Brevet FR2003773A1 — publié le 19691114

i 2003773 La spectroscopie avec des sondes de rayonnement nucléaire vii délivrent des impulsions iont la grandeur dépend de 11 énergie .te ratonnement absorbée, a trouvé un large développement dans la Physique nucléaire, la biologie et la chimie, sais également en 5 médecine et dans les sciences techniques. Oomxe sonles de rayonnement nucléaire, on utilise, par exemple, des compteurs de scintillations, des tubes da comptage proportionnel ou des détecteurs semi-conducteurs. Les spectres permettent d'obtenir -les informations quantitatives sur les énergies de rayonnement et les intensités et 10 ainsi sur le type et la composition des sources de rayonnement » Une difficulté particulière réside cependant dans l'effet de déplacement de telles installations « L'affectation d^p^?8^eurs d ' impulsions déterminées à des énergies déterminées à pour -txon que l'amplification totale du système reste const'"âfité'."'ÎJn 15 déplacement dans l'amplification a pour effet un décalage des lignes d'énergie relativement aux canaux d'énergie qui ont été réglés, d1 où résultent des erreurs dans ces mesures d'intensité» Ces erreurs peuvent être maintenues dans des limites admissibles par des contrôles réguliers avec des émetteurs étalonnés et des réglages ulté-20 rieurs de correction. Cependant de tels contrôles exigent dèie.-. , . dépense considérable de temps et de main-dîoeuvre spécialisée. Crest pourquoi les installations de- stabilisation à fonctionnemë1i£--a$j$o-matiaue sont plus avantageuses. Jk*~- Cn connaît un procédé, par lequel un discriminateur a canal 25 unique est réglé au préalable sur chacun des flancs d'une ligne d'énergie et on utilise le rapport entre les taux d'impulsion et la dérivation d'un signal de réglage. Ce rapport peut être mesuré par voie analogique ou par voie numérique. En outre, au lieu de deux discriminateurs à canal unique, on peut utiliser un seul discrimina-30 teur en liaison avec une installation de modulation» De telles installations présentent cependant deux inconvénients. D'une part, elles sont très coûteuses. D'autre part, le réglage automatique de correction ne peut fonctionner que si le décalage n'est pas trop grand et que les deux canaux restent encore sur la 35 même ligne d * étalonnage » Dans le cas d'une coupure et d'une remise en circuit, par exemple dans le cas d'une défaillance mo^-ntannée du réseau, il y a risque que le réglage se place sur une ligne d'énergie# Le BAD QRIG'NAL 06757 2003773 réglage ultérieur de correction automatique e-ri;;;e donc un réglage l'réalacle n-anue! suffisamment précis sur la ligne d' étalonnage 0 Ces inconvénients sont évités par des installations déjà connues ^ui contiennent bien pour des mesures d'intensité intégrais Ici e.reo de a compteurs le taux d'impulsion. Dans ces installations, on charge avec les impulsions, par 11 intermédiaire d'un redresseur, un condensateur en parallèle avec lequel est montée une résistance :le décharge de grandeur appropriée. La tension du condensateur se règle alors exactement sur la grandeur d'■impulsions des composantes 10 le rayonnement riches en énergie connues peur chaque problème. La résistance en parallèle s'oppose aux perturbations dues à des impulsions^ individuelles trop grandes, par exemple provenant de '1'ultra-rayonnement. Une installation de régulation commande la tension de sonde de telle manière que la tension de condensateur 15 reste constante* Comme l'expérience l'a montré, ce procédé est absolument suffisant pour des indications intégrales de taux, mais cependant n'est pas suffisamment précis pour la spectroseopie. La raison en est dans la proportionalité existant entre l'écart et l'effet de 20 réglage. Si, par exemple, les impulsions de la ligne d'énergie de commande sont de 1 % supérieures à la valeur nominale désirée, une seule impulsion trop grande, de grandeur double, a le même effet de réglage que 100 impulsions de la ligne d'énergie de commande. Il en résulte des oscillations statistiques relativement grandes de la 25 tension réglée0 L'invention permet de réaliser une régulation pleinement suffisante, même pour la spectroscopie, avec des dépenses d'installation très réduites. L'installation pour la stabilisation automatique du déplace-30 ment dans des sondes de rayonnement nucléaire est caractérisée en ce qu'on utilise, au lieu du montage à redresseur connu, un discrimina-teur de hauteur d'impulsion intégral, le nombre des impulsions qui dépassent ce seuil agissant comme grandeur de réglage. Dans cette conception, même celles des impulsions qui es dé-35 passent le. seuil que de très peu, ont la même influence de réglage particulièrement précis et exactement défini avec une installation de ce genre, en liaison avec un générateur de rayonnement étalon, le position fixe reiativeme"! à la sonde» qui délivre une composante BAD ORIGINAL 06757 3 2003773 de rayonnement ayant line énergie supérieure à celles rencontrées dans le spectre de mesure. La description se rapporte à un exemple de réalisation préférentiel expliqué avec référence au dessin annexé, dans lequel : 5 - la fig. 1 montre une disposition fondamentale ; - la fig. 2 montre le mode de fonctionnement de l'installation conforme à l'invention à l'aide d'un diagramme indicateur de hauteurs d'impulsions. Dans la disposition fondamentale représentée dans la fig. 1, 10 le rayonnement à mesurer tombe sur la sonde 2, par exemple un compteur de scintillations avec cristal NaJ - (Tl). En outre un générateur de rayonnement étalon 3 agit sur la sonde. Les impulsions de sonde passent à travers l'amplificateur 4, par exemple un analyseur de niveau d'impulsion 5, dont la sortie 15 est branchée sur une unité indicatrice numérique ou aialogique 6. A la sortie de l'amplificateur 4 est, en outre raccordé, conformément à l'invention un discriminateur à intégrale 7, qui délivre un signal de sortie, qui est proportionnel au nombre de celles des impulsions qui dépassent le seuil de l'intégrateur. 20 Oe signal de sortie est destiné à régler l'amplification de niveau d'impulsion de telle sorte que le nombre d'impulsions prend une valeur A prédéterminée approximativement constante. L'amplification totale des impulsions se compose de l'amplification propre de la sonde, qui est une fonction de la tension de sonde et de 25 l'amplification électronique branchée en aval. On peut en conséquence prévoir un circuit de réglage 8a pour le générateur à haute tension 9 ou un circuit de réglage 8b pour l'amplificateur 4. Le mode de fonctionnement de l'installation est montré schématiquement par le diagramme des niveaux d'impulsions dans la 30 fig. 2, qui enregistre la fréquence J des impulsions en dépendance de la grandeur & des impulsions. Le groupe d'impulsions I pourrait représenter le spectre du rayonnement à mesurer, les lignes individuelles du spectre correspondant aux différentes énergies de rayonnement. La ligne II pourrait être causée par le générateur étalon, 35 la ligne d'énergie étant plus grande que les lignes d'énergie les plus élevées du spectre I. Le contenu de ces*lignes est donné par le choix de la puissance et de la position du générateur étalon 2» outre, quelques impulsions perturbatrices plus grandes pourraient 69 06757 4 2003773 intervenir dans le groupe III. qui sont déclenchées par un rayonnement d'environnement à haute énergie, c'est-à-dire un ultrarayonnement . Le discriminâteur d'intégration 7 doit avoir un seuil de 5 réponse S et il saisit toutes les impulsions qui dépassent ce seuil. Le nombre de ces impulsions correspond au contenu de la zone hachurée pour des hauteurs d'impulsions supérieures à S. Si ce nombre est plus petit ou plus grand que le nombre prédéterminé A, le cir -cuit de régulation augmente ou diminue respectivement 1'amplifica-10 tion de hauteur d'impulsion, jusqu'à ce que le domaine hachuré corresponde au nombre prédéterminé A. Ce nombre doit naturellement être nettement plus grand que le nombre total des impulsions trop grandes du groupe III et être plus petit que la somme de III et du nombre d'impulsions prédéterminé dans la ligne étalon II. Des cal-15 culs ont montré que la précision de réglage est spécialement grande lorsque le nombre A et le nombre d'impulsions dans la ligne étalon sont choisis à une valeur telle, que le flanc supérieur de la ligne étalon soit recoupé par le seuil S. Suivant une autre caractéristique de l'invention, on peut 20 constituer une installation conforme à l'invention dans une forme telle, que la source de rayonnement pour la stabilisation du glissement sert en même temps de source de rayonnement pour la détermination d'une grandeur physique, par exemple pour une mesure d'épaisseur et de densité par le procédé d'absorption, ou pour une 25 mesure d'humidité par le procédé de freinage des neutrons. Dans de telles opérations de mesure^l'intensité de la ligne de référence dépend naturellement dans des limites déterminées de la grandeur à déterminer. Si, par exemple, on doit mesurer la densité d'un liquide dans le domaine dej\j> = 0,3 g/cvP en irradiant une canalisa-30 tion tubulaire de 300 mm d'ouverture libre, et si l'on utilise pour cela, comme il est usuel, le rayonnement de 137 Cs, l'intensité des lignes se modifie entre une densité maximale et une densité minimale dans un rapport de l/2« Si, conformément à l'invention, le nombre d'impulsions A enregistré par le discriminateur intégrateur est 35 maintenu constant, le seuil de réponse se décalera obligatoirement par rapport à l'énergie des lignes. Des essais pratiques ont cependant donné le résultat surprenant que, lors d'une mesure d'intensité intégrale, ce décalage n'a aucune influence notable. Dans le cas 69 06757 s 2Q03773 d'un instrument de mesure de scintillations construit conformément à l'invention, un affaiblissement de moitié du rayonnement a pour effet un accroissement de la tension d'environ 4 7 pour une tension de sonde de 1250 7. Cependant 1'indication de rayonnement se iso-5 difie. car on travaille dans un plateau de tension, de moins de 0,02 fo par volt, de sorte que l'accroissement de tension mentionné nrovoque un changement d'indication de moins de \fop. à 2$o du changement d'intensité d'origine. A cela s'ajoute cependant le fait que cet accroissement de tension est lié de manière définie avec l'in-10 tensité de rayonnement et le changement d'indication qui en résulte est saisi par l'étalonnage, de toute façon nécessaire, de l'indication, en dépendance de la densité, de telle sorte qu'il n'en résulte aucune erreur en ce qui concerne la mesure de densité. Les conditions sont analogues, par exemple, dans le cas d'une mesure '5 d'épaisseur par rayonnement traversant ou par dispersion de renvoi ou également dans le cas d'une mesure d'humidité avec des neutrons, auquel cas les neutrons lents produisent, en liaison avec des sondes appropriées une ligne très marquée de haute énergie, qui convient pour la stabilisation de manière remarquable. 20 Le bon effet de réglage obtenu même dans le cas de -variations d'intensités considérables s'explique par des considérations mathématiques. Le seuil du discriminateur est choisi tel, que pour l'intensité maximale, on saisisse 1/4 de la ligne d'énergie dispensée,, Si l'intensité est réduite à la moitié, l'amplification to-25 taie sera accrue par- le réglage, de telle manière qu'on enregistre encore le même nombre d'impulsions par le discriminateur. Si l'on suppose que la courbe de répartition pour la ligne d'énergie correspond à une courbe de 3-auss, la ligne doit pour cela se trouver décalée du 1/5 de la valeur de sa demi-largeur, par rapport au seuil. 30 Si celle-ci s'élève à 12 ^ de la ligne d'énergie, il se produit un décalage de 2,4 de l'énergie et de la grandeur d'impulsion» Si maintenant l'amplification du scintillomètre au point de travail se modifie par exemple de 0,6 f> par volt, ce qui correspond aux conditions de la pratique, il se produit l'accroissement de tension de y~j 4 7 mentionné dans l'exemple précédent. Un tel décalage serait à vrai dire trop grand pour des mesures spectrométriques. Cependant, il n'a, comme expliqué plus haut, pas d'influence notable sur une mesure d'intensité intégrale et est absolument sans importance dans BAD ORIGINAL 9 06757 6 2003773 la détermination «de- grandeurs physiques au moyen d*une courbe d » in t er_ s lté é t al on. Par contret dans 1s cas de mesures spectrométriques, qui exigent une très grande précision du réglage de seuil, il est avai.-5 tageux d'opérer avec un émetteur de rayonnement étalon qui agisse toujours de la même manière sur la sonde. On peut pour cela utiliser des rayonnements ganiva d'énergie suffisante. Cependant, dans l'enregistrement de juantas gamma de haute énergie, se présente 1 Inconvénient que seul un faible pourcentage des quantas absorbés ÎO délivre des impulsions dans la ligne caractéristique de l'énergie des quantas, tandis que le nombre excédentaire des quantas absorbé par l'effet Campton, provoque des impulsions de hauteur plus faibls, qui agissent sur le spectre de mesure conma bruit de fond perturbateur. C'est pourquoi il est avantageux d"utiliser des rayons 15 alpha pour la stabilisation du glissement, car, dans le domaine sensible des sondes, un rayonnement alpha incident produit, avec une grande probalbilité une grandeur d'impulsion proportionnelle à son énergie. Il ne se produit ainsi que peu ou pas de bruit de fon ' perturbateur à la condition que 1*émetteur de rayonnement alpha 20 étalon émette des rayons d'une énergie unique et n'ait aucune composante gamma ou seulement une faible composante gamma. Un émetteu: de rayons alpha avec une très faible composante de rayons gamma serait le polonium 210. Malheureusement sa caractéristique de duré-; de vie n'est que de 138 jours. Du point de vue de la durée de vie, 25 l'idéal serait l'americium 241 avec 460 années. Cependant cet élément americium 241 possède une faible ligne gamma à 60 KeV (35 f") et une ligne encore plus faible (2 à 26 KeV. Etant donné cependant que ces quantas gamma sont pratiquement émis simultanément avec des rayons alpha, on peut,- conformément à l'invention, élimi-30 ner ces lignes gamma du spectre au moyen d'un circuit d'anticoïnci-dence entre impulsions alpha et gamma, c'est-à-dire par une grille linéaire. La distance de propagation réduite des rayons alpha rend nécessaire que l'émetteur de rayons soit monté directement contre 31? la sonde, de telle sorte que les rayons puissent pénétrer directement dans le domaine de sensibilité de la sonde sans avoir à traverser auparavant des milieux absorbants. Par exemple, dans le cas de tûtes de comptage proportionnel, on disposera l'émetteur de -, BAD ORIGINAL 69 06757 7 2003773 rayons alpha directement sur la surface de cathode, ou, dans le cas de scintillomètres, directement sur le scintillateur à l'intérieur d'une enveloppe protectrice. Il est encore plus favorable de répartir l'émetteur alpha de manière homogène dans un cristal 5 scintillateur. De tels cristaux avec émetteurs alpha répartis de manière homogène sont déjà directement disponibles. Par rapport aux installations connues pour la stabilisation automatique du déplacement, l'invention apporte l'avantage que le spectre d'impulsion, après mise en circuit de l'installation de 10 mesure, se règle, sans ajustement préalable, avec une haute précision et sans ambiguïté, de telle manière qu'à chaque énergie correspond 'une grandeur d'impulsion déterminée. Ainsi il est possible, dans le cas d'appareils pour spectroscopie d'énergie par rayonnement nucléaire d'équiper les analyseurs de niveau d'impulsicaa 15 avec des échelles de réglage étalonnées - par exemple en MeV - Ils peuvent également être pourvus directement, de repères de réglage pour des isotopes déterminés. En outre, on a la possibilité, au moyen de contacteurs ou de boutons poussoirs, de sélectionner des canaux d'énergie préréglés ou des isotopes. Par une automatisation 20 de telles installations, on peut enfin sélectionner des réglages de ce genre par l'intermédiaire d'impulsions électroniques de commande. 69 06757 8 2003773 -REVENDICATIONS- 1..- Installation pour la stabilisation automatique du déplacement dans le cas de mesure d'intensité de rayonnements nucléaires avec des sondes, dont les impulsions de sortie dépendent de l'éner- 5 gie absorbée - installation caractérisée par l'emploi d'une source de rayonnement dans une position définie par rapport à la sonde, avec une énergie de rayonnement qui est au moins égale à l'énergie maximale à attendre dans le spectre de mesure, ainsi qu'un discriminateur intégrateur et un circuit de réglage pour l'amplification 10 de la hauteur d'impulsion qui maintient constant le taux d'impulsion enregistré par le discriminateur. 2.- Installation conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que la partie du spectre à laquelle il est fait appel pour la stabilisation se trouve dans le flanc supérieur de la ligne 15 d'énergie produite par la source de rayonnement. 3.- Installation conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que le circuit de réglage règle automatiquement la valeur de la tension de sonde. 4.- Installation conforme à la revendication 1, caractéri- 20 sée en ce que le circuit de réglage agit sur l'amplificateur qui est branché en aval de la sonde. 5.- Installation conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que la source de rayonnement pour la stabilisation du déplacement sert en même temps pour la détermination d'une grandeur 25 physique, par exemple, pour une mesure de densité ou d'épaisseur par le procédé d'absorption ou une mesure d'humidité par la méthode de freinage de neutrons. 6.- Installation conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que la source de rayonnement est un émetteur de rayons alpha, 30 de préférence avec une proportion faible de rayons gamma. 7.- Installation conforme aux revendications 1 et 6, dans le cas d'un appareil pour la spectroscopie à rayons gamma, caractérisée en ce que l'influence des composantes gamma de l'émetteur de. rayons alpha, dont les photons sont pratiquement émis simultanément 35 avec des particules alpha, est éliminée au moyen d'un montage à anticoïncidence, tel qu'une grille linéaire. 8.- Installation conforme aux revendications 1 et 6, caractérisée en ce que le détecteur de rayonnement est un scintillateur 9 06757 9 2003773 lis.— (Il) et que l'émetteur de rayons alpha est réparti de manière homogène dans le cristal scintillateur. • y.- Installation conforme à la revendication 3, dans le eas d'an appareil de spectroscopie d'énergie de rayonnement nucléaire, 5 caractérisé en ce que -les échelles de réglage des analyseurs le hauteurs d'impulsions sont étalonnées en valeur absolue, par ezempl en Ke'ï, ou pourvues de repères directs de réglage pour des isotopes déterminés, ou encore en ce que des canaux drénergie préréglés sont prévus :jui peuvent être sélectionnés au moyen de contacteurs, ou 10 de boutons poussoirs ou au moyen d'impulsions électroniques de commande . 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