Brevet FR2120173A1 — publié le 19720811

1.- 2120173 L1invention concerne des dosimè— très à radiothermoluminescence destinés à être utilisés pour mesurer la dose d'exposition aux radiations ionisantes, et des matières nécessaires à cet effet, 5 Dans les dernières années, les dosimètres à radiothermoluminescenee, utilisant la thermoluminescence de matières luminescentes, ont attiré l'attention, et ont été utilisés, en particulier dans les domaines de la médecine, de la radiologie, etc..., en raison de leurs avantages tels que 10 la simplicité du fonctionnement, le faible encombrement, leur disponibilité sous des formes variées, en poudre, en comprimés, etc.., et de leur aptitude à donner une mesure précise de la dose cumulative, sur un large éventail de radiations ionisantes différentes. 15 les dosimètres à radiothermolu minescenee sont capables d1 accumuler l'énergie absorbée par euy pendant une longue durée, quand ils sont exposés aux radiations ionisantes, sous forme de lumière dans le spectre visible ou le proche visible (telles que des rayons X), et d'émettre cette 20 énergie accumulée quand ces dosimètres reçoivent une énergie thermique, par chauffage par exemple, le phénomène d'émission de luminescence au moyen du chauffage est appelé la thermoluminescence. Il peut ainsi être procédé à une détermination quantitative de la dose d'exposition, par mesure de la somme de lumière, 25 ou intensité lumineuse de la thermoluminescence, car celle-ci est proportionnelle à l'énergie emmagasinée dans la matière luminescente après son exposition à des radiations ionisantes. Bien que le mécanisme de la thermoluminescence soit spécifique pour chaque matière luminescente, 30 et présente des aspects compliqués, il peut être expliqué qualitativement comme suit î dans les matières radiothermoluminescen-tes, les éléments formant les impuretés, ou les défauts du réseau cristallin que l'on trouve dans le cristal hôte, forment les états métastables d'énergie, dans lesquels sont capturés les 35 électrons ou les trous positifs excités à partir de l'état de base au moyen des radiations ionisantes. Quand on chauffe ensuite les matières luminescentes qui sont dans cet état à une température suffisamment haute, les électrons ou les trous positifs capturés 40 dans les états métastables se trouvent à nouveau activés et libé 71 47836 2.- 2120173 rés, et ils retournent à l'état de base, en émettant une luminescence dans les longueurs d'onde du visible et du proche-visible. Comme matières thermoluminescentes courantes employées dans la dosimétrie des radiations ioni-5 santés, on peut citer LiP, LigB^O^îMn, CaSO^sDy', CaF^ixip etc... Liî1 et LigB^O^sMn présentent ensemble différents inconvénients qui leur sont inhérents, tels qu'une sensibilité faible, et une certaine complexité du traitement thermique, mais ils ont l'avantage d'avoir un nombre atomique efficace assez proche de celui 10 des tissus mous du corps humain. D'autre part, les CaS0,:D et r J Caï^:Mn ont l'inconvénient que leur nombre atomique effectif est plus élevé, mais ils possèdent les avantages d'une sensibilité plus grande et d'une plus grande facilité de mesure dans un large domaine. Ainsi, les matières luminescentes comportent, généra-15 lement, à la fois des avantages et des inconvénients. De nombreuses études ont été faites sur la mise au point et le perfectionnement de diverses matières, pour obtenir une matière luminescente n'ayant que des avantages, et qui soit exempte des inconvénients. 20 Ii'invention concerne des dosimè tres à radiothermoluminescence et, pour ces dispositifs, des matières qui comprennent une matière servant d'hôte, composée d'éléments légers, et possédant une haute sensibilité à la dose de radiation. 25 On a constaté que des matières luminescentes, caractérisées en ce qu'elles comprennent un oxyde complexe d'oxyde de magnésium et d'oxyde de bore, et une trace de terbium et/ou de dysprosium comme élément activateur, qui lui soit incorporée, montrent une thermoluminescence énergique 30 après exposition aux radiations ionisantes, et peuvent être utilisées comme matières pour dosimètres à radiothermoluminescence, présentant une grande sensibilité. La matière pour dosimètres à radiothermoluminescence suivant l'invention peut être représentée 35 par la formule générale : MgO » x BgO^ s y A, dans laquelle A signifie un élément activateur efficace, notamment au moins un des éléments terbium et dysprosium, 40 x indique le nombre de molécules d'oxyde de bore .par molécule 71 47836 3.- 2120173 d'oxyde de magnésium qui se trouve dans le mélange de matières de base et y représente le nombre d'atomes-grammes de l'élément activateur A par molécule d'oxyde de magnésium dans le mélange des ma-5 tières de base. Bien que x puisse se situer entre 0,2 et 5 et que y puisse être de l'ordre de 10""^ à 5 x 10~2, les meilleurs résultats sont obtenus quand x se situe entre 1 et 3, et y est -3 v -2 dans le domaine de 5 x 10 a 3 x 10 , Dans la figure 1 des dessins, 10 (a) est une courbe montrant la relation entre la température de chauffage et l'intensité de la thermoluminescence après l'exposition aux rayons X d'un dosimètre à radiothermoluminescence, en une matière faite d'oxyde de magnésium et de bore, activée au terbium, et donnée à titre d'exemple de matière pour les dosimè-15 très à radiothermoluminescence suivant l'invention. Dans la figure 1, (b) est une courbe montrant la relation entre la température de chauffage; et l'intensité de la thermoluminescence après exposition aux rayons X d'un dosimètre à radiothermoluminescence composé d'une 20 matière faite d'oxydes de bore et de magnésium, activée au dysprosium, comme exemple de matières pour les dosimètres à radiothermoluminescence suivant l'invention, La figure 2 représente un graphique montrant la relation entre la dose d'exposition et l'inten-25 sité de la thermoluminescence, après exposition à des rayons de ^Co d'un dosimètre à radiothermoluminescence composé d'une matière faite d'oxydes de bore et de magnésium, activée au dysprosium, comme exemple de matières pour dosimètre à radiothermoluminescence suivant l'invention, 30 Les matières pour dosimètres à radiothermoluminescence suivant l'invention peuvent être préparées en utilisant, comme source de matière hôte de la matière thermoluminescente, de l'oxyde de magnésium ou un composé du magnésium facilement convertible en cet oxyde par chauffage, tel 35 que le carbonate de magnésium, l'hydroxyde de magnésium, etc.,} et un oxyde de bore, ou un composé du bore facilement convertible par chauffage en cet oxyde; en ajoutant à ces matières d'hôtes au moins un des éléments, et, comme activateur, de terbium, sous forme d'oxyde ou d'un composé facilement convertible, par 40 chauffage, en cet oxyde, de dysprosium sous la forme, d'oxyde, ou 71 47836 4.- 2120173 d'un composé facilement convertible en cet oxyde par chauffage, On mélange suffisamment ces ingrédients, et on chauffe le mélange ainsi obtenu dans l'air, dans un four électrique à haute température, traitement suivi d'une extinction et d'un broyage si 5 nécessaire, le mélange peut être exécuté, soit en opérant à sec dans un broyeur à boulets ou un broyeur mélangeur, ou en transformant les ingrédients en bouillie avec de l'eau, de l'alcool, etc.. On obtient aussi à peu près le même résultat en employant un procédé par voie humide, dans lequel les ingrédients sont co-10 précipités, par exemple sous forme d'hydroxydes. la température de chauffage peut se situer, généralement, dans le domaine de 500 à 1 200°0. la durée du chauffage peut être de 0,5 à 10 heures, suivant la capacité du creuset utilisé, suivant la quantité de charge déposée 15 dans le creuset, etc.. On obtiendra des résultats particulièrement intéressants en procédant au chauffage dans un domaine de température de 800 à 1000°C pendant 1 à 5 heures. Il est aussi possible de recuire la matière obtenue, sous une atmosphère de gaz inerte, tel que l'argon ou l'azote, afin d'exalter l'inten-20 sité de la thermoluminescence. Il est recommandé de laver suffisamment la matière luminescente, avec de l'eau chaude par exemple , une fois le chauffage terminée Si l'on utilise, pour déterminer la dose de 1'exposition aux rayons X ou aux rayons ^ , un dosi-25 mètre composé de la matière thermoluminescente MgO . x BgO^ : y A, on peut mesurer quantitativement la dose comprise entre quelques mR par minute, et la dose élevée de 3 x 10^R. La figure 2 montre la relation entre la dose d'exposition et l'intensité Co, 30 pour une matière MgO • 2 BgO^ ; 0,02 Dy, comme exemple de matière thermoluminescente suivant l'invention. Si l'on se référait à une matière thermoluminescente activée au terbium, on obtiendrait un résultat à peu près semblable. De plus, on attire l'attention sur ce que la matière luminescente suivant l'inven-35 tion permet qualitativement de procéder à la dosimétrie depuis la limite inférieure de quelques centaines de R, jusqu'à la limite supérieure de 10^R, et qu'elle peut ainsi être utilisée pour se prêter le mieux possible à l'emploi pour des dosimètres à radiothermoluminescence destinés à déterminer.la dose.cumulati-40 ve de différentes radiations ionisantes, telles que rayons X, 71 47836 5.- 2120173 rayons ^ , etc... Bien que l'on obtienne des matières thermoluminescentes présentant un pic d'incandescence dans la zone de 150 à 200°C, en utilisant aussi le thulium, 5 l'europium, le manganèse, et le thallium comme activateurs, au lieu de terbium ou de dysprosium, ces matières ont une intensité de thermoluminescence plus faible que les matières luminescentes activées avec du terbium ou du dysprosium, et accompagnent le pic principal de pics secondaires, en conséquence ces matiè-10 res sont inférieures comme matières luminescentes pour un dosimètres à radiothermoluminescence. Les dosimètres à radiothermoluminescence suivant l'invention sont composés des matières mentionnées ci-dessus, qui peuvent s'exprimer par la formule géné-15 raie MgO . x B2°3 : ^ dans laquelle A, x et y ont les significations indiquées dans la description ci-dessus. Pour mettre ces matières sous la forme de dosimètres à radiothermoluminescence, on les scelle dans un tube de verre, avec un gaz inerte, ou on les solidifie 20 par exemple par frittage, en les comprimant avec une petite proportion d'un agent de pastillage, tel que le bromure de potassium, pour former une tablette, ou en incorporant ces matières dans une résine synthétique résistant à la chaleur, telle qu'une résine fluorée ou de silicone. Quand on se propose de fabri-25 quer un dosimètre à radiothermoluminescence, on peut, naturellement recourir à tout moyen ou procédé destiné à former des do-simèxres à thermoluminescence, pour autant que la matière radio-thermoluminescente suivant l'invention constitue le composant essentiel d'un dosimètre à radiothermoluminescence. 30 L'invention est, en outre, illus trée par les exemples suivants s les compositions et procédés de préparation des matières thermoluminescentes les plus recommandées figurent dans les exemples 4 et 7. EXEMPLE 1 - 35 les produits suivants ! oxyde de magnésium MgO 1 mole oxyde de bore ^0^ 1 mole oxyde de terbium TbgO^ 0,0025 mole sont suffisamment mélangés, dans un broyeur à boulets ou un bro-40 yeur mélangeur, puis ils sont chargés dans un creuset en 71 47836 6.» 2120173 alumine ou en quartz, et ensuite chauffés à 950°C pendant deux heures dans un four électrique à haute température sous une atmosphère d'air, et enfin lavés suffisamment à l'eau chaude. Le dosimètre à radiothermolumi-5 nescence est fait avec 30 milligrammes de la matière ainsi obtenue, par scellement dans un tube de verre de 12x2 mm, sous atmosphère d'argon pur; quand il est exposé à différentes radiations ionisantes, telles que des rayons X ou des rayons ^ , et qu'il est ensuite amené à une température élevée par chauffage, il 10 montre une thermoluminescence avec un pic à environ 200°C. La courbe d'incandescence est illustrée dans la figure 1 (a). EXEMPLE 2 - On mélange suffisamment les produits suivants : 15 Oxyde de magnésium MgO 1 mole Oxyde de bore B^O^ 1 mole Oxyde de dysprosium Dy^O^ 0,01 mole dans un broyeur à boulets ou ion broyeur mélangeur, on charge le mélange dans un creuset en alumine ou en quartz, jii chauffe 20 ensuite à 960°C pendant trois heures dans un four électrique à haute température, dans l'air, et on lave enfin suffisamment à l'eau chaude. Le dosimètre à radiothermolumi-r nescence fabriqué avec la matière ainsi obtenue, de la même ma-25 nière que dans l'exemple 1, montre, si on l'expose à différentes radiations ionisantes, telles que des rayons X ou des rayons et si on le porte ensuite par chauffage à la température élevée voulue, une thermoluminescenoe qui fait apparaître un pic à environ 180°C. La courbe d'incandescence est donnée par la figure 30 1 (b). EXEMPLE 3 - On mélange suffisamment les produits suivants : sulfate de magnésium MgSO^ 1 mole 35 acide orthoborique H^BO^ 4 moles oxyde de terbium TbgO^ 0,005 mole dans tua broyeur à boulets ou un broyeur mélangeur, on charge le mélange dans un creuset d'alumine ou de quartz, et on chauffe ensuite à 900°0 pendant trois heures dans un four électrique à 40 haute température dans l'air, et on lave enfin suffisamment à 71 47836 7.- 2120173 l'eau chaude. Le dosimètre à radiothermoluminescence fabriqué à partir de la matière ainsi obtenue de la même manière que dans l'exemple 1, montre, si on l'expose à différen-5 tes radiations ionisantes, telles que des rayons X ou des rayons ^ , et si on le.- porte ensuite à une température élevée par chauffage, une thermoluminescenee avec un pic à environ 200°C. EXEMPLE 4 - On mélange suffisamment les 10 produits suivants s sulfate de magnésium MgSO^ 1 mole oxyde de bore BgO^ 2 moles nitrate de dysprosium Dy(N0^)^s, ôH^O 0,01 mole dans un broyeur à boulets ou un broyeur mélangeur, on charge le 15 mélange dans un creuset en alumine ou en quartz, et on chauffe à 950°C pendant trois heures dans un four électrique à haute température dans l'air, à la suite de quoi on lave suffisamment à l'eau chaude» Le dosimètre à radiothermolumines-20 cence fabriqué à partir de cette matière, de la même façon que dans l'exemple 1, montre, si on l'expose à différentes radiations ionisantes, telles que des rayons X ou des rayons , et si on le porte ensuite à une température élevée par chauffage, une thermoluminescence avec un pic à environ 180°0o 25 EXEMPLE 5 - On mélange suffisamment les produits suivants : carbonate de magnésium MgGO^ 1 mole oxyde de bore BgO^ 2 moles 30 nitrate de terbium Tb(NO^)^, ôHgO 0,01 mole on transforme ensuite ces matières de départ en bouillie, en y ajoutant environ 200 ml d'alcool éthylique, et on mélange suffisamment tout en agitant. Le mélange ainsi obtenu est chargé dans un creuset en alumine ou en quartz, après séchage et broyage, et 35 il est ensuite chauffé à 900°C pendant trois heures dans un four électrique à haute température dans l'air, puis est lavé suffisamment à l'eau chaude. Le dosimètre à radiothermolumines-' cence fabriqué, de la même manière que dans l'exemple 1, avec la 40 matière ainsi obtenue montre, si on l'expose à des radiations 71 47836 2120173 ionisantes, telles que des rayons X ou des rayons , et si on le porte ensuite par chauffage à une température élevée, une thermoluminescence avec Tin pic à environ 200°C. EXEMPLE 6 - 5 On mélange suffisamment, dans un broyeur à boulets ou un broyeur mélangeur, les produits suivants s carbonate de magnésium MgCO^ 1 mole acide orthoborique ÏÏ^BO^ 3 moles 10 oxyde de dysprosium 0,01 mole on charge ensuite ce mélange dans un creuset en alumine ou en quartz, puis on chauffe à 950°C pendant cinq heures dans un four électrique à haute température, dans l'air, et on lave suffisamment avec de l'eau chaude. 15 Le dosimètre à radiothermolumi nescence fabriqué à partir de la matière ainsi obtenue, de la même façon que dans l'exemple 1, montre, si on l'expose à différentes radiations ionisantes, telles que des rayons X ou des rayons f* » et si on le porte ensuite à une température élevée 20 par chauffage, une thermoluminescence avec un pic à environ 180°C. EXEMPLE 7 - On mélange suffisamment, dans un broyeur à boulets ou un broyeur mélangeur, les produits sui-25 vants : oxyde de magnésium MgO 1 mole oxyde de bore ^2^3 2 moles et ai ajoute à ce mélange une solution dans l'acide nitrique d'oxyde de terbium TbgO^ 0,01 mole 30 puis on charge dans un creuset en alumine ou en quartz, et l'on chauffe à 850°0 pendant deux heures dans un four électrique à haute température dans l'air, pour laver enfin suffisamment à l'eau chaude. Le dosimètre à radiothermolumi-35 nescence fabriqué avec la matière ainsi obtenue, de la même façon que dans l'exemple 1, montre si on l'expose à différentes radiations ionisantes telles que des rayons X ou des rayons ^ et si on le porte ensuite par chauffage à une température élevée, une theimoluminescence avec un pic à environ 200°C0 40 EXEMPLE 8 - 71 47836 9.- 2120173 On mélange suffisamment dans un broyeur à boulets ou un broyeur mélangeur, les produits suivants : chlorure de magnésium MgCl^.ôHgO 1 mole 5 acide orthoborique H^BO^ 6 moles chlorure de terbium IbCl^. 71^0 0,01 mole chlorure de dysprosium DyGl^. 7^0 0,005 mole on charge le mélange dans un creuset en alumine ou en quartz, et on le chauffe ensuite à 850°0 pendant quatre heures dans un 10 four électrique à haute température, dans l'air, pour laver enfin suffisamment à l'eau chaude. le dosimètre à radiothermoluminescence, fabriqué de la même façon que dans l'exemple 1, avec la matière ainsi obtenue, montre, si on l'expose à différentes ra~ 15 diations ionisantes, telles que des rayons X ou des rayons^" , et si on le porte ensuite par chauffage à une température élevée, une thermoluminescence avec un pic à environ 200°C. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et re— 20 présentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. 71 47836 10.- 2120173 REVENDICATIONS 1Dosimètre à radiothermoluminescence composé d'une matière radiothermoluminescente, caractérisé en ce qu'il comprend un cristal complexe d'oxydes, constituant l'hôte, et formé d'oxyde de magnésium et d'oxyde de bore* 5 et au moins un élément activateur, choisi dans le groupe constitué par le terbium et le dysprosium, et qui est incorporé dans ce cristal. 2«- Dosimètre à radiothermoluminescence suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le 10 rapport moléculaire entre l'oxyde de bore et l'oxyde de magnésium se situe dans le domaine de 0,2 à 5, et -dont la proportion d'élément activateur pour une mole d'oxyde de magnésium est de _c _p l'ordre de 10 J à 5 x 10 atome-gramme. 3.*™ Dosimètre à radiothermolumi-15 nescence suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport molaire entre l'oxyde de bore et l'oxyde de magnésium est de l'ordre de 1 à 3, et que la proportion d'élément activateur pour une mole d'oxyde de magnésium est de 1'ordre de 5 x —3 -2 10 à 3 X 10 atome-gramme. 20 4.- Dosimètre à radiothermolumi nescence suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport molaire entre l'oxyde de bore et l'oxyde de magnésium est d'environ 2, et que l'élément activateur est le terbium dans la proportion d'environ 2x10 atcme-gramme, ou le dyspro- —2 25 sium dans la proportion d ' environ 10 at&ie-gramme, par rapport à une mole d'oxyde de magnésium. 5.- Matière thermoluminescente, caractérisée en ce qu'elle comprend un cristal complexe, constituant l'hôte, d'oxyde de bore et d'oxyde de magnésium, et au 30 moins un élément activateur, choisi dans le groupe formé par le terbium et le dysprosium, et qui lui est incorporé. 6.- Matière thermoluminescente suivant la revendication 5, dans laquelle le rapport molaire entre l'oxyde de bore et l'oxyde de magnésium est de l'ordre de 35 0,2 à 5, et la proportion d'élément activateur pour une mole d'- —5 % —2 oxyde de magnésium est de l'ordre de 10 - à 5 x 10" atome-gramme. 7«- Matière thermoluminescente 40 suivant la revendication 5, caractérisée en ce que le rapport 71 47836 n.- 2120173 molaire entre l'oxyde de bore et l'oxyde de magnésium est de l'ordre de 1 à 3, et que la proportion d'élément activateur pour suivant la revendication 5» caractérisée en ce que le rapport molaire entre l'oxyde de bore et l'oxyde de magnésium est d'environ 2 et que l'élément activateur est le terbium, dans la de la matière thermoluminescente, caractérisé en ce qu'il comprend un mélange d'oxyde de magnésium, ou d'un composé du magnésium facilement convertible par chauffage en cet oxyde et d*o-15 xyde de bore, dans la proportion de 0,2 à 5 moles pour une mole d'oxyde de magnésium, ou un composé du bore, facilement convertible en la même proportion d'oxyde de bore par chauffage, avec du terbium ou du dysprosium, ou des composés de ces éléments, dans la proportion de 10 à 5 x 10 atome-gramme pour une mole 20 d'oxyde de magnésium, et le chauffage du mélange ainsi obtenu à une température se situant entre 500 et 1 200°C dans l'air, pendant 0,5 à 10 heures. de matière thermoluminescente suivant la revendication 9» ca-25 ractérisé en ce que l'oxyde de bore, et le terbium ou le dysprosium, dans les proportions respectives de 1 à 3 moles, et gnésium, sont mélangés avec cet oxyde de magnésium, et que le chauffage est effectué à une température se situant entre 800 30 et 1000°C, pendant 1 à 5 heures. 11.- Procédé pour la fabrication de matière thermoluminescente suivant la revendication 9» caractérisé en ce que l'on mélange, avec de l'oxyde de magnésium, 2 _p mcles environ d'oxyde de bore, et environ 2x10 atome-gramme _p 35 de terbium, ou environ 10 ateue-gramme de dysprosium pour une mole d'oxyde de magnésium, et que le chauffage est effectué à une température se situant entre 800 et 1000°C, pendant 1 à 5 heures. 5 10.- Procédé pour la fabrication