Brevet FR2531784A1 — publié le 19840217

Dosimètre-radiamètre pour la mesure d'un débit de dose de rayonnement ionisant. La présente invention a pour objet un dosimètre-radiamètre pour la mesure d'un débit de dose ou d'une dose d'un rayonnement ionisant tel qu'un rayon- nement, comprenant un détecteur de rayonnement, tel qu'un tube Geiger-Muller, émettant des impulsions élec- triques dont la fréquence varie en fonction du débit de dose, et un circuit de traitement associé au détecteur de rayonnement. L'invention concerne également un procé- dé de linéarisation de la réponse électrique d'un détec- teur de rayonnement tel qu'un tube Geiger-Muller en fonc- tion du débit de dose du rayonnement ionisant qui tra- verse le tube, On sait que la réponse électrique d'un tube Geiger-Muller n'est pas directement proportionnelle au débit de dose I Ceci ne constitue pas un réel incon- vénient lorsque l'affichage du résultat des mesures est- réalisé par un système analogique tel qu'un voltïbtre à aiguille, mais s'avère gênant lorsque l'affichage est de type numérique. La présente invention vise à réaliser un dosimètre-radiamètre permettant la mesure d'un débit de dose ou d'une dose du rayonnement ionisant avec affi- chage numérique, le dispositif étant tel qu'il présente une réponse linéaire à partir du signal émis par le détecteur constitué par un tube Geiger et la connais- sance des paramètres propres à ce tube Geiger Ces buts sont atteints grâce à un dosimètre-radiamètre qui, con- formément à l'invention, comprend un circuit d'adapta- tion et de mise en forme des impulsions émises par le tube Geiger, des circuits de codage numérique en nombre binaire pur des paramètres spécifiques K et à' du tube Geiger, K étant l'efficacité et -1 le temps mort, des registres à entrées parallèles et sortie série dont les entrées sont reliées respectivement aux circuits de co- dage numérique, un circuit de sélection assurant la liaison entre d'une part le circuit d'adaptation et les sorties des registres et d'autre part une unité de cal- cul telle qu'un système à microprocesseur, et une unité d'affichage de débit de dose. Le circuit de sélection comprend une liaison d'interrogation-en provenance de l'unité de cal- cul, un circuit monostable associé à ladite liaison d'interrogation et un commutateur pour mettre en commu- nication la liaison d'interrogation soit avec la sortie du circuit adaptateur pour recevoir les impulsions émi- ses par le tube Geiger mis en forme, soit avec la sortie des registres, pour recevoir des informations codées relati- ves aux paramètres K et t Avantageusement, le dosimètre comprend essentiellement un boîtier sonde'et un boîtier de traite- ment reliés entre eux, le boîtier sonde comprenant le détecteur de rayonnement, le circuit d'adaptation, le circuit d'introduction des paramètres K et t codés et le circuit de sélection} le boîtier de traitement com- prenant l'unité de calcul et l'unité d'affichage. Selon une caractéristique particulière, le circuit d'adaptation et de mise en forme comprend un premier comparateur à faible seuil assurant l'adapta- tion et la détection de la saturation, et de seconds comparateurs montés en parallèle et dont les entrées in- verseuses sont reliées à la sortie du premier compara- teur, pour mettre en forme et assurer une amplification du signal issu du premier comparateur. Selon un mode particulier de réalisation, les impulsions apparaissant sur la charge résistive du tube Geiger sont appliquées à l'entrée inverseuse du premier comparateur, une première extrémité d'une résistance de forte valeur et la cathode d'une diode sont connectées à l'entrée inverseuse du premier compa- rateur, tandis que la seconde extrémité de la résistance et l'anode de la diode sont connectées à l'entrée non inverseuse du premier comparateur, un condensateur est- connecté entre l'entrée non inverseuse-du premier compa- rateur et la masse, et des résistances de polarisation assurent l'application aux entrées inverseuse et non in- verseuse du comparateur une tension de polarisation posi- tive supérieure à la tension de seuil du comparateur. Selon une autre caractéristique particu- lière, le dosimètre comprend des moyens pour maintenir en saturation le circuit d'adaptation et de mise en for- men lorsque le tube Geiger fonctionne en très forte ir- radiation. L'invention concerne également d'une ma- nière générale un procédé de linéarisation de la réponse électrique d'un détecteur de rayonnement tel qu'un tube Geiger-Muller en fonction du débit de dose du rayonne- ment ionisant qui traverse le tube, caractérisé en ce que l'on code sous forme numérique en nombre binaire pur les paramètres spécifiques du tube Geiger K et,) K étant l'efficacité et t le temps mort, on introduit dans une mémoire les paramètres K et Xv mis sous forme numérique, on compte le nombre Ne d'impulsions émises par le tube Geiger pendant un temps de mesure prédéterminé, on calcule un-nombre d'impulsions modifié NS à partir de la formule NS = a Ne ( 1) o a est une cons- K Cj r Ne) tante, et on affiche un débit de dose d'irradiation à partir du nombre d'impulsions modifié Ns. Selon ce procédé, on peut en outre ef- fectuer une correction de dérive pour le tracé d'une courbe de débit de dose en fonction du temps, en calcu- lant un nombre d'impulsions corrigé NTS dont la valeur est N'S = 1,207 NS 60 ( 2) si le nombre d'impulsions modifié NS se trouve dans une zone d'irradiation moyen- ne et N's = 0,707 NS 1873 ( 3) si le nombre d'impul- sions modifié NS se trouve dans une zone d'irradiation élevée, et on affiche un débit de dose d'irradiation à partir du nombre d'impulsions corrigé N'S. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui fait suite d'un mode particulier de réalisation de l'invention, en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure I est une vue schématique de l'ensemble d'un dosimàtre-radiamètre selon l'inven- tion, la figure 2 est une vue de la partie- du dosimètre de la figure 1 qui est rassemblée dans un boîtier sonde, la figure 3 représente la forme des impulsions de sortie du tube Geiger émises sur une char- ge résistive, avant traitement et pour différentes do- ses de rayonnement, la figure 4 est une vue schématique d'un exemple de circuit électronique d'adaptation et de mise en forme des impulsions émises par le compteur Geiger, la figure 5 est une vue du signal mis en forme émis en sortie du circuit de la figure 4 en cas de saturation, les figures 6 a à 6 c représentent la forme des signaux apparaissant respectivement a) en sortie du tube Geiger sur une simple charge résistive, b) en sortie du tube Geiger sur une charge complexe in- cluant un montage adaptateur et c) en sortie du circuit de mise en forme de la figure 4, la figure 7 présente deux courbes mon- trant la précision de la valeur de débit de dose affi- ché en fonction de la valeur du débit réel d'une part pour un dosimètreradiamètre non corrigé, d'autre part pour un-dosimètre-radiamètre étalonné avec correction, et les figures 8 a à 8 b montrent un orga- nigramme pouvant être utilisé dans la programmation de l'unité de calcul incluse dans le dosimètre-radiamètre selon l'invention. Le schéma de la figure 1 permet de com- prendre l'organisation générale du dosimètre-radiamètre selon l'invention Le détecteur Geiger-Muller 10 com- prenant le tube proprement dit 11 associé à une résis- tance de polarisation 12 et une résistance de charge 13 délivre des impulsions électriques dont la fréquence est fonction du débit de dose du rayonnement ionisant Y qui traverse le détecteur Le nombre d'impulsions Ne en un temps donné s'exprime en fonction du débit de dose I selon la formule suivante Ne ( 4) I+K' I o K et 1 " représentent respectivement l'efficacité et le temps mort qui sont des paramètres spécifiques de chaque tube Geiger. Les impulsions émises par le tube Geiger sont mises en forme dans le circuit 110 d'adaptation et de mise en forme Un circuit 130 de sélection permet d'interrompre la propagation vers un circuit de calcul ou microprocesseur 210, des impulsions issues du circuit Pendant le temps d'interruption de la circulation des impulsions issues du circuit 110, le circuit 120 d'introduction de paramètres peut transmettre au micro- processeur 210 les valeurs codées des paramètres liés au tube détecteur 10 (temps mort r T' et efficacité K). La propagation des informations, des paramètres issus du circuit 120 ou des impulsions issues du circuit 110, se fait ainsi sur le même fil de liaison par l'intermé- diaire du circuit de-sélection 130 Le microprocesseur 210 coopère luimême avec un circuit d'affichage 220 et avec des circuits de commande 230 au sein d'un boîtier de commande 200 Ce boîtier de commande 200 peut lui- même coopérer avec divers boîtiers sondes 100 Les para- mètres K, T-' propres au capteur 10 étant appliqués par le circuit 120, lui-même intégré au boîtier sonde 100, le boîtier de traitement 200 peut rester universel. La figure 2 montre de façon plus détail- lée le fonctionnement d'un boîtier sonde 100 Chaque pa- ramètre K, m est introduit de façon codée par des cir- cuits 121, 122 de codage numérique en nombre binaire pur. Dès la mise sous tension, le microprocesseur 210 intro- duit les codes des circuits de codage 121, 122 dans des registres 123, 124 à accès parallèle et sortie série, par une impulsion sur le fil d'interrogation 133, qui, par un basculement du commutateur 131, vient à la fois bloquer les impulsions délivrées par le compteur Geiger et mises en forme dans le circuit 110, et donner priorité à la sortie des paramètres introduits dans les registres 123, 124 Après chaque impulsion d'interroga- tion, le microprocesseur 210 procède à la lecture et la mémorisation de l'état logique apparaissant sur le fil de sortie FS 134 Pour sécuriser la prise de l'informa- tion, le -microprocesseur 210 peut cycler la lecture des mêmes codes plusieurs fois Au bout d'un temps prédéter- miné fixé par le circuit monostable 132, il se produit un blocage des registres 123, 124 par le basculement du commutateur 131 et une initialisation d'une période de mesure par la transmission au microprocesseur 210, des impulsions issues du compteur IQ et mises en forme par le circuit 110. Le microprocesseur 210 assure alors, à partir des paramètres K et r et du nombre Ne d'impul- sions émises par le circuit 110 en un temps donné, le calcul d'un nombre NS qui constitue une fonction linéai- re du ddbit de dose I en un temps donné, selon la for- mule suivante: N = a Ne ( 1) K( 1 t Ne) (l) o a représente un coefficient de proportionnalité. Le microprocesseur 210 assure ainsi le calcul du débit de dose ou de la dose présente au niveau du compteur 1 O, et l'affichage est réalisé par le cir- cuit 220. Les impulsions en intensité d'un tube Geiger-Muller chargé et alimenté par une haute tension continue sont à front de montée rapide, de l'ordre de quelques nano-secondes, tandis que le front de descente est plus lent, et conforme au temps mort r du tube Gei- ger cité par le constructeur. La difficulté de prise en compte de tou- tes les impulsions délivrées par le tube Geiger réside dans le fait que leur amplitude et leur ligne de base varient sans cesse, suivant le moment d'amorçage Le phénomène s'accentue au fur et à mesure que le débit de dose d'irradiation augmente (voir les courbes de la fi- gure 3 pour lesquelles la période A correspond à une faible dose, la période B correspond-à une forte dose et la période C correspond à une très forte dose). La figure 4 montre'un exemple de circuit d'adaptation et de mise en forme qui permet de trai- ter toutes les impulsions apparaissant sur la charge 13 et d'assurer, pour des radiations excessivement intenses, la s ortie d'un état logique " 1 " qui, traité, maintient la saturation de l'appareil. Les impulsions (signal Ve) émises par le tube Geiger 10 sont appliquées sur l'entrée inverseu- se d'un comparateur 117 à faible seuil qui assure l'a- daptation et la détection de la saturation Le signal de sortie du comparate-ur 117 est ensuite appliqué aux entrées inverseuses de trois autres comparateurs 118, 118 a, 118 b à faible seuil montés en parallèle qui assu- rent la mise en forme et la sortie puissance du signal de sortie du comparateur 117 La sortie des comparateurs 118, 118 a, 118 b est reliée par l'intermédiaire d'une résistance 133 à l'entrée du circuit de sélection 130. Les entrées non inverseuses + des comparateurs 118, 118 a, 118 b sont maintenues à un potentiel défini à l'ai- de de résistances de polarisation 119, 119 a. L'entrée non inverseuse + du comparateur 117 est reliée au pôle positif de l'alimentation par l'intermédiaire des résistances 113, 111 Le point com- mun P entre les résistances 111 et 113 est lui-même re- lié à la masse par une résistance 112 L'entrée non in- verseuse + du comparateur 117 est en outre reliée à la masse par un condensateur 114 Une diode 115 et une ré- sistance 116 montées en parallèle sont connectées entre les entrées inverseuse et non inverseuse + du compara- teur 117 La valeur de la résistance 113 est très infé- rieure à la valeur de la résistance 116 et sert unique- ment à la polarisation du comparateur 117. La tension continue Vp au point P entraîne le passage d'un courant qui permet d'appliquer aux entrées inverseuse et non inverseuse + une ten- sion de polarisation positive, supérieure à la tension de seuil du comparateur, de manière à assurer l'état logique " O " en sortie VS du circuit 110, au repos. Dès l'apparition d'une impulsion posi- tive sur la charge résistive 13 associée au tube Geiger 10, l'entrée inverseuse du comparateur 117 est portée à un potentiel plus positif que son entrée non inverseu- se +, La sortie VS du circuit 110 bascule alors à l'état " 1 ". Lors de l'apparition des impulsions sur l'entrée inverseuse du comparateur 117, la diode 115 maintient la polarisation du comparateur 117 et permet une charge rapide de la capacité mémoire 114 La tension mémoire V (courbe 22 de la figure 6 b) obtenue aux bor- nes du condensateur 114 suit la tension du front de mon- tee de l'impulsion Ve (courbe 23 de la figure 6 b) à la tension diode VD près. Lorsque le front descendant de l'impul- sion passe au-dessous de la valeur de la tension VM, le comparateur 117 revient à son état initial et la tension V de sortie du circuit 110 (figure 6 c) passe à zéro. Au cours de cette phase descendante de l'impulsion Ve, la capacité mémoire 114 se décharge à travers les résistances 116 et 13 Ainsi, la tension mémoire VM suit, au plus près, le front descendant de l'impulsion Ve et permet ainsi la prise en compte de l'impulsion suivante avec le maximum de sensibilité. La figure 6 a montre la forme des impul- sions de la tension Ve aux bornes de la résistance 13 de charge du tube Geiger 10 en l'absence du circuit d'adaptation 110 (courbe 21). La figure 6 b montre la forme des impul- sions de la tension Ve lorsque le circuit 110 est ad- joint au tube 10 (courbe 23) et de la tension VM (cour- be 22) aux bornes du condensateur 114. La figure 6 c montre la forme des impul- sions Vs (courbe 25) mises en forme, à la sortie du cir- cuit 110; La figure 5 montre la forme de la ten- sion Vs à la sortie du circuit 110 en cas de très forte dose d'irradiation et montre que le comptage reste en saturation si le tube reste lui-même trop longtemps (pendant un temps supérieur à t) soumis à de telles fortes doses d'irradiation. Lorsque le tube Geiger 10 fonctionne en très forte irradiation, il existe pratiquement une ten- sion Ve continue, fortement hachée, qui correspond au fonctionnement du tube autour de sa tension de seuil (cas C de la figure 3). La valeur des résistances 12 et 13 est calculée de telle sorte que la tension Ve apparaissant au moment des très fortes irradiations aux bornes de la résistance 13 soit supérieure à la tension de polarisa- tion continue Vp Ceci permet d'inverser la sortie Vs et de la maintenir à l'état "I" provoquant ainsi l'effet de saturation du comptage représenté sur la figure 5. Dans certaines applications o une pré- cision plus grande est requise, le calculateur 210 peut prendre en compte des variations des divers paramètres. La figure 7 montre les variations par rapport au débit réel d'une part des valeurs de débit affichées en l'ab- sence de toute correction supplémentaire, en appliquant simplement la formule ( 1) (courbe 27), d'autre part des valeurs de débit affichées si l'on effectue une correc- tion particulière visant à compenser des dérives (cour- be 26). Ainsi, dans le cas o une correction est appliquée, le microprocesseur 210 calcule un nombre d'impulsions par unité de temps N's = f (NS) à partir du nombre d'impulsions précédemment calculé. A titre d'exemple, dans une première- zone de correction (zone moyenne de radiation), on peut appliquer la correction linéaire suivante N'S = 1,207 NS 60 tandis que dans une seconde zone de correction (zone élevée de radiation) on peut appliquer la correc- tion suivante N'S = 0,707 NS 1873 Ceci assure une précision, en débit de dose, qui est meilleure que 10 %. Les figures 8 a et 8 b montrent un exem- ple de programme applicable au dosimètre-radiamètre se- lon l'invention afin de permettre l'affichage d'un débit de dose ou d'une dose qui ne soient pas entachés d'erreurs importantes, bien que le nombre d'impulsions Ne fourni par le tube Geiger 10 ne soit pas lui-m 9 me proportionnel au débit de dose. Après l'instruction de début 301, la question "Doit-on analyser les paramètres ? est posée en 302 Si la réponse est non, il y a branchement direc- tement sur l'instruction 308 de départ du temps de mesu- re, si la réponse est oui, l'instruction 303 permet l'introduction des codes des paramètres K et 1 dans les registres parallèle-série 123, 124, par une impulsion sur le fil interrogation 133 L'instruction suivante 304 opère l'entrée des codes présents dans les registres dans le microprocesseur 210 Après chaque impulsion sur le fil interrogation 133, il y a lecture de l'état du fil 134 (c'est-à-dire de l'état du commutateur 1 31) et mémorisation de cet état La question "a-t-on fini d'analyser les codes ?" est posée en 305 Si la réponse est non, il y a répétition de l'instruction 304, si la réponse est oui, la question suivante est posée en 306: "-a-t-on analysé plusieurs fois ?" Si la réponse est non, il y a retour à l'entrée de l'instruction 303; si la réponse est oui, l'instruction 307-, qui correspond à la reconstitution et à la mémorisation des paramètres K et V, par décomposition des codes trouvés à l'analyse, est exécutée L'instruction suivante 308 correspond au départ du temps de mesure, L'instruction suivante 309 réalise le comptage par le microprocesseur des impul- sions Ne arrivant par le-fil Fs En 310, la question suivante est posée: "le temps de mesure est-il fini ?" Si la réponse est non, il y a attente de la fin du temps et reprise de l'instruction 309 Si la réponse est oui, l'instruction 311 assure le calcul par le microproces- seur du nombre d'impulsions NS selon la formule ( 1). Le branchement conditionnel 312 après l"ins-truction 311 pose la question "est-on en zone moyenne ?' Si la réponse est non, le branchement conditionnel 314 est ef- fectué Si la réponse est oui, l'instruction 313 appli- que une première formule de correction pour calculer un nombre corrigé N'S à partir du nombre Ns Puis en 314, la question suivante est posée: "est-on en zone haute ?" Si la réponse est non, l'instruction 316 est exécutée. Si la réponse est oui, l'instruction 315 applique une seconde formule de correction adaptée aux zones de forte irradiation, pour calculer un nombre corrigé N'S à par- tir de Ns L'instruction 316 d'affichage de débit de dose, puis l'instruction 317 d'affichage de dose sont alors exécutées, puis il y a retour au début 3 pl du pro- gramme. REVENDICATIONS 1 Procédé de linéarisation de la répon- se électrique d'un détecteur de rayonnement tel qu'un tube Geiger-Muller en fonction du débit de dose du rayon- nement ionisant qui traverse le tube, c a r a c t é r i S é en ce que l'on code sous for- me numérique en nombre binaire pur les paramètres spé- cifiques du tube Geiger K et ', K étant l'efficacité et r le temps mort, on introduit dans une mémoire les paramètres K et r mis sous forme numérique, on compte le nombre Ne d'impulsions émises par le tube Geiger pen- dant un temps de mesure prédéterminé, on calcule un nom- bre d'impulsions modifié NS à partir de la formule NS = a Ne ( 1) o a est une constante, et on K ( 1 'Ne) affiche un débit de dose d'irradiation à partir du nom- bre d'impulsions modifié Ns. 2 Procédé de linéarisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on effectue de plus une correction de dérive pour le tracé d'une courbe de débit de dose en fonction du temps, en calculant un nombre d'impulsions corrigé N'S dont la valeur est N' = 1,207 NS-60 ( 2) si le nombre d'impulsions modi- S fié NS se trouve dans une zone d'irradiation moyenne et N'S = 0,707 NS 1873 ( 3) si le nombre d'impulsions modifié NS se trouve dans une zone d'irradiation élevée, et on affiche un débit de dose d'irradiation à partir du nombre d'impulsions corrigé N' 3 Dosimètre-radiamètre pour la mesure d'un débit de dose ou d'une dose d'un rayonnement ioni- sant tel qu'un rayonnement %, comprenant un détecteur de rayonnement ( 10), tel qu'un tube Geiger-Muller, émet- tant des impulsions électriques dont la fréquence varie en fonction du débit de dose, et un circuit de traite- ment ( 100,200) associé au détecteur de rayonnement, c a r a c t é r i S é en ce qu'il comprend un circuit ( 110) d'adaptation et de mise en forme des impulsions émises par le tube Geiger ( 10), des circuits ( 121,122) de codage numérique en nombre binaire pur des paramètres spécifiques K et '% du tube Geiger, K étant l'efficacité et lt le temps mort, des registres ( 123,124) à entrées parallèles et sortie série dont les entrées sont re- liées respectivement aux circuits ( 121,12-2) de codage numérique, un circuit ( 130) de sélection assurant la liaison entre d'une part le circuit ( 110) d'adaptation et les sorties des registres ( 123,124) et d'autre part une unité de calcul ( 210) telle qu'un système à micro- processeur, et une unité d'affichage ( 220) de débit de dose. 4 Dosimètre selon la revendication 3, 13 caractérisé en ce que le circuit ( 130) de sélection comprend une liaison d'interrogation ( 133,134) en pro- venance de l'unité de calcul ( 210), un circuit monos- table ( 132) associé à ladite liaison d'interrogation ( 133,134) et un commutateur ( 131) pour mettre en commu- nication la liaison d'interrogation ( 133, 134) soit avec-la sortie du circuit adaptateur ( 110) pour rece- voir les impulsions émises par le tube Geiger et mises en forme, soit avec la sortie des registres ( 123,124), pour recevoir-des informations codées relatives aux paramètres K et r. Dosimètr e selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement un boîtier sonde ( 100) et un boîtier de traitement ( 200) reliés entre eux, le boîtier sonde ( 100) comprenant le détecteur de rayonnement ( 10), le circuit ( 110) d'adaptation, le circuit ( 120) d'intro- duction des paramètres K et t codés et le circuit de sélection ( 130) et le boîtier de traitement ( 200) com- prenant l'unité de calcul ( 210) et l'unité d'affichage ( 220). 6 Dosimètre selon l'une des revendica- tions 3 à 5, caractérisé en ce que le circuit ( 110) d'adaptation et de mise en forme comprend un premier comparateur ( 117) à faible seuil assurant l'adaptation et la détection de la saturation, et de seconds compara- teurs ( 118, 18 la, 118 b) montés en parallèle et dont les entrées inverseuses sont reliées à la sortie du premier comparateur ( 117) , pour mettre en forme et assurer une amplification du signal issu du premier comparateur ( 117). 7 Dosimètre selon la revendication 6, caractérisé en ce que les impulsions apparaissant sur la charge résistive ( 13) du tube Geiger ( 10) sont appli- quées à l'entrée inverseuse du premier comparateur -( 117), en ce qu'une première extrémité d'une résistance ( 116) de forte valeur et la cathode d'une diode ( 115) sont connectées à l'entrée inverseuse du premier comparateur ( 117) tandis que la seconde extrémité de la résistance ( 116) et l'anode de la diode ( 115) sont connectées à l'entrée non inverseuse du premier comparateur ( 117), en ce qu'un condensateur ( 114) est connecté entre l'en- trée non inverseuse, du premier comparateur ( 117) et la masse, et en ce que des résistances ( 111,112,113) de po- larisation assurent l'application aux entrées inverseu- se et non inverseuse du-comparateur ( 117) une tension de polarisation positive supérieure à la tension de seuil du comparateur ( 117)o 8 D-osimetre selon l'une des revendica- tions 3 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour maintenir en saturation le circuit ( 110) d'adapta- tion et de mise en forme, lorsque le tube Geiger ( 10) fonctionne en très forte irradiation.