Brevet FR2497959A1 — publié le 19820716

La présente invention se rapporte à un dosimètre à thermoluminescence pour la détermination de la dose en fonc- tion de la profondeur dans un tissu, notamment de l'équiva- lent de dose à 70 microns de profondeur dans le tissu, cor- respondant à une masse par unité de surface de 7 mg/cm Les dosimètres à thermoluminescence sont connus et sont constitués en un matériau qui, lorsqu'il est irradié par un rayonnement nucléaire, comme notamment un rayonne- ment e ou un rayonnement y, passe dans un état excité de haute énergie et est ramené à l'état fondamental par ré- chauffement. La lumière émise est recueillie et sert à dé- terminer la dose reçue. Comme matériau pour détecteurs équivalant au tissu conviennent entre autres des cristaux de LiF enrobés dans du Téflon. Lors du contrôle de personnes qui ont été exposées à un rayonnement n'ayant qu'une profondeur de pénétration relativement faible, comme un rayonnement e, la connais- sance de la variation de la dose dans la peau est essentiel- le, la détermination de la dose reçue dans la couche fonda- mentale de la couche terminale (Stratum germinativum) consi- dérée comme particulièrement sensible aux rayonnements étant particulièrement importante. Comme les profondeurs de pénétration des particules a sont différentes, et comme on ne connaît pas, en général, le spectre énergétique du rayonnement e à déterminer, la déter- mination de la dose d'irradiation à une profondeur détermi- née sous la surface de la peau est problématique: Théoriquement, il faudrait utiliser une pastille de dosimètre infiniment mince derrière un absorbant adapté, sous la surface de la peau, aux profondeurs concernées. Mais, en pratique, un tel agencement est tout à fait inutilisable,en raison de la sensibilité de la mesure qui serait alors bien trop faible et de l'insuffisance de la limite de détection. C'est pourquoi on utilise, en prati- que, des pastilles d'épaisseurs finies et l'on s'accommode délibérément de certaines erreurs de mesure, la sensibilité de mesure étant, certes, relativement plus grande et la limite de détection meilleure pour des pastilles relativement épaisses, mais l'information sur la dose reçue à une profon- deur déterminée étant d'autant plus faussée que la propor- tion de particules e de basse énergie, dont le parcours est plus petit que l'épaisseur de la pastille du dosimètre, est plus grande, tandis qu'avec des pastilles de détecteur minces, il faut s'accommoder de l'erreur de mesure due au manque de sensibilité et, en raison des mauvaises limites de détection provoquées par les phénomènes statistiques, on ne peut plus appréhender des doses de faible valeur. Jusqu'ici, la dose reçue était déterminée par des pastilles de dosimètre à thermoluminescence,dont l'épais- seur était choisie différente suivant les divers emplace- ments, en utilisant soit des pastilles minces,ayant une masse par unité de surface correspondant à la profondeur en- visagée sous la surface de la peau, soit des pastilles rela- tivement épaisses,avec lesquelles on pouvait déterminer avec suffisamment de précision la dose de rayonnement C re- çue dans l'ensemble dans le volume de la pastille, mais non la dose aux profondeurs prévues par la loi. Ces deux modes opératoires ne sont pas entièrement satisfaisants, et on a donc développé un nouveau dosimètre, qui donne un meilleur aperçu de la variation de la dose dans la peau et qui permet notamment d'obtenir une détermi- nation plus précise de la dose reçue dans la couche fonda- mentale. Le dosimètre à thermoluminescence, suivant l'inven- tion, développé à cet effet, du type mentionné ci-dessus, est caractérisé par la combinaison d'un masque mince ser- vant de fenêtre pour le rayonnement B, suivie d'au moins une pastille de dosimètre a luminescence, la pastille adja- cente à la fenêtre pour le rayonnement $ devant avoir une épaisseur de 15 à 30 mg/cm De préférence, on prévoit au moins deux pastillEsde dosimètre à thermoluminescence, disposées en coincidence,en combinaison avec un masque mince servant de fenêtre pour le rayonnement S. L'invention repose sur la constatation que, pour une extrapolation ou une interpolation d'une courbe de dose en fonction de la profondeur, il faut prévoir de pré- férence trois mesures, donc trois détecteurs ou pastilles à thermoluminescence successifs, la détermination des épaisseurs des couches des pastilles et de la feuille de masquage étant déterminante pour la possibilité d'emploi du dispositif ainsi formé. Cette détermination des épais- seurs de couches dépend, à son tour, de l'énergie du rayon- nement incident, ainsi que des résultats d'évaluation sou- haités. Pour la pratique, des dosimètres à thermolumines- cence ayant une fenêtre pour le rayonnement e en une feuil- le de masquage aussi mince que possible, mais suffisamment résistante au déchirement, d'une masse par unité de surface d'environ 1 mg/cm 2, suivie d'une pastille de dosimètre ayant une masse par unité de surface d'environ 15 à 30 2,2 2 mg/cm, d'une autre pastille de 30 mg/cm à 90 mg/cm ainsi que d'une troisième pastille de 90 mg/cm, ou supérieure à 90 mg/cm2, ont fait leurs preuves. L'invention repose sur la constatation qu'avec une première pastille de dosimètre épaisse -par rapport à 7 mg/cm2- de 15 à 30 mg/cm2 environ, combinée à une fenêtre mince pour le rayonnement e, comme par exemple une feuille de masquage d'environ 1 mg/cm 2, il est possible d'obtenir une détermination suffisamment précise de la dose à une profondeur de 7 mg/cm Cela s'expliquerait de la manière suivante: si on utilise, par exemple, une pastille de dosimètre de 14 mg/ cm, il se produit, pour une absorption négli- geable par la fenêtre mince de la composan- te e de haute énergie du spectre, c'est-à-dire pour les particules e ayant une énergie qui traverse le détecteur, une décroissance quasi- linéaire de la dose en fonction de la profondeur dans la pastille du dosimètre. La dose mesu- rée,déterminée par le volume du dosimètre,correspond donc à une dose à une profondeur de 7 mg/cm2. La composante e de faible énergie du spectre énergétique, qui est toujours présente et qui se superpose à la composante e de haute énergie, fait cependant qu'il se produit une courbe décroissante de la variation de la dose en fonction de la profondeur du dosi- mètre. Il en résulte que,lorsqu'on utilise une pastille de dosimntre d'une épaisseur de 14 mg/a2, oembinée à une fenêtre mince pour le rayonnement e, la dose mesurée, rapportée à la dose cherchée à 7 mg/cm2 de profondeur, conduit à une sur- évaluation. Il en résulte que la pastille de dosimètre doit être plus épaisse que 14 mg/cm Si l'on utilise, en revanche, une pastille de dosi- mètre très épaisse, par exemple de 90 mg/cm, il s'ensuit que la dose mesurée par cette pastille de dosimètre est très sous-évaluée par rapport à la dose recherchée à 7 mg/ cm2 de profondeur. Il s'ensuit qu'il faut donner à la première pastil- le du dosimètre une épaisseur optimale pour laquelle la dose à 7 mg/cm2 de profondeur peut être déterminée avec une précision suffisante. Des essais ont montré que l'épaisseur optimale de la première pastille du dosimètre est comprise entre 15 mg/cm2 et 30 mg/cm2 environ. Pour la détermination de la dose de l'organisme, il est en outre important,entre autres, en raison du fait que l'épaisseur de l'épiderme varie beaucoup, notamment en cas de dépassementsde dose, de connaître avec précision la courbe de la dose en fonction de la profondeur. Il est donc nécessaire de mesurer aussi la dose à diverses profondeurs du tissu. Ceci s'effectue suivant l'invention par une deu- xième et par une troisième pastilles de dosimètre. On peut ainsi déterminer la variation de la dose en fonction de la profondeur, par extrapolation et par interpolation, ce qui est nécessaire pour juger de la dose reçue par l'organisme. Un autre avantage pratique tient en ce qu'en mettant en oeuvre plusieurs pastilles de dosimètre, les valeurs dosimé- triques mesurées sont plus sûres et ainsi la fiabilité de la détermination dosimétrique à l'aide de dosimètre à thermoluminescence est nettement améliorée. Le choix de la masse par unité de surface des deu- xième et troisième pastilles du dosimètre est moins déter- minant. Pour la deuxième pastille du dosimètre, la masse par unité de surface peut être comprise entre 30 mg/cm2 et mg/cm2 environ, et pour la troisième être de 90 mg/cm2 ou supérieure à 90 mg/cm. Il s'est avéré, en pratique, qu'il suffit d'utiliser pour les deuxième et troisième pastilles du dosimètre deux pastilles de même épaisseur, par exemple de 90 mg/cm2 environ. Si l'on doit déterminer la dose à des profondeurs de tissu assez grandes, il est recommandé d'intercaler, entre la deuxième et la troisième pastilles de dosimètre, une pastille d'absorbant équivalent au tissu, de sorte qu'une petite pastille épaisse supplémentaire n'est pas nécessaire. Un troisième détecteur supplémentaire épais aurait cependant, pour la détermination de la dose dans des parties assez profondes des tissus, l'avantage d'une limite de détection très profonde et d'une sensibilité de mesure élevée. Les dosimètres qui conviennent du point de vue de la technique des mesures sont ceux qui présententcomme fenêtre pour le rayonnement eune feuille de masquage relativement mince et trois pastilles de dosimètre à thermoluminescence d'épaisseurs différentes, à peu près dans le rapport de 1:3:7, la pastille du dosimètre tournée vers la fenêtre pour le rayonnement e présentant la masse par unité de surface la plus petite. Le rapport des épais- seurs de 1:3:7 provient du fait que, si l'on suppose en première approximation une décroissance exponentielle de la dose en fonction de la profondeur, la décroissance de la dose doit être d'un certain ordre de grandeur et ainsi la décroissance de la dose doit s'effectuer dans les pastilles du dosimètre en trois paliers de même hauteur. Indépendamment du fait qu'il faut que les épais- seurs des pastilles soient correctes, il est nécessaire de superposer en colncidence,sous une forme bien manipulable, trois pastilles d'une manière simple. Dans un mode de réa- lisation pouvant être fabriqué facilement avec des moyens simples, on peut réaliser la coïncidence à l'aide d'une bague d'ajustage,dans laquelle les pastilles de dosimètre sont adaptées ou sont pressées en étant recouvertes par la feuille servant de masque. La partie inférieure peut comporter une plaque de fond supplémentaire qui peut être également pressée dans la bague d'ajustage. Pour la fixation de la capsule dans un porte-capsu- le, il s'est révélé avantageux de ménager un anneau élasti- que supplémentaire sur la plaque de fond. L'anneau peut être par exemple collé à la plaque de fond, ou y être soudé (figure 1). Un autre mode de réalisation, associé à la f abrica- tion d'un assez grand nombre de pièces, consiste à souder les pastilles du dosimètre dans des feuilles de manière à ce que sur une feuille un peu plus épaisse servant de sup- port soit soudée une feuille mince servant de fenêtre pour le rayonnement e (figure 2). La capsule ainsi obtenue peut être incorporée à une bague à doigt ou à un dé à doigt ayant une ouverture cor- respondante de réception de la capsule. Suivant une autre variante, la capsule peut être utilisée à la manière d'un emplâtre, ou être insérée dans un bracelet plus ou moins long, muni d'une fermeture, du type Velcro ou à boucle. Des modes de réalisation correspondants de telles capsules et portecapsules sont représentés aux dessins annexé sur lesquels: la figure la représente les éléments de la capsule avant l'assemblage; la figure lb représente la capsule finie dans la- quelle sont emboîtées des pastilles de dosimètre; la figure 2 représente des pastilles de dosimètre soudées dans des feuilles d'une capsule finie; et la figure 3 représente divers modes de réalisation de porte-capsules. Les figures la et lb représentent la structure d'une capsule de dosimètre ayant une couverture de fond collante. Les diverses pièces sont représentées à la figure la dans l'ordre souhaité pour le dosimètre fini. Au-dessus de la couverture 1 (qui à l'utilisation est la plus près de la peau), est placée une plaque 2 de fond et, au-dessus de celle-ci, trois pastilles 3 de dosimètre d'épaisseurs diffé- rentes, qui sont recouvertes par une fenêtre 4 pour le rayonnement S. L'ensemble est pressé d'une manière simple dans la bague 5 d'ajustage, ce qui assure,sans autre diffi- culté,une disposition en coïncidence des pastilles de dosimètre les unes au-dessus des autres. L'ensemble assem- blé fini est représenté à la figure lb. La figure 2 représente une variante,dans laquelle on a renoncé à la plaque 2 de fond et à la bague 5 d'ajus- tage et dans laquelle les pastilles 3 du dosimêtre sont soudées ou collées à la couverture 1 du fond à l'aide d'une feuille 4 un peu élargie, servant de fenêtre pour le rayonnement 0. La capsule ainsi fabriquée peut être placée facile- ment dans divers porte-capsules, comme représenté à la figu- re 3 qui montre, du haut vers le bas, une bague à doigt, un dé à doigt, un emplâtre, un emplâtre avec ferme- ture Velcro, ainsi qu'un tel emplâtre avec fermeture par boucle. La couverture 1 du fond assure, sans autre diffi- culté, que la capsule ne tombe pas par l'ouverture du porte-capsules. Mais l'on pourrait prévoir aussi un ajusta- ge sûr d'une capsule fabriquée, le cas échéant, sans couver- ture, en prenant des mesures correspondantes sur le porte- capsules, par exemple par des saillies ou autres. REVENDICATIONS 1. Dosimètre à thermoluminescence pour la détermina- tion de la dose en fonction de la profondeur dans un tissu, notamment de l'équivalent de dose à 70 pm de profondeur dans le tissu, correspondant à une masse par unité de surface de 7 mg/cm, caractérisé par la combinaison d'un masque mince servant de fenêtre pour le rayonnement e,suivi d'au moins une pastille d'un dosimètre à luminescence, la pastille adjacente à la fenêtre pour le rayonnement 8 devant avoir une épaisseur de 15 à 30 mg/cm 2. Dosimètre suivant la revendication 1, caractéri- sé par au moins deux pastilles de dosimètre à thermolumines- cence disposées en coïncidence. 3. Dosimètre suivant la revendication 2, caractéri- sé par trois pastilles de dosimètre avant des épaisseurs différentes, la pastille tournée vers la fenêtre pour le rayonnement S ayant la masse par unité de surface la plus petite et les épaisseurs étant notamment dans le rapport de 1:3:7 environ. 4. Dosimètre suivant la revendication 3, caractéri- sé par une fenêtre pour le rayonnement e ayant une masse par unité de surface inférieure à 4 mg/cm2 et, de préf6ren- ce, de 1 mg/cm2 environ, suivie d'une pastille de dosimètre ayant une masse par unité de surface de 15 à 30 mg/cm envi- ron, suivie d'une deuxième pastille de dosimètre ayant une masse par unité de surface comprise entre 30 mg/cm2 et mg/cm, ainsi que d'une troisième pastille de dosimètre ayant une masse par unité de surface d'au moins 90 mg/cm 5. Dosimètre suivant la revendication 4, caractéri- sé par une pastille d'absorbant,interposée entre la deuxiè- me et la troisième pastilles du dosimètre,équivalente à du tissu et d'épaisseur adaptée à la dose en profondeur à déterminer. 6. Dosimètre suivant l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé par un encapsulage des pastilles du dosimètre, à l'aide d'une soudure ou d'un collage des feuilles, la feuille sensiblement la plus épaisse servant de support sur laquelle est soudée ou collée une feuille plus mince servant de fenêtre pour le rayonnement S. 7. Dosimètre suivant l'une des revendications précé- dentes, caractérisé par un encapsulage des pastilles du dosimètre dans une bague à ajustage serré au moyen de la feuille de masquage servant de fenêtre pour le rayonne- ment S. 8. Dosimètre suivant la revendication 7, caractéri- sé par un fond de capsule qui est pressé dans la bague d'ajustage. 9. Dosimètre suivant la revendication 8, caractéri- sé par un anneau élastique relié au fond de la capsule. 10. Dosimètre suivant l'une des revendications 6 à 8, caractérisé par un porte-capsule sous la forme d'une bague à doigt, d'un dé à doigt ou d'un emplâtre.