Brevet FR2577683A1 — publié le 19860822

SYSTEME POUR LA DETECTION INDIVIDUELLE DES DOSES DE RAYONNEMENTS IONISANTS TELS QUE DES y ET CAPTEURS INDIVIDUELS UTILISES DANS CE SYSTEME. La présente invention concerne un système pour la détection individuelle des doses de rayonnements ionisants tels que des rayonnements Y ainsi que les capteurs individuels utilisés dans ce 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 comprenant : -d'un côté, pne 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 a 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 détermine. Cette lecture électronique de l'image projetée du stylodosi- mètre peut tre effectuée selon au moins deux techniques différentes, à : -une première technique faisant intervenir une caméra vidéo couplée au stylodosimètre et permettant de reproduire une image vidéo de l'image fournie par le stylodosimètre ; -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 intervenir : -un dispositif photosensible linéaire comprenant une rangée de cellules optoélectroniques associée à des moyens permettant dé 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 actiondeur 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. Il est clair que, quelle que soit la technique utilisée, le stylodosimètre doit nécessairement comprendre des moyens optiques incorporés comprenant l'ensemble formé par le petit microscope et le réticule, qui sert à la fois à la lecture directe ou automatique de la dose enregistrée par l'électro- mètre. Il s'avère qu'en dépit de leurs multiples avantages, ces stylodosimètres présentent un certain nombre d'inconvé- nients principalement dus au fait que : -les moyens optiques qui leur sont incorporés, les rendent relativement coûteux et ne permettent pas d'envi sager de réduction notable de leur prix de revient ; -avant leur mise en service, ils doivent subir un réglage initial délicat et nécessitant l'intervention d'un opéra teur confirmé qui consiste en un calage-de l'électromètre sur la graduation zéro du réticule ; -dans le cas d'une lecture automatique du stylo, ils exigent l'emploi d'un système de lecture complexe conçu de manière à pouvoir faire une discrimination entre l'image du réticule et l'image de l'électromètre, puis une déter mination de la position de l'électrometre par rapport aux graduations du réticule -leur précision peut difficilement tre accrue sans augmenter considérablement leur prix de revient. Ces inconvénients ont pour effet de limiter l'utilisation des stylodosimètres aux personnes les plus sujettes à des risques d'exposition à des rayonnements ionisants et s'oppo- sent donc au principe d'une détection individuelle généraisée des doses de rayonnements ionisants. L'invention a donc pour but de supprimer ces inconvénients. Elle propose donc à cet effet, un système pour la détection individuelle des doses de rayonnements ionisants faisant intervenir, au moins : -un ou plusieurs capteurs individuels de rayonnements ioni- sants comprenant chacun un boîtier à l'intérieur duquel est incluse au moins une chambre d'ionisation équipée d'un électromètre comportant une partie mobile dont la position varie en fonction de la dose de rayonnement reçue, ce boîtier comprenant en outre au moins une zone optiquement transparente située au droit de ladite partie mobile ; -un dispositif de lecture commun audits capteurs et compre nant au moins un ensemble optique apte à engendrer une image de la partie mobile de lFélectromètre desdits capteurs, visible au travers de ladite zone ; et -des moyens prévus sur le dispositif de lecture et sur chacun des capteurs pour permettre un accouplement amovi ble de l'un des capteurs sur ledit dispositif de lecture, ces moyens étant conçus de telle sorte qu'en position accouplée, l'ensemble optique du dispositif de lecture soit réglé en position et en orientation sur la partie mobile de 1'électromètre. Le dispositif de lecture peut tre conçu pour permettre une lecture directe de la dose de rayonnement enregistrée par l'électromètre. Dans ce cas, l'ensemble optique peut consister en un microscope à réticule gradué sur lequel peut venir s'accoupler lesdits capteurs, de manière à pouvoir observer l'image virtuelle de la partie mobile sur le réticule. Toutefois, selon un mode d'exécution avantageux de l'inven- tion, ce dispositif de lecture est conçu pour effectuer une lecture électronique du capteur. Dans ce cas, l'ensemble optique est agencé de manière à projeter l'image de la partie mobile du capteur sur la surface sensible d'un détecteur photo-électronique. Le dispositif de lecture comprend alors des moyens de traitement des signaux émanant de ce détecteur, aptes à élaborer un signal représentatif de la dose enregistrée dans le capteur. Selon un mode d'exécution particulièrement avantageux de l'invention, le susdit détecteur photo-électronique comprend 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 échantillonné. Le dispositif de lecture comprend alors un circuit électronique de traitement des signaux vidéo échantillonnés émis par le détecteur photo-électronique lors de chacune des scrutations et, de préférence, un processeur permettant d'effectuer l'analyse numérique des différents signaux obtenus. Bien entendu, dans un tel système, les moyens destinés à assurer l'accouplement du capteur sur le dispositif de lecture sont conçus de manière à ce que la susdite rangée de cellules optoélectroniques soit orientée dans l'axe de déplacement de l'image de la partie mobile de l'électromètre. 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 du capteur, le plan de détec- tion 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 coincidence entre la position zéro et la position pleine échelle de la partie mobile du capteur 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 ce capteur, 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 par rapport aux stylodosimètres classiques, 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 stylo où ne figure aucune autre information optique que la partie mobile de 1'électromè tre, de sorte que la lecture électronique est considéra blement simplifiée ; -en l'augmentation de la précision de lecture du capteur. Cette précision peut tre encore considérablement accrue en utilisant des capteurs comprenant deux ou plusieurs chambres d'ionisation équipées chacune d'un électromètre. Dans ce cas, le dispositif de lecture est alors doté d'au moins deux ensembles optiques aptes à engendrer, sur deux dispositifs photo-électroniques respectifs, l'image des parties mobiles des deux électromètres et d'un circuit de traitement permettant d'effectuer des mesures différentielles des doses enregistrées par lesdits électromètres. Bien entendu, l'invention concerne également les capteurs utilisés dans le système précédemment décrit. Ainsi, selon un mode d'exécution de 1'invention, ces capteurs peuvent avantageusement comprendre un corps tubulaire fermé à ses extrémités par deux parois optiquement transparentes. Ce corps renferme une chambre d'ionisation munie d'un électromètre dont la partie mobile consiste en un fil de quartz ainsi qu'un dispositif de charge de l'électromètre qui permet notamment le réglage du zéro du capteur. D'autres caractéristiques apparaîtront clairement à la lumière de la description ci-après avec référence aux dessins annexés sur lesquels o La figure 1 est une coupe axiale schématique d'un stylodosimètre classique et du dispositif de lecture automatique qui lui est associé ; La figure 2 est une coupe schématique d'un capteur de rayonnement accouplé à un dispositif de lecture auto matique ; La figure 3 est une représentation schématique d'un dispositif photosensible linéaire utilisable dans les exemples représentés sur les figures 1 et 2. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, le stylodosimètre comprend un corps tubulaire 1 refermé, à chacune de ses extrémités, par deux parois transparentes, à savoir, une paroi 2 servant d'entrée de lumière et une paroi 3 servant d'occulaire. Le volume intérieur de ce corps 1 est divisé en trois parties : -une partie centrale II constituant une chambre d'ionisa tion 4 comprenant un électromètre dont la partie mobile, constituée par un fil de quartz métallisé 5, est montée sur une cloison transparente 6 qui limite, d'un côté, la chambre d'ionisation 4 ; l'autre côté de la chambre d'ioni- sation 4 se trouve quant à elle limitée par une cloison 7 percée d'un trou coaxial formant un ; -une partie I comprise entre le diaphragme 7 et la paroi 3 servant d'occulaire, cette partie I comportant un disposi tif optique constituant un petit microscope réglé sur la partie transversale du fil de quartz 5 de l'électromètre, et un réticule 8 dispose entre les-lentilles L1 et L2 du dispositif optique ; -une partie III comprise entre la cloison transparente 6 et la paroi transparente 2, qui comporte le circuit de charge de l'électromètre (non représenté). La lecture automatique de ce stylodosimètre s'obtint au moyen d'un dispositif de lecture 10 comprenant un objectif L3 destiné à projeter l'image de la partie transversale du fil 5 de l'électromètre et celle du réticule 8 sur un système optoélectronique de détection 11. A cet effet, le stylodosimètre est placé coaxialement à l'axe optique de l'objectif L3, avec sa paroi transparente 3 située du côté du lecteur 10, tandis que sa paroi d'entrée de lumière 2 est éclairée à l'aide d'une source lumineuse (non représentée). Ainsi, la lentille L2 du stylodosimètre forme, à l'infini, l'image du fil 5 et du réticule 8. Cette image est ensuite projetée sur le plan de détection du système optoélectroni- que de détection 11, grâce à l'objectif L3 du dispositif de lecture 10. Le réticule 8 se présente sous la forme d'une échelle graduée allant de zéro jusqu'à une valeur correspondant au maximum de la dynamique du stylo. Il est clair que dans ce type de réalisation, le système optoélectronique 11 devra tre couplé à un circuit de traitement complexe, permettant de repérer la position de l'image du fil 5 par rapport à l'image des graduations du réticule 8. De mme, le stylo devra subir un réglage précis pour assurer une bonne correspondance entre les positions du fil 5 de 1'électromètre et les graduations du réticule 8 (réglage du zéro et de la pleine échelle sur le réticule 8). L'invention propose donc un système plus simple et qui supprime ces inconvénients. Ce système fait intervenir, au lieu des stylodosimètres précédemment décrits, des capteurs sans microscope ni réti- cule,'pouvant ne comprendre qu'une chambre d'ionisation équipée d'un électromètre muni de son circuit de charge. La figure 2 montre un exemple de réalisation d'un tel capteur qui présente une structure analogue à celle des parties II et III du stylodosimètre représenté figure 1. Ce capteur comprend, en conséquence, un corps tubulaire 1 refermé à chacune de ses extrémités par une paroi transparente 2,3. Ce corps 1 renferme une chambre d'ionisation 4 limitée d'un côté par une cloison transparente 6 portant le fil de quartz 5 de l'électromètre et, de l'autre côté, par une cloison 7 percée d'un trou coaxial formant un diaphragme. D'une façon analogue, le circuit de charge de 1'électromètre se trouve logé dans l'espace compris entre la paroi transparente 6 et la cloison transparente 2. La lecture de ce capteur est obtenue au moyen d'un dispositif de lecture 12 comprenant un corps 13 délimitant une chambre de projection 14 qui communique optiquement avec un logement 15 ouvert à l'extérieur par l'intermédiaire d'un dispositif optique de projection pouvant comprendre, comme représenté, une lentille de projection L'3 et un diaphragme 16. A l'intérieur de la chambre de projection 14 est disposé un système de détection optoélectronique 11 dont la face sensible est centrée dans le plan focal image du dispositif de projection L'3. Le logement 15 s'étend coaxialement à l'axe optique XX'du dispositif de projection L3 et présente une section sensiblement complémentaire de la forme extérieure du corps 1 du capteur. Ainsi, pour effectuer la lecture d'un capteur, on engage le corps 1 de ce capteur dans le logement 15, de manière à obtenir un positionnement très précis du capteur par rapport au dispositif de lecture 12, positionnement selon lequel la partie transversale du fil de quartz 5 de 1'électromètre se trouve convenablement située et orientée dans le plan focal objet du dispositif de projection L'3. La paroi transparente 2 du capteur peut alors tre éclairée de manière à ce que le dispositif de projection forme direc- tement l'image de la partie transversale du fil de quartz 5 de l'électromètre sur la face sensible du système de détec- tion optoélectronique 11. Ce dispositif photosensible peut notamment, mais non exclusivement, consister en un ou plusieurs circuits intégrés du type du circuit TH 7802 de la Société Thomson-CSF, schémati- se sur la figure 3. Ce circuit comporte une ligne photosensible 18 constituée par 1024 photo-éléments 19 séparés par des canaux d'isolement de 3 Vm de largeur. Chaque photo-élément 19 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 20 isole la ligne photosensible 18 des registres de lecture 21 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 15, vers les registres de lecture 21. Dans l'exemple représenté, ces registres de lecture 21 sont au nombre de deux, situés de part et d'autre de la ligne photosensible 15. Ces deux registres 21 reçoivent respectivement des charges accumulées dans l. es photo-éléments de rang pair et de rang impair. Ces registres transfèrent séquentiellement les charges de chaque photo-élément 19 vers un circuit de sortie. Les charges issues de chaque registre sont multiplexées dans une diode de lecture 22 commune, assurant la conversion charge-tension. Cette diode 22 est reliée à l'entrée d'un amplificateur 23 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 25. 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 la position de l'image de la partie transversale du fil de quartz 5-de l'électromètre sur la ligne photosensible 18 est variable selon la dose détectée par le capteur. Par ailleurs, il est possible de faire en sorte que, par construction, les capteurs présentent tous un mme facteur d'échelle. Il s'avère donc que pour permettre au circuit à microprocesseur 25 d'effectuer une lecture de la dose détectée par un capteur, c'est-à-dire d'attribuer à une position de l'image du fil 5 de l'électromètre sur la ligne photosensible 18, une valeur de dose correspondante, il est nécessaire que le microprocesseur 25 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 capteur. A cet effet, deux solutions peuvent tre envisagées : -La première solution consiste à effectuer un étalonnage préalable de tous les capteurs, de telle manière qu'au zéro, l'image du fil 5 de l'électromètre sur la ligne photosensible soit au mme endroit et, par conséquent, sur le mme photo-élément 19 ou pixel qui sera donc appelé Po. Cet étalonnage peut s'effectuer automatiquement en modi fiant la charge de la capacité d'adaptation du capteur ou en modifiant la quantité de gaz contenu dans la chambre d'ionisation 4. -La deuxième solution consiste à repérer la position zéro de chacun des stylos et d'indiquer, par exemple sous la forme d'un code à barres, les informations relatives à cette position, sur le corps 1 du capteur. Dans ce cas, le dispositif de lecture doit en outre comprendre un disposi tif de détection 26 desdites informations. Cette solution permet avantageusement d'effectuer la lecture de capteurs présentant des facteurs d'échelle différents. Dans ce cas, le capteur devra en outre porter des informations relati ves à ce facteur d'échelle, lisibles par le dispositif de lecture. Comme précédemment mentionné, l'invention concerne des systèmes de détection utilisant des capteurs incorporant, par exemple dans un corps muni de deux logements cylindriques parallèles, deux structures de capteur telles que celles du capteur représenté sur la figure 2. Le dispositif de lecture de ces capteurs est alors muni de deux ensembles optoélectroniques, de manière à pouvoir effectuer une lecture simultanée des doses enregistrées par les deux électromètres du capteur et, éventuellement, d'effectuer des mesures différentielles des doses détectées. Cette solution permet d'accroître considérablement la précision de la mesure des doses de rayonnement. Revendications de brevet 1. Système pour la détection individuelle de doses de rayonnements ionisants, notamment de rayonnements Y, caractérisé en ce qu'il fait intervenir : -un ou plusieurs capteurs individuels de rayonnements y comprenant chacun un boîtier (1) à l'intérieur duquel est incluse au moins une chambre d'ionisation (4) équipée d'un électromètre comportant une partie mobile. (5) dont la position varie en fonction de la dose de rayonnement reçue, ce boîtier (1) comprenant en outre au moins une zone optiquement transparente (3) située au droit de ladite partie mobile (5) ; -un dispositif de lecture (10) commun audits capteurs et comprenant au moins un ensemble optique (L3) apte à engen drer une image de la partie mobile (5) de 1'électromètre desdits capteurs, visible au travers de ladite zone trans parente (3) ; et -des moyens prévus sur le dispositif de lecture (10) et sur chacun des capteurs pour permettre un accouplement amovi ble de l'un des capteurs sur ledit dispositif de lecture, ces moyens étant conçus de telle sorte qu'en position accouplée, l'ensemble optique du dispositif de lecture (10) soit réglé en position et en orientation sur la partie mobile (5) de 1'électromètre. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de lecture consiste en un microscope à réticule gradué sur lequel peut venir s'accoupler lesdits capteurs, de telle manière qu'une fois un capteur accouplé sur le dispositif de lecture, le microscope se trouve réglé sur la partie mobile (5) de 1'électromètre. 3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de lecture (11) est conçu pour effectuer une lecture électronique des capteurs, en ce que le susdit ensemble optique (L'3) est agencé de manière à projeter l'image de la partie mobile du capteur sur la surface sensible d'un détecteur photo-électronique (11), et en ce que le dispositif de lecture (12) comprend alors des moyens de traitement (25) des signaux fournis par ce détecteur (11), aptes à élaborer un signal représentatif de la dose de rayonnement. enregistrée dans le capteur. 4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que le susdit détecteur photo-électronique (11) comprend au moins une rangée de cellules optoélectroni- ques (18) associées à des moyens (20,21,25) permettant de relever séquentiellement les informations fournies par lesdites cellules (19) 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 comprend alors un circuit électronique de traitement des signaux vidéo échantillonnés émis par le détecteur photoélectronique (11) lors de chacune des scrutations et, de préférence, un processeur (25) permettant d'effectuer l'analyse numérique des différents signaux obtenus. 5. Système selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les moyens destinés à assurer l'accou- plement du capteur sur le dispositif de lecture (12) sont conçus de manière à ce que la susdite rangée de cellules optoélectroniques (19) soit orientée dans l'axe de déplacement de l'image de la partie mobile (5) de 1'électromètre. 6. Système selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le plan de détection du détecteur photo-électronique (11) comprend des repères conventionnels représentatifs du zéro des capteurs et/ou de sa valeur de pleine échelle. 7. Système selon la revendication 6,caractérisé en ce que les susdits repères sont communs à tous les capteurs, lesquels sont alors initialement réglés pour obtenir une coincidence entre la position zéro et la position de pleine échelle de la partie mobile (5) de 1'électromètre et celles des repères correspondants du dispositif de lecture (11). 8. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que chacun des capteurs comprend des indications lisibles par le dispositif de lecture à partir desquelles celui-ci pourra déterminer, pour ledit capteur, les informations relatives auxdits repères. 9. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le susdit capteur comprend au moins deux chambres d'ionisation équipées chacune d'un électromètre, et en ce que le dispositif de lecture (12) est doté d'au moins deux ensembles optiques aptes à engendrer, sur deux dispositifs photo-électroniques respectifs, l'image des parties mobiles (5) des deux électromètres. 10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que le susdit dispositif de lecture comprend un circuit de traitement permettant d'effectuer des mesures différentielles des doses enregistrées par lesdits électromètres. 11. Capteur individuel utilisable dans un système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier (1) à l'intérieur duquel est incluse-au moins une chambre d'ionisation (4) équipée d'un électromètre comportant une partie mobile (5) dont la position varie en fonction de la dose de rayonnement reçue, ce boîtier comprenant en outre au moins une zone optiquement transparente (3) située au droit de ladite partie mobile (5). 12. Capteur selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend un corps tubulaire (1) fermé à ses extrémités par deux parois optiquement transparentes (2, 3), ledit corps (1) renfermant une chambre d'ionisation (4) munie d'un électromètre équipé de son circuit de charge. 13. Capteur selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend un corps délimitant deux chambres d'ionisation munies de deux électromètres respectifs équipés de leurs circuits de charge, et en ce que ledit corps présente au moins deux parois transparentes respectivement disposées au droit des parties mobiles desdits électromètres.