Brevet FR2480443A1 — publié le 19811016

La présente invention concerne un détecteur de radiations ionisantes destiné à mesurer un débit d'exposition en rayons X ou dans une large bande d'énergie, c'est-à-dire un détecteur permettant d'équiper un appareil de radioprotection. Un appareil de radioprotection doit en- effet présenter certaines caractéristiques par rapport à un détecteur de radiations non destiné à la radioprotection. Il faut, et ceci est défini par des normes, qu'il présente une courbe de réponse relativement plate dans une bande d'énergie relativement larges allant par exemple de 80 keV à 3 MeV. Il faut par ailleurs qusil soit peu encombrant et peu fragile pour être portable, et qu'il puisse être alimenté par des piles. On connaît déjà certains types de détecteurs de radiations ioni santes donnant d'assez bons résultats. Il s'agit par exemple de l'association d'un cristal scintillateur à un tube photo multiplicateur. Un tel matériel présente des caractéristiques qui le rendent pratiquement inutilisable en matière de radioprotection individuelle. D'une part, même pour les plus petits modèles de photomultiplicateurs, ces détecteurs sont encombrants et fragiles ; de plus ils requièrent une haute tension parfaitement stabilisée. Tout ceci les rend inaptes à être utilisés comme appareils portables. D'autre part9 leur réponse en énergie, pour un débit d'expo- sition donné, n'est pas linéaire en bas de gamme, c'est-à-dire dans la gamme de S0 à 300 keV. Pour obtenir une réponse à peu près linéaire dans toute la bande d'énergie utile, il faut réaliser un traitement du signal. On connaît par ailleurs, dans le domaine de la détection de particules chargées de haute énergie, des appareils constitués par la combinaison d'un cristal scintillateur et d'une photodiode. Ces appareils n'ont jamais été utilisés pour réaliser de la radioprotection, pour la raison essentielle qu'ils ne sont efficaces que pour des énergies supérieures à 300 keV. En effet, s'il s'agit de détecter des radiations d'énergie inférieure à 300 keV, ce qui est nécessaire en radioprotection, le bruit de fond du cristal scintillateur fait que les radiations à détecter sont noyées dans ce bruit de fond, et que la photodiode ne délivre aucun signal utile. L'objet de la présente invention consiste en une application nouvelle de ces combinaisons : cristal .scintillateur-photodiode, souvent appelées scintidiodes, à la radioprotection. Cette application nouvelle à la radioprotection, c'est-à-dire à la détection de radiations se trouvant dans une large bande d'énergie (80 keV à 3 MeV) n'est possible que parce que, conformément à la présente invention, le choix et l'organisation des différents éléments constituant le détecteur sont faits d'une manière particulière qui sera décrite ci-après. Selon l'invention, un détecteur de radiations ionisantes destiné à mesurer un débit d'exposition en rayons X ou g dans une largebande d'énergie, est caractérisé en ce qu'il comporte dans une enceinte étanche à la lumière, un cristal scintillateur couplé à une photodiode polarisée en inverse dont la sortie constitue le signal utile, et en ce que le cristal, la photodiode et le produit de couplage ainsi que les dimensions relatives de ces différents éléments et la tension de polarisation de la photodiode sont choisis de telle manière que le détecteur fonctionne selon l'un et l'autre des deux processus suivants: a. des radiations de forte énergie produisent des scintillations du cristal détectées par la photodiode; b. des radiations de faible énergie agissent directement sur la photodiode. D'autres caractéristiques et résultats de la présente invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif, et illustrée par la figure annexée unique qui représente très schématiquement une partie d'un appareil de radioprotection comportant un détecteur selon l'invention. On a schématiquement représenté sur la figure annexée, à l'intérieur d'une enceinte 1 étanche à la lumière, un cristal scintillateur 2 optiquement couplé par un couplant optique 3 à une photodiode 4 La photodiode 4 est polarisée en inverse par une source de tension continue 5. Le signal utile que délivre sa sortie est appliqué à un dispositif 6 qui constitue un amplificateur et un filtre pour les impulsions qu'il reçoit Le signal S qu'il délivre est caractéristique de la quantité de radiations ionisantes reçues par le détecteur compris dans l'enceinte 1. Conformément à l'invention, la combinaison: cristal scintil Sauteur 2 - photodiode 4, située dans l'enceinte 1 n'est pas quel conque Elle est spécialement adaptée à la fonction de. radioprotection que doit remplir ce détecteur. En effet, lorsque le cristal 2 reçoit des radiations K par exemple, de forte énergie (Xa) ces radiations produisent dans le cristal une scintillation donnant naissance à des photons h9, lesquels photons produisent dans la photodiode 4 des électrons donnant naissance à des impulsions Sa facilement discernables du bruît de fond du détecteur Il s8cngit là du fonctionnement classique d'une scintidiode. Par contre lorsque le détecteur reçoit des radiations de faible énergie, inférieure à 300 keV, le bruit de fond de la photodiode 4 est trop important par rapport aux charges électriques produites dans la photodiode par le cristal, et le fonctionnement classique du détec terne permet pas de détecter ces radiations C'est là qulintervient le deuxième processus de fonctionnement du détecteur de l'invention. En effet, les radiations ionisantes de faible énergie gb frappent également la photodiode 4. C'est alors la sensibilité directe de la diode aux rayonnements qui va donner un signal Sb à la sortie de la photodiode. Pour que la photodiode 4 puisse agir ainsi directement à partir des radiations ionisantes qu'elle reçoit, il faut choisir de façon convenable un certain nombre de paramètres. D'une part, on choisit le cristal et la photodiode, notamment quant à leurs dimensions, de manière que le plus possible de radiations g b puissent frapper directement la photodiode. En effet, s'il est possible que certaines radiations b tombant sur le cristal puissent arriver jusqu'à la photodiode, sans avoir été converties par le phénomène de scintillations en photons, il est bien clair qu'il est préférable que ces radiations frappent directement la photodiode ; le rendement de détection est, dans ces conditions, amélioré. Pour cela, il est opportun d'une part de choisir un cristal 2 relativement allongé de manière à laisser disponible une plus grande surface de la photodiode 4.D'autre part, il est opportun de choisir un matériau de scellement et de couplage optique entre le scintillateur et la photodiode, le plus transparent possible aux radiations ionisantes de faible énergie. Dans un exemple de réalisation le cristal scintillateur est un cristal allongé à iodure de césium. L'iodure de césium présente l'avantage que les photons émis vers la photodiode correspondent à une zone de meilleure sensibilité pour celle-ci. Le couplant optique est par exemple du Baume du Canada. Par ailleurs, pour que ces rayonnements ionisants de basse énergie, une fois reçus par la photodiode, se traduisent en un signal de sortie Sb suffisamment important, on choisit une tension de polarisation inverse de la jonction de la photodiode suffisamment importante pour que la zone désertée de cette photodiode soit ellemême suffisante pour arrêter totalement une partie du rayonnement incident et fournisse des impulsions supérieures au bruit de fond, et donc facilement discrimée en 6. Ceci conduit à utiliser une tension de polarisation inverse supérieure à celles qui sont d'habitude utilisées pour des photodiodes détectant classiquement des photons visibles. Ainsi un appareil de radioprotection équipé d'un détecteur à double fonctionnement, tel que celui qui vient d'être décrit, présente un certain nombre d'avantages. D'une part, il présente un faible volume et ne nécessite qu'une faible tension d'alimentation (10 à 20 volts) ; ceci le rend nettement plus intéressant que les détecteurs à photomultiplicateurs. I1 présente les avantages de grande robustesse et de coût réduit d'un détecteur solide. Sa réponse en énergie est relativement plate, notamment aux basses énergies, ceci étant possible grâce à son double fonctionnement. REVENDICATIONS 1. Détecteur de radiations ionisantes destiné à mesurer un débit d'exposition en rayons X ou g dans une large bande d'énergie, caractérisé en ce qu'il comporte, dans une enceinte (1) étanche à la lumière, un cristal scintillateur (2) couplé à une photodiode (4) polarisée en inverse dont la sortie constitue le signal utile, et en ce que le cristal (2), la photodiode (4) et le produit de couplage (3) ainsi que les dimensions relatives de ces différents éléments et la tension de polarisation de la photodiode sont choisis de telle manière que le détecteur fonctinne selon l'un et l'autre des deux processus sui- vants: a. des radiations de forte énergie (ifa) produisent des scintillations du cristal (2) détectées par la photodiode ( b. des radiations de faible énergie (2fob) agissent directement sur la photodiode (4). 2. Détecteur de radiations ionisantes selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cristal (2) est un cristal allongé d'iodure de césium. 3. Détecteur de radiations ionisantes selon la revendication 2, caractérisé en ce que la photodiode (4) est polarisée en inverse par une tension continue telle que l'épaisseur de sa zone désertée soit suffisamment importante pour arrêter les radiations ionisantes de faible énergie qui le frappent. 4. Appareil de radioprotection caractérisé en ce qu'il comporte un détecteur de radiations ionisantes selon l'une des revendications 1 à 3.