Brevet FR2068732A1 — publié le 19710903

La présente invention, due à MM. Henri JOFFRE et Lucien PAGES du Commissariat à l'Energie Atomique et à MM. Jean CKAMEROY et Jean LAXAGUE de la société Alcatel, a pour objet un détecteur de radiations présentant vis-à-vis des électrons, des photons ainsi que des neutrons rapides et thermiques 5 des propriétés sensiblement équivalentes à celles des tissus de l'organisme humain. On sait que pour mesurer la dose de rayonnement absorbée dans les tissus humains, on utilise des détecteurs de divers types. Il est nécessaire que ces détecteurs fournissent une indication représentative, de la dose de 10 rayonnements absorbée dans l'organisme, quelle que soit l'énergie des rayonnements susdits. Autrement dit, l'énergie absorbée dans les tissus et l'énergie absorbée dans le détecteur pour donner naissance à une indication par le détecteur, doivent être dans un rapport constant, indépendant de l'énergie du rayonnement dans un spectre énergétique très étendu. En particulier, le 15 coefficient d'absorption en énergie dans les tissus organiques et le coefficient d'absorption dans les éléments du détecteur doivent être pratiquement les mêmes, quelle que soit l'énergie des radiations. Des matériaux destinés à réaliser des détecteurs présentant de telles propriétés d'équivalence sont décrits d'une part dans le brevet fran-20 çais n° 1 453 818 demandé par la société Alcatel le 3 février 1965 pour "Matériau thermoplastique présentant vis-à-vis des radiations des propriétés équivalentes à celles des tissus organiques" et d'autre part dans le brevet français n° 1 466 400 déposé le 19 novembre 1965 pour "Matériau thermoplastique se comportant vis-à-vis des radiations d'une manière équivalente à 25 celle des tissus organiques". Plus précisément, ces matériaux sont constitués par des mélanges de polymères tels que du polypropylène et du polyacétal avec de 1'alumine ou de la magnésie, et ils présentent vis-à-vis des radiations beta, gamma et X une réponse équivalente à celle des tissus humains dans un large domaine 30 d'énergie compris entre 10 keV et 10 MeV. Les proportions relatives de polymères mises en oeuvre dans de tels matériaux visent à assurer une teneur en hydrogène très sensiblement égale à celle du corps humain, et l'adjonction d'alumine ou de magnésie conduit à l'obtention d'un numéro atomique moyen du mélange sensiblement égal à celui des tissus organiques tout en assurant des 35 qualités de résistancesmécanique et thermique améliorées desdits matériaux. La présente invention vise à fournir un détecteur de radiations répondant mieux que les détecteurs antérieurs aux exigences de la pratique, 3 3409-3 jp 69 40997 2 2068732 notamment en ce qu'il présente vis-à-vis des électrons, des photons et des neutrons rapides et thermiques dans un spectre d'énergie étendu, une réponse sensiblement équivalente à celle des tissus organiques. Dans ce but l'invention propose un détecteur "comprenant une paroi 5 réalisée en un matériau thermoplastique constitué essentiellement d'un mélange de trois composants, ladite paroi délimitant une enceinte contenant un mélange gazeux, caractérisé en ce que ledit mélange thermoplastique comprend 30 à 60 % en poids de polypropylène, 25 à 50 % en poids de polyamide et 15 à 25 % en poids d'alumine ou de magnésie, et en ce que le mélange gazeux 10 comprend 10 à 80 % en volume d'hydrocarbure, de l'azote.et au moins un gaz rare. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le mélange gazeux est constitué de 0 à 70 % en volume.d'un hydrocarbure saturé, de 10 à 80 % en volume d'azote et d'argon et de 20 à 90 % en volume d'hexa-15 fluoréthane. Selon un deuxième mode de réalisation, le mélange gazeux quaternaire est constitué de 40 à 80 % en volume d'hydrocarbure non saturé, de 1 à 10 % d'azote et en tout de 15 à 50 % en volume de néon et d'argon. On peut notamment utiliser le matériau thermoplastique pour consti-20 tuer la paroi de chambres d'ionisation et de tubes compteurs proportionnels ou de Geiger-Huller dont l'atmosphère est constituée par le mélange gazeux. 11 est alors évidemment nécessaire de revêtir la face interne de la paroi d'une couche conductrice de l'électricité. On peut notamment utiliser un vernis contenant du graphite colloïdal. 25 On peut notamment constituer à l'aide d'un matériau thermoplasti que une paroi dont l'absorption correspond à celle des tissus qui protègent les organes les plus sensibles du corps humain, c'est-à-dire d'une part le cristallin de l'oeil et d'autre part la couche bksale de l'épiderme. Dans ce cas l'énergie absorbée dans le mélange gazeux en donnant naissance à un cou-30 rant, représente avec une bonne approximation les effets du rayonnement sur les tissus organiques les plus sensibles. Les deux constituants principaux du matériau thermoplastique (polypropylène et polyamide) ont une compatibilité suffisante pour que le mélange soit stable. Le matériau a de plus de bonnes propriétés mécaniques 35 et reste stable aux températures élevées susceptibles d'être rencontrées en fonctionnement» De plus la présence du polyamide rend le matériau facile à mettre en forme par moulage. t9 40997 3 2068732 On sait que le polypropylène peut être représenté par la formule globale : CH / 1 ^ ( - CH - CH2 -)n 5 où n est un nombre entier. Les polyamides dont le plus connu est le nylon, présentent la formule globale générale : 0 0 (■ - NHC - R - NHC - R1 )m dans laquelle m est un nombre entier et R ou R' un radical organique (CHg)^ 10 Le troisième constituant du matériau thermoplastique est l'alumine AlgOg ou 11 oxyde de magnésium MgO ; celui-ci peut éventuellement être apporté au mélange sous forme de magnésie hydratée Mg (0H)2. Parmi les compositions possibles du matériau thermoplatique, la suivante semble particulièrement avantageuse : 15 polypropylène : 51j9 % en poids polyamide : 28,3 % en poids alumine : 19»8 % en poids Cette composition contient d'une part 10,2 % d'hydrogène en poids et d'autre part 3»5 % d'azote en poids, c'est-à-dire les proportions exis-20 tant dans les tissus de l'organisme et elle présente donc une réponse pratiquement identique à celle des tissus vis-à-vis des neutrons thermiques et rapides ainsi que vis-à-vis des neutrons intermédiaires dans un spectre d'énergie allant de l'énergie thermique jusqu'à 15 MeV environ. L'équivalence de cette composition et des tissus humains est réalisée à - 3 % près, dans 25 un spectre d'énergie compris entre 10 keV et 10 MeV environ, en ce qui concerne le pouvoir d'arrêt massique vis-à-vis des électrons et le coefficient d'absorption massique en énergie pour les photons. Enfin, ce matériau est aisément réalisable et facile à mettre en oeuvre au moyen des procédés usuels de façonnage et de formage des matériaux 30 thermoplastiques, notamment par moulage. Lorsque l'on recherche une sensibilité élevée du détecteur, la composition gazeuse particulière suivante, conforme au premier mode de réalisation ci-dessus défini, semble particulièrement intéressante de par sa densité élevée, de l'ordre de 2 par rapport à l'air : 73>1 % en volume 16,9 % en volume 7|4 % en volume argon A : 2,6 % en volume 35 propane C^g hexafluoréthane C.F,. d. D azote Ng B 3409-3 JF BAD ORIGINAL 69 40997 4 2068732 Une variante consiste à remplacer le propane et l'hexafluoréthane par un seul hydrocarbure plus faiblement halogéné. Ce mélange contient en poids 10,1 % d'hydrogène et 3»5 % d'azote et il en résulte que l'équivalence'vis-à-vis des tissus-organiques est as-5 surée à 99 % environ pour des neutrons animés d'une énergie comprise entre • l'énergie thermique et 15 MeV environ. En ce qui concerne le pouvoir d'arrêt massique pour les électrons et le coefficient d'absorption massique en énergie pour les photons, l'équivalence de ce mélange et des tissus humains est réalisée à 99 % - 3 % près 10 dans un spectre d'énergie compris entre 10 keV et 10 MeV : une te^le approximation est donc bien en accord avec celle relative aux neutrons. Non seulement ce mélange présente une densité par rapport à l'air de l'ordre de 2 environ,, ce qui entraîne une augmentation de la sensibilité du détecteur, mais il peut éventuellement être comprimé jusqu'à une pression 15 de l'ordre de 10 bars, ce qui autorise une sensibilité encore accrue. Lorsque l'on recherche au contraire une densité inférieure à l'unité (par exemple pour la détection des photons de basse énergie), une composition préférée du mélange gaeeux selon le deuxième mode de réalisation est la suivante s 20 éthylène C„H, ; 65} 09 % en volume 2 o azote Ng s 3 p 21 % en volume , néon Ne s 30,90 % en volume argon A s 0S80 % en volume Ce mélange contient en 'poids 10,2 % d'hydrogène et 3»5 % d'azote, 25 c'est-à-dire les proportions existant dans les tissus organiques. Par ailleurs, ainsi que le mélange gazeux précédent, un tel gaz est équivalent aux tissus humains vis-à-vis des neutrons animés d'une énergie comprise entre l'énergie thermique et 15 MeV environ. L'équivalence de ce mélange et des tissus organiques est également 30 réalisée à - 3 % près dans un spectre d'énergie compris entre 10 keV et 10 MeV en ce qui concerne le pouvoir d'arrêt massique pour les électrons et le coefficient d'absorption massique en énergie pour les photons. Le mélange gazeux présente une densité par rapport à l'air de l'ordre de 0,89. Il est donc moins sensible que le mélange précédemment dé-35 crit, ce.qui lui donne un intérêt particulier dans certains domaines d'applications. BAD ORtGJNAL B 3409-3 JF é9 40997 5 2068732 REVENDICATIONS 1°/ Détecteur de radiations présentant une réponse sensiblement équivalente à celle des tissus organiques à l'égard des électrons, des photons et des neutrons rapides et thermiques, comprenant une paroi en un matériau thermoplastique constitué essentiellement d'un mélange de trois com-5 posants, ladite paroi délimitant une enceinte contenant.un mélange gazeux, caractérisé en ce que ledit mélange thermoplastique comprend 30 à 60 % en poids de polypropylène, 25 à 50 % en poids de polyamide et 15 à 25 % en poids d'alumine ou de magnésie et en ce que le mélange gazeux comprend 10 à 80 % en volume d'hydrocarbure, de l'azote et au moins un gaz rare. 10 2°/ Détecteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange gazeux est constitué d'un hydrocarbure saturé à raison de 0 à 70 % en volume, d'azote et d'argon à raison de 10 à 80 % en volume et d'hexafluo-roethane à raison de 20 à 90 % en volume. 3°/ Détecteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que 15 le mélange gazeux est constitué de 40 à 80 % en volume d'hydrocarbure non saturé, de 1 à 10 % d'azote et de 15 à 50- % en volume en tout de néon et d'argon. 4°/ Détecteur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le mélange gazeux présente la composition suivante, en volume ; 20 propane C3H8 73,1 % hexafluoroethane °2F6 16,9 % azote N2 7,4 % argon A 2,6 % 5°/ Détecteur suivant la revendication 3> caractérisé en ce que 25 le mélange gazeux présente la composition suivante, en volume i éthylène C0Hr s 65,09 % azote N2 : 3,21 % néon Ne : 30,90 % argon A : 0,80 % 30 6°/ Détecteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le matériau thermoplastique présente sensiblement la composition pondérale suivante : polypropylène 51,9 % polyamide 28,3 % 35 alumine 19j8 % B 3409-3 JF BAD ORIGINAL 69 40997 6 2068732 7°/ Détecteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est constitué par une chambre d'ionisation et en ce que la paroi est revêtue intérieurement d'une couche conductrice mince à base de graphite. B 3409-3 JF/mz BAD ORfGINAL