Brevet FR2096696A1 — publié le 19720225

La présente invention concerne une sonde directive pour mesure de la radioactivité du sol dans un forage. Il est connu de réaliser de telles sondes, mais habituellement ces appareils visent à détecter les rayonnements de toutes directions, Au contraire, dans le problème que l'on se propose de résoudre, il est nécessaire de fabriquer des sondes à collimateur qui ne détectent que les rayonnements provenant d'une tranche étroite de terrain. Une sonde directive conforme à l'invention est caractérisée en ce qu'elle comporte au moins cinq compteurs de Geiger-Ifuller, de petites dimensions, disposés symétriquement par rapport à l'axe de la sonde, l'un suivant cet axe et les autres autour, un collimateur cylindrique entourant les compteurs et les résistances de cathode de ces compteurs entourés d'un blindage en plomb, un préamplificateur des courants d'anode des compteurs et une enveloppe métallique protégeant l'ensemble. Le collimateur cylindrique d'une telle sonde directive est de préférence essentiellement constitué par un empilement d'anneaux alternés de plomb et de matière plastique absorbante. L'empilement d'anneaux alternés est avantageusement maintenu entre des manchons de plomb quinze fois plus épais au moins que les anneaux de l'empilement, l'un des manchons étant percé d'un passage oblique pour les câbles cathodique et anodique reliant les compteurs aux résistances de cathodes et au préamplificateur qui sont situés à l'extérieur desdits manchons. Dans un mode de réalisation non limitatif, l'enveloppe métallique protégeant l'ensemble collimateur et partie électronique est constituée d'un tube fermé par un bouchon molleté, tous deux avantageusement en alliage léger. Mises à part ces dispositions principales, l'invention concerne également diverses dispositions secondaires mentionnées par la suite et relatives à la sonde décrite. L'emploi d'un collimateur a permis une amélioration importante de la délimitation dans l'espace du front d'activité. Ainsi le coefficient d'atténuation du rayonnement émis par une source plane enterrée près de la surface du sol double pour une sonde ainsi équipée. Pour mieux faire comprendre les caractéristiques techniques de la présente invention, on va en décrire un exemple de réalisation étant entendu que celui-ci n'a aucun caractère limitatif quant aux modes de mise en oeuvre et aux applications qu'on peut en faire. La fig. 1 montre une vue brisée en carpe de l'ensemble de la sonde. La fig. 2 représente le premier type de collimateur utilisé en coupe longitudinale. La fig. 3 montre le type de collimateur employé de préférence. Le schéma électrique de la fig. 4 représente l'ensemble des compteurs et du préamplificateur. La sonde de la fig. 1 comprend trois parties essentielles a) La partie électronique 2 comprend notamment les compteurs de Geiger wlller 4, les résistances de cathode 6 et le préamplificateur 8, b) Le collimateur 10 qui entoure les compteurs de Geiger-Mhller et, c) L'étui 14 contenant tous les composants de la sonde. On a choisi des compteurs de Geiger-Maller 4 aussi courts que possible afin d'accroitre l'effet de focalisation dû à l'usage d'un collimateur. Us sont au moins au nombre de cinq, l'un étant disposé suivant l'axe de la sonde, les autres étant placés symétriquement autour du premier. Grâce au petit diamètre du type de compteur choisi, on a pu loger, dans la sonde, un groupe de sept compteurs de sorte que l'on a réalisé un compromis entre la sensibilité et le diamètre disponible. Les résistances de cathode des compteurs et le préamplificateur 8 remplissent une partie importante de la sonde. On peut remarquer le conducteur commun 16 réuni à l'entrée THT et aux résistances de cathode des compteurs, le conducteur 18 de connexion de ceux-ci. L'ensemble des compteurs est entouré d'un collimateur 10 ultérieurement décrit que prolongent à gauche et à droite des manchons de blindage en plomb 22, 24 et 26. Les résistances d'entrée 6 sont protégées par le troisième manchon de plomb 26. On notera- que les manchons 22, 24 et 26 ainsi que le collimateur 10 s'adaptent les uns aux autres. Sur l'extrémité extérieure du premier manchon de blindage 22, on fixe le bouchon interne 20 tandis que sur l'extrémité extérieure du manchon de blindage 26,on fixe également un autre bouchon 28. Le préamplificateur 8 est monté sur une plaquette isolante 30 fixée à des glissières 325 le préamplificateur est réuni par les conducteurs isolés 34, qui sont partiellement contenus dans un câble porteur 36, aux appareils de comptage, portatifs, de surface, non représentés. Théoriquement, pour rendre idéale la directivité de la sonde, l'ouverture de couplage des compteurs avec l'extérieur devrait être une fente annulaire étroite pratiquée dans un boîtier cylindrique entourant les compteurs et centrée sur le plan médian du bottier perpendiculaire à l'axe des compteurs. Pour réaliser une sonde ayant une bonne sensibilité tout en gardant une directivité telle que sangle de détection soit reduit, on entoure la partie sensible des compteurs d'un empilement d'anneaux alternés de plomb et de matière plastique absorbante. La fig. 2 représente un collimateur de ce genre, identique à celui de la fig. 1, du premier type utilisé. On notera que le collimateur proprement dit est constitue d'anneaux alternés de plomb 38 et de matière plastique absorbante 40. L'empilement d'anneaux est maintenu entre des manchons épais de plomb 42 et 44. La partie inférieure de 1 'ensemble 38, 40, 42 et 44 est fermée par le couvercle de plomb 46. Si les résistances de cathode étaient à ltextérieur du bottier de collimateur, son couvercle supérieur devrait comporter sept ouvertures pour le passage des câbles ce qui entratnerait un défaut d'étanchéité au rayonnement.Dans le but de diminuer le nombre des ouvertures, les résistances de cathode des compteurs ont été placées dans un bottier de plomb 48 prolongeant le collimateur. Ainsi le couvercle supérieur 50 ne comporte que deux passages de cable : une sortie dé masse et un câble d'alimentation de haute tension communes aux sept compteurs. On notera qugau centre du collimateur, on a représenté un seul compteur Geiger~Mhller. Au cours des essais, on a constate que les comptages effectués avec le collimateur de la fig. 2 étaient affectés par un 2effet de puits". Les rayonnements dus à la radioactivité de la région du forage située au-dessus de la sonde sont canalisés par la partie centrale du tubage et augmentent le taux de comptage."L'effetde puits" est particulièrement sensible quand l'activité des zones supérieures du forage est importante. Pour éliminer cet effet nuisible, on a modifié le boîtier du collimateur conformément à la fig. 3. On a diminué l'épaisseur des manchons 42-44 de la fig. 2 aux extrémités du collimateur. -Les couvercles minces sont remplacés par des couvercles 56-58 (fig. 3) quinze fois plus épais au moins que les couvercles minces 46-50 (fig. 2). Les résistances de cathode des compteurs sont extérieures au bottier de collimateur et les passages de cable (60)(fig. 3) dans le couvercle supérieur sont obliques. L'expérience a montré que "lseffet de puits" est supprimé quand on utilise ce type de collimateur. On décrira maintenant le montage des compteurs Geiger-irller et le préamplificateur 8 représenté sur la fig. 4. La structure des compteurs de Geiger-Müller (41 42* 47) est bien connu; ils comprennent une cathode axiale 62 entourée d'une anode cylindrique 64. Chaque cathode est réunie au pôle positif THT d'une source de tension par une résistance de cathode 66 ( par exemple} et une résistance commune 68. Toutes les anodes sont réunies par le même conducteur 70 à l'entrée du préamplificateur 8. Celui-ci est constitué de deux étages à transistor de types contraires. Le conducteur commun d'anode 70 est réuni à la base du transistor NPN 72, tandis que son émetteur est relié à la masse par une résistance 74,son collecteur est réuni au pôle P d'une source de tension de polarisation par une résistance 76. L'electrode de base du transistor 72 est réunie à la masse par une résistance 78 et au pale P d'une source de tension par une résistance 80. Le collecteur du transistor 72 est relié à la base du transistor NPN 82, tandis que son collecteur est relié à la masse par une résistance 84, son émetteur est relié au paille P par une résistance 86. L'émetteur du transistor 82 est directement réuni à la borne de sortie S. On notera que le point commun aux résistances de cathode des compteurs est couplé à la masse par un condensateur 88. REVENDICATIONS 1. Sonde directive pour la mesure de radioactivité du sol dans un forage, caractérisée en ce quelle comporte au moins cinq compteurs de Geiger-khller, de petites dimensions, disposés symetri9ument par rapport à l'axe de la sonde, l'un suivant cet axe et les autres autour, un collimateur cylindrique entourant les compteurs, les resistances de cathode desdits compteurs entourés d un blindage en plomb, ainsi qu'un préamplificateur de son courant de sortie et une enveloppe métallique protégeant l'ensemble. 2. Sonde directive suivant la revendication 1 oaractérisée en ce que le collimateur cylindrique est essentiellement constitué par un empilement d'anneaux alternés de plomb et de matière plastique absorbante. 3. Sonde directive suivant la revendication 2, caractérisée en ce que 1 'empilement d'anneaux alternés de plomb et de matière plastique absorbante du collimateur est maintenu entre des manchons de plomb quinze fois plus épais au moins que les anneaux de 1 empilement, l:un des manchons etant percé d'un passage oblique pour les cibles cathodique et anodique reliant les compteurs aux résistances de cathodes et au préamplificateur qui sont situés à l'extérieur desdits manchons. 4. Sonde directive suivant la revendication 2 caractérisée en ce que l'enveloppe métallique protégeant l'ensemble collimateur et partie électronique est constituée d:un tube ferme par un bouchon molleté, tous deux en alliage léger.