TITRE : Détecteur de particules élémentaires et procédé de détection associé

Domaine technique de l’invention

L’invention concerne un détecteur de particules élémentaires et un procédé de détection de particules élémentaires.

Etat de la technique

La détection des particules élémentaires et la caractérisation de leurs propriétés constitue le cœur de la discipline de la physique des particules. Un des défis majeurs des détecteurs de particules utilisant le concept de temps de vol (ou TOF pour Time Of Flight selon la terminologie anglo-saxonne consacrée) est d’avoir une excellente résolution temporelle. Lorsque ce concept s’applique à la détection des gammas, le taux de conversion de ces derniers devient un élément aussi important que la résolution temporelle.

De plus, il y a des configurations où il est aussi important de proposer un système qui permet d’avoir également une bonne résolution spatiale. Il est par exemple décrit dans le document FR3062926 de l’état de la technique, un détecteur de particules élémentaires comprenant une plaque de lecture comportant des tuiles conductrices utilisées pour améliorer la résolution spatiale.

Dans le cas particulier des scanners à Tomographie à Emission de Positon (TEP), il est nécessaire de concevoir un système de détection qui permet d’avoir à la fois une grande efficacité de conversion des gammas produits lors de l’annihilation du positon avec un électron du milieu et en même temps avoir une résolution temporelle remarquable qui permet de bien séparer la détection de deux photons gammas émis en coïncidence et rejeter ainsi le bruit de fond très important constitué des photons gammas fortuits.

Il est connu de l’état de la technique d’utiliser des scanners utilisant des cristaux à réponse rapide qui contiennent des éléments lourds favorisant la conversion des photons gammas. Ces cristaux, comme l’yttrium oxyorthosilicate de lutécium, ou LYSO pour « Lutetium- yttrium oxyorthosilicate » selon la terminologie anglo-saxonne consacrée, associés à des photodétecteurs permettent d’obtenir des efficacités, ou taux de conversion, de l’ordre de 50%, et une résolution temporelle de l’ordre de 200 picosecondes (ps) dans le meilleur des cas. Cependant, ces cristaux présentent un prix relativement élevé, ce qui constitue un frein à la fabrication de détecteurs comprenant de tels cristaux.

En outre, afin d’améliorer la qualité de la détection des particules, il serait souhaitable de parvenir à développer des détecteurs présentant une résolution temporelle améliorée, typiquement d’un facteur 10, par rapport à ce qui est existant, afin d’augmenter le rapport du signal sur bruit, et améliorer la qualité du scan tout en réduisant la dose radioactive injectée aux patients. Depuis quelques années, et avec des efforts acharnés au niveau mondial, ce but reste hors de portée si l’on souhaite atteindre une performance d’une dizaine de picosecondes de résolution temporelle.

Pour améliorer la résolution temporelle, il est connu d’utiliser des détecteurs de type galettes à micro canaux (en anglais « MicroChannel plates », ou MCP), réputés pour leur réponse temporelle extrêmement précise (de l’ordre de 5-10 ps). Le document FR3091953 divulgue notamment un détecteur de particules élémentaires comprenant un capteur configuré pour détecter un signal électrique et une unité de traitement configurée pour déterminer un temps de traversée en fonction du signal détecté par le capteur. Cette solution donne satisfaction en ce qu’elle permet d’améliorer la résolution temporelle, elle ne propose cependant pas l’amélioration du taux de conversion. En effet, les MCPs comprennent des canaux en forme de tubes en verre de plomb et proposent, en fonction de leur épaisseur, un taux de conversion allant de 1 % à 10%. Un taux de conversion de 9% a été d’ailleurs obtenu avec des MCPs de 1 1 mm d’épaisseur.

Il a d’ailleurs été constaté que l’augmentation de l'épaisseur des MCPs et donc de la longueur L des canaux, augmentait le taux de conversion. Cependant, il a également été constaté que l’augmentation du gain d’un MCP se trouve saturée au-delà d’un certain ratio L/D autour de 140, où D est le diamètre des canaux. Ainsi la performance temporelle, qui dépend du gain, se voit diminuée en augmentant la longueur L des canaux sans augmenter leur diamètre D. En effet, on augmente de cette manière la dispersion du point de conversion des particules sans compenser cela par une augmentation du gain.

Une solution à ce problème pourrait consister à augmenter le diamètre D des canaux pour maintenir le même ratio L/D. Toutefois, une telle construction augmenterait également la dispersion temporelle en augmentant la dispersion des parcours des électrons lors du processus d’amplification dans les canaux du MCP. Ainsi, les deux cas de figure présentés ci-avant, conduiraient à une détérioration de la performance temporelle des MCP en raison de l’augmentation de la dispersion temporelle non compensée par une augmentation du gain.

Une autre solution serait d’utiliser un empilement de MCPs. Toutefois, pour les systèmes connus utilisant un ensemble de MCPs empilés, il est nécessaire de multiplier les éléments électroniques pour mesurer le signal afin de fiabiliser la mesure. En effet, si l’électronique est réduite par rapport au nombre de couches de MCPs, alors la résolution temporelle et spatiale est dégradée. En conséquence, si l’on souhaite obtenir un détecteur de particules performant, son prix de fabrication augmente avec l’augmentation des couches de MCPs utilisées. Objet de l’invention

La présente invention a pour but de proposer une solution qui réponde à tout ou partie des problèmes précités.

Ce but peut être atteint grâce à la mise en œuvre d’un détecteur de particules élémentaires configuré pour détecter au moins une particule élémentaire, ledit détecteur de particules élémentaires comprenant : des dynodes empilées le long d’une direction de détection entre une extrémité de réception et une extrémité de lecture, où chaque dynode est apte à convertir une particule élémentaire entrant dans la dynode en une avalanche d’électrons, ladite dynode comprenant une pluralité de canaux qui comprennent un matériau émissif apte, en réponse à un impact de ladite particule élémentaire, à générer, en moyenne, plus d’un électron; des grilles conductrices où chaque grille conductrice est soit interposée entre deux dynodes adjacentes, soit disposée à l’extrémité de lecture ou/et à l’extrémité de réception ; chaque grille conductrice étant apte à être traversée par des électrons, et étant définie par un potentiel électrique unique pour permettre l’application d’une différence de potentiel avec au moins une autre grille conductrice le long de la direction de détection, ladite différence de potentiel étant susceptible d'accélérer des électrons entre lesdites deux grilles conductrices, chaque potentiel électrique unique étant choisi pour que le potentiel électrique unique de ladite grille conductrice soit strictement inférieur au potentiel électrique unique appliqué à la grille conductrice qui lui succède le long de la direction de détection ; au moins un capteur de signal apte à mesurer un signal électrique produit par les électrons accélérés lorsqu’ils traversent les grilles conductrices, ledit signal électrique dépendant des différences de potentiel appliquées entre les grilles conductrices ; une unité de commande configurée pour déterminer, à partir du signal électrique mesuré par le capteur de signal, une dynode de conversion correspondant à la dynode au niveau de laquelle la conversion de la particule élémentaire a eu lieu.

Les dispositions précédemment décrites permettent de proposer un détecteur de particules élémentaires à coût réduit, avec une efficacité de conversion améliorée, tout en conservant une bonne résolution temporelle. En effet, l’absence de cristaux à réponse rapide pour la conversion des particules élémentaires permet de réduire le cout de fabrication du détecteur de particules élémentaires. De plus, l’application de potentiels électriques uniques entre les grilles conductrices permet d’avoir des sauts de gain à chaque passage d’une dynode ce qui permet de déterminer efficacement au niveau de quelle dynode la conversion de la particule élémentaire a eu lieu, cette détermination étant réalisée avec une électronique de détection réduite.

Par « potentiel électrique unique » on entend que le potentiel électrique de chaque grille conductrice est distinct des potentiels électriques de toutes les autres grilles conductrices.

Le détecteur de particules élémentaires peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison.

De manière générale, les potentiels électriques uniques définissant les grilles conductrices sont négatifs. Ainsi le potentiel électrique définissant la première dynode disposée la plus proche de l’extrémité de réception est inférieur en valeur algébrique à celui de la deuxième dynode qui la succède le long de la direction de détection en allant vers l’extrémité de lecture, et ainsi de suite.

Selon un mode de réalisation, le détecteur de particules élémentaires est configuré pour détecter un temps de vol de la particule élémentaire, par exemple pour des applications de Tomographie à Émission de Positons.

De manière générale, le détecteur de particules élémentaires est particulièrement adapté pour la détection de photons gammas.

Selon un mode de réalisation, les dynodes présentent une épaisseur, comptée le long de la direction de détection, qui est égale à 10% près à 500 pm. Des dynodes de 500 pm d’épaisseur sont aisément disponibles dans le commerce. Des dynodes plus épaisses (de l’ordre de quelques millimètres) peuvent aussi être utilisées.

Selon un mode de réalisation, chaque dynode comprend une surface de réception au niveau de laquelle sont reçus les électrons ou la particule élémentaire.

Selon un mode de réalisation, chaque dynode comprend une surface d’émergence opposée à ladite surface de réception, ladite surface d’émergence formant une grille conductrice.

Selon un mode de réalisation, la surface de réception de chaque dynode est tournée vers l’extrémité de réception.

Selon un mode de réalisation, la dynode est une galette de microcanaux connue sous l’acronyme MCP, ou « MicroChannel Plate » selon l’appellation anglo-saxonne consacrée. La dynode est traversée verticalement, de part en part, par plusieurs millions de canaux par centimètre carré, souvent appelés « microcanaux ».

Selon un mode de réalisation, les canaux de la dynode débouchent au niveau de la surface d’émergence. Selon un mode de réalisation, chaque dynode comprend une surface de réception, ladite surface de réception formant une grille conductrice.

Selon un mode de réalisation, la surface de réception des dynodes est métallisée.

Selon un mode de réalisation, la surface d’émergence des dynodes est métallisée, de manière à ce que chaque surface de réception et/ou d’émergence forme une grille conductrice. En d’autres termes, chaque grille conductrice est incluse dans une dynode au niveau de la surface de réception et/ou d’émergence. Les dispositions précédemment décrites permettent notamment de former une grille transparente.

Selon un mode de réalisation, chaque dynode est agencée par rapport à la dynode qui la précède le long de la direction de détection de sorte que les électrons qui débouchent d’un des canaux de la dynode précédente se répartissent dans plusieurs canaux de cette dynode, de sorte à amplifier l’avalanche d’électrons. Ainsi, à partir de la dynode au niveau de laquelle la conversion a eu lieu, le nombre d’électrons va augmenter. De cette manière, le gain augmente d’une dynode à la suivante le long de la direction de détection.

Ainsi, il est possible d’augmenter le nombre d’électrons dans l’avalanche d’électrons, pour amplifier le signal à détecter. La fiabilité de la mesure et sa précision sont alors améliorées.

Selon un mode de réalisation, le détecteur de particules élémentaires comprend des éléments capacitifs de découplage, où chaque élément capacitif de découplage est connecté électriquement à l’une des grilles conductrices, et configuré pour assurer une isolation électrique entre la grille conductrice à laquelle il est connecté et l’au moins un capteur de signal.

Selon un mode de réalisation, le détecteur de particules élémentaires comprend des éléments capacitifs de découplage, où chaque élément capacitif de découplage est connecté électriquement à l’une des grilles conductrices placées au niveau de la surface d’émergence de la dynode, et configuré pour assurer une isolation électrique entre la grille conductrice à laquelle il est connecté et l’au moins un capteur de signal.

Selon un mode de réalisation, les éléments capacitifs de découplage sont configurés pour supporter une différence de potentiel de quelques kilo volts, ou plus.

Selon un mode de réalisation, l’au moins un capteur de signal comprend un premier capteur de signal, un deuxième capteur de signal et un troisième capteur de signal espacés les uns des autres , et les éléments capacitifs de découplage comprennent, pour chaque grille conductrice, par exemple placée au niveau de la surface d’émergence de la dynode, un premier élément capacitif de découplage, un deuxième élément capacitif de découplage, et un troisième élément capacitif de découplage espacés les uns des autres ; ledit premier élément capacitif de découplage étant configuré pour assurer une isolation électrique entre la grille conductrice et le premier capteur de signal, ledit deuxième élément capacitif de découplage étant configuré pour assurer une isolation électrique entre la grille conductrice et le deuxième capteur de signal, et ledit troisième élément capacitif de découplage étant configuré pour assurer une isolation électrique entre la grille conductrice et le troisième capteur de signal.

Ainsi, il est possible de collecter et mesurer le signal électrique le long de trois lignes de mesure distinctes, lesdites lignes de mesure étant isolées électriquement par rapport à chaque grille conductrice. De cette manière, il est possible d’isoler électriquement chaque ligne de mesure des tensions électriques appliquées aux grilles conductrices tout en mesurant un signal électrique.

Selon un mode de réalisation, le signal électrique est un signal électrique total, correspondant à un signal électrique mesuré sur une ligne de mesure connectée aux grilles conductrices.

Selon un mode de réalisation, le premier capteur de signal est configuré pour mesurer un premier signal électrique et un premier temps de traversée, le deuxième capteur de signal est configuré pour mesurer un deuxième signal électrique et un deuxième temps de traversée, le troisième capteur de signal est configuré pour mesurer un troisième signal électrique et un troisième temps de traversée. L’unité de commande est alors configurée pour déterminer un lieu de conversion correspondant à la position où la grille conductrice disposée en aval de la dynode de conversion le long de la direction de détection est traversée par l’avalanche d’électrons, ledit lieu de conversion étant déterminé par une méthode de latéralisation, en fonction du premier temps de traversée, du deuxième temps de traversée, et du troisième temps de traversée, et en fonction de la position où le premier signal électrique, le deuxième signal électrique, et le troisième signal électrique sont mesurés.

Les dispositions précédemment décrites permettent de proposer un détecteur de particules configuré pour déterminer à la fois la dynode au niveau de laquelle la conversion de la particule élémentaire a eu lieu (par exemple en utilisant l’amplitude du signal électrique collecté), mais également le lieu de conversion sur la grille conductrice suivante correspondant approximativement à la position où la conversion a eu lieu. La résolution spatiale et temporelle de la détection est ainsi améliorée. Il est bien compris que le lieu de conversion correspond à une position sur la grille conductrice située en dessous de la dynode de conversion, la position exacte de la conversion étant située dans le volume de la dynode de conversion à proximité du lieu de conversion.

Selon un mode de réalisation, le chacun des premier, deuxième et troisième temps de traversée correspond à l’instant où le signal électrique correspondant a été détecté par le capteur de signal correspondant.

Selon un mode de réalisation, l’au moins un capteur de signal comprend : un circuit analogique configuré pour mesurer une amplitude électrique totale du signal électrique; et /ou un convertisseur de temps configuré pour mesurer un temps de traversée des électrons à travers les grilles conductrices.

Ainsi, le capteur de signal permet de mesurer soit le temps d’arrivée du signal électrique, soit l’amplitude totale du signal soit les deux à la fois.

Ces paramètres étant utilisés par l’unité de commande pour fiabiliser la détection de la particule élémentaire.

Selon un mode de réalisation, le circuit analogique comprend une puce analogique configurée pour effectuer une lecture analogique du signal électrique.

Selon un mode de réalisation, le circuit analogique est configuré pour mesurer le temps de traversée des électrons à travers les grilles conductrices.

Selon un mode de réalisation, le circuit analogique utilise une technologie basée sur la détection de forme d’onde, comme par exemple le système utilisé par le circuit appelé SAMPIC tel que décrit dans le document Delagnes et al. « The SAMPIC Waveform and Time to Digital Converter”, 2014 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (2014 NSS/MIC).

Selon un mode de réalisation, l’unité de commande est configurée pour : calculer, pour chaque temps de traversée, un instant de traversée corrigé en retranchant à chacun des premiers temps de traversée, deuxième temps de traversée, et troisième temps de traversée, un temps de propagation du signal électrique entre le lieu de conversion et l’emplacement où le signal électrique correspondant audit temps de traversée est mesuré, calculer un instant de conversion correspondant à un moment où la conversion de la particule élémentaire a eu lieu, ledit instant de conversion étant calculé à partir de chaque instant de traversée corrigé, et de la position de la dynode de conversion le long de la direction de détection.

De cette manière, la résolution temporelle de la détection est améliorée par une correction des temps mesurés.

Selon un mode de réalisation, le détecteur de particules élémentaires comprend une plaque de lecture disposée au niveau de l’extrémité de lecture de la direction de détection, ladite plaque de lecture comprenant : une face extérieure agencée de manière à être percutée par l’avalanche d’électrons ; et des électrodes disposées les unes à côtés des autres dans une face parallèle à ou confondue avec la face extérieure. Ainsi, il est possible d’améliorer la résolution spatiale et par conséquence la résolution temporelle de mesure.

Selon un mode de réalisation, la plaque de lecture comprend dans l'ordre en se rapprochant de sa face extérieure : une couche diélectrique présentant une face avant tournée vers la face extérieure ; des bandes conductrices formant les électrodes de la plaque de lecture, ces bandes conductrices s'étendant principalement parallèlement à la face avant dans au moins deux directions différentes, chaque bande conductrice étant électriquement raccordée à au moins un premier capteur de charges électriques, ces bandes conductrices étant formées par : o des tuiles conductrices de dimensions micrométriques ou submicrométriques, toutes identiques les unes aux autres et toutes situées à la même distance de la face extérieure, ces tuiles conductrices étant reparties sur la face avant de la couche diélectrique et étant mécaniquement séparées les unes des autres par un matériau diélectrique, et o des connexions électriques, situées sous la couche diélectrique, qui raccordent électriquement en série des tuiles conductrices de manière à former lesdites bandes conductrices, ces connexions électriques étant agencées de manière à ce que chaque tuile conductrice appartienne à une seule bande conductrice et chaque côté d'une tuile est adjacent au côté d'une autre tuile appartenant à une autre bande conductrice.

Les dispositions précédemment décrites permettent de former une plaque de lecture permettant une détection spatiale de l’arrivée de l’avalanche électronique améliorée.

Selon un mode de réalisation, le détecteur de particules élémentaires comprend un amplificateur configuré pour amplifier et/ou redresser le signal électrique produit par les électrons générés lors de la conversion. Selon un mode de réalisation, l’amplificateur est inclus dans le capteur de signal de sorte qu’il soit également configuré pour permettre de mesurer l’amplitude du signal électrique. Ainsi, l’amplificateur permet de déduire ensuite la dynode au niveau de laquelle la conversion a eu lieu.

Par exemple, l’amplificateur est un amplificateur de type logarithmique. Le signal électrique produit par les électrons produits lors de la conversion dans une dynode est alors amplifié de manière significative (par exemple d’un facteur 1000) à chaque passage dans les dynodes en aval de la dynode au niveau de laquelle la conversion a eu lieu. L’amplificateur permet de déterminer, en fonction de l’amplitude mesurée, au niveau de quelle dynode la conversion a lieu.

Selon un mode de réalisation, le détecteur de particules élémentaires comprend un appareil de mise en tension configuré pour placer chaque grille conductrice le long de la direction de détection à un potentiel électrique unique prédéterminé. De cette manière, il est possible d’échelonner les grilles conductrices à un potentiel unique prédéterminé.

Le but de l’invention peut également être atteint grâce à la mise en œuvre d’un procédé de détection d’une particule élémentaire par un détecteur de particules élémentaires tel que décrit précédemment, le procédé de détection comprenant : une étape de mise à disposition dudit détecteur de particules élémentaires ; une étape de mesure dans laquelle l’au moins un capteur de signal mesure un signal électrique produit par les électrons accélérés lorsqu’ils traversent les grilles conductrices ; une étape de détermination dans laquelle une dynode de conversion correspondant à la dynode au niveau de laquelle la conversion de la particule élémentaire a eu lieu est déterminée à partir du signal électrique mesuré.

Le procédé de détection peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison.

Selon un mode de réalisation, l’étape de mesure comprend la mesure d’un premier signal électrique, d’un deuxième signal électrique, d’un troisième signal électrique, d’un premier temps de traversée, d’un deuxième temps de traversée, et d’un troisième temps de traversée ; le procédé de détection comprenant en outre une étape de localisation, dans laquelle le lieu de conversion est déterminé par une méthode de latéralisation, en fonction du premier, du deuxième, et du troisième temps de traversée, et en fonction de la position où le premier, le deuxième, et le troisième signal électrique sont mesurés.

Selon un mode de réalisation, le procédé de détection comprend en outre une étape de calcul dans laquelle pour chaque temps de traversée, un instant de traversée corrigé est calculé en retranchant à chacun des premier, deuxième, et troisième temps de traversée, un temps de propagation du signal électrique entre le lieu de conversion et l’emplacement où le signal électrique correspondant audit temps de traversée est mesuré, l’étape de calcul comprenant ensuite le calcul d’un instant de conversion calculé à partir de chaque instant de traversée corrigé, et de la position de la dynode de conversion le long de la direction de détection.

Selon un mode de réalisation, au moins une étape du procédé de détection peut être mise en œuvre par un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code enregistrée dans une mémoire de l’unité de commande, lesdites instructions de code étant agencées pour mettre en œuvre le procédé de détection lorsque le programme est exécuté par un processeur, ladite étape étant choisie parmi l’étape de détermination, l’étape de localisation, et l’étape de calcul.

Description sommaire des dessins

D’autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de modes de réalisation préférés de celle- ci, donnée à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :

La figure 1 est une vue schématique de côté d’un détecteur de particules élémentaires selon un premier mode de réalisation de l’invention.

La figure 2 est une vue schématique en coupe d’un détecteur de particules élémentaires selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.

La figure 3 est une vue schématique de côté d’un détecteur de particules élémentaires selon un troisième mode de réalisation de l’invention.

La figure 4 est une vue schématique de côté d’un détecteur de particules élémentaires selon un quatrième mode de réalisation de l’invention.

La figure 5 est une vue schématique en perspective d’un détecteur de particules élémentaires selon un cinquième mode de réalisation de l’invention.

Description détaillée

Sur les figures et dans la suite de la description, les mêmes références représentent les éléments identiques ou similaires. De plus, les différents éléments ne sont pas représentés à l’échelle de manière à privilégier la clarté des figures. Par ailleurs, les différents modes de réalisation et variantes ne sont pas exclusifs les uns des autres et peuvent être combinés entre eux.

Comme cela est illustré sur les figures 1 à 5, l’invention concerne un détecteur de particules élémentaires 1 configuré pour détecter au moins une particule élémentaire. Par exemple, le détecteur de particules élémentaires 1 peut être configuré pour détecter un temps de vol de la particule élémentaire, par exemple pour des applications de Tomographie à Emission de Positons TEP. Plus précisément, le détecteur de particules élémentaires 1 selon l’invention est particulièrement adapté pour la détection des photons gammas notés « y ».

Le détecteur de particules élémentaires 1 comprend tout d’abord des dynodes 10 empilées le long d’une direction de détection notée « X » entre une extrémité de réception 3 et une extrémité de lecture 5. De manière générale, les dynodes 10 sont des galettes de microcanaux 13 connues sous l’acronyme MCP, ou « MicroChannel Plate » selon l’appellation anglo-saxonne consacrée. La dynode 10 est ainsi traversée, de part en part, par plusieurs millions de canaux 13 souvent appelés « microcanaux 13 ». Par conséquent, le détecteur de particules élémentaires 1 fait partie des détecteurs connus sous le terme de "détecteur a galette de microcanaux" ou sous le terme anglais de "MicroChannel Plate Detector". L'architecture générale et le principe de fonctionnement de tels détecteurs sont connus. Par exemple, le lecteur peut se référer au brevet FR3091953A1 . Ainsi, par la suite, seuls les éléments nécessaires pour comprendre l'invention sont décrits en détail.

Dans la suite du texte, les figures 1 , 3, et 4 sont des vues de côté du détecteur de particules élémentaires 1 , et sont dirigées par rapport à la direction de détection X, qui correspond dans ce cas à une direction verticale qui pointe vers le haut. Cependant, une telle orientation n’est pas limitative, et la direction de détection X peut être orientée dans toutes les directions. Pour simplifier la compréhension des modes de réalisation de l’invention décrits dans les figures, les termes tels que "suivante", "précédente", "haut", "bas", "au-dessus" et "au- dessous" sont définis par rapport à la direction de détection X.

Comme cela est visible sur la figure 1 , chaque dynode 10 peut comprendre une surface de réception 11 au niveau de laquelle est reçue la particule élémentaire. Chaque dynode 10 est apte à convertir une particule élémentaire entrant dans la dynode 10 en une avalanche d’électrons. En particulier, la figure 1 présente un empilement de six dynodes 10 comprenant chacune une surface de réception 11 dirigée vers le haut, c’est à dire tournée vers l’extrémité de réception 3. Comme indiqué précédemment, les dynodes 10 comprennent une pluralité de canaux 13 qui comprennent un matériau émissif apte, en réponse à un impact de ladite particule élémentaire, à générer, en moyenne, plus d’un électron. Le lecteur pourra se référer aux paragraphes [26] à [28] et à la figure 2 du document FR3091953A1 qui présente un mode de mise en œuvre de ces canaux 13. Afin de réaliser une amplification de l’avalanche d’électrons le long de la direction de détection X, il est généralement prévu que chaque dynode 10 soit agencée par rapport à la dynode 10 qui la précède le long de la direction de détection X de sorte que les électrons qui débouchent d’un des canaux 13 de la dynode 10 précédente se répartissent dans plusieurs canaux 13 de cette dynode 10. Ainsi, il est possible d’augmenter le nombre d’électrons dans l’avalanche d’électrons, pour amplifier le signal à détecter. La fiabilité de la mesure est alors améliorée. De manière avantageuse, il peut être prévu que les dynodes 10 présentent une épaisseur, comptée le long de la direction de détection X, qui est égale, à 10% près, à 500 pm. Des dynodes 10 de 500 pm d’épaisseur sont aisément disponibles dans le commerce. Des dynodes (ou MCPs) d’épaisseur de quelques millimètres peuvent aussi être utilisés.

Le détecteur de particules élémentaires 1 comprend en outre des grilles conductrices 30, où chaque grille conductrice 30 est soit interposée entre deux dynodes 10 adjacentes, soit disposée à l’extrémité de lecture 5 ou/et à l’extrémité de réception 3. Chaque grille conductrice 30 est apte à être traversée par des électrons, afin de ne pas stopper la propagation de l’avalanche électronique. Chaque grille conductrice 30 est définie par un potentiel électrique unique pour permettre l’application d’une différence de potentiel g1 , g2, g3, g4, g5 avec au moins une autre grille conductrice 30 le long de la direction de détection X. Par « potentiel électrique unique » on entend que le potentiel électrique de chaque grille conductrice 30 est distinct des potentiels électriques de toutes les autres grilles conductrices 30. De manière générale, le détecteur de particules élémentaires 1 comprend un appareil de mise en tension configuré pour placer chaque grille conductrice 30 le long de la direction de détection X à son potentiel électrique unique prédéterminé. De manière générale, les potentiels électriques uniques définissant les grilles conductrices 30 sont négatifs. Ainsi le potentiel électrique unique définissant la première dynode 10 disposée la plus proche de l’extrémité de réception 3 est inférieur en valeur algébrique à celui de la deuxième dynode 10 qui la succède le long de la direction de détection X en allant vers l’extrémité de lecture 5, et ainsi de suite. La différence de potentiel g1 , g2, g3, g4, g5 est susceptible d’accélérer des électrons entre les deux grilles conductrices 30. De manière générale, lors de la conversion de la particule élémentaire, le signal électrique généré par les électrons issus de la conversion est contenu dans une gamme dynamique donnée, et spécifique à la méthode d’imagerie considérée. Il est donc avantageux de prévoir que la différence de potentiel g1 , g2, g3, g4, g5 soit telle que les gains de chacun des étages de détection soit strictement supérieurs à la gamme dynamique associée à chaque étage, et notamment au moins 10 fois supérieure à ladite gamme dynamique.

Selon une variante non limitative, le détecteur de particules élémentaires 1 comprend un amplificateur configuré pour amplifier ou/et redresser le signal électrique produit par les électrons générés lors de la conversion. Comme cela sera décrit plus loin, l’amplificateur et la chaine électronique qui lui est associée peuvent également être configurés pour mesurer l’amplitude d’un signal électrique S par exemple un signal électrique total S. De manière générale, le signal électrique S est un signal électrique S total, il sera donc fait référence à un signal électrique total S dans le reste de la description. Cependant, selon certaines variantes, le signal électrique S n’est pas total, l’homme du métier pourra donc adapter la description en remplaçant les termes signal électrique total S par signal électrique S. Ainsi, l’amplificateur permet de déduire ensuite la dynode 10 au niveau de laquelle la conversion a eu lieu. Selon un mode de réalisation non limitatif, l’amplificateur est un amplificateur de type logarithmique. De cette manière, le signal électrique produit par les électrons générés lors de la conversion dans une dynode 10 est amplifié de manière significative (par exemple d’un facteur 1000) à chaque passage dans les dynodes 10 en aval de la dynode 10 au niveau de laquelle la conversion a eu lieu. L’amplificateur permet de déterminer, en fonction de l’amplitude mesurée, au niveau de quelle dynode 10 la conversion a lieu. Selon une variante non représentée, chaque dynode 10 comprend une surface d’émergence, opposée à la surface de réception 11 , au niveau de laquelle les canaux 13 de la dynode 10 débouchent. Cette surface d’émergence des dynodes 10 peut être métallisée, de manière à ce que chaque surface d’émergence forme une grille conductrice 30. En d’autres termes, chaque grille conductrice 30 est incluse dans une dynode 10 au niveau de la surface d’émergence. Les dispositions précédemment décrites permettent notamment de former une grille transparente. Il en est de même pour la surface de réception.

Le détecteur de particules élémentaires 1 comprend ensuite au moins un capteur de signal 50 apte à mesurer un signal électrique total S produit par les électrons accélérés lorsqu’ils traversent les grilles conductrices 30. La figure 1 illustre un premier mode de réalisation dans lequel le détecteur de particules élémentaires 1 comprend trois capteurs de signal 50. La figure 2 illustre un deuxième mode de réalisation dans lequel le détecteur de particules élémentaires 1 comprend quatre capteurs de signal 50a, 50b, 50c, 50d. Enfin, la figure 3 et la figure 4 illustrent un troisième et un quatrième mode de réalisation dans lesquels le détecteur de particules élémentaires 1 comprend cinq capteurs de signal 50a, 50b, 50c, 50d, et 50e qui sont aptes respectivement à mesurer cinq signaux électrique totaux S-a, S-b, S-c, S-d, et S-e. Il est donc bien compris que le nombre de capteurs de signal 50 n’est pas limitatif, et qu’il peut être adapté en fonction de la précision de la mesure voulue. Cependant, plus le nombre de capteurs de signal 50 augmente, plus le coût total de fabrication du détecteur de particules élémentaires 1 augmente. De manière avantageuse, le signal électrique total S mesuré par les capteurs de signal 50 dépend des différences de potentiel g1 , g2, g3, g4, g5 appliquées entre les grilles conductrices 30.

Selon une variante non limitative, l’au moins un capteur de signal 50 comprend un circuit analogique configuré pour mesurer une amplitude électrique totale du signal électrique total S ; et un convertisseur de temps configuré pour mesurer un temps de traversée T des électrons à travers les grilles conductrices 30. Il est d’ailleurs possible que le capteur de signal soit apte à mesurer à la fois une amplitude électrique et un temps de traversée T. Ainsi, le capteur de signal 50 permet de mesurer à la fois l’amplitude d’un signal électrique total S, mais également un temps de traversée T des électrons. Par exemple, le circuit analogique comprend une puce analogique configurée pour effectuer une lecture analogique du signal électrique total S, et peut être configuré pour mesurer le temps de traversée T des électrons à travers les grilles conductrices 30. Le circuit analogique peut utiliser une technologie basée sur la détection de forme d’onde, comme par exemple le système utilisé par le circuit appelé SAMPIC. Les paramètres détectés par le capteur de signal 50 sont ensuite utilisés par l’unité de commande 90 qui sera décrite plus loin, afin de fiabiliser la détection de la particule élémentaire. Le détecteur de particules élémentaires 1 peut également comprendre des éléments capacitifs de découplage 70, où chaque élément capacitif de découplage 70 est connecté électriquement à l’une des grilles conductrices 30, et configuré pour assurer une isolation électrique entre la grille conductrice 30 à laquelle il est connecté et l’au moins un capteur de signal 50. De manière générale, les éléments capacitifs de découplage sont configurés pour permettre de supporter une différence de potentiel de quelques milliers, voire dizaines de milliers de volts.

Le détecteur de particules élémentaires 1 comprend en outre une unité de commande 90 configurée pour déterminer, à partir du signal électrique total S mesuré par le capteur de signal 50, une dynode de conversion 18 correspondant à la dynode 10 au niveau de laquelle la conversion de la particule élémentaire a eu lieu. En effet, chaque capteur de signal 50 est conçu pour mesurer le signal électrique caractéristique qui apparaît lorsque la grille conductrice 30 à laquelle il est connecté, est traversée par une avalanche d’électrons. Plus précisément, lorsqu’une avalanche d’électrons traverse ladite grille conductrice 30, cela provoque, par induction électromagnétique, l’apparition d’un pic de charges dans la grille conductrice 30. Ce pic de charge est amplifié par la différence de potentiel g1 , g2, g3, g4, g5 définie entre les grilles conductrices.

De manière générale, l’unité de commande comprend un processeur 91 configuré pour exécuter un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code enregistrées dans une mémoire 93 de l’unité de commande 90. Ces instructions de code sont agencées pour mettre en œuvre un procédé de détection qui sera décrit plus loin. Dans le cas particulier de la conversion des photons gammas y, la dynode de conversion 18 correspond à la dynode 10 au niveau de laquelle un photon gamma y est converti. Pour déterminer la dynode de conversion 18, l’unité de commande 90 analyse le signal électrique total mesuré S. Compte tenu du fait que les potentiels électriques des grilles conductrices 30 sont croissants le long de la direction de détection X, le gain électrique du signal électrique total S est donc amplifié de manière correspondante. Ainsi, connaissant les potentiels électriques uniques de chaque grille conductrice 30, il est possible de déterminer la dynode 10 au niveau de laquelle la conversion de la particule élémentaire a eu lieu en utilisant l’amplitude du signal. Il est donc bien compris que c’est la connaissance des potentiels électriques uniques des grilles conductrices 30 qui permet de déterminer la dynode 10 au niveau de laquelle la conversion de la particule élémentaire a eu lieu. En effet, compte-tenu des valeurs des différences de potentiel g1 , g2, g3, g4, g5 choisie, ce sera la plus grande valeur de gain qui sera prédominante.

Par exemple, dans le cas où toutes les différences de potentiel g1 , g2, g3, g4, g5 sont identiques la dynode de conversion 18 sera déterminée par la puissance du signal obtenu. Dans le cas où les différences de potentiel g1 , g2, g3, g4, g5 augmentent dans la direction de détection X (i.e. g _n > g_n-i, où n est le numéro de la dynode 10 située à la nième position le long de la direction de détection X), c’est la puissance de la dernière différence de potentiel qui prédominera. Selon un mode de réalisation g _n =x ⁿ , où x est compris entre 10 et 100, et où n est le numéro de la dynode 10 située à la nième position le long de la direction de détection X.Suivant le mode de réalisation mis en oeuvre, le détecteur de particules élémentaires 1 peut permettre de déterminer également un lieu de conversion 88 correspondant à une position sur la grille conductrice 30 située en dessous de la dynode de conversion 18, et/ou un instant de conversion correspondant à un moment où la conversion de la particule élémentaire a eu lieu. Une telle détermination de paramètres est décrite ci-après en référence aux modes de réalisation présentés sur les figures 2 et 3.

La figure 2 est une vue en coupe d’un détecteur de particules élémentaires 1 selon un plan perpendiculaire à la direction de détection X, au niveau d’une des grilles conductrices 30, et notamment au niveau d’une première grille conductrice 30-1. Cette figure illustre notamment que l’au moins un capteur de signal 50 comprend un premier capteur de signal 50a, un deuxième capteur de signal 50b, un troisième capteur de signal 50c, et un quatrième capteur de signal 50d espacés les uns des autres. Le premier capteur de signal 50a est configuré pour mesurer un premier signal électrique total S-a et un premier temps de traversée T-a, le deuxième capteur de signal 50b est configuré pour mesurer un deuxième signal électrique total S-b et un deuxième temps de traversée T-b, le troisième capteur de signal 50c est configuré pour mesurer un troisième signal électrique total S-c et un troisième temps de traversée T-c, et le quatrième capteur de signal 50d est configuré pour mesurer un quatrième signal électrique total S-d et un quatrième temps de traversée T-d. Chacun des premier, deuxième, troisième, et quatrième temps de traversée T-a, T-b, T-c, T-d correspond à l’instant où le signal électrique total S-a, S- b, S-c, S-d correspondant a été détecté par le capteur de signal 50a, 50b, 50c, 50d correspondant.

Les éléments capacitifs de découplage 70 comprennent, pour chaque grille conductrice 30, et en particulier pour la première grille conductrice 30-1 , un premier élément capacitif de découplage 70-1a, un deuxième élément capacitif de découplage 70-1b, un troisième élément capacitif de découplage 70-1c, et un quatrième élément capacitif de découplage 70-1d espacés les uns des autres. Ces éléments capacitifs de découplage 70-1a, 70-1 b, 70-1c, 70-1d sont configurés pour assurer une isolation électrique entre la grille conductrice 30-1 et les premier, deuxième, troisième et quatrième capteurs de signal 50a, 50b, 50c, 50d respectivement. Ainsi, il est possible de collecter et mesurer le signal électrique total S le long de quatre lignes de mesure distinctes, lesdites lignes de mesure étant isolées électriquement par rapport à chaque grille conductrice 30. De cette manière, il est possible d’isoler électriquement chaque ligne de mesure des tensions électriques appliquées aux grilles conductrices 30 tout en mesurant un signal électrique total S.

Grâce à ces dispositions, l’unité de commande 90 peut déterminer un lieu de conversion 88 correspondant à la position où la grille conductrice 30 disposée en aval de la dynode de conversion 18 le long de la direction de détection X est traversé par l’avalanche d’électrons. Le lieu de conversion 88 peut par exemple être déterminé par une méthode de latéralisation ou de triangulation, en fonction du premier temps de traversée T-a, du deuxième temps de traversée T-b, du troisième temps de traversée T-c, et du quatrième temps de traversée T-d ; et en fonction de la position où le premier signal électrique total S-a, le deuxième signal électrique total S-b, le troisième signal électrique total S-c, et la quatrième signal électrique total S-d sont mesurés. Selon une première méthode de triangulation, il est possible de déterminer le lieu de conversion 88, en utilisant le fait qu’il existe plusieurs capteurs de signal 50a, 50b, 50c, 50d raccordés à la même grille conductrice 30-1 , et dont la position autour de la grille conductrice 30-1 est connue. Les temps de propagation du signal électrique total S générés par l’avalanche d’électrons qui traverse la grille conductrice 30-1 , jusqu’à chacun des capteurs de signal 50a à 50d ne sont alors pas identiques car les distances d1 , d2, d3, et d4 à parcourir ne sont pas les mêmes. C’est cette différence entre les temps de propagation qui est exploitée pour déterminer le lieu de conversion 88, par latéralisation ou triangulation. Ensuite, la position du lieu de conversion 88 est établie en combinant la position des capteurs de signal 50a, 50b, 50c, 50d autour de la grille 30-1 .

En outre, l’unité de commande 90 peut être configurée pour calculer, pour chaque temps de traversée T, un instant de traversée corrigé en retranchant à chacun des premier temps de traversée T-a, deuxième temps de traversée T-b, troisième temps de traversée T-c, et quatrième temps de traversée T-d, un temps de propagation du signal électrique total entre le lieu de conversion 88 et l’emplacement où le signal électrique total S correspondant audit temps de traversée T est mesuré, et pour calculer un instant de conversion correspondant à un moment où la conversion de la particule élémentaire a eu lieu, ledit instant de conversion étant calculé à partir de chaque instant de traversée corrigé, de la position de la dynode de conversion 18 le long de la direction de détection X, et éventuellement de la position du lieu de conversion 88. De cette manière, la résolution temporelle de la détection est améliorée par une correction des temps mesurés.

Les dispositions précédemment décrites permettent de proposer un détecteur de particules configuré pour déterminer à la fois la dynode 10 au niveau de laquelle la conversion de la particule élémentaire a eu lieu, mais également le lieu de conversion 88 sur la grille conductrice 30 suivante correspondant approximativement à la position où la conversion a eu lieu. La résolution spatiale et temporelle de la détection est ainsi améliorée. Il est bien compris que le lieu de conversion 88 correspond à une position sur la grille conductrice 30 située en dessous de la dynode de conversion 18, la position exacte de la conversion étant située dans le volume de la dynode de conversion 18 à proximité du lieu de conversion 88.

Le mode de réalisation représenté sur la figure 3 présente un mode de fonctionnement sensiblement identique à celui représenté sur la figure 2, les principes développés pour le mode de réalisation de la figure 2 peuvent donc être transposés au mode de réalisation de la figure 3. Sur la figure 3, le détecteur de particules élémentaires 1 comprend cinq dynodes 10 et cinq grilles conductrices 30-1 , 30-2, 30-3, 30-4, 30-5. L’unité de commande 90 (non représentée) reçoit des signaux électriques totaux S-a, S-b, S-c, S-d, S-e de cinq capteurs de signal 50a, 50b, 50c, 50d, 50e. Cependant, ces cinq capteurs de signal 50a, 50b, 50c, 50d, 50e ne sont pas tous aptes à mesurer les signaux électriques totaux S-a, S-b, S-c, S-d, S-e (et éventuellement les temps de traversée T-a à T-e) au niveau de toutes les grilles conductrices 30-1 , 30-2, 30-3, 30-4, 30-5. En effet, en prenant l’exemple du premier capteur de signal 50a, ce dernier est apte à mesurer un premier signal électrique total S-a, et un premier temps de traversée T-a qu’au niveau des grilles conductrices 30-2, 30-4, et 30-5. Les cinq capteurs de signal 50a, 50b, 50c, 50d, 50e sont isolés électriquement des cinq grilles conductrices 30-1 , 30- 2, 30-3, 30-4, 30-5 par l’intermédiaire des éléments capacitifs de découplages numérotés par la formule 70-yz, ou y correspond au numéro de la grille conductrice 30-y pour 30-1 , 30-2, 30-3, 30-4, et 30-5 ; et où z correspond au capteur de signal 50z pour 50a, 50b, 50c, 50d, 50e. Par exemple, l’élément capacitif de découplage 70-4a permet d’isoler électriquement la grille conductrice 30-4 et le capteur de signal 50a.

Grâce à une telle architecture, en recevant les signaux électriques totaux S-a, S- b, S-c, S-d, S-e des cinq capteurs de signal 50a, 50b, 50c, 50d, 50e, l’unité de commande 90 peut plus facilement déterminer au niveau de quelle dynode 10 la conversion a eu lieu. Typiquement, si la conversion a eu lieu au niveau de la quatrième dynode 10 en partant du haut, le quatrième capteur de signal 50d ne captera pas de signal électrique. Une telle architecture permet d’apporter un moyen redondant de détermination de la position de la dynode de conversion 18.

Selon un autre mode de réalisation représenté sur la figure 4 qui présente également un mode de fonctionnement sensiblement identique à celui des figures 2 et 3, le détecteur de particules élémentaires 1 comprend trois dynodes 10 et trois grilles conductrices 30-1 , 30-2, 30-3. L’unité de commande 90 (non représentée) reçoit des signaux électriques S-a, S-b, S-c, S-d, S-e, S-f (et éventuellement les temps de traversée T-a à T-f) de six capteurs de signal 50a, 50b, 50c, 50d, 50e, 50f. Pour simplifier la lecture de la figure 4, et compte tenu du fait que la figure 4 est une vue en coupe, le capteur de signal 50f configuré pour détecter le signal électrique total S-f et le temps de traversé T-f n’a pas été représenté. Cependant, parmi ces six capteurs de signal 50a, 50b, 50c, 50d, 50e, et 50f, seuls les capteurs 50a, 50e, et 50f sont aptes à mesurer les signaux électriques totaux S-a, S-e, et S-f au niveau de toutes les grilles conductrices 30-1 , 30-2, 30-3, 30-4, 30-5. Les autres capteurs de signal 50b, 50c, et 50d sont configurés pour mesurer les signaux électriques S-b, S-c, et S-d mesurés respectivement au niveau de chacune des grilles conductrices 30-1 , 30-2 et 30-3. Par ailleurs, et comme détaillé précédemment, les six capteurs de signal 50a, 50b, 50c, 50d, 50e, et 50f sont isolés électriquement des cinq grilles conductrices 30-1 , 30-2, 30-3, 30-4, 30-5 par l’intermédiaire des éléments capacitifs de découplages numérotés par la formule 70-yz, ou y correspond au numéro de la grille conductrice 30-y pour 30-1 , 30-2, 30-3, 30-4, et 30-5 ; et où z correspond au capteur de signal 50z pour 50a, 50b, 50c, 50d, 50e, et 50f.

Grâce à une telle architecture, en recevant les signaux électriques S-b, S-c, et S- d, des trois capteurs de signal 50b, 50c, et 50d, l’unité de commande 90 peut déterminer la dynode 10 où la conversion a eu lieu. Les signaux électrique S-a, S-e, et S-f permettent de confirmer la dynode de conversion 18 et déterminer par latéralisation les coordonnées de la conversion dans le plan parallèle aux grilles conductrices 30.

Le mode de réalisation représenté sur la figure 5 présente une variante alternative pour détecter les signaux électriques totaux S au niveau des grilles conductrices 30. Ce mode de réalisation n’est pas limitatif et peut tout à fait être adapté aux modes de réalisation précédents en remplacement ou en supplément des grilles conductrices 30 transparentes. Selon ce mode de réalisation, la grille conductrice 30 comprend une pluralité de lignes à retard 31 qui sont séparées de chaque dynodes 10. Ainsi, il n’est pas nécessaire de prévoir des éléments capacitifs de découplage 70, car les lignes à retard 31 sont déjà isolées électriquement des dynodes 10. Ces lignes à retard 31 sont choisies suffisamment fines, pour permettre de former une grille conductrices 30 suffisamment transparente au passage des électrons. Chaque ligne à retard 31 est connectée, à chacune de ses extrémités, à un capteur de signal 50. Par ailleurs, chaque ligne à retard 31 peut être connectée électriquement à une ligne à retard 31 appartenant à la grille conductrice 30 suivante le long de la direction de détection X. De cette manière, il est possible de mesurer des signaux électriques totaux S au bout de chaque ligne à retard 31. Comme cela est illustré sur la figure 5, les lignes à retard 31 disposées en deuxième et quatrième position de chaque grille conductrice 30 sont connectées électriquement par leurs extrémités respectives, de sorte à mesurer quatre signaux électriques totaux S. Pour simplifier la lecture de la figure 5, les autres connexions électriques entre les lignes à retard 31 n’ont pas été représentées, mais sont également utilisées dans ce mode de réalisation. Grâce à la comparaison des signaux électriques totaux S mesurés aux deux extrémités de chaque ligne à retard 31 , il est possible de déterminer le lieu de conversion. Enfin, et comme illustré sur la figure 1 , le détecteur de particules élémentaires 1 peut comprendre une plaque de lecture 16 disposée au niveau de l’extrémité de lecture 5 de la direction de détection X. La plaque de lecture 16 comprend une face extérieure 60 agencée de manière à être percutée par l’avalanche d’électrons, et des électrodes 62 disposées les unes à côtés des autres dans une face parallèle à ou confondue avec la face extérieure 60. Par exemple la plaque de lecture 16 comprend dans l'ordre en se rapprochant de sa face extérieure 60 : une couche diélectrique 64 présentant une face avant tournée vers la face extérieure 60 ; des bandes conductrices formant les électrodes 62 de la plaque de lecture 16, ces bandes conductrices s'étendant principalement parallèlement à la face avant dans au moins deux directions différentes, chaque bande conductrice étant électriquement raccordée à au moins un premier capteur de charges électriques, ces bandes conductrices étant formées par : o des tuiles conductrices, de dimensions micrométriques ou submicrométriques, toutes identiques les unes aux autres et toutes situées à la même distance de la face extérieure 60, ces tuiles conductrices étant reparties sur la face avant de la couche diélectrique 64 et étant mécaniquement séparées les unes des autres par un matériau diélectrique, et o des connexions électriques 65, situées sous la couche diélectrique 64, qui raccordent électriquement en série des tuiles conductrices de manière à former lesdites bandes conductrices, ces connexions électriques 65 étant agencées de manière à ce que chaque tuile conductrice appartienne à une seule bande conductrice et chaque côté d'une tuile est adjacent au côté d'une autre tuile appartenant à une autre bande conductrice.

Les dispositions précédemment décrites permettent de former une plaque de lecture 16 permettant une détection spatiale améliorée de l’arrivée de l’avalanche électronique. Elle permettra en effet de mieux mesurer les coordonnées du point de conversion dans un plan parallèle à la surface de réception. Cette détermination permettra ainsi une meilleure mesure temporelle de l’arrivée de la particule élémentaire car elle permet de mieux soustraire le temps de propagation du signal électrique S entre le point de conversion et les capteurs de signal 50, connaissant la vitesse de propagation du signal sur les grilles conductrices 30 ou les lignes à retard 31. Le lecteur pourra se référer aux documents FR3062926A1 et FR3091953A1 qui divulguent des grilles de lecture 16 pouvant être simplement adaptée au détecteur de particules élémentaires 1 selon l’invention.

L’ensemble des éléments décrits précédemment permettent de proposer un détecteur de particules élémentaires 1 à coût réduit, avec une efficacité de conversion améliorée, tout en conservant une bonne résolution temporelle. En effet, l’absence de cristaux à réponse rapide pour la conversion des particules élémentaires permet de réduire le cout de fabrication du détecteur de particules élémentaires 1. De plus, l’application de potentiels électriques uniques entre les grilles conductrices 30 permet d’avoir des sauts de gain après chaque dynode 10 en partant de la dynode de conversion 18 et ainsi d’utiliser l’amplitude du signal pour déterminer efficacement au niveau de quelle dynode 10 la conversion de la particule élémentaire a eu lieu, cette détermination étant réalisée avec une électronique de détection réduite.

L’invention peut également être mise en œuvre par un procédé de détection pour détecter une particule élémentaire par un détecteur de particules élémentaires 1 tel que décrit précédemment. Le procédé de détection comprend donc une étape de mise à disposition dudit détecteur de particules élémentaires 1 , et une étape de mesure dans laquelle l’au moins un capteur de signal 50 mesure un signal électrique total S produit par les électrons accélérés lorsqu’ils traversent les grilles conductrices 30. Dans le cas où le détecteur de particules élémentaires 1 comprend plusieurs capteurs de signal 50a, 50b, 50c, l’étape de mesure peut alors comprendre la mesure d’un premier signal électrique total S-a, d’un deuxième signal électrique total S-b, d’un troisième signal électrique total S-c, d’un premier temps de traversée T-a, d’un deuxième temps de traversée T-b, et d’un troisième temps de traversée T-c. Le procédé de détection peut alors comprendre une étape de localisation, dans laquelle le lieu de conversion 88 est déterminé par une méthode de latéralisation, en fonction du premier, du deuxième, et du troisième temps de traversée T-a, T-b, T-c, et en fonction de la position où le premier, le deuxième, et le troisième signal électrique total S-a, S-b, S-c sont mesurés.

Le procédé de détection comprend également une étape de détermination dans laquelle une dynode de conversion 18 correspondant à la dynode 10 au niveau de laquelle la conversion de la particule élémentaire a eu lieu est déterminée à partir du signal électrique total S mesuré.

Enfin, le procédé de détection peut comprendre en outre une étape de calcul dans laquelle pour chaque temps de traversée T, un instant de traversée corrigé est calculé en retranchant à chacun des premier, deuxième, et troisième temps de traversée T-a, T-b, T-c, un temps de propagation du signal électrique total entre le lieu de conversion 88 et l’emplacement où le signal électrique total S correspondant audit temps de traversée T est mesuré, l’étape de calcul comprenant ensuite le calcul d’un instant de conversion calculé à partir de chaque instant de traversée corrigé, et de la position de la dynode de conversion 18 le long de la direction de détection X.

Selon un mode de réalisation, au moins une étape du procédé de détection peut être mise en œuvre par un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code enregistrée dans la mémoire 93 de l’unité de commande 90, lesdites instructions de code étant agencées pour mettre en œuvre le procédé de détection lorsque le programme est exécuté par le processeur 91 , ladite étape étant choisie parmi l’étape de détermination, l’étape de localisation, et l’étape de calcul.

L’invention trouve des applications variées telles que la physique des particules et des hautes énergies, notamment pour les calorimètres, mais aussi dans le domaine de l’imagerie médicale pour les PET-Scan notamment à des fins de d’aide au diagnostic et de détection de cancers ou d’analyse d’efficacité de traitements du cancer. L’invention peut également être utilisée dans les domaines de la microscopie et de la spectrométrie de masse.