Brevet FR2069919A1 — publié le 19710910

La présente invention a pour objet un dispositif de lecture de dosimètre radiothermoluminescent. On sait qu'un "dosi-mètre radiothermoluminescent" utilise la propriété de diverses substances, telles que le fluorure de lithium et le fluorure de 5 calcium activé, d'emmagasiner une partie de l'énergie qu'elles reçoivent sour forme de radiations ionisantes et de la restituer sous forme lumineuse lorsqu'elles sont chauffées à une température suffisante. Un dosimètre radiothermoluminescent se présente en général sous forme d'une pastille, d'une lamelle ou d'un sa-10 chet pouvant contenir la substance sensible sous diverses formes (poudre frittée, poudre enrobée dans un matériau plastique transparent, poudre restant sous forme divisée). Pour déterminer la dose de radiation reçue par le dosimètre, on place celui-ci dans un dispositif de lecture qui 15 comporte un organe de chauffage du dosimètre suivant une loi reproductible , adaptée à la substance sensible, et on relève l'émission lumineuse du dosimètre. Le dispositif de lecture doit tenir compte d'un certain nombre de phénomènes annexes et donner une information aussi 20 représentative que possible de la dose d'irradiation reçue. La plupart des dispositifs existants à l'heure actuelle sont conçus pour intégrer l'émission de lumière dans un domaine de tempéra,-ture donnée ou, en d'autres termes,pour intégrer le spectre d'émission lumineuse entre une température inférieure (déterminée pour 25 écarter les pics de thermoluminescence sujets à affaiblissement)et une valeur supérieure (choisie pour éliminer l'émission lumineuse due à des phénomènes autres que la radiothermoluminescence, et notamment à la triholuminescence). Il existe également des dispositifs de lect" qui 30 donnent à la fois l'émission intégrée de lumière et ^enregistrement de la courbe de variation de l°'ânission de lumière en fonction du temps. Un dispositif de ce type comporte un convertisseur qui transforme le signal d'intensité variable fourni par un photomultiplicateur placé face au dosimètre en des impulsions 35 dont la fréquence est proportionnelle à l'intensité du courant. Cette solution exige un convertisseur amplitude-fréquence. L'invention vise à fournir un dispositif de lecture de dosimètre radiothermoluminescent répondant mieux que ceux 69 42147 2 2069919 antérieurement utilisés aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il fournit simultanément : T d'une part le spectre d'émission, c'est-à-dire un enregistrement de la variation de l'intensité lumineuse en fonction du temps, donc de la température ; t d'autre part, soit l'émission lumineuse (c'est-à-dire en d'autres termes l'intégrale de la courbe d'émission en fonction du temps), soit la valeur de crête de l'émission (c'esti-à-dire l'intensité maximum du rayonnement lumineux ou le maximum du spectre). On voit que l'on obtient ici, d'une part, une valeur jugée significative et d'exploitation immédiate, constituée par l'émission intégrée entre deux températures dans le cas général ou la valeur de crête dans le cas où, le spectre ayant toujours la même allure, cette valeur est significative et, d'autre part, un enregistrement du spectre auquel on peut revenir le 'cas échéant pour retrouver l'une ou l'autre des deux valeurs précédentes * (l'information d'origine ayant été détruite par la lecture). Dans ce but, l'invention propose un dispositif de lecture de dosimètre radiothermoluminescent, comprenant des moyens de chauffage du dosimètre suivant une loi déterminée et reproductible, un transducteur sensible à l'émission lumineuse du dosimètre et la traduisant en un courant électrique et une chaîne d'amplification et de mesure, caractérisé en ce que ladite chaîne comprend un premier amplificateur opérationnel à résistance de bouclage, un enregistreur de la tension fournie par ledit premier amplificateur, un second amplificateur opérationnel pouvant être bouclé soit sur une capacité d'intégrationsoit sur une résistance, un voltmètre de mesure de la tension de sortie du second amplificateur, ladite tension étant représentative de l'émission intégrée lorsque ledit second amplificateur est bouclé sur la capacité, un troisième amplificateur opérationnel bouclé par l'intermédiaire d'une diode montée en inverse ou en direct suivant que la tension d'entrée est négative ou positive et un voltmètre mesurant la tension de sortie dudit amplificateur au travers de ladite diode et fournissant la valeur de crête. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un dispositif de lecture constituant un mode 69 42147 3 2069919 de réalisation de celle-ci, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère à la figure unique, qui l'accompagne et montre un bloc diagramme de la chaîne d'amplification et de mesure du dispositif et des organes annexes. 5 Le dispositif de lecture représenté comporte un photo multiplicateur 1D qui fait face à une coupelle 12 de réception de dosimètre radiothermoluminescent 14. La coupelle 12 est munie de moyens de chauffage non représentés. Un thermocouple 16, associé à un circuit de mesure 18, permet de suivre les variations de 10 température de la coupelle et du dosimètre. La photo-cathode 20 du photomultiplicateur est portée à une haute tension ajustable par une source de courant continu 22. L'anode de sortie du photomultiplicateur 10 est reliée à une des entrées 22 d'un amplificateur opérationnel 24 dont 15 l'autre entrée est mise à la masse. On sait qu'on désigne par les termes "amplificateur opérationnel" un amplificateur à couplage direct, de grande stabilité et dont le gain et l'impédance d'entrée sont très élevés (le gain étant de plusieurs milliers 1 0 et l'impédance d'entrée dépassant en général 10 ohms). 2 0 L'amplificateur opérationnel 24 est bouclé sur une résistance 26 de valeur et sa sortie est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une chaîne de résistance 28 constituant un pont diviseur. Un voltmètre 30, éventuellement enregistreur, permet de mesurer soit la tension V .j de sortie du premier ampli-25 ficateur 24 par rapport à la masse (montage illustré sur la figure), soit une fraction de cette tension en le montant entre la masse et l'un des plots intermédiaires 32. L'amplificateur opérationnel 24 bouclé sur sa résistance 26 de valeur fournit une tension de sortie c -.i est 30 reliée au courant d'entrée i^ fourni par le photomultiplicateur 10 par la relation approchée : Vs1 = R1 * X1 La tension de sortie V ^ reste proportionnelle au courant débité par le photomultiplicateur (du moins aussi long-35 temps que la variation n'est pas extrêmement rapide) : l'enre*. gistrement de la tension en fonction du temps fournit donc 69 42147 4 2069919 le spectre d'émission, si le courant i^ est lui-même proportionnel à cette émission : en fait, il s'ajoute au courant utile le bruit de fond du photomultiplicateur (courant d'obscurité) qu'il convient de déduira dans le cas de mesure de doses faibles. 5 La sortie du premier amplificateur opérationnel 24 attaque par l'intermédiaire d'une résistance 34 de valeur R ' ^ un second amplificateur opérationnel 36 monté en différentiel (la seconde entrée étant mise à la masse). Ce second amplificateur 36 peut être bouclé à l'aide d'un commutateur 38,soit sur un conden^ 10 sateur 40 de capacité C (montage en intégrateur), soit sur une résistance 42. I Dans le second cas, l'ensemble des amplificateurs opérationnels ' 24 et 36 fournit évidemment une tension de sortie qui, comme la tension , suit les variations dans le temps du 15 courant i^. Par contre, lorsque l'amplificateur 36 est bouclé sur le condensateur 40, sa tension de sortie V £ est évidemment une fonction différente de i,. ' « En première approximation, il est possible d'assimiler la variation dans le temps du courant i^ à une fonction linéaire, 20 du moins si la loi de variation dans le temps de la température du radiothermodosimètre est convenable : Cette condition est notamment sensiblement remplie si le dispositif de chauffage est du type décrit dans le brevet français n" 1 569 117 demandé le 18 avril 1968 par 1'organisme demandeur. 25 Dans ce cas, la variation de température du radiother modosimètre dans le domaine de température où l'émission est à relever, est sensiblement linéaire.. En se limitant à ce cas,.et à condition que la durée d'intégration T soit nettement inférieure au produit R ' .j . C . A (A étant le gain-en boucle ouverte 30 du second amplificateur 36) on trouve : ■ R, I T V " — -— 2 s2 2C R'j Dans cette formule I désigne la valeur atteinte par le courant i^ au bout du temps T. En jouant sur la valeur de la 35 résistance ajustable R'^, on peut ajuster exactement le coefficient de proportionnalité. 69 42147 5 2069919 Dn obtient donc simultanément une première tension de sortie V ^, représentative à tout instant de l'émission lumineuse à ce même instant, et une seconde tension V £ proportionnelle à Io et au temps d'intégration T, donc représentative de l'intégrale d'émission. La'tension de sortie Vg2 est mesurée par un voltmètre 44. Un dispositif de remise à zéro 46 commandé par le circuit de mesure de température 18 décharge automatiquement le condensateur 40 sur un court-circuit temporaire non représenté et remet à zéro le voltmètre 44 lorsque la température du dosimètre en cours de chauffage arrive à la valeur qui correspond au début de-l'intégration de l'émission. La sortie du second amplificateur opérationnel 36 attaque l'une des entrées d'un troisième amplificateur opérationnel 48 monté en non-inverseur. A l'amplificateur 48 est associée une boucle de contre-réaction totale comportant une diode 50 montée en inverse dans le cas de la figure où la tension d'entrée est négative et reliant la sortie à la seconde entrée de l'amplificateur. Entre un point de la boucle en aval de la diode 50 et la masse sont placés en parallèle un condensateur 52 de mise en mémoire de la tension de crête et un voltmètre numérique 54 de forte impédance (voltmètre à lampes par exemple). Le circuit de remise à zéro 46 commande la décharge du condensateur 52 par mise en court-circuit en même temps que celle' du condensateur 40. Dans son principe, le montage du troisième amplificateur opérationnel 48 constitue un détecteur de crête constitué par une diode chargeant un condensateur de mise en mémoire": la tension V£ étant négative, tant que sa valeur absolue augmente, la diode conduit et le condensateur se charge. Lorsque la tension d'entrée diminue, le potentiel de l'armature du condensateur non reliés à la masse devient plus négative que la tension de sortie et la diode se trouve polarisée en inverse. Sa résistance inverse étant grande', la capacité reste chargée sous la tension amont maximum. La présence de l'amplificateur opérationnel fait disparaître l'inconvénient d'un montage qui en serait dépourvu et le rend utilisable pour des tensions d'entrée faibles, de l'ordre de grandeur de la tension de seuil de la diode. Au-dessous" B. 3489.3 JF 69 42147 6 2069919 de ce seuil (0,2 V pour une diode au germanium et 0,7 V pour une diode au silicium) la résistance directe de la diode est grande et le condensateur ne se chargerait que lentement en l'absence d'amplificateur. En effet, la tension disponihle en l'absence 5 d'un amplificateur opérationnel peut être de quelques millivolts dans le cas où le dosimètre n'a reçu que de faibles doses» Un calcul simple montre que la tension de seuil de la diode est pratiquement divisée par le gain A de l'amplificateur opérationnel 48 en boucle ouverte ; En d'autres termes, l'ad-10 jonction de l'amplificateur 48 revient à diviser par un factëur élevé (de l'ordre de 10.000 en général) la tension de seuil de la diode : Dans ces conditions, on peut adopter un condensateur 52 de forte capacité qui se charge cependant rapidement et assure le maintien d'une indication correcte.sur le voltmètre 54, si du 15 moins ce voltmètre- présente une impédance suffisamment élevée. Un dispositif a été réalisé pour mesurer la dose reçue par des dosimètres à fluorure de lithium activé. Le pont de résistance 28 était prévu pour fournir sept gammes de mesure allant de 0-100 mRad à 0-100 Rad, Un voltmètre numérique de tableau dont 20 la résistance d'entrée était de 200 mégohms fournissait la valeur de crête jusqu'à mise en court-circuit du condensateur 52» B. 3489-3 JF/amn 69 42147 7 2069919 REVENDICATIONS 1D) Dispositif de lecture de dosimètre radiothermoluminescent, comprenant des moyens de chauffage du dosimètre suivant une loi reproductible, un transducteur sensible à 5 l'émission lumineuse du dosimètre et Ja traduisant en un cour-rant électrique et une chaîne d'amplification et de mesure, caractérisé en ce que ladite chaîne comprend un premier amplificateur opérationnel à résistance de bouclage, un enregistreur de la tension fournie par ledit premier amplificateur, un 10 second amplificateur opérationnel pouvant être bouclé soit sur une capacité d'intégration, soit sur une résistance, un voltmètre de mesure de la tension de sortie du second amplificateur, ladite tension étant représentative de l'émission intégrée lorsque ledit second amplificateur est bouclé sur la capacité, 15 un troisième amplificateur opérationnel bouclé par 1'intermédiai re d'une diode montée en inverse ou en direct suivant que la tension d'entrée est négative ou positive et un voltmètre mesurant la tension de sortie dudit amplificateur au travers de ladite diode et fournissant la valeur de crête . 20 2°) Dispositif de lecture suivant la revendication 1 caractérisé par un condensateur de mise en mémoire disposé en parallèle avec le voltmètre fournissant la valeur de crête. 3°) Dispositif de lecture suivant la revendication 2, caractérisé par des moyens de décharge du condensateur de 25 bouclage du second amplificateur opérationnel et du condensateur de mise en mémoire, immédiatement avant détection de la partie utile de l'émission lumineuse. 4°) Dispositif de lecture suivant la revend-' = cion 1 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens de chauffage eu ,dûsi-30 mètre sont programmés pour que l'émission lumineuse de celui-ci obéisse sensiblement à une loi de variation linéaire avec le temps au cours de la période d'intégration de ladite émission*. B. 3489.3 JF