Brevet FR2070230A1 — publié le 19710910

La présente invention concerne les dosimètres à ionisation sensibles aux neutrons ou à la fois aux neutrons et aux rayons gamma et en particulier un dosimètre pour neutrons avec compensation au moins partielle des doses gamma. 5 Dans la pratique, une radiation de neutrons est tou jours accompagnée de rayons gamma, de sorte qu'il est difficile de discriminer les deux formes de radiations ou de mesurer la dose biologique efficace dans un champ de radiations mélangées. La nécessité d'une discrimination est due à la dif-10 férence de l'efficacité biologique ou facteur de qualité des radiations de neutrons et des radiations gamma. L'ionisation totale e-st proportionnelle à la dose en rads tandis-que l'endom-magement biologique est proportionnel à la dose en rems (rads multipliés par le facteur de qualité). L'ionisation produite 15 par un champ de radiations mélangées ne peut par suite pas être une mesure de la dose biologique. Pour les neutrons rapides - ayant des énergies comprises entre 0,1 Me Y et 15 MeV, un dosimètre doit être environ 6 à 10 fois plus sensible aux neutrons qu'au rayonnement gamma si l'ionisation doit représenter un do-20 sage biologique. En raison des sections efficaces d'interaction très différentes des noyaux pour les neutrons rapides et pour le rayonnement gamma, il n'a pas été possible d'obtenir le rapport nécessaire des sensibilités dans un dosimètre unique» Deux dosimètres ont par suite été utilisés jusqu'ici, 25 le premier sensible à la fois aux neutrons et aux rayons gamma et le second sensible principalement aux rayons gamma„ La dose de neutrons est trouvée en retranchant la dose de rayons gamma mesurée par le second dosimètre et la dose ( neutrons plus gammas) mesurée par le-premier. Cette combinaison nécessite un 30 appareil relativement volumineux et il est sujet à l'erreur dans l'établissement des deux valeurs et dans leur soustraction. La présente invention a pour objet un dosimètre pour neutrons ayant au moins une compensation partielle de la dose de rayons gamma. 35 Conformément à l'invention, un dosimètre à ionisation comprend deux chambres d'ionisation ayant deux rapports substantiellement différents entre la réponse aux radiations de neutrons et la réponse aux rayons gamma d'électrodes correspondantes des 70 43384 2 2070230 deux chambres étant connectées électriquement l'une à l'autre et deux autres électrodes correspondantes étant couplées par une capacité de couplage, et les deux chambres étant disposées pour être chargées électriquement avec des polarités opposées 5 de façon que la tension apparaissant aux bornes de la capacité de couplage soit proportionnelle à la différence des réponses des deux chambres au rayonnement reçu, et un dispositif pour indiquer l'amplitude du changement de la tension entre les électrodes de la chambre ayant le rapport le plus élevé, les sensi-10 bilités aux neutrons et aux rayons gamma. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante donnée à titre d'"exemple et faite en se référant au dessin annexé sur lequel ; la figure 1 est une coupe longitudinale d'un dosimètre 15 selon un mode de mise en oeuvre de l'invention; la figure 2 est une coupe longitudinale d'une partie d'un dosimètre selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention; et la figure 3 est une coupe longitudinale d'une partie 20 d'un dosimètre suivant un autre mode de mise en oeuvre .de l'invention. Un dosimètre selon l'invention comporte deux chambres d'ionisation combinêespour avoir l'une par rapport à l'autre des rapports différents entre la réponse aux neutrons et la réponse 25 aux rayons gamma. Les deux chambres sont combinées pour être excitées avec des polarités opposées afin que les champs électriques dans ces chambres soient opposés. Une connexion est établie entre une électrode de l'une des chambres de l'électrode correspondante de l'autre chambre. 30 Les autres électrodes correspondantes sont couplées capacitive-ment. En raison des polarités opposées des deux chambres, les électrodes couplées eapacitivement collectent des porteurs de charges de signes opposés, de sorte que la charge nette collectée sur l'électrode isolée est la différence entre les charges 35 produites dans les deux chambres. Le potentiel apparaissant sur l'électrode isolée est par suite proportionnel à la différence des charges. 70 43384 3 2070230 Si des charges égales sont collectées dans les deux chambres, la variation de la tension de l'électrode isolée est nulle. Pour des charges inégales la tension de l'électrode change, la tension dans la chambre donnant la charge la plus 5 faible étant augmentée et la tension dans la chambre donnant la charge la plus importante étant diminuée. La différence des charges est emmagasinée dans le condensateur connecté entre les deux chambres„ Un électrosecpe à fibre de quartz est placé dans la chambre ayant le plus grand 10 rapport entre la sensibilité aux neutrons et la sensibilité aux rayons gamma, et l'indication fournie par cet électroseope est une" mesure de la variation globale de. la tension. Il est possible de choisir pour le condensateur de couplage connecté entre les électrodes une valeur telle que la 15 lecture obtenue soit proportionnelle à la dose biologique efficace dTun champ de radiations mélangées» En variante, la valeur de la capacité de couplage peut être choisie pour obtenir une compensation complète de la variation de la tension résultant des rayons gamma dans la chambre la plus sensible aux neutrons 20 pour établir ainsi une valeur proportionnelle seulement à la dose de neutrons. Pour obtenir une mesure vraie de la dose biologique dans un champ connu de radiations mélangées, la valeur C^_ de la capacité de couplage est donnée par l'équation : 25 n /nr. Ct " C2 (QF ~~ > 2 *Ln 1 + QF - 1 } - —- *Ln ql t qln 30 dans laquelle : C2 est la capacité de la chambre ayant la sensibilité la plus faible aux neutrons, q2^ est la sensibilité de la charge aux rayons gamma de cette chambre, 35 q2n est la sensibilité de la charge aux neutrons de cette chambre, 70 43384 k 2070230 est la sensibilité de, la charge aux rayons gamma de la chambre la plus sensible aux neutrons, qln est ^"a sensibilité de la charge aux neutrons de cette chambre , QF est le facteur de qualité de la radiation de neutrons de ce champ. La valeur Cc de la capacité de couplage nécessaire pour la compensation complète de la zone de rayons gamma est donnée par : 10 15 20 La réponse aux neutrons de la chambre ayant le plus gprand rapport entre la sensibilité aux neutrons et la sensibilité aux rayons gamma est donnée par : C1 C1 + C1 £l ^2n C2 qln C1 + C1 + 1 L°2 25 ou Cc C1 + C1 C2 - C1 Cc ^ qm c c, + c c0 + a, c0 Cl C 2 12 30 35 ou qln [Cc + C3~ Cc q2n Cc C1 + Cc C2 + C1 C2 équations dans lesquelles C-^ est la capacité.de cette chambre et les autres symboles ont les significations déjà données. Cette valeur est comparée avec la sensibilité aux neutrons qln de la chambre non compensée. C La figure 1 représente un dosimètre selon l*invention dans lequel les électrodes isolées des deux chambres sont couplées capacitivement„ 70 43334 5 2070230 L'appareil représenté comporte une enveloppe 1 entourant deux chambres d'ionisation cylindriques coaxiales 2 et 3 » La paroi de la chambre 2 porte un revetement 4 rendant la chambre sensible préférentiellement aux neutrons, et la 5 paroi de la chambre 3 porte un revêtement 5 qui rend cette chambre sensible préférentiellement aux rayons gamma. L'électrode axiale isolée 6 de la chambre 2. porte un électroscope de mesure 7. Cette électrode traverse aussi la chambre 3 dans laquelle elle est entourée par une seconde électrode 8 suppor-10 tée par un cylindre en diélectrique 9. Quand l'appareil est chargé, l'électrode 6 est connectée à une source de tension positive par rapport à l'enveloppe 1 mise à la terre. Une source de tension négative par rapport à l'enveloppe à la terre 1 est connectée à l'électrode 8 qui peut être une couche conductrice appli-15 quée sur la surface extérieure du cylindre diélectrique 9 entourant l'électrode 6 dans la chambre 3. Le dosimètre comporte un système optique classique pour l'examen de 1'électroscope, et un dispositif convenable pour charger les électrodes isolées des chambres d 'ionisation. 20 Comme le montre la figure 1, le système optique com prend une lentille de projection 21 qui projette l'image de 1'électroscope 7 sur un élément translucide 22 portant un gra-ticule de mesure 23. La position de l'image de l'élément mobile de l'électroscope 7 sur le graticule 23 peut être vue par un 25 observateur à travers un oculaire 24. Le dispositif pour charger les électrodes isolées 6et 8 peut comporter de façon convenable deux plots 25 et 26 montés sur un isolateur 27 fixé dans l'enveloppe 1 et supportant les deux électrodes. Le plot 25 est connecté à l'électrode 8 et le plot 26 à l'électrode 6. Deux pis-30 tons 29 et 30 sont montés pour coulisser à travers un autre isolateur 28 fixé dans l'enveloppe 1 et qui sont rappelés vers l'extérieur de l'enveloppe 1 par des ressorts respectifs 31 et 32. Une source de courant continu 33 comporte deux bornes fournissant les tensions " plus " et " moins"qui sont respectivement 35 une tension positive et une tension négative par rapport à la terre. Des éléments de contact représentés schématiquement par les flèches 34 et 35 sont connectés aux bornes de la source 33 et sont disposés pour venir en contact avec les pistons 29 et 70 43384 6 2070230 30 et pour pousser ces pistons afin qu'ils viennent en contact avec les plots 25 et 26 pour établir la connexion électrique entre les bornes de la source et les électrodes 6 et 8. Un élément de contact 36 connecté à la terre vient en contact 5 en même temps avec l'enveloppe 1 pour établir les conditions correctes de charge dans le dosimètre. Le transfert des charges dû à l'ionisation produite dans la chambre 2 en réponse aux neutrons a tendance à réduire la tension positive de l'électrode 6 tandis que le transfert 10 d'une charge dans la chambre 3 du fait des rayons gamma a tendance à augmenter la tension positive de cette électrode. La valeur de la compensation dépend de la valeur de la capacité de couplage qui, suivant ce mode de réalisation, est la capacité entre l'électrode 6 et l'électrode ou couche conductrice 8 du 15 cylindre en diélectrique 9. L'appareil suivant le mode de réalisation de la figure 2 est d'une façon générale similaire à celui de la figure 1, et par suite les éléments correspondants sont définis par les mêmes références. Cependant, suivant ce mode de réalisation 20 l»électrode isolée 6a de la chambre 2 est couplée par un condensateur 9a à l'électrode isolée 8a de la chambre 3. Suivant le mode de réalisation représenté sur la figure 3 une seule électrode isolée 6b est commune aux deux chambres 2 et 3. Dans ce cas aussi, la paroi extérieure 5 de la chambre 25 3 est séparée par une couche en diélectrique 10 de l'enveloppe 1 et par un anneau en diélectrique 11 de la paroi extérieure 4 de la chambre 2, qui est connectée, électriquement à l'enveloppe 1, Quand une compensation-complète pour la dose de rayons gamma est nécessaire afin que l'appareil donne une indication 30 concernant seulement le flux de neutrons, il est nécessaire de construire l'appareil pour que les sensibilités des charges pour les rayons gamma q^ et q2^ de ces deux chambres soient approximativement en relation avec le rapport entre la capacité de couplage et la capacité de la seconde chambre ( sensible aux 3 5 rayons gamma ) : qlï = Cc q2^ Cc + C2 70 43384 7 f 2070230 Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant » d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre. 70 43384 8 2070230 REVENDICATIONS 1. Dosimètre à ionisation caractérisé par deux chambres d'ionisation ayant des rapports substantiellement différents entre la réponse aux neutrons et la réponse aux rayons 5 gamma, les électrodes correspondantes des deux chambres étant connectées électriquement l'une à l'autre et les deux autres électrodes étant couplées par une capacité de couplage et les deux chambres étant combinées pour être chargées électriquement avec des polarités opposées de façon que la tension apparaissant 10 aux bornes de la capacité de couplage soit proportionnelle à la différence entre les réponses des deux chambres au rayonnement reçu, et un dispositif pour indiquer l'amplitude de la variation de la tension entre les électrodes de la chambre ayant le plus grand rapport entre la sensibilité aux neutrons et la sensibili-15 té aux rayons gamma. 2. Dosimètre selon la revendication 1 caractérisé en ce que la capacité de couplage est établie par un condensateur connecté entre les deux secondes électrodes. 3. Dosimètre selon la revendication 1 caractérisé en 20 ce que la capacité de couplage est établie par la capacité entre une électrode de l'une des chambres et un élément conducteur connecté électriquement à l'électrode correspondante de i'autre chambre dont la première électrode est séparée par de la matière isolante. 25 4. Dosimètre selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'une électrode intérieure de l'une des chambres passe dans l'autre chambre dans laquelle elle est entourée mais isolée d'un élément conducteur constituant l'électrode correspondante et l'autre chambre, la capacité de couplage étant la capacité entre 30 l'électrode intérieure et l'élément conducteur. 5. Dosimètre selon la revendication 3 caractérisé en ce que la paroi extérieure de l'une des chambres est séparée par de la matière isolante de l'enveloppe de l'appareil et de l'enveloppe extérieure de l'autre chambre qui est connectée 35 électriquement à l'enveloppe, la capacité étant la capacité entre la paroi extérieure de la première chambre et l'enveloppe et la paroi extérieure de l'autre chambre. 70 43384 9 2070230 6. Dosimètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que l'une des chambres comporte sur la surface intérieure de la paroi extérieure un revêtement rendant cette chambre sensible préférentiellement aux 5 rayons gamma. 7. Dosimètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que l'une des chambres comporte sur la surface intérieure de la paroi extérieure un revêtement rendant cette chambre sensible préférentiellement aux neutrons. 10 8. Dosimètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que la valeur de la capacité de couplage est donnée par l'équation : C2 (QF _) = ^in 15 ' 1 + QF J* , ÎL - ! ) - Sn_ %i Il lin dans laquelle : C0 est la capacité de la chambre ayant la sensibi-lité la plus faible aux neutrons, 20 q2^"est la sensibilité de la charge aux rayons gamma de cette chambre, q2n est la sensibilité de la charge aux neutrons de cette chambre, q-^ est la sensibilité de la charge aux rayons gamma 25 de la chambre la plus sensible aux neutrons, • qln est "^a ^-e ^-a charg§4ux neutrons de cette chambre, QF est le facteur de qualité de la radiation de neutrons de ce champ, 30 de façon que la variation de la tension soit proportionnelle à la dose de radiations biologiques efficaces reçues par le dosimètre. 9. Dosimètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que la capacité de couplage a une-valeur 35 telle que la variation de la tension soit proportionnele seulement à la dose de neutrons reçue par le dosimètre.