Brevet FR2510761A1 — publié le 19830204

La présente invention est relative à un appareil destiné-à déterminer les concentrations individuelles dans l'air de produits de filiation de radon et de thoron. L'importance des mesures des concentrations en radionucléides naturelles ou artificielles s'accroit cons- tamment, non seulement, comme il est évident, pour satis- faire aux réglements sanitaires dans les régions des mines radioactives et des établissements thermaux radioactifs, mais également pour vérifier l'exposition à la radioacti- vité dans les habitations et dans l'environnement naturel à l'air libre. Les mesures des concentrations de produits de filiation de radon et de produits de filiation de thoron dans l'atmosphère libre posent des problèmes particuliers. Le but de la présente invention est par conséquent de fournir un appareil portatif capable d'effectuer de telles mesures rapidement et, en mâme temps, de façon très précise. Les produits de la décroissance radioactive des éléments de filiation de Rn et de Th comprennent des par- ticules alpha de différentes énergies, On indique ci-des- sous les atomes produisant des émissions alpha: Po-218 (Ra A) 6,00 Mev Produits de filiation Po-214 (Ra C') 7,69 Mev Cde radon Po 216 (Th A) Po 212 (Th C) 6 e 05 Mev (Produits de filiation Po 212 (Th C') 8,78 Mev d thon On utilise actuellement divers procédés pour déter- miner les concentrations dans l'air des produits de filia- tion de radon et de thoron, et ces procédés comprennent tous une étape initiale consistant à préparer un échantillon sur lequel on effectue ensuite le comptage des particules alpha. Dans cette première étape, on aspire de l'air environnant à travers un milieu filtrant adapté pour retenir les radionucléides. Dans une seconde étape, on compte les particu- les alpha Ce comptage des particules alpha peut être un comptage total, c'est-à-dire le comptage de l'activité alpha totale du filtre, ce qui permet d'obtenir l'énergie potentielle alpha, ou bien un procédé spectrométrique dans lequel on peut obtenir le spectre de l'échantillon en cours de mesure et, à partir de là, le comète indi- viduel des particules ayant différentes énergies. Parmi les deux procédés ci-dessus, le comptage total est effectué plus rapidement et plus facilement, essentiellement du fait que l'on a récemment développé certains appareils au moyen desquels on peut effectuer à la fois l'échantillonnage et le comptage des particu- les à l'aide d'un détecteur faisant face à un filtre ( voir "Nuclear Safety',Vol 13, N O 4, Juillet Août 1972) Pour obtenir une résolution acceptable des particules ayant différentes énergies par le procédé spectrométrique, le comptage des particules alpha doit être effectué sous vide et, par conséquent, il est nécessaire de dis- poser de deux appareils séparés t l'un pour l'échantillon- nage, et l'autre pour les opérations de comptage. Le transfert de l'échantillon de l'appareil d'échantillonnage à l'appareil de comptage entre aussi en ligne de compte Le procédé spectromètrique est ainsi difficilement praticable pour les mesures sur place en différents endroits, c'est-à-dire aux moyens d'appa- reils portatifs, de sorte que l'on préfère, dans de tels cas, le procédé par comptage total. Cependant, il est généralement admis que l'on peut atteindre une plus grande précision dans la détermi- nation des concentrations en produits de filiation de radon et de thoron, et par conséquent du niveau d'énergie WL),par la séparation spectroscopique des comptes correspondant aux particules de différentes énergies. De plus, le procédé spectroscopique présente par rapport aux procédés par comptage total l'avantage de fournir directement avec une grande rapidité et une grande précision-les concentrations individuelles dans l'air des divers radionucléides, ce qui facilite bien entendu l'investigation. Cependant, pour obtenir-mun résolution acceptable entre les particules de différentes énergies avec les procédés spectrométriques, le comptage des particules alpha doit être effectué sous vide Ces procédés sont par conséquent trop laborieux pour des mesures in situ, par exemple dans les différentes habitations d'un site donné. L'invention a pour but de combiner les avantages des procédés spectroscopiques, à savoir une grande préci- sion de mesure, avec l'avantage du procédé par comptage total, à savoir une mesure plus rapide et plus commode. Suivant l'invention, on a ainsi développé un appareil au moyen duquel un échantillon est tout d'abord capturé sur le filtre, puis le comptage individuel des particules alpha de différentes énergies est effectué, c'est-à-dire qu'on obtient le spectre de l'échantillon mesuré Le degré de vide nécessaire pour obtenir une ré- solution acceptable entre les particules de différentes énergies est atteint par la même pompe que celle au moyen de laquelle l'air à analyser est aspiré à travers le filtre De fait, le déposant a constaté que l'on peut également obtenir une résolution acceptable sous un vide limité, comme on le montrera plus loin - Par conséquent, le but principal de l'invention est de fournir un appareil destiné à détermirer les concen- trations individuelles dans l'air des produits de filia- tion de radon et de thoron par le procédé spectrométrique, appareil qui soit peu encombrant, léger et portatif - Un autre but de l'invention est de fournir un appareil adapté pour déterminer la concentration dans l'air des produits de filiation de radon et de thoron, dans lequel le milieu filtrant ayant capturé les nucléides n'a pas besoin d'être retiré de son siège pour compter les particules alpha émises par ces nucléides. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limita- tif et en regard des dessins annexés, qui montrent un mode de réalisation préféré de l'invention. Sur ces dessins: La Fig 1 est une vue en coupe axiale de la tête d'échantillonnage d'un appareil conforme à l'inven- tion; la Fig la représente un détail de la Fig l, à plus grande échelle; la Fig 2 est un schéma-bloc de l'appareil sui- vant l'invention; les Fig 3,3 a,3 b sont des graphiques qui illus- trent trois spectres alpha obtenus respectivement à la pression atmosphérique et à deux degrés de vide différents. En se référant à la Fig l,qui montre-la tête d'échantillonnage de l'appareil suivant l'invention, celle- ci comprend un corps cylindrique creux 21 monté sur le bottier de l'appareil ( non représenté) au moyen de boulons traversant des trous 22 d'une collerette 24 dudit corps. Une extrémité, à savoir l'extrémité supérieure sur la Fig l, du corps cylindrique 21 est fermée par un couvercle circulaire 1 muni d'une collerette 1 ' qui est appliquée sur la surface d'extrémité de la paroi du corps, avec interposition d'un joint d'étanchéité torique 2. Le couvercle 1 est évidé dans sa surface extérieure dans un but d'allégement, et il est pressé contre le cylindre 21 par une rangée de vis 3 Sous le couvercle 1 est monté un détecteur 30 à l'état solide dont la borne BNC 31 tra- verse la plaque-couvercle 1 par un trou 28 dont cette pla- que est pourvue en son centre le détecteur 30 peut êtte un détec- teur au silicium à barrière de surfaoe spécifique des radiationsd et A. Un porte-filtre 10 est reçu par l'autre extrémi- té, à savoir l'extrémité inférieure a la Fig l,du corps 21, et ce portefiltre comprend un cylindre massif dont le diamètre, sur un court tronçon, est le même que le diamètre intérieur du cylindre 21 Une collerette circulaire 34 fait saillie sur ce court tronçon au niveau de l'extrémité inférieure du cylindre 21, et cette collerette est appli- quée contre la Burface frontale de l'extrémité inférieure du cylindre 21 avec interposition d'un joint d'étanchéité torique 11. Grâce à la liaison décrite ci-dessus du porte- filtre 10 et du cylindre 21, on peut remplacer facilement le filtre sans qu'il soit nécessaire de séparer le détec- teur de la tête d'échantillonnage. Juste au-dessus dudit court tronçon, le diamètre du porte-filtre 10 est beaucoup plus petit, dans un but d'allègement, puis il redevient plus grand, tout en res- tant encore plus petit que le diamètre intérieur du cy- lindre 21 Le porte-filtre 10, à son extrémité tournée vers le détecteur, comporte un évidement 32 en forme d'entonnoir dont l'embouchure est entourée par un rebord circulaire qui sert de siège pour un grillage d'acier inoxydable 13 dont la face tournée vers le détecteur for- me un siège pour un filtre qui peut être, par exemple, un filtre multipore 51 ayant des pores de 0,45 micron. Des joints d'étanchéité 14 et 16 sont prévus respectivement sur le pourtour du filtre et sous celui du grillage Une bague circulaire 18 à section en Z est pré- vue pour retenir le grillage 13, le filtre 51 et les joints 14 et 16, et cette bague est pressée vers le bas par une bague de verrouillage 15 vissée sur le porte-filtre 10. A son extrémité opposée au détecteur 30, le porte-filtre 10 est pourvu d'une saillie circulaire maletée l OA qui constitue un moyen pour manipuler l'en- semble de la tête et pour séparer le porte-filtre du corps cylindrique 21. Il est à noter quedu fait que le porte-filtre 10 est relié au corps cylindrique 21 au moyen de la bague de verrouillage 12, la tête d'échantillonnage 50 suivant l'invention se prête à un étalonnage facile de l'appareil, du fait que le porte-filtre peut être facilement rempla- cé par un porte-source. De plus, il résulte clairement de la configu- ration de cette tête d'échantillonnage que le filtre 51 peut être facilement remplacé sans séparer le détecteur de la même tête. Dans les limites définies par le détecteur 30, le filtre 51 et la paroi du corps cylindrique 21 est définie une chambre cylindrique 36 dans laquelle est in- troduit l'air à analyser Apres avoir traversé le filtre 51, l'air est évacué par un conduit 40 qui traverse axia- lement le porte-filtre 10 L'air à analyser est aspiré par une entrée 37, une électro-vanne 38 et un orifice d'admission 39 dont est pourvue la paroi du cylindre 21, orifice qui est alternativement fermé et ouvert par l'élec- tro-vanne 38, dont le solénolde est incorporé dans le circuit d"'une horloge programmable qui sera décrite plus loin. La tête d'échantillonnage 50 fait partie de l'appareil schématisé à la Fig 2 En référence à cette Fig 2, l'appareil comprend la tête 50, avec son filtre 51, cette tête étant reliée à l'électro-vanne 38 Une seconde électro-vanne 52 est reliée au conduit d'évacua- tion 40 et à une pompe 54 par un conduit 58 L'évacuation finale de l'air s'effectue par un conduit 56 Les solénol- des des électro-vannes 38 et 52 sont reliés par des li- gnes respectives 72 et 74 à une horloge programmable 60 qui, par une ligne 66, commande également un analyseur spectrométrique 68 à plusieurs canaux, lequel est relié au détecteur 30 par une ligne 70 L'analyseur 68 est relié par une ligne 72 à une source de haute tension 75, et par une ligne 73 à un dispositif 76 d'affichage de données. FONCTIONNEMENT: Les électro-vannes 38 et 52 étant ouvertes, la pompe 54 est mise en marche et, au moyen d'un débitmètre (non représenté), l'écoulement d'air qui traverse le fil- tre 50 est mesuré et enregistré, jusqu'à ce qu'un volume d'air prédéterminé ait été aspiré à travers la tête d'é- chantillonnage. L'électro-vanne 38 est alors fenée tout en main- tenant ouverte l'électro-vanne 52, jusqu'à ce que l'on obtiehne dans la tête d'échantillonnage le vide maximal pouvant être obtenu avec la pompe L'électro-vanne 52 est alors fermée, et la pompe 54 est arrêtée De façon évidente, le degré de vide ainsi obtenu dépend des per- formances de la pompe et du volume de la chambre 36. On a effectué des essais avec un appareil sui- vant l'invention dans lequel était utilisé une pompe à membrane portative disponible dans le commerce Bien que le vide maximal pouvant être obtenu était seulement com- pris entre 1,33 104 et 2,66 104 Pa, on a pu effec- tuer une mesure spectrométrique avec de bons résultats. Il est évident que la résolution dépend du de- gré de vide, comme le prouve les graphiques des Fig 3,3 a et 3 b, qui illustrent trois spectres alpha correspondant à différents degrés de vide t la fig 3 correspond à la pression atmosphérique, la fig 3 a a un vide de 5,32 104 Pa et la fig 3 b a un Vide de -10,1 104 Pa Comme on le voit à la Fig 3 a, on peut déjà obte- nir une résolution & 5,32 104 Pa, de sorte que les pro- cédés spectrométriques peuvent être appliqués pour mesurer les produits de filiation de radon en utilisant un appa- reil portatif. Ce qui précède montre le grand avantage de l'ap- pareil d'échantillonnage suivant l'invention, qui permet d'effectuer le comptage du filtre sous vide, quoique sous un vide peu élevé, de sorte qu'un procédé spectrométrique à haute résolution peut être appliqué sans qu'il soit né- cessaire de retirer le filtre de l'appareil d'échantillon- nage ni de le manipuler en aucune manière. On voit également que l'appareil suivant l'in- vention se prête à un étalonnage au moyen d'atmosphères radicactivesstandards, car l'entrée 37 peut être reliée à un barboteur contenant une solution de Ra-226, qui est un isotope radioactif engendrant le radon. REVENDICATIONS 1 Appareil destiné à déterminer les concentra- tions individuelles dans l'air de produits de filiation de radon et de Thoron, du type comprenant une tête d'é- chantillonnage ( 50) dans laquelle est prévue une chambre hermétique divisée en deux parties ( 32,36) par un filtre plat ( 51 k qui fait face à un détecteur de radiations ( 30), une première partie ( 36) de cette chambre étant délimitée entre le filtre et le détecteur et pouvant être reliée à l'environnement à échantillonner, tandis qu'une seconde partie ( 32) de la chambre peut être reliée à une pompe à vide ( 54), caractérisé en ce qu'il est prévu une vanne d'arr 4 t ( 38) entre ladite première partie bre et l'environnement à échantillonner, et en ce que le détecteur de radiations ( 30) qui fait face au filtre ( 51) est un détecteur à l'état solide au silium & barrière de surface qui est relié à un analyseur ( 68) des particu- les de différentes énergies à plusieurs canaux, c'est-à- dire à un analyseur spectrométrique. 2 Appareil suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que le détecteur ( 30) est un détecteur spéci- fique des radiations alpha et béta. 3 Appareil suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que le filtre ( 51) est disposé sur un porte- filtre cylindrique ( 10) et est relié de façon hermétique à celui-ci au moyen d'une première _bague de verrouillage ( 15) vissée sur la partie extérieure et supérieure du porte-filtre cylindrique, ce dernier étant ajusté dans un corps cylindrique creux ( 21) et relié à celui-ci au moyen d'une seconde bague de verrouillage ( 12),vissée sur la surface extérieure de ce corps cylindrique creux, cette seconde bague de verrouillage pressant une collerette ( 34) du porte-filtre contre la surface d'extrémité du corps cylindrique creux, le porte-filtre étant pourvu,à son extrémité opposée au siège du filtre, d'une poignée molqtée l(OA> - 10761 4 Appareil suivant la revendication 1, carac- térisé en ce qu'une vanne d'arrêt ( 52) est montée entre la chambre de la tête d'échantillonnage ( 50) et la pompe a vide ( 54) Appareil suivant la revendication 4, carac- térisé en ce que les vannes d'arrêt ( 38,52) sont commandées électriquement par l'intermédiaire d'une horloge program- mable ( 60) -