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9 • Les rayons X
9.4.3 Compteurs à gaz
a) Compteur Geiger-Muller
Quand un photon X interagit avec un atome d’un gaz inerte (par exemple du xénon),
cet atome peut être ionisé en donnant une paire « ion positif-électron ». L’énergie
nécessaire est de l’ordre de 20 à 30 eV (20,8 eV pour le xénon). Un photon K aCu
possède une énergie égale à 8,04 keV, il est donc capable de créer environ 350 paires
d’ions dans le milieu gazeux.
Le compteur Geiger-Muller (G-M) est
constitué par un tube métallique placé à la
masse et traversé par un fil (anode) porté à
un potentiel de l’ordre de 1 500 à 2 000 V
( figure 9.8). Le tube est rempli par un mélange de gaz et possède une fenêtre perméable aux rayons X. Les électrons produits par l’ionisation du gaz contenu dans
le tube sont attirés par l’anode et les ions
positifs par le boîtier.
Figure 9.8
Sous l’effet du champ électrique qui règne au voisinage de l’anode, les électrons
sont accélérés et acquièrent une énergie qui leur permet d’ioniser les atomes neutres
du gaz rencontrés. Il y a un effet d’avalanche (le facteur d’amplification est compris
entre 10
4 et 10
7 et il est fonction de l’intensité du champ électrique). La « bouffée »
d’électrons qui arrive sur l’anode provoque une diminution du potentiel de l’armature du condensateur relié à l’anode. Cette impulsion est amplifiée, mise en forme et
transmise à un compteur. Les ions positifs produits mettent un certain temps avant de
disparaître (temps mort) et si un nouveau photon pénètre dans le tube pendant cette
période, il n’est pas détecté. Pour les intensités importantes, la réponse du compteur n’est pas linéaire (saturation du compteur). L’art des fabriquants de tubes G-M
consiste à utiliser des mélanges gazeux qui donnent des durées de temps morts les
plus faibles possibles (≈ 10
−4 s).
b) Compteur proportionnel
Si l’on travaille avec un champ électrique plus faible et des gains inférieurs à 10
5
,
l’amplitude de l’impulsion de tension à la sortie du tube est proportionnelle à l’énergie du photon. Il est nécessaire d’amplifier le signal produit beaucoup plus que pour
un compteur G-M mais dans ces détecteurs, la durée du temps mort est beaucoup
plus faible. De plus, comme l’amplitude des impulsions est proportionnelle à l’énergie des photons, il est possible de faire une discrimination entre les « bons photons »,
c’est-à-dire ceux qui correspondent à la bonne longueur d’onde, et les autres. On
ne transmet vers l’échelle de comptage que les impulsions qui correspondent aux
photons dont l’énergie est comprise entre des limites (fenêtre) bien définies.
Cette technique de « sélection des hauteurs d’impulsion » permet d’améliorer de
façon importante le rapport signal sur bruit, par élimination du fond continu et de la
fluorescence de l’échantillon.
9 • Les rayons X
9.4.3 Compteurs à gaz
a) Compteur Geiger-Muller
Quand un photon X interagit avec un atome d’un gaz inerte (par exemple du xénon),
cet atome peut être ionisé en donnant une paire « ion positif-électron ». L’énergie
nécessaire est de l’ordre de 20 à 30 eV (20,8 eV pour le xénon). Un photon K aCu
possède une énergie égale à 8,04 keV, il est donc capable de créer environ 350 paires
d’ions dans le milieu gazeux.
Le compteur Geiger-Muller (G-M) est
constitué par un tube métallique placé à la
masse et traversé par un fil (anode) porté à
un potentiel de l’ordre de 1 500 à 2 000 V
( figure 9.8). Le tube est rempli par un mélange de gaz et possède une fenêtre perméable aux rayons X. Les électrons produits par l’ionisation du gaz contenu dans
le tube sont attirés par l’anode et les ions
positifs par le boîtier.
Figure 9.8
Sous l’effet du champ électrique qui règne au voisinage de l’anode, les électrons
sont accélérés et acquièrent une énergie qui leur permet d’ioniser les atomes neutres
du gaz rencontrés. Il y a un effet d’avalanche (le facteur d’amplification est compris
entre 10
4 et 10
7 et il est fonction de l’intensité du champ électrique). La « bouffée »
d’électrons qui arrive sur l’anode provoque une diminution du potentiel de l’armature du condensateur relié à l’anode. Cette impulsion est amplifiée, mise en forme et
transmise à un compteur. Les ions positifs produits mettent un certain temps avant de
disparaître (temps mort) et si un nouveau photon pénètre dans le tube pendant cette
période, il n’est pas détecté. Pour les intensités importantes, la réponse du compteur n’est pas linéaire (saturation du compteur). L’art des fabriquants de tubes G-M
consiste à utiliser des mélanges gazeux qui donnent des durées de temps morts les
plus faibles possibles (≈ 10
−4 s).
b) Compteur proportionnel
Si l’on travaille avec un champ électrique plus faible et des gains inférieurs à 10
5
,
l’amplitude de l’impulsion de tension à la sortie du tube est proportionnelle à l’énergie du photon. Il est nécessaire d’amplifier le signal produit beaucoup plus que pour
un compteur G-M mais dans ces détecteurs, la durée du temps mort est beaucoup
plus faible. De plus, comme l’amplitude des impulsions est proportionnelle à l’énergie des photons, il est possible de faire une discrimination entre les « bons photons »,
c’est-à-dire ceux qui correspondent à la bonne longueur d’onde, et les autres. On
ne transmet vers l’échelle de comptage que les impulsions qui correspondent aux
photons dont l’énergie est comprise entre des limites (fenêtre) bien définies.
Cette technique de « sélection des hauteurs d’impulsion » permet d’améliorer de
façon importante le rapport signal sur bruit, par élimination du fond continu et de la
fluorescence de l’échantillon.