fields, appear properties that allow a light supply through the enveloping surface of the fiber. The volume mode (number of auto-oscillations) possible) increasing with the increase of the radius of the central core of the fiber or the diameter of this fiber increases the probability of the synchronization of the two fields in the enveloping surface of the fiber This point is particularly important, especially for the introduction 25 non-coherent light with phase changes

aléatoires dans le temps et dans l'espace.  random in time and space.

Ces propriétés déjà connues des fibres cylindrosymétriques se limitent jusqu'ici: à la mise en oeuvre de fibres optiques anisotropes 30 en couche mince, à géométrie plane, qui conduisent à d'autres conditions marginales d'introduction de la lumière, quand on utilise l'effet optique de tunnel, l'introduction de sources de lumière cohérentes  These previously known properties of the cylindromesymmetric fibers are limited until now: to the use of anisotropic thin-film optical fibers 30, with flat geometry, which lead to other marginal conditions of light introduction, when using tunnel optical effect, the introduction of coherent light sources

(Laser) qui conduisent à des conditions d'accouplement 35 permanentes.  (Laser) which lead to permanent mating conditions.

On n'en a toutefois pas tiré parti jusqu'ici techniquement, en particulier, on n'a pas mis en oeuvre des conducteurs en fibres optiques optiquement anisotropes pour  However, it has not been used technically so far, in particular, optically anisotropic optical fiber conductors have not been used for

la construction de détecteurs de neutrons.  the construction of neutron detectors.

L'invention est exposée ci-après plus en détail avec référence à des résultats théoriques et expérimentaux, ainsi qu'à un exemple de réalisation, et à l'aide des figures  The invention is described below in more detail with reference to theoretical and experimental results, as well as to an exemplary embodiment, and with the help of the figures

1 à 4.1 to 4.

Le principe d'un détecteur à fibres 1 avec captage 10 de la lumière par la surface de réception 2 du corps de base (matrice Zn S (Ag) bore) est représenté schématiquement dans la fig 1 Le flux de neutrons O ( 3) produit des éclairs lumineux 4 dans la matière scintillante du corps de base 5, éclairs qui sont collectés par les fibres 6 posées parallè15 lement les unes aux autres, éventuellement en couches superposées (ici 3 couches) Les fibres 6 sont ensuite rassemblées, sur les deux surfaces frontales du corps de base en faisceaux 7,  The principle of a fiber detector 1 with light capture by the receiving surface 2 of the base body (matrix Zn S (Ag) boron) is shown schematically in FIG. 1. The neutron flux O (3) produced lightning flashes 4 in the scintillating material of the base body 5, flashes which are collected by the fibers 6 placed parallel to each other, possibly in superimposed layers (here 3 layers) The fibers 6 are then assembled on both surfaces front of the basic body in bundles 7,

et vont au photomultiplicateur 8.and go to the photomultiplier 8.

La discussion suivante rend compte de la relation 20 entre l'intensité lumineuse et les rapports de surface des surfaces collectrices de la lumière incorporées dans le scintillateur 5 (somme des surfaces enveloppantes des différentes fibres 6) pour différents rayons de ces fibres 6 isolées Les intensités de lumière que l'on peut obtenir à 25 l'emplacement 2 du captage de la lumière (surface limite nl/n 2) correspondent au rapport des surfaces collectrices de la lumière A que fixent les rayons R des différentes fibres Si l'on continue à diminuer le rayon R des fibres optiques, la surface enveloppante diminue proportionnellement 30 à R, la surface frontale de ces fibres en revanchediminue proportionnellement à R 2 Pour maintenir une surface collectrice de lumière constante dans le scintillateur, il est nécessaire, si l'on réduit le diamètre, d'augmenter proportionnellement le nombre des fibres Comme la surface frontale du faisceau 35 de fibres diminue comme le carré du rayon R des fibres, l'équation suivante est valable pour l'augmentation de la surface par introduction d'autres fibres 6: R 1  The following discussion accounts for the relationship between light intensity and surface ratios of the light collecting surfaces incorporated in the scintillator (sum of enveloping surfaces of the different fibers 6) for different rays of these insulated fibers. light that can be obtained at the location 2 of the light capture (boundary surface nl / n 2) correspond to the ratio of the collector surfaces of the light A that fix the rays R of the different fibers If we continue In decreasing the radius R of the optical fibers, the enveloping surface decreases proportionally to R, the front surface of these fibers being reduced in proportion to R 2. To maintain a constant light collecting surface in the scintillator, it is necessary, if reduces the diameter, proportionally increase the number of fibers As the front surface of the fiber bundle decreases as the square of At the radius R of the fibers, the following equation is valid for the increase of the surface by introduction of other fibers 6: R 1

R 1 R 2R 1 R 2

Asurface enveloppante = pour R 1 > R 2  Enveloping asurface = for R 1> R 2

R 2 R 1R 2 R 1

Asurface enveloppante La grandeur de la surface enveloppante incorporée 10 provoque une diminution de la distance qui sépare les différentes sources lumineuses ponctuelles du scintillateur par rapport à la surface des fibres optiques et par suite une augmentation de l'intensité de la lumière introduite (captée)  Enveloping Asurface The size of the embedded enveloping surface 10 causes a decrease in the distance separating the different point light sources from the scintillator with respect to the surface of the optical fibers and consequently an increase in the intensity of the light introduced (captured).

dans le cable à fibres optiques 6.in the fiber optic cable 6.

Le tableau suivant rend compte, pour des diamètres courants de fibres optiques, des distances source lumineuse/  The following table shows, for common fiber optic diameters, light source /

point d'introduction dans les conditions marginales indiquées.  point of introduction under the marginal conditions indicated.

Fibres O Nombre pour le Surface envelop Distance LQ/ (*) (t A) détecteur pante 2 des fibres L Lob) (min  Fibers O Number for the Enveloped Area Distance LQ / (*) (t A) fiber L-fiber detector 2 Lob (min)

1500 1100 8 3 400.1500 1100 8 3 400.

1050 2270 12 0 315.1050 2270 12 0 315.

500 10 000 25 1 150.500 10,000 25 1,150.

250 000 126 0 30.250,000 126 0 30.

70 510 200 180 0 21.70 510 200 180 0 21.

2 777 780 420 0 9.2,777,780,420 0 9.

25 000 000 1257 0 3.25,000,000 1257 0 3.

(t LQ: source lumineuse(t LQ: light source

L Lob: surface du conducteur optique.  L Lob: optical conductor surface.

Il en ressort qu'il existe entre des fibres de 1500 t et de 70 un rapport d'intensité lumineuse de 1/363 à l'endroit de l'introduction de la lumière, la surface  It emerges that between 1500 t and 70 fibers there is a light intensity ratio of 1/363 at the location of the light introduction, the surface

limite nl/n 2.limit nl / n 2.

Les réalisations actuelles donnent des indications 35 pour la construction géométrique de la détection utilisant  Current achievements provide guidance for the geometric construction of the detection using

des fibres optiques.optical fibers.

Des points importants sont en outre: le mécanisme de captage de la lumière par la surface enveloppante, les propriétés de transmission de l'énergie lumineuse  Important points are also: the mechanism of capture of light by the enveloping surface, the transmission properties of light energy

captée par les fibres.captured by the fibers.

Les fibres optiques anisotropes sont constituées des deux composants, noyau, avec l'indice de réfraction N 1 et la surface enveloppante, N 2: l'énergie électromagnétique 10 est localisée, au cours de la transmission de l'énergie, principalement dans la matière dont l'indice de réfraction  The anisotropic optical fibers consist of the two core components, with the refractive index N 1 and the enveloping surface N 2: the electromagnetic energy 10 is localized, during the transmission of the energy, mainly in the material whose refractive index

n 1 est le plus élevé, N S Kapany, J J Burke, Fiber Optics IX.  n 1 is the highest, N S Kapany, J J Burke, Fiber Optics IX.

Waveguide Effects, J Am Opt Soc Vol 51, No 10, Oct 1961.  Waveguide Effects, J Am Opt Soc Vol 51, No 10, Oct 1961.

Les conditions de propagation ressortent des lois 15 de l'optique géométrique (Snellius-Fresnellsche Gesetze der Brechung und Reflexion, W Pohl, Optik und Atomphysik, Springer 1928), pour la réflexion totale qui se produit sur la couche limite vers le milieu optiquement plus facile à traverser Sans revenir en détail sur la théorie, on en indi20 quera des conséquences importantes: La transmission de la lumière repose sur le principe de la réflexion totale dans la couche optiquement la plus facile à traverser N 2 Avec le diamètre final des fibres optiques, il s'établit, en fonction de la longueur d'onde de la lumière >, de l'ouverture numérique (N A) et du rayon a du noyau des fibres, des conditions discrètes de  The propagation conditions emerge from the laws of geometrical optics (Snellius-Fresnellsche Gesetze der Brechung und Reflection, W Pohl, Optik und Atomphysik, Springer 1928), for the total reflection which occurs on the boundary layer towards the optically larger medium. easy to go through Without going back in detail on the theory, we will indiau quer important consequences: The transmission of light is based on the principle of total reflection in the optically easiest layer to cross N 2 With the final diameter of the optical fibers , it establishes, according to the wavelength of the light>, the numerical aperture (NA) and the radius a of the core of the fibers, discrete conditions of

propagation (modes propres) dans la fibre.  propagation (eigen modes) in the fiber.

-Contrairement à la conclusion de la géométrie optique, en cas de réflexion totale, l'énergie arrive dans le 30 milieu "interdit" N 2 optiquement plus facile à traverser suivant, M Born, Optik, Springer, Berlin 1933 Le vecteur d'ondes k s'étend ici parallèlement à la couche limite n 1/n 2 en N 2 Les pertes du noyau des fibres, du fait de pertes par rayonnement sur la matière environnante, sont 35 déterminées par l'épaisseur S de la surface enveloppante (région tunnel) En général, l'épaisseur de la couche se monte à environ 7 à 10 longueurs de l'onde lumineuse pour des fibres optiques multi-modales, pour des ordres de  Contrary to the conclusion of the optical geometry, in the case of total reflection, the energy arrives in the "forbidden" medium N 2 optically easier to cross next, M Born, Optik, Springer, Berlin 1933 The wave vector Here k extends parallel to the boundary layer n 1 / n 2 in N 2 The losses of the core of the fibers, due to radiation losses on the surrounding material, are determined by the thickness S of the enveloping surface (region In general, the thickness of the layer amounts to about 7 to 10 lengths of the light wave for multi-modal optical fibers, for

grandeur de longueur d'onde X 0,5/t (lumière visible).  magnitude of wavelength X 0.5 / t (visible light).

Un couplage de la lumière externe du scintillateur avec le champ d'ondes superficielles synchrone, dans la région tunnel de la matière N 2, permet, sans coupleur optique supplémentaire (prisme par exemple) que la propagation de la lumière se forme d'une façon hélicoïdale Les rayons lumineux 10 émis dans le scintillateur L Qn se propagent en forme de c 6 ne, et atteignent tangentiellement la surface limite nl/n 2 (indicence "rasante" de la lumière) En cas de concordance des conditions de synchronisation pour les vitesse de phases, sens de polarisation correspondant au choix des angles d'incidence vet 8 vdans la zone de la couche limite nl/n 2, l'excitation des autooscillations électromagnétiques de l'ordre v s'opère, dans le  A coupling of the external light of the scintillator with the synchronous surface wave field in the tunnel region of the material N 2 makes it possible, without additional optical coupler (prism for example), that the propagation of the light is formed in a manner helical The light rays 10 emitted in the scintillator L Qn propagate in the form of c 6 ne, and tangentially reach the boundary surface nl / n 2 ("rasante" indication of the light). In case of concordance of the synchronization conditions for the speeds phase, direction of polarization corresponding to the choice of the angles of incidence vet 8 v in the zone of the boundary layer nl / n 2, the excitation of the electromagnetic auto-oscillations of the order v operates, in the

noyau de la fibre sur le champ d'ondes superficielles appar20 tenant à l'auto-oscillation, par résonance.  the core of the fiber on the superficial wave field appearing to self-oscillation, by resonance.

L'introduction de la lumière en tirant parti de l'effet géométrique des surfaces limites courbes offre dans la pratique les avantages suivants: Tout système d'accouplement supplémentaire, tel 25 qu'on en utilise pour le captage de la lumière sur des pellicules optiques minces (coupleur à prisme) devient superflu. Le mécanisme d'accouplement est anisotrope par rapport au parcours préférentiel de la lumière introduite. 30 Il-en résulte que l'énergie lumineuse captée reste dans la  The introduction of light by taking advantage of the geometric effect of the curved boundary surfaces in practice offers the following advantages: Any additional coupling system, as used for the capture of light on optical films thin (prism coupler) becomes superfluous. The coupling mechanism is anisotropic with respect to the preferential path of the introduced light. As a result, the captured light energy remains in the

fibre, même sur de longs parcours de transmission.  fiber, even on long transmission paths.

On dispose de la totalité de la longueur de la fibre comme zone de captage De l'énergie lumineuse captée, il ne se perd qu'environ 10 %/m, en fonction de la qualité 35 de la fibre optique, dans les pertes par découplage et absorption. Pour vérifier la conception du détecteur, on a construit un élément de surface du détecteur pour sas prévu cet élément est représenté en coupe dans la figure 2 Le boîtier 9, de forme parallélépipédique, est constitué d'une partie formant couvercle et d'une partie formant fond, 10, 11, qui sont vissées ensemble et qui assurent, au moyen d'un joint qui en fait le tour 12, l'étanchéité par rapport à l'environnement d'une cavité 13, destinée à recevoir le corps de 10 base 5 (figure 1) Les faisceaux 7 de fibres optiques sortent, en étant fixés par elles, par les deux bornes 14, 15,  The entire length of the fiber is available as a sensing zone. From the light energy captured, it is only lost at about 10% / m, depending on the quality of the optical fiber, in the decoupling losses. and absorption. In order to verify the design of the detector, a surface element of the detector for locking is provided. This element is shown in section in FIG. 2. The box 9, of parallelepipedal shape, consists of a part forming a lid and a part 10, 11, which are screwed together and which, by means of a seal which makes it around 12, seal against the environment of a cavity 13, intended to receive the body of 10 base 5 (FIG. 1) The bundles 7 of optical fibers leave, being fixed by them, by the two terminals 14, 15,

la plupart du temps décalées l'une par rapport à l'autre diagonalement.  mostly offset from each other diagonally.

La surface sensible du détecteur se monte à 900 cm 2 15 On a utilise un diamètre de fibres isolées de 1500/A,"l incorporées, en un lit à couche unique, dans une matrice Zn S(Ag)-acide borique L'utilisation de cette importante section des fibres est, certes, défavorable au point de vue optique, mais offre toutefois des avantages techniques pour la 20 fabrication Pour obtenir un rendement de captage suffisant avec les fibres assez grosses utilisées, on a rendu rugueuse la surface enveloppante (surface limite extérieure N 0/n 2) Les centres de dispersion qui apparaissent sur la surface agissent à la façon d'un coupleur optique à grille, tel qu'on l'utilise 25 en liaison avec des conducteurs de lumière plans En raison de la dispersion de la lumière du scintillateur tombant perpendiculairement à la surface limite N 1/n 2 dans des directions d'incidence synchrones pour s'accoupler avec les ondes superficielles, on obtient une augmentation de l'inten30 sité de lumière captée qui est environ 20 fois celle qu'on  The sensing surface of the detector is 900 cm 2. An isolated fiber diameter of 1500 / A, incorporated into a single layer bed, is used in a Zn S (Ag) -boric acid matrix. This important section of the fibers is admittedly optically unfavorable, but offers technical advantages for the fabrication. To obtain a sufficient capture efficiency with the rather large fibers used, the enveloping surface (surface area) was roughened. outer limit N 0 / n 2) The dispersion centers appearing on the surface act in the manner of a grid optical coupler, as used in conjunction with flat light conductors. the scintillator light falling perpendicular to the boundary surface N 1 / n 2 in synchronous incidence directions for coupling with the surface waves results in an increase in the intensity of the light captured. which is about 20 times that one

obtiendrait sur une surface lisse.would get on a smooth surface.

Les mesures de sensibilité aux rayons p ont été effectuées dans les conditions marginales suivantes: réglage des paramètres d'amplification optimum avec référence aux spécifications indiquées dans les documents W. S C Chang, Periodic Structures and their Application in Integrated Optics, IEEE Trans on Microwave Theory and  The p-ray sensitivity measurements were made under the following marginal conditions: setting the optimum amplification parameters with reference to the specifications given in W. SC Chang, Periodic Structures and their Application in Integrated Optics, IEEE Trans on Microwave Theory and

Techniques, Dec 1973, p 775 ff, et par des essais.  Techniques, Dec 1973, p 775 ff, and by tests.

L'électronique amplificatrice utilisée (photomultiplicateur 5 Philips XP 2230) est indentique à celle du système à scintillateur liquide IRT pour la détection des rayons Détermination du seuil de discrimination et de 2 u la largeur de fenêtre Uw à partir du rapport 52/B, signal/ bruit mesuré pour différentes énergies È Le champ énergé10 tique considéré s'étend de Am-241 (E'60 ke V pour UU 0,1 V),  The amplifying electronics used (Philips XP 2230 photomultiplier) is identical to that of the IRT liquid scintillation system for the detection of radii. Determination of the discrimination threshold and 2 μ the window width U w from the ratio 52 / B, signal measured noise for different energies The energy field under consideration ranges from Am-241 (E '60 ke V to U U 0.1 V),

au-delà de Ba-133 (E 360 ke V) jusqu'à Co-60 (E% 1170 ke V).  beyond Ba-133 (E 360 ke V) to Co-60 (E% 1170 ke V).

Le réglage du discriminateur a été fixé comme étant le résultat de la mesure pour Uu c 0,1 V et Uw = 3 V. Le rapport signal/bruit pour différents éloignements 15 des sources par rapport à la plaque du détecteur, calculé pour le centre de la plaque, est illustré dans la figure 3, et il est également indiqué 52/B = 5 6502 ce qui correspond à une probabilité de détection de 95 % avec un taux de fausses alarmes de 0, 01 % Le seuil d'alarme ajusté, 4 a, tient compte des variations de la stabilité de l'électronique La probabilité de détection de 95 % correspond à un signal net  The discriminator setting was set as the result of the measurement for Uu c 0.1 V and Uw = 3 V. The signal-to-noise ratio for different distances from the sources with respect to the detector plate, calculated for the center of the plate, is illustrated in Figure 3, and it is also indicated 52 / B = 5 6502 which corresponds to a probability of detection of 95% with a rate of false alarms of 0, 01% The alarm threshold adjusted , 4 a, takes into account variations in the stability of the electronics The probability of detection of 95% corresponds to a net signal

S = G-B de 1,65 î au-dessus du seuil d'alarme.  S = G-B of 1.65 au above the alarm threshold.

Pour le rapport signal/bruit exigé est valable l'équation  For the required signal-to-noise ratio is valid the equation

52/B = ( 5,65 VB) / B = 3252 / B = (5.65 VB) / B = 32

indépendamment du taux de comptage absolu B 52/B est un critère de qualité d'un détecteur, dans une large mesure, indépendant du réglage des paramètres de l'amplificateur.  regardless of the absolute count rate B 52 / B is a quality criterion of a detector, to a large extent independent of the setting of the amplifier parameters.

Les résultats de mesure (fig 3) ont été déterminés pour différentes distances z au-dessus du centre de la plaque  The measurement results (FIG. 3) were determined for different distances z above the center of the plate

(x, y) = ( 5,5).(x, y) = (5.5).

La figure 4 montre, pour z = une constante, la dépendance du rapport 52/B signal/bruit pour différentes 35 distances par rapport au photomultiplicateur, la position 1 l y = 1 désignant la plus petite distance, qui est de 30 cm,  FIG. 4 shows, for z = a constant, the dependence of the ratio 52 / B signal / noise for different distances with respect to the photomultiplier, the position 1 l y = 1 denoting the smallest distance, which is 30 cm,

y = 9, une distance d'environ 60 cm.  y = 9, a distance of about 60 cm.

Les résultats de mesure confirment l'aptitude au fonctionnement de fibres optiques anisotropes, comme agents de collecte et de transmission, même si l'on utilise des  The measurement results confirm the ability of anisotropic optical fibers to function as a collection and transmission agent, even if

fibres optiques dont la section est de grande dimension.  optical fibers whose section is large.

Les différences auxquelles on peut s'attendre de l'efficacité des taux de comptage des rayons gamma et des neutrons en raison des différences dans la puissance des signaux permettent de conclure que le détecteur Zn S(Ag)acide borique peut être mis en service en même temps pour la détection des rayons gamma, la séparation des signaux étant  Differences in the efficiency of gamma-ray and neutron count rates due to differences in signal strength suggest that the Zn S (Ag) boric acid detector can be commissioned in Canada. same time for the detection of gamma rays, the separation of signals being

obtenue en posant des seuils d'énergie différents.  obtained by setting different energy thresholds.

Claims (5)

REVENDICATIONS 1) Système de détection des neutrons et/ou des rayons gamma comportant une grande surface de réception du rayonnement à détecter qui produit des photons dans la matière produisant une scintillation photons qui sont captés dans les fibres optiques formant le conducteur, système caractérisé en ce que les fibres optiques ( 6) sont étendues sur toute la surface de réception ( 2) dans la matière produisant les scintillations ( 5), que le captage de la lumière ( 4) s'opère sur toute la surface enveloppante des fibres optiques ( 6) et que les fibres optiques conductrices ( 6) sont établies  1) A system for detecting neutrons and / or gamma rays having a large surface for receiving the radiation to be detected which produces photons in the photon scintillation producing material which are captured in the optical fibers forming the conductor, characterized in that the optical fibers (6) are extended over the entire receiving surface (2) in the scintillation-producing material (5), the light-catching (4) is effected over the entire enveloping surface of the optical fibers (6) and that the conductive optical fibers (6) are established de façon à être anisotropes.so as to be anisotropic. 2) Système de détection des neutrons et/ou des rayons gamma suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres optiques ( 6) sont incorporées parallèlement entre elles dans la matière produisant les scintillations ( 5), en une ou plusieurs couches qui sont dirigées parallèlement à la surface  2) neutron and / or gamma detection system according to claim 1, characterized in that the optical fibers (6) are incorporated parallel to each other in the scintillating material (5), in one or more layers which are directed parallel to the surface réceptrice ( 2).receiver (2). 3) Système suivant l'une des revendications 1 et 2, 20 caractérisé en ce que la sortie ( 7) de la lumière s'effectue  3) System according to one of claims 1 and 2, characterized in that the output (7) of the light is effected par les faces frontales des fibres optiques ( 6).  by the end faces of the optical fibers (6). 4) Système suivant l'une des revendications 1 à 3,  4) System according to one of claims 1 to 3, caractérisé en ce que les fibres optiques ( 6) sont établies de façon cylindrosymétrique, l'indice de réfraction (n 1) du noyau 25 de ces fibres optiques étant plus grand que celui (n 2) de la  characterized in that the optical fibers (6) are cylindrosymmetrically set, the refractive index (n 1) of the core 25 of these optical fibers being larger than that (n 2) of the surface enveloppante.enveloping surface. ) Système suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la surface enveloppante  System according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the enveloping surface des fibres optiques ( 6) est rendue rugueuse.  optical fibers (6) are roughened. 6) Système suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la surface de réception  6) System according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the receiving surface ( 2) est de forme carrée ou rectangulaire.  (2) is square or rectangular.
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