Brevet FR2146103A1 — publié le 19730302

La présente invention concerne un appareil détecteur de radiations nucléaires comportant notamment un Wumulateur d'énergie électrique, un tube t'GEIGER-MULLER", un transistor oscillateur coopérant avec un transformateur muni d'un enroulement paimaire et d'un enroulement secondaire, et un tube indicateur à décharge dans un gaz. De tels appareils sont utilisés comme moyens d'alarme dans tous les endroits où il existe un risque d'accroissement accidentel de la radioactivité; ils sont soit placés à poste fixe, soit tenus à la main pour des modèles portatifs de faibles dimensions, toutefois leurs dimensions et leur poids sont généralement trop importants pour pouvoir être utilisés à la manière des détecteurs du genre dosimètre à éleetroscope, ou dosimètre à surface sensible. Or, ces derniers appareils, stils renseignent sur la dose totale intégrée de rayonnement à laquelle a été soumis le porteur pendant un certain laps de temps, sont totalement inopérants lorsqu'un accroissement subit de la radioactivité se manifeste. Il en résulte que le porteur peut être dangereusement irradié avant meme que les détecteurs à poste fixe aient pu réagir, notamment dans le cas d'une fuite de gaz radioactif par exemple. Un des buts de l'invention est la réalisation d'un détecteur de radiations pouvant etre porté par l'utilisateur à la façon d'un nFadge" pour avertir immédiatement celui-ei d'un accroissement dangereux du niveau de radioactivité. Un autre but de l'invention est de conférer à l'appareil une totale indépendance énergétique évitant tout remplacement ou toute recharge systématique de la source dtalimentation. Selon l'invention, l'appareil détecteur de radiations nucléaires comportant notamment un accumulateur d'énergie électrique, un tube "GEIGER-MULLER", un transistor oscillateur coopérant avec un transformateur muni d'un enroulement primaire et d'un enroulement secondaire, et un tube indicateur à décharge dans un gaz, est notamment remarquable en ce qu'une extrémité de l'enrou- lement secondaire du transformateur, opposée à celle reliée à une borne de l'accumulateur, est réunie à une connexion commune à une première et à une deuxième diodes semi-conductrices connectées en série, l'autre électrode de la première diode étant reliée à l'électrode à haute tension du tube "GEIGER-MULLER", l'autre électrode de la seconde diode, d'un type de conductibilité opposé à celle de la région de base du transistor oscillateur, étant réunie à la base dudit transistor, etXce qu'une élee --rode lu tube indicateur à décharge est reliée également à la base Clll tm n- sistor oscillateur, l'autre électrode étant réunie par une troisiè- me diode semi-conductrice à une prise intermédiaire du bobInage se- condaire du transformateur d'une part, et couplée par un condensateur à l'extrémité du bobinage secondaire reliée à une borne de l'accumulateur d'autre part, ltélectrode de la troisième diode reliée à la prise intermédiaire étant d'un type de conductibilité opposé à celui de la région de base du transistor oscillateur. Avantageusement, le circuit magnétique du transformateur est agencé de façon à fonctionner en transducteur électro-acoustique Ainsi, l'alimentation du circuit de base du transistor os il lateur à partir de l'enroulement secondaire fournissant la haute tension du tube "GEIGER-MULLER" permet au montage de fonctionner à partir d'un seulélément d'accumulateur de 1,2 volt, ce dernier étant maintenu en charge permanente au moyen d'un nombre réduit d'éléments photovoltaiques.De plus, la double signalisation, lumineuse et sonore, utilise des composants fonctionnels du montage et ne consomment pratiquement pas d'énergie supplément-aire de ce fait ee qui assure à l'appareil une très grande autonomie de marche en l'absence d'éclairement des cellules photovoltalques. Enfin, un contrôle permanent et aisé du fonctionnement de l'appareil en l'absence de rayonnement radioactif direct est assure par la détection du rayonnement cosmique.dont la fréquence moyenne est de quelques coups par minute La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre cc:s- ment ltinvention peut être réalisée. La figure 1 représente le schéma de principe du dispositif de- tecteur selon l'invention. La figure 2 représente une vue de profil et en coupe-partielle de l'agencement du pot de ferrite du transformateur constituant un transducteur électro-acoustique La figure 3 représente une vue en plan du meme- agencement. Sur la figure 1, la borne positive d'une cellule photovoltal- que 1 est réunie à l'anode d'une diode conjonctrice 2 dont la cathode, commune à la borne positive d'un accumulateur 3, constitue le conducteur positif d'alimentation 4. La borne négative de l'ac cumulateur 3, commune avec la b-orne négative de la cellule photcvoltaïque 1, constitue le conducteur négatif d'alimentation 5. Le collecteur d'un transistor oscillateur 6, de type NPN, est relié à l'une des extrémités d'un enroulement primaire 7 d'un transformateur 8, l'autre extrémité étant reliée au conducteur positif 4. L'émetteur du transistor 6 est directement réuni au conducteur négatif 5, la base étant reliée à la cathode d'une diode de protection 9 dont l'anode est également-reunie au conducteur négatif 5. Une extrémité d'un enroulement secondaire 10 du transformateur 8 est reliée au point commun à a cathode d'une première diode redresseuse Il et à 'l'anode- d'une diode de protection 12, la cathode de cette dernière étant réunie par une résistance 13 à la base du transistor oscillateur 6. L'anode de la diode redresseuse 11 est reliée à une armature d'un premier condensateur réservoir 14 dont l'autre armature est réunie au conducteur positif 4. L'autre extrémité de l'enroulement secondaire 10 est directement réunie au conducteur négatif 5, tandis qu'une prise intermédiaire dudit enroulement 'est reliée à la cathode d'une seconde diode redresseuse 15 dont l'anode est connectée à une armature d'un second condensateur réservoir 16 dont l'autre armature est réunie au conducteur négatif 5. Entre le conducteur positif 4 et le-conducteur négatif 5 est disposée une chaîne de trois résistances 17, 18 et 19, un condensateur d'amorçage 20 étant branché en parallèle sur cette dernière. L'émetteur d'un transistor de commande 21, de type PNP, est réuni au conducteur positif 4 et la base dudit transistor est relire à un point commun aux résistances 17 et 18. Le collecteur du tran 21 sistor/est couplé avala base du transistor ôscillateur 6 par une résistance 22. La cathode d'un tube "GEIGER-MULLER" 23 est reliée au point commun à la diode 11 et au condensateur 14, l'anode étant réunie par une résistance 24 à la base du transistor 21. Une des électrodes d'un tube à néon stabilisateur et indicateur 25 est reliée au point commun à la diode 15 eut au condensateur 16, tandis que l'autre électrode est directement réunie à la base du transistor 6. L'essentiel du montage selon l'invention est constitué par un montage convertisseur continu-continu asymétrique dont le démarrage à la mise sous tension est assuré par le circuit comprenant la résistance 18 et le condensateur 20 : en effet, le condensateur 20 se charge à travers la résistance 18 et le trajet base-émetteur dutransistor de commande 21, faisant débiter ce dernier à travers le trajet base-émetteur du transistor 6, ce qui déclenche l'oscillation. Dès que l'oscillateur est en fonctionnement, les ruptures brutales du courant circulant dans- l'enroulement primaire 7 du transformateur 8 provoquent une surtension aux extrémités et à la prise intermédiaire de ltenroulement secondaire 10, qui redressée par les diodes 11 et 15, vient charger les condensateurs réservoirs 14 et 16. Lorsque la tension aux bornes du condensateur 16 atteint le seuil d'amorçage de la lampe à néon 25, cette dernière s'allume en produisant une impulsion sur la base du transistor 6 ce qui bloque immédiatement 11 oscillation; le condensateur 16 est alors chargé à une tension correspondant au seuil d'extinction de la lampe à néon 25 et ltoscillateur ne peut redémarrer spontanément. De son côté, le condensateur 14 s'est chargé à une tension déterminée tout à la fois par le, seuil d'amorçage de la lampe à néon 25 et le rapport de transformation entre la totalité de l'enroule- ment secondaire 10 et la fraction comprise entre la prise intermédiaire et le conducteur négatif 5, ladite tension correspondant au régime de fonctionnement du tube "GEIGER-MULLER" 23i lorsqu'unie particule agit sur ce dernier, l'amorçage produit une impulsion négative sur la base du transistor 21, le plaçant en régime de conduction espar là-même entralnant le redémarrage de l'oscillateur jus qu'à ce que la lampe à néon 25 ait de nouveau atteint le seuil d'amorçage.On conçoit dans ces conditions que le tube à néon 25 puisse servir d'indicateur visuel puisqu'il produit une lueur chaque fois que le tube 1,GEIGER-MULLER" vient d'être frappé par une particule. L'oscillateur fonctionnant à une fréquence comprise entre 3 et 4 kHz, la vibration du circuit magnetique du transformateur 8 est utilisée pour produire un signal audible; pour ce- faire, ledit transformateur est agencé de la façon weprésentée sur les figures 2 et 3. Sur la figure 2, la plaquette 30 de cireuits imprimés, repré sentée en coupe, supporte deux demi-pots de ferrite, un supérieur 31 et un inférieur 32, au moyen dtune vis 33 tl-aversant le trou axial du pot de ferrite} et d'une lamelle cambrée 34 en métal élastique, la fixation et le serrage étant simultanément assurés par un écrou 35 immobilisé au moyen d'une goutte de vernis. Sur la figure 3, dont les références sont communes à la figure 2, seul le demi-pot supérieur 31 est visible, ainsi que la vis 3,, la lamelle 34 et l'écrou 35. La lamelle en métal élastique, en l'oc- curence du bronze au beryllium, doit etre suffisamment souple pour ne pas amortir exagérément les vibrations des deux demi-pots, tout en les maintenant appliqués l'un contre l'autre. A titre indicatif, pour un pot de diamètre 11 mm et de hauteur 7 mm, la lamelle de bronze a une largeur de 4 mm et une épaisseur de 1/10 de mm.Dans ces conditions, chaque redémarrage de l'oscillateur, après qu'une particule ait frappé le tube "GEIGER-MULLER", produit pendant une fraction de seconde un son aigü riche en harmoniques et audible à plusieurs mètres. L'appareil est prévu pour être alimenté par un élément d'accumulateur étanche 3 de 1,2 volt, dont la recharge est assurée par une photopile 1 à nombré réduit d'éléments. Pour que le convertisseur puisse fonctionner sous une aussi faible tension, la base du transistor 6 est alimentée depuis l'extrémité de l'enroulement secondaire 10, ce qui permet de dépasser le seuil de conduction des jonctions en série du transistor 6 et de la diode12; la présence de la haute tension négative sur ladite extrémité impose la présence de la diode de blocage 12 et de la diode- de protection 9 de façon a limiter la tension inverse base-émetteur du transistor 6 à environ 0,5 volt, tout en ne chargeant que faiblement l'oscillateur. La résistance 19 permet de décharger le condensateur 20 après la phase initiale d-e démarrage, ce qui donne la possibilité de remettre le montage en fonctionnement apres une interruption de queI- ques secondes, lors d'un changement de batterie par exemple. A ce propos, on peut remarquer qu'il n'est pas prévu d'interrupteur de la tension d'alimentation : en effet, la très faible consommation de l'appareil hi assure une autonomie de fonctionnement de plusieurs Jours dans le cas où la cellule photovoltaïque 1 est placée dans l'obscurité, et il suffit d'un éclairement modéré; même en lumière artificielle, pour maintenir constamment l'accumulateur 3 en état de charge maximale. Afin que le tube "GEIGER-MULLER" 23 ait une tension d'alimentation stable, il importe que le condensateur 14 présente une résistance d'isolement tres élevée; un modèle à diélectrique polyester donne en ce cas d'excellents résultats L'appareil peut être réalisé sous la forme d'un "badge" glissé dans la poche de poitrine d'une blouse par exemple, la cellule pho tovoltaïque étant disposée à l'extérieur de ladite poche. L'appareil peut également être présenté sous la forme d'un "gadget" à poser ou à accrocher. Le bruit produit par la vibration du pot de ferrite peut être assimilé à un cri d'oiseau, ce qui autorise éventuellement l'utilisation de l'appareil dans an bureau ou un appartement. A titre indicatif, le montage selon l'invention a été réalis au moyen de composants commercialisés sous les nom de "R.T.C. LA RADlOTEGHNIQUE-COMPELEC" et "COGECO", dont les références sot les suivantes Cellule photovoltaïque i = BPX 64 Diode 2 = AAZ 17 Accumulateur 3 : Elément cadmium-nickel 2422 541 10 107 Transistor 6-= 298 BD Transformateur 8 = Pot ferrite 11-7 3H1 SE - Primaire 7 = 35 spires 141100 - secondaire 10 = 80 spires 14/100 avec prise à la 26. Diode 9 = BAX 13 Diode Il = 3 x BAX 17 Diode 12 = BYX 10 Résistance 13 = 120 # Condensateur 14 = 47 nF Diode 15 = BA 145 Condensateur 16 = 47 nF Résistance 17 = 1 MQ Résistance 18 = 12 K# Résistance 19 = 10 MQ Condensateur 20 = 33 nF Transistor 21 = BC 179 Résistance 22 = 12 KB Tube "GEIGER-MULLER" 23 = 18- 550 Résistance 24 = 10 MQ - REVENDICATIONS 1.- Appareil détecteur de radiations nucléaires comportant no notamment un accumulateur d'énergie électrique, un tube "GEIGER MULLER", un transistor oscillateur coopérant avec un transformateur muni d'un enroulement primaire et d'un enroulement secondaire, et un tube indicateur à décharge dans un gaz, caractérisé en ce qu'une extrémité de lrenroulement secondaire du transformateur, opposée à celle reliée à une borne de l'accumulateur, est réunie -à une connexion commune à une première'et à une deuxième diodes semi-conductrices connectées en série, l'autre électrode de la première diode étant reliée à l'électrode de haute tension du tube "GEIGER-MULLER", l'autre électrode de la seconde diode, dlun type de conductibilité opposé à celui de la région de base du transistor oscillateur, étant réunie à la base dudit transistor, et en ce qu'une électrode du tube indicateur à décharge est reliée également à la base du transistor oscillateur, l'autre électrode étant réunie par une troisième diode semi-conductrice à une prise intermédiaire du bobinage secondaire du transformateur d'une part, et couplée par un condensateur à l'extrémité du bobinage secondaire reliée à une borne de l'accumulateur d'autre part, ltélectrode de la troisième diode/à la prise intermédiaire étant d'un type de conductibilité opposé à celui de la région de base du transistor oscillateur. 2.- Appareil détecteur selon la revendication i, caractérisé en ce que le circuit magnétique du-transformateur est en deux parties assemblées de façon élastique. 3.- Appareil détecteur selon l'ensemble des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'une cellule photovoltaïque est disposée aux bornes de l'accumulateur. 4.- Appareil détecteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une diode conjonctrice est disposée entre la cellule photovoltaïque et l'accumulateur. 5.- Appareil détecteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une résistance est disposée en série avec la deuxième diode semi-conductrice. 6.- Appareil détecteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'électrode du tube "GEIGER-MULLER" non reliée à la haute tension est réunie par une résistance à la hase d'un transistor de commande. 7.- Appareil détecteur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le collecteur du transistor de commande est relié par une résistance à la base du transistor oscillateur. 8.- Appareil détecteur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le transistor de commande et le transistor oscillateur sont de polarités opposées.