Brevet FR2513384A1 — publié le 19830325

DISPOSITIF A ELEMENT SENSIBLE AUX RAYONNEMENTS IONISANTS, EN PARTICULIER A VERRE RADIOPHOTO LUMINESCENT, POUR DOSlMETRES La présente invention se rapporte à un dispositif à élément sensible aux rayonnements ionisants, en particulier à verre radiophotoluminescent, pour dosimètres. Les éléments sensibles aux rayonnements ionisants le plus généralement utilisés sont des verres comportant plusieurs composants, en particulier du phosphate d'argent, leur composition variant en fonction de la nature des rayonnements ionisants à mesurer, qui peuvent être des rayonnements gamma, neutroniques lents (thermiques) ou X. Cependant, ces verres ne permettent pas toujours d'obtenir des résultats de mesures reproductibles, et l'amplitude des rayonnements excitées réémis par ces verres n'a pas toujours l'amplitude maximale nécessaire en vue d'obtenir un bon rapport signal/bruit. Ces phénomènes sont dus en particulier à un manque d'homogénéité de l'excitation par rayons ultraviolets des centres de fluorence de ces verres et à des déséquilibres électroniques au sein des verres irradiés.En outre, les verres radiophotoluminescents généralement utilisés peuvent se dégrader en surface par suite de réactions chimiques avec l'humidité ou d'autres polluants de l'air ambiant, cette dégradation se traduisant par une variation de la sensibilité des verres au cours du temps. La présente invention a pour objet un dispositif à verre radiophotoluminescent permettant d'obtenir des résultats de mesures dosimétriques reproductibles et stables dans le temps. Selon l'invention, l'élément sensible aux rayonnements ionisants est entouré d'un matériau présentant simultanément les trois caractéristiques suivantes :sa structure n'est pas modifiée par les rayonnements ionisants, il réalise l'équilibre électronique dans l'élément sensible sur une très courte distance, et il est transparent aux rayonnements de longeurs d'ondes comprises entre 250 et 3000 nm. En outre, ce matériau peut avantageusement constituer un milieu absorbant pour les rayonnements bêta émis par les milieux environnants. De préférence, ledit matériau est de la silice pure. Ce matériau peut entourer complètement ou partiel lement l'élément sensible et être en contact intime ou non avec ce dernier. Lorsque ledit matériau n'entoure que partiellement ledit élément sensible, il doit entourer au moins sa face dite "face d'entrée d'excitation recevant le rayonnement -d'excitation, en général ultraviolet ;lorsqu'en plus on dispose vis-à-vis de la face dite "face de sortie d'excitation" opposée à la face d'entrée d'excitation un miroir renvoyant sur cette face de sortie d'excitation les rayons d'excitation s'en échappant, ledit matériau couvre également ladite face de sortie d'excitation. Selon l'invention, l'épaisseur dudit matériau, mesurée dans le sens de propagation du rayonnement d'excitation, est d'environ I à 2 mm au minimum. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, utilisant un verre radiophotoluminescent en forme de bâtonnet cylindrique à section circulaire et recevant latéralement le rayonnement d'excitation incident, ce bâtonnet est disposé dans un alésage pratiqué ou formé dans un corps réalisé avec ledit matériau, ce corps ayant, dans l'exemple de réalisation préféré la forme d'un parallélépipède, l'axe de cet alésage passant par les centres de deux faces opposées du parallélépipède, et le diamètre de cet alésage étant pratiquement égal au diamètre du bâtonnet, la longueur des côtés du parallélépipède étant sensiblement égale à la longueur du bâtonnet.De façon avantageuse, on fixe sur les faces frontales du bâtonnet des lamelles à faces parallèles d'une épaisseur d'environ 1 mm, la fixation étant par exemple assurée à l'aide d'une colle non fluorescente ayant les caractéristiques précitées dudit matériau. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention pris comme exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé dont la figure unique est une vue schématique en coupe d'un dispositif conforme à l'invention, en position de mesure. Le dispositif 1 à élément sensible aux rayonnements ionisants représenté sur le dessin est disposé sur un support (non représenté) pouvant comporter d'autres dispositifs tels que le dispositif 1 afin de permettre la mesure de doses d'irradiations ionisantes de différentes sortes: gamma, neutrons thermiques et X, ledit support formant avec ses dispositifs sensibles ce que l'on appellera par la suite un complexe dosimétrique. Ledit support est réalisé en matière ne réémettant pas, après irradiation, de rayons gamma gênants pour la mesure, par exemple de l'aluminium. Ledit complexe dosimétrique est fixé de façon appropriée sur l'être vivant ou l'objet susceptible d'être irradié.Lorsque l'on veut mesurer la dose d'irradiation éventuellement subie, on introduit le complexe dosimétrique dans un dispositif lecteur dont on nta représenté sur le dessin, de façon très schématisée, que les éléments essentiels nécessaires à la compréhension de l'invention. Le dispositif lecteur comporte une source 2 de rayons d'excitation, avantageusement ultraviolets émis selon la direction des flèches 3 vers le dispositif 1, un filtre approprié 4, laissant passer par exemple les longueurs d'ondes comprises entre 320 et 380 nm, étant interposé sur le trajet des rayons ultraviolets. Le dispositif 1 comporte un élément 5 sensible au rayonnement ionisant correspondant. L'élément 5 est un verre, de composition connue en soi, ayant la forme d'un bâtonnet cylindrique à section circulaire. Ce bâtonnet est disposé dans l'alésage 6 d'un parallélépipède qui est dans le cas présent un cube 7. L'axe 8 de l'alésage 6 passe par les centres de deux faces opposés du cube. Le lecteur est réalisé de telle façon qu'en position de mesure l'axe 8 soit pratiquement perpendiculaire à la direction du rayonnement ultraviolet symbolisé par les flèches 3. Les côtés du cube 7 sont légèrement plus grands que la longueur du bâtonnet 5. Le cube 7 est réalisé en un matériau transparent aux longueurs d'ondes comprises entre 250 et 3000 nm, et en particulier transparent au rayonnement ultraviolet, ne réémettant pas de rayonnements gênants pour la mesure après irradiations ni de fluorescence après excitation par rayons ultraviolets et réalisant l'équilibre électronique dans l'élément sensible sur une très courte distance. Ce matériau est de préférence de la silice pure. Le diamètre de l'alésage 6 est pratiquement égal au diamètre du barreau 5. Le barreau 5 peut par exemple être fixé dans l'alésage 6 à l'aide d'une colle ayant les propriétés précitées que doit avoir le cube 7.Le bâtonnet 5 étant centré dans le cube 7, on fixe sur chacune de ses faces frontales une lame 9, 10 à faces parallèles de diamètre égal à celui de l'alésage 6. L'épaisseur des lames 9 et 10 étant d'environ 1 à 2 mm, on détermine en conséquence les dimensions du cube 7 et du bâtonnet 5 de façon que l'épaisseur minimale de paroi du cube 7 traversée par les rayons ultraviolets soit d'environ 1 à 2 mm et de façon que les faces libres des lames 9 et 10 sbient au ras des faces correspondantes percées du cube 7. Les lames 9 et 10 sont fixées sur les faces frontales correspondantes du bâtonnet 5 à l'aide de la colle précitée. Selon un exemple de réalisation, le bâtonnet 5 a une longueur de 6 mm et un diamètre de 3,7 mm et la longueur des côtés en cube 7 est de 9 mm, l'épaisseur des lames 9 et 10 étant de 1,5 mm. On dispose vis-à-vis de la face, dite face de sortie du cube 7, opposée à la face dite face d'entrée recevant le rayonnement ultraviolet, un miroir 11, avantageusement un système catadioptrique renvoyant vers cette face de sortie les rayons ultraviolets ayant traversé le cube et le bâtonnet et sortant par cette face de sortie. Si le bâtonnet 5 avait une section rectangulaire, on pourrait pratiquer dans le cube 7 un alésage correspondant, ou bien coller sur les quatre faces latérales du bâtonnet 5 des plaques réalisées avec le matériau précité et disposées jointivement, ou bien même ne coller que deux telles plaques sur les faces latérales d'entrée et de sortie du rayonnement ultraviolet du bâtonnet, les lames 9 et 10 pouvant être omises a la rigueur. Le dispositif lecteur comporte en outre, vis-à-vis de l'une des faces frontales du bâtonnet 5, lorsque celui-ci est en position de mesure, un miroir 12 et un objectif de focalisation 13, l'ensemble des éléments 12 et 13 étant destiné à renvoyer vers le centre de la face frontale en question les rayonnements stimulés produits par le bâtonnet 5 et sortant par cette face frontale. Vis-à-vis de l'autre face frontale du bâtonnet 5, le dispositif lecteur comporte un filtre 14, en général un filtre orange, et un objectif de focalisation 13 concentrant sur la surface sensible 16 d'une diode détectrice 17 les rayonnements stimulés issus de ladite autre face frontale du bâtonnet 5. Les sorties 18, 19 de la diode 17 sont reliées à un dispositif de mesure approprié (non représenté). Le cube 7 joue à la fois le rôle de conducteur de lumière ultraviolette permettant d'exciter latéralement en son volume le bâtonnet 5 par des rayons ultraviolets sensiblement parallèles entre eux, en vue d'obtenir une excitation la plus homogène possible des centres de fluorescence du verre radiophotoluminescent, le rôle de milieu créant autour du verre radiophotoluminescent un équilibre électronique homogène à celui de ce verre, et concurrement avec les lames 9 et 10 les rôles de dispositif de protection contre le rayonnement bêta (1, 16 Me V) de l'aluminium 26 éventuellement présent dans l'aluminium 27 constituant ledit support du dispositif 1 et de dispositif de protection contre les polluants atmosphériques. REVENDICATIONS 1. Dispositif à élément sensible aux rayonnements ionisants, en particulier à verre radiophotoluminescent, pour dosimètres, caractérisé par le fait que l'élément sensible aux rayonnements ionisants (5) est entouré d'un matériau (7) présentant simultanément les trois caractéristiques suivantes: sa structure n'est pas modifiée par les rayonnements ionisants, il réalise l'équilibre électronique dans l'élément sensible sur une très courte distance, et il est transparent aux rayonnements (3) de longueurs d'ondes comprises entre 250 et 3000 nm environ. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le matériau peut constituer un milieu absorbant aux rayonnements bêta des milieux environnants. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que ledit matériau est de la silice pure. 4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que l'élément sensible est partiellement entouré par ledit matériau, au moins du côté de sa face, dite "face d'entrée d'excitation" recevant le rayonnement d'excitation, avantageusement un rayonnement ultraviolet. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'on dispose vis-à-vis de la face dite "face de sortie d'excitation", opposée à la face d'entrée d'excitation, un dispositif, avantageusement un système catadioptrique renvoyant sur cette face de sortie d'excitation les rayons d'excitation s'en échappant, et que ledit matériau couvre également ladite face de sortie d'excitation. 6. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que l'élément sensible est entièrement entouré par ledit matériau. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le matériau est en contact intime avec l'élément sensible. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le matériau n'est pas en contact intime avec l'élément sensible. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'épaisseur dudit matériau, mesurée dans le sens de propagation du rayonnement d'excitation, est d'environ 1 à 2 mm au minimum. 10. Dispositif selon la revendication 1, utilisant un verre radiophotoluminescent en forme de bâtonnet cylindrique à section circulaire et recevant latéralement le rayonnement d'excitation incident, caractérisé par le fait que ce bâtonnet (5) est disposé dans un alésage (6) pratiqué dans un parallélépipède (7) réalisé avec ledit matériau, I'axe de cet alésage passant par les centres de deux faces opposées de ce parallélépipède, et le diamètre de cet alésage étant pratiquement égal au diamètre du bâtonnet, la longueur de l'alésage étant sensiblement égale à la longueur du bâtonnet. Il. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait que l'on fixe sur les faces frontales du bâtonnet des lamelles (9, 10) à faces parallèles d'une épaisseur d'environ 1 mm, la fixation étant avantageusement assurée à l'aide d'une colle ayant les propriétés précitées dudit matériau. 12. Dispositif selon la revendication 10 ou 11, caractérisé par le fait que l'on dispose vis à vis de l'une des faces frontales du bâtonnet (5) un miroir (12) et un objectif de focalisation (13), ces deux éléments renvoyant vers le centre de la face frontale en question les rayonnements stimulés produits par le bâtonnet et sortant par cette face frontale.