Brevet FR2577684A1 — publié le 19860822

SYSTEME POUR LA MESURE INDIVIDUELLE SELECTIVE DES DOSES ABSORBES DE RAYONNEMENTS Y ET DE NEUTRONS EN CHAMP MIXTE ET CAPTEUR INDIVIDUEL PORTATIF UTILISE DANS LEDIT SYSTEME. La présente invention concerne un système pour la mesure individuelle des doses absorbées de rayonnements y et de neutrons en champ mixte. Elle a également pour objet un capteur individuel portatif utilisé dans ledit système. D'une manière générale, on sait que la détection individuelle de doses de rayonnements Y s'effectue couramment à l'aide d'un stylodosimètre qui consiste en un instrument se présen- tant habituellement sous la forme d'un tube axialement transparent à la lumière et : -d'un côté, une petite chambre d'ionisation équipée d'un électromètre dont l'élément mobile consiste habituelle ment en un fil de quartz métallisé de quelques microns d'épaisseur (3 à 5 p), et -de l'autre côté, un ensemble optique constituant un petit microscope réglé sur le fil du micromètre et qui comporte un réticule gradué, étalonné de manière à ce que l'on puisse lire directement la dose de rayonnement correspon dant à chacune des positions du fil. Ces stylodosimètres qui, en raison de leur simplicité, de leur fiabilité et de leur faible encombrement, se prtent admirablement bien au contrôle individuel de l'irradiation, permettent une lecture non destructrice de la dose : -soit directement, par lecture optique directe du stylo dosimètre, grâce à l'ensemble optique constituant le petit microscope ; -soit indirectement, par des moyens permettant la lecture électronique de l'image obtenue par le stylodosimètre, ledit ensemble optique étant alors utilisé pour effec tuer la projection de cette image dans un plan focal image déterminé. Cette lecture électronique de l'image projetée du stylodosi- mètre peut tre effectuée selon au moins deux techniques différentes, à savoir : -une première technique faisant intervenir une caméra vidéo couplée au stylodosimètre et permettant de reproduire et mémoriser une image vidéo de l'image fournie par le stylo dosimètre ; -une seconde technique, dont un exemple d'exécution se trouve illustré dans la demande de brevet français No 83 09492, déposée le 8 Juin 1983 au nom de la Demande resse, qui propose un dispositif pour la lecture et l'analyse numérique ligne par ligne d'un motif lumineux faisant : -un dispositif photosensible linéaire comprenant une rangée de cellules optoélectroniques associée à des moyens permettant de relever séquentiellement les informations fournies par lesdites cellules et d'élabo- rer, à partir de ces informations et pour chacune des séquences, un signal vidéo échantillonné, -un actionneur linéaire destiné à déplacer ce dispositif photosensible en translation, perpendiculairement à ladite rangée, dans le plan dudit motif lumineux, -un circuit électronique de commande déclenchant pério- diquement la scrutation de la rangée de cellules opto électroniques en fonction du dispositif photosensible, -un circuit électronique de traitement des signaux vidéo échantillonnés émis par le dispositif photosensible lors de chacune des scrutations et, de préférence, -un processeur permettant d'effectuer l'analyse numéri que des différents signaux obtenus. Par ailleurs, on sait que la sélectivité d'un stylodosimètre à un type de rayonnement ionisant dépend des matériaux utilisés pour réaliser le corps du stylodosimètre ainsi que de la nature du gaz contenu dans la chambre d'ionisation. Ainsi, par exemple en utilisant la chambre d'ionisation délimitée par une paroi en aluminium revtue d'une mince couche de plomb, on obtient un stylodosimètre répondant essentiellement aux rayonnements y et faiblement aux neutrons. Par contre, dans l'état actuel de la technique, on ne connaît pas de solution satisfaisante pour réaliser des stylodosimètres du type de ceux précédemment décrits sensibles uniquement au rayonnement neutronique. En effet, il n'a pas été jusqu'ici possible de déterminer des matériaux ou des compositions gazeuses capables de filtrer ou de privilé- gier suffisamment les rayonnements neutroniques en rendant négligeable l'action des rayonnements Y. Par contre, il est possible de réaliser des stylodosimètres dans lesquels la réponse aux rayonnements Y est d'un mme ordre de grandeur et éventuellement identique à la réponse aux neutrons. L'invention se propose donc d'utiliser cette particularité en vue de réaliser un système permettant la mesure sélective individuelle des doses absorbées de rayonnements Y et de neutrons en champ mixte. Selon l'invention, ce système fait plus particulièrement intervenir, au moins : -un ou plusieurs capteurs individuels incluant chacun deux corps d'épreuve comportant, chacun, une chambre d'ionisa tion équipée d'un électromètre comprenant une partie mobile dont la position varie en fonction de la dose de rayonnement reçue et une paroi présentant au moins une zone optiquement transparente permettant la visualisation de ladite partie mobile, l'un desdits corps d'épreuve étant agencé de manière à répondre essentiellement aux rayonnements y, tandis que l'autre est conçu de manière à tre sensible à la fois aux rayonnements y et aux neutrons dans des proportions préalablement déterminées ; -un dispositif de lecture commun auxdits capteurs et comprenant au moins un ensemble optique apte à projeter l'image de la partie mobile des deux corps d'épreuve sur la partie sensible d'au moins un détecteur photo-électro nique ; et -des moyens électroniques de traitement aptes à déterminer, à partir des signaux résultants de la projection des images des parties mobiles des deux corps d'épreuve sur ladite partie sensible du détecteur photo-électrique, les doses de rayonnements y et de neutrons absorbées. Il convient de noter à ce sujet que l'invention ne se limite pas à un type particulier de dispositif de lecture. En effet, celui-ci peut comprendre aussi bien : -deux ensembles optiques, affectés chacun à un corps d'épreuve respectif, ces deux ensembles optiques pouvant tre associés à deux détecteurs photo-électro niques correspondants, ces deux ensembles optiques pouvant également tre conçus de manière à projeter l'image des deux parties mobiles sur un seul détecteur photo-électronique ; -un seul ensemble optique effectuant successivement la lecture des deux corps d'épreuve. De mme, l'invention ne se limite pas à un type de détecteur optoélectronique particulier. Celui-ci peut en effet consister en une caméra vidéo permettant de numériser l'ima- ge fournie par les ensembles optiques. Toutefois, selon un mode d'exécution particulièrement avantageux de l'invention, les susdits détecteurs photo-élec- troniques comprennent chacun au moins une rangée de cellules optoélectroniques associées à des moyens permettant de relever séquentiellement les informations fournies par lesdites cellules et d'élaborer, à partir de ces informations et pour chacune des séquences, un signal vidéo échan- tillonné. Le dispositif de lecture comprend alors un circuit électronique de traitement des signaux vidéo échantillonnés émis par le ou les détecteurs photo-électroniques lors de chacune des scrutations et, de préférence, un processeur permettant d'effectuer l'analyse numérique des différents signaux obtenus. Bien entendu, le système selon l'invention prévoit des moyens destinés à assurer l'accouplement du capteur sur le dispositif de lecture, conçus de manière à ce que la susdite rangée de cellules optoélectroniques du ou des détecteurs soit orientée dans l'axe de déplacement de l'image de la partie mobile d'un électromètre correspondant. Cette image consiste habituellement en un trait lumineux qui s'étend perpendiculairement audit axe et se déplace en restant sensiblement parallèlement à lui-mme. Pour permettre la lecture de la dose à partir de l'image détectée de la partie mobile des électromètres, le plan de détection de chaque détecteur peut comprendre des repères conventionnels représentatifs du zéro du capteur ou de sa valeur de pleine échelle qui constituent les références à partir desquelles peuvent tre déterminées la position de la partie mobile et, en conséquence, la dose correspondant à cette position. Ces repères peuvent avantageusement consister, chacun, en une ou plusieurs cellules ou pixels du dispositif sensible linéaire, le choix de ces cellules pouvant tre fixé une fois pour toute pour l'ensemble des capteurs ou pouvant éventuellement varier d'un capteur à l'autre. Ainsi, dans le premier cas, les capteurs devront subir un réglage initial pour obtenir une coïncidence entre la position zéro et la position pleine échelle de la partie mobile de l'électromètre et celles des repères correspondants du dispositif de lecture. Dans le second cas, chacun des capteurs devra comprendre des indications lisibles par le dispositif de lecture, à partir desquelles celui-ci pourra déterminer, pour chacun des corps d'épreuve, les informations relatives auxdits repères. Il convient de noter que l'avantage des systèmes précédemment décrits réside non seulement en la simplicité des capteurs utilisés et au faible nombre de composants nécessaires à leur réalisation, mais également : -en la simplification des réglages du capteur, ceux-ci pouvant tre effectués automatiquement ; -en la possibilité d'observer en direct un plan optique "propre", interne au corps d'épreuve où ne figure aucune autre information optique que la partie mobile de l'électromètre, de sorte que la lecture électronique est considérablement simplifiée ; -en l'augmentation de la précision de lecture du capteur. Un mode de réalisation de l'invention sera décrit ci-après à titre d'exemple non limitatif avec référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 est une coupe axiale schématique dans laquelle est représenté un capteur à deux corps d'épreuve monté sur un dispositif de lecture ; La figure 2 est une représentation schématique d'un dispositif photosensible linéaire utilisable dans le dispositif de lecture représenté figure 1. Comme précédemment mentionné, le système selon l'invention fait intervenir une pluralité de capteurs à usage individuel et au moins un dispositif de lecture apte à effectuer la lecture de ces capteurs. Dans l'exemple représenté, le capteur 1 se compose d'un corps 2 comprenant deux logements cylindriques 3,4 à axes parallèles fermés à chacune de leurs extrémités par deux parois transversales transparentes respectives 5,6-5', 6'. A l'intérieur de chacun de ces logements 3,4 est disposé un corps d'épreuve C1, C2 comportant un corps tubulaire 7, 7' délimitant une chambre d'ionisation 8,8'à l'intérieur de laquelle est disposé un électromètre. Ce corps tubulaire 7,7'comprend, à une extrémité, une cloison 9,9'munie d'un orifice 10,10'formant diaphragme et, à l'autre extrémité, une cloison optiquement transparente 11,11'sur laquelle est monté le fil de quartz métallisé 12,12'd'un électromètre. La lecture du capteur 1 est obtenue au moyen d'un dispositif de lecture 13 comprenant un corps 14 délimitant deux chambres de projection 15,15'qui communiquent optiquement avec un logement 16 ouvert-à l'extérieur par l'intermédiaire de deux dispositifs de projection respectifs pouvant chacun comprendre, comme représenté, une lentille de projection L1, L'1 et un diaphragme 17,17'. A l'intérieur de chacune des chambres de projection est disposé un système de détection optoélectronique 18,18'dont la face sensible 19,19'est centrée dans le plan focal image du dispositif de projection qui lui correspond. Le logement 16 présente une surface longitudinale engendrée par une génératrice parallèle aux axes optiques XX', YY'des dispositifs de projection et présente une section sensiblement complémentaire de la forme extérieure du corps 2 du capteur 1. Ainsi, pour effectuer la lecture d'un capteur 1, on engage le corps 2 de ce capteur 1 dans le logement 16, de manière à obtenir un positionnement très précis du capteur 1 par rapport au dispositif de lecture 13, positionnement selon lequel les parties transversales des fils de quartz 12,12' des deux électromètres se trouvent convenablement situées et orientées respectivement dans les plans focaux objets des deux dispositifs de projection. Les parois transparentes 5,5'du capteur 1 peuvent alors tre éclairées de manière à ce que les dispositifs de projection forment directement l'image des parties transversales des fils de quartz 12,12'des électromètres sur les faces sensibles 19,19'correspondantes des deux systèmes de détection optoélectroniques 18,18'. Ces dispositifs optoélectroniques 18,18'peuvent notamment, mais non exclusivement, consister chacun en un ou plusieurs circuits intégrés du type du circuit TH 7802 de la Société Thomson-CSF, schématisé sur la figure 2. Ce circuit comporte une ligne photosensible 21 constituée par 1024 photo-éléments 22 séparés par des canaux d'isolement de 3 pm de largeur. Chaque photo-élément 22 est réalisé par une photodiode n-p recouverte d'une couche de silice, associée à une capacité qui accumule les électrons créés par la lumière. La quantité de charges accumulées, proportionnelle à l'éclairement reçu et au temps d'intégration, est contrôlée par une grille de stockage. Une grille de passage 23 isole la ligne photosensible 21 des registres de lecture 24 par l'intermédiaire d'une barrière de potentiel. L'ouverture de cette barrière permet le transfert en parallèle des charges accumulées dans la ligne photosensible 21, vers les registres de lecture 24. Dans l'exemple représenté, ces registres de lecture 24 sont au nombre de deux, situés de part et d'autre de la ligne photosensible 21. Ces deux registres 24 reçoivent respectivement des charges accumulées dans les photo-éléments de rang pair et de rang impair. Ces registres transfèrent séquentiellement les charges de chaque photo-élément 22 vers un circuit de sortie. Les charges issues de chaque registre sont multiplexées dans une diode de lecture 25 commune, assurant la conversion charge-tension. Cette diode 25 est reliée à l'entrée d'un amplificateur 26 fournissant un signal de sortie vidéo, échantillonné et maintenu sous faible impédance. Ce signal peut alors tre exploité par exemple par un circuit à microprocesseur 27. Un circuit logique interne au circuit intégré engendre les phases de remise à niveau de la diode de lecture et d'échan- tillonnage. Il est clair que pour chacun des ensembles corps d'épreuve- dispositif de projection-système de détection, la position de l'image de la partie transversale du fil de quartz 12, 12'd'un électromètre sur la ligne photosensible 21 est variable selon la dose détectée par le capteur. Par ailleurs, il est possible de faire en sorte que, par construction, les corps d'épreuve C1, C2 correspondants des capteurs 1 présentent tous un mme facteur d'échelle. Il s'avère donc que pour permettre au circuit à microprocesseur 27 d'effectuer une lecture de la dose détectée par un corps d'épreuve C1, C2, c'est-à-dire d'attribuer à une position de l'image du fil 12,12'de l'électromètre de ce corps d'épreuve C1, C2 sur la ligne photosensible 21 correspondante, une valeur de dose correspondante, il est nécessaire que le microprocesseur 27 dispose en plus des informations relatives au facteur d'échelle, une information relative à au moins une position de référence pouvant avantageusement correspondre à la position zéro du corps d'épreuve C1, C2. A cet effet, deux solutions peuvent tre envisagées : -La première solution consiste à effectuer un étalonnage préalable de tous les corps d'épreuve C1, C2, de telle manière qu'au zéro, l'image du fil 12,12'de l'électromè tre sur la ligne photosensible 21 soit au mme endroit et, par conséquent, sur le mme photo-élément 22 ou pixel qui sera donc appelé Po. Cet étalonnage peut s'effectuer auto matiquement en modifiant la charge de la capacité d'adap tation du corps d'épreuve ou en modifiant la quantité de gaz contenu dans la chambre d'ionisation 8. -La deuxième solution consiste à repérer la position zéro de chacun des corps d'épreuve Cl, C2 et d'indiquer, par exemple sous la forme d'un code à barres, les informations relatives à cette position, sur le corps 2 du capteur 1. Dans ce cas, le dispositif de lecture doit en outre comprendre un dispositif de détection 28 desdites informa tions. Cette solution permet avantageusement d'effectuer la lecture de corps d'épreuve C1, C2 présentant des facteurs d'échelle différents. Dans ce cas, le capteur 1 devra en outre porter des informations relatives à ces facteurs d'échelle, lisibles par le dispositif de lecture 13. Comme précédemment mentionné, le système constitué par les capteurs et le dispositif de lecture est destiné à permettre la mesure des doses absorbées de rayonnements Y et de neutrons en champ mixte. A cet effet, le corps d'épreuve C2 du capteur est conçu de manière à répondre essentiellement aux rayonnements Y et faiblement aux neutrons. En conséquence, le corps tubulaire 7 de ce corps d'épreuve C2 est réalisé en aluminium et est recouvert d'une mince couche de plomb 30 permettant de compenser la sur-réponse aux rayonnements y autour de 60 KeV. La réponse rl de ce corps d'épreuve C2 est alors de la : r1 al r + bl n (I) dans laquelle y est la dose de rayonnements y, n est la dose de neutrons et ou ai et bl sont mesurées lors de l'étalonna 'b ge, le rapport-étant, de préférence, inférieur à 0, 1. a1 Le corps d'épreuve C1 est quant à lui conçu de manière à répondre à la fois aux rayonnements Y et aux neutrons et présente une réponse r2 de la forme : r2 = a2 r + b2 (II) avec a2 et b2 mesurées lors de l'étalonnage. Les caractéristiques des matériaux utilisés pour ce corps d'épreuve ainsi que le gaz utilisé dans la chambre d'ionisa- tion dépendent de l'énergie des neutrons à mesurer. Ainsi, selon un premier mode d'exécution, le corps tubulaire 7 du corps d'épreuve C1 est réalisé à l'aide d'un matériau hydrogéné, de manière à ce que les protons de recul produits dans la paroi du corps tubulaire 7 ionisent le gaz de la chambre d'ionisation 8. Il convient alors de faire en sorte que le parcours des protons dans le gaz soit supérieur à la taille de la chambre 8, ce qui est réalisé pour des neutrons d'énergie comprise-entre 1 MeV et 15 MeV. Le seuil de 1 MeV est donné pour une chambre d'ionisation 8 présentant un diamètre de 1 cm environ et une pression de 1 bar à l'intérieur de la chambre d'ionisation 8. Si l'on abaisse la pression à l'intérieur de la chambre d'ionisation 8, on abaisse ce seuil. A titre d'exemple, lorsque le matériau du corps tubulaire 7 est constitué de 28 % de graphite et 72 % de polypropylène, la concentration en masse de l'hydrogène dans la paroi est de 10 % et l'on : a2 = b2 (pour des doses en rad ou en Gray) Selon un deuxième mode d'exécution, le corps d'épreuve Cl contient un gaz hydrogéné. Dans ce cas, les protons de recul sont produits dans le gaz et ionisent celui-ci ; il est alors nécessaire de faire en sorte que le parcours des protons dans le gaz soit inférieur à la taille de la chambre d'ionisation 8. Ces corps d'épreuve Cl permettent la mesure des neutrons d'énergie comprise entre 10 KeV et Emax où Emax est un seuil dépendant du gaz utilisé et de sa pression. Pour un corps d'épreuve 8 rempli de méthane, on : Emax = 2 MeV, et b2 = 2,5 a2 (pour des doses en rad) Pour un corps d'épreuve C1 rempli d'hydrogène : Emax = 200 KeV, et b2 = a2 (pour des doses équivalentes en Rem) Selon un troisième mode d'exécution, le corps d'épreuve C est conçu pour mesurer toute la gamme de neutrons rapides. Il comprend alors un corps tubulaire 7 en matériau hydrogéné et contient un gaz hydrogéné. A titre d'exemple, le corps tubulaire 7 peut comprendre 28 % de graphite et 72 % de polypropylène. Le gaz contenu dans la chambre d'ionisation 8 est alors composé de 79 % de CH4 et de 21 % de N2. Dans cet exemple, pour des énergies comprises entre 10 KeV et 15 MeV. Il est clair qu'à partir des réponses ri et r2 des capteurs C1 et C2, il devient facile de calculer la dose n et la dose y au moyen des relations I et II. Ce calcul peut tre effectué simplement par le microproces- seur 21. Revendications de brevet 1. Système pour la mesure individuelle sélective des doses absorbées de rayonnements y et de neutrons en champ mixte, caractérisé en ce qu'il fait : -un ou plusieurs capteurs individuels (1) incluant chacun deux corps d'épreuve tCl, C2) comportant, chacun, une chambre d'ionisation (8,8') équipée d'un électromètre comprenant une partie mobile (12,12') dont la position varie en fonction de la dose de rayonnement reçue et une paroi présentant au moins une zone optiquement transparen te (6,6') permettant la visualisation de ladite partie mobile (12,12'), l'un desdits corps d'épreuve {C2) étant agencé de manière à répondre essentiellement aux rayonne ments Y, tandis que l'autre (C1) est conçu de manière à tre sensible à la fois aux rayonnements Y et aux neutrons dans des proportions préalablement déterminées : -un dispositif de lecture (13) commun auxdits capteurs (1) et comprenant au moins un ensemble optique apte à projeter l'image de la partie mobile (12,12') des deux corps d'épreuve (C1, C2) sur la partie sensible (19,19') d'au moins un détecteur photo-électronique (18,18') ; et -des moyens électroniques de traitement (27) aptes à déter miner, à partir des signaux résultants de la projection des images des parties mobiles (12,12') des deux corps d'épreuve (clt C2) sur ladite partie sensible (19,19') du détecteur (18,18') photo-électrique, les doses de rayon nements Y et de neutrons absorbées. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de lecture (13) comprend deux ensembles optiques affectés chacun à un corps d'épreuve respectif (C1, C2), ces deux ensembles optiques étant asso ciés à deux détecteurs photo-électroniques (18,18') correspondants. 3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de lecture comprend deux ensembles optiques aptes à projeter l'image des deux parties mobiles (12,12') du capteur (1) sur un mme détecteur photo-électronique. 4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de lecture (13) comprend un seul ensemble optique apte à effectuer la lecture successive des-deux corps d'épreuve (C1, C2) d'un capteur (1). 5. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le susdit détecteur photo-électronique (18,18') comprend une caméra vidéo apte à numériser l'image des parties mobiles (12,12') des corps d'épreuve (C1, C2). 6. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le susdit détecteur photo-électronique (18, 18') comprend au moins une rangée de cellules optoélec- tronques (22) associées à des moyens permettant de relever séquentiellement les informations fournies par lesdites cellules et d'élaborer, à partir de ces informations et pour chacune des séquences, un signal vidéo échantillonné, et en ce que le dispositif de lecture (13) comprend un circuit électronique de traitement des signaux vidéo échantillonnés émis par ledit détecteur lors de chacune des scrutations, et un processeur (27) permettant d'effectuer l'analyse numérique des différents signaux obtenus. 7. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacun des susdits corps d'épreuve (cil C2) comprend un corps tubulaire (7,7'), au moins en partie axialement transparent et renfermant une chambre d'ionisation. 8. Système selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le corps d'épreuve (C2) du capteur destiné à répondre aux rayonnements Y et faiblement aux neutrons comprend un corps tubulaire réalisé en aluminium et recouvert d'une mince couche de plomb (30). 9. Système selon l'une des revendications 1 à 8 dans lequel le corps (7') du corps d'épreuve (C2) destiné à répondre aux rayonnements Y et faiblement aux neutrons présente une réponse ri de la forme : ri = al Y + bl n dans laquelle Y est la dose de rayonnements y, n est la dose de neutrons et al et bl étant des valeurs établies lors de l'étalonnage, b caractérisé en ce que le rapport-est inférieur à 0,1. 1 10. Système selon l'une des revendications précédentes dans lequel le corps d'épreuve (Cl) destiné à répondre à la fois aux rayonnements Y et aux neutrons présente une réponse r2 de la forme : r2 = + 2" dans lequel a2 et b2 sont des valeurs mesurées lors de l'étalonnage, caractérisé en ce que la valeur a2 est sensiblement égale à la valeur b2. 11. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce que le corps tubulaire (7) du corps d'épreuve (cl) est réalisé à l'aide d'un matériau hydrogéné. 12. Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que la concentration en masse de l'hydrogène dans le corps tubulaire (7) du corps d'épreuve (Ci) est d'environ %. 13. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que le matériau du corps tubulaire (7) est constitué de 28 % de graphite et 72 % de polypropylène. 14. Système selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le corps d'épreuve (C1) contient un gaz hydrogéné tel que du méthane ou de l'hydrogène. 15. Système selon l'une des revendications 1 à 10 dans lequel le corps d'épreuve (C1) est conçu pour mesurer toute la gamme de neutrons rapides, caractérisé en ce que le corps tubulaire (7) de ce corps d'épreuve (est réalisé en un matériau hydrogéné et contient un gaz hydrogéné.