Brevet FR2600169A1 — publié le 19871218

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LA DETECTION D'UN RAYONNEMENT IONISANT, PAR LA MESURE DE LA VARIATION DE LA CHARGE D'UN ELECTRET. La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la détection d'un rayonnement ionisant, par la mesure de la variation de la charge d'un électret. D'une manière générale, on sait que sous l'effet d'un rayonnement ionisant, un électret (c'est-à-dire une feuille diélectrique électriquement chargée) subit une décharge progressive et/ou se recouvre graduellement d'une couche ionique neutralisant la charge. Ainsi, en mesurant les variations de la charge de l'élec- tret, on obtient donc un paramètre permettant de quantifier le rayonnement ionisant. On a donc déjà proposé, pour effectuer une telle mesure, de nombreux dispositifs utilisant cette propriété. Toutefois, il s'avère que ces dispositifs font nécessairement intervenir des circuits électroniques de mesure relativement complexes et coûteux, puisqu'il s'agit en fait de mesurer des courants extrêmement faibles, de l'ordre de 10 14 à 10 15 ampères. C'est la raison pour laquelle l'emploi de ce type de dispositifs ne s'est pas généralisé. L'invention a donc tout d'abord pour but de supprimer cet inconvénient de manière à permettre la réalisation de dispositifs de mesure autonome présentant unc grande simplicité et pouvant être utilisés individuellement. Pour parvenir à ce résultat, le procédé selon l'invention fait intervenir un électret dont l'une des faces est au moins partiellement recouverte par une plage électriquement conductrice telle que, par exemple, une métallisation. Il consiste à exposer la face de l'électret qui n'est pas recouverte, au milieu dont on veut déterminer l'activité, et à mesurer la variation de la charge dudit électret au moyen d'un électroscope, grâce à un couplage capacitif entre ladite plage électriquement conductrice et une électrode disposée en regard de cette plage et reliée à l'électromètre de l'électroscope, la charge initiale de cet électroscope étant en conséquence liée à la charge initiale de l'électret. Avantageusement, l'électroscope utilisé présentera une structure similaire à celle d'un stylodosimètre classique. Dans ce cas, un dispositif selon l'invention peut comprendre un électret de forme cylindrique disposé coaxialement au stylodosimètre et présentant une surface cylindrique inter-ne recouverte d'une matière électriquement conductrice, une électrode cylindrique disposée dans le volume annulaire compris entre l'électret et le corps du stylodosimètre, coaxialement à celui-ci, et une liaison électrique traversant ledit corps pour relier ladite électrode à l'électromètre du stylodosimètre. Une telle structure peut avantageusement servir pour la réalisation d'un dispositif de mesure de l'activité d'un liquide radioactif. A cet effet, il est possible d'utiliser un élément tubulaire coaxial au stylodosimètre et dont le diamètre ést prévu de manière à obtenir entre cet élément tubulaire et l'électret éventuellement protégé par un revêtement, un passage annulaire par lequel on fait circuler le liquide. L'invention permet en outre de résoudre les problèmes relatifs à la mesure individuelle de la contamination d'un fluide, par exemple la contamination atmosphérique, par des aérosols, des matières radioactives en suspension, ou des gaz radioactifs. En effet, à l'heure actuelle, ce type de mesures fait intervenir des installations relativement complexes et coûteuses comportant nécessairement - des dispositifs de prélèvement d'air des locaux contrôlés, munis de liaisons aéroliques qui conduisent, grâce à une dépression engendrée par une turbine, les flux d'air prélevés, sur un filtre destiné à retenir les matières en suspension - un détecteur disposé à proximité immédiate du filtre et conçu pour effectuer la mesure de l'activité des matières radioactives retenues par le filtre - un dispositif pour le traitement des signaux délivrés notamment en vue d'obtenir une grandeur représentative de l'activité volumique du local - des moyens permettant d'isoler l'ensemble de détection (filtre/détecteur) de la radioactivité venant de l'exté rieur, ces moyens se présentant habituellement sous la forme d'enceintes en plomb relativement lourdes et volumi neuses, de compteurs de garde, etc... t et - un dispositif permettant de changer périodiquement les filtres. I1 s'avère en pratique que ces installations présentent un certain nombre d'inconvénients. Tout d'abord, la mesure effectuée par ces installations n'est pas véritablement représentative de la nuisance au niveau de l'individu, notamment du fait qu'habituellement l'atmosphère qui règne dans la pièce n'est pas homogène et que l'individu peut se déplacer alors que le point de prélèvement reste fixe. Ce problème est considérablement accru lorsque la pièce est équipée d'un système de ventilation. Un autre inconvénient de ces installations consiste en ce qu'elles font nécessairement intervenir un dispositif d'entraînement dynamique de l'air avec un système complexe de régulation pour obtenir un débit constant. En raison du fait que le flux d'air entraîné doit passer au travers du filtre, il convient donc d'utiliser une pompe ou une turbine relativement puissante et, par conséquent, coûteuse et encombrante. A cet inconvénient se rajoute le fait que le filtre se colmate progressivement en induisant une perte de charge variable que le système de régulation devra compenser pour maintenir le débit constant et éviter une dégradation de la mesure. En outre, les installations actuellement utilisées sont sujettes au problème de la contamination du détecteur, dû à la présence de celui-ci en regard du filtre. A l'heure actuelle, ce problème ne peut être résolu qu'en changeant régulièrement le détecteur, la décontamination de ce dernier étant une opération délicate. En conclusion, ces installations sont coûteuses à l'achat et en entretien, elles sont lourdes donc peu maniables et ne peuvent pas être multipliées aisément. L'invention parvient à éviter ces inconvénients en combinant les deux propriétés des électrets, à savoir : la variation de la charge électrique de l'électret sous l'effet des rayonnements ionisants et les propriétés mécaniques du champ électrostatique produit par l'électret. Ainsi, le procédé pour la mesure de la contamination produite par des matières radioactives en suspension dans un fluide consiste, selon l'invention, à assurer une circulation de fluide à débit constant sur l'électret, de manière à permettre, d'une part, le piégeage des aérosols contenus dans le fluide grâce au champ électrostatique produit par l'électret, de sorte que la fraction radioactive de ces aérosols crée des paires d'ions dans ledit fluide qui seront, à leur tour, piégés par ledit champ, ce piégeage entraînant alors une décharge de l'électret en fonction du nombre d'ions collectés et, d'autre part, à obtenir la concentration du fluide en aérosol par la mesure de ladite décharge à l'aide de l'électromètre. Des modes d'exécution de l'invention seront décrits ciaprès, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés, dans lesquels La figure 1 est une coupe axiale d'un dispositif pour la mesure de la contamination produite par des matiè res radioactives en suspension dans un fluide, ou par des gaz radioactifs, conformément au procédé selon l'invention La figure 2 est une coupe axiale d'un autre mode d'exécution du dispositif de mesure selon l'inven tion La figure 3 est une coupe selon A-A de la figure 2 La figure 4 est une coupe axiale d'un dispositif pour la mesure de l'activité d'échantillons de liquides radioactifs. I1 convient de noter que les dispositifs représentés sur ces dessins font intervenir des stylodosimètres de type classi que qui comprennent chacun 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, à savoir - une première partie délimitant une chambre centrale 4 logeant un électromètre dont la partie mobile ou étrier 5 constituée par un fil de quartz métallisé est montée sur une cloison transparente 6 occultant, de façon étanche, une extrémité-de ladite chambre 4 ; l'autre extrémité de la chambre 4 se trouve, quant à elle, limitée par une cloison 7 percée d'un trou coaxial 8 formant un diaphra gme - une deuxième partie comprise entre le diaphragme 8 et la paroi 3, cette deuxième partie contenant un dispositif optique 9 constituant un petit microscope réglé sur la partie transversale du fil de quartz 5 de l'électromètre, et un réticule 10 gradué ; et - une troisième partie comprise entre la cloison transparen te 6 et la paroi transparente 2 qui comporte habituelle ment le circuit de charge de l'électromètre. Il convient de noter cependant que, contrairement aux stylodosimètres classiques, la chambre centrale 4 ne constitue pas une chambre d'ionisation et peut avantageusement être mise sous vide. De même, le circuit de charge de l'électromètre pourra être supprimé. En effet, la charge initiale de l'électromètre étant imposée par l'électret, il n'est plus indispensable de prévoir de circuit de charge. Le dispositif de détection représenté sur la figure 1 fait en outre intervenir, disposés coaxialement au corps du stylodosimètre - une électrode cylindrique 11 convenablement isolée du corps 1 dans le cas où celui-ci est en matière électrique ment conductrice, cette électrode étant reliée à l'étrier 5 grâce à une liaison électrique 12 traversant le corps 1 du stylodosimètre - un électret cylindrique 13 dont la face cylindrique inté rieure est recouverte par une métallisation, cet électret 13 étant isolé de l'électrode au moyen d'un manchon en matière isolante 14 - une paroi extérieure cylindrique 15, de préférence plom bée, pour s'affranchir éventuellement du rayonnement gamma ambiant, cette paroi extérieure délimitant, avec l'électret 13 et le manchon isolant 14, un passage annu laire 16 par lequel peut passer le fluide dont on veut mesurer l'activité - des moyens permettant de faire circuler le fluide dans ledit passage à débit constant, ces moyens étant schémati sés en traits interrompus par une turbine 17 entraînée par un moteur 18. Le fonctionnement de ce dispositif est très simple. Par le processus de piégeage précédemment décrit, les matières radioactives contenues dans le flux de fluide circulant à débit constant dans le passage annulaire 16, provoquent la décharge progressive de l'électret 13. La valeur de cette décharge pourra être lue directement sur l'électromètre du stylodosimètre qui présentera alors un réticule convenablement gradué pour une interprétation directe de la mesure. Il convient de noter que pour permettre cette lecture, la paroi transparente 2 devra être exposée à la lumière, ce qui implique que le montage de la turbine 17 qui a été représentée à titr-e d'exemple devra être amovible. Bien entendu, les moyens permettant d'assurer la circulation du fluide dans le passage annulaire 16 pourront être différents. Ils pourraient aussi bien consister en une pompe ou en un système de venturi alimenté par une cartouche de gaz sous pression. Par ailleurs, ces moyens ne sont pas forcément incorporés au dispositif et peuvent être raccordés à celui-ci par un tube éventuellement souple. En outre, il peut être avantageusement prévu des moyens permettant d'assurer un remplacement périodique de llélec- tret 13. Les figures 2 et 3 montrent un exemple d'exécution du dispositif permettant de résoudre, d'une façon particulièrement avantageuse, le remplacement des électrets. Dans cet exemple, l'électrode n'est plus cylindrique mais consiste en une bande métallique 20 relativement étroite qui s'étend axialement, parallèlement au corps 1 du stylodosimètre et à faible distance de celui-ci. Cette électrode 20 est enrobée dans un manchon 21 en matériau isolant moulé autour du corps 1. Ce dispositif fait alors intervenir une pluralité d'électrets E1 à E8 distincts les uns des autres qui consistent chacun en un tube ou "cartouche", dont la surface cylindrique extérieure est métallisée. Ces tubes sont solidarisés les uns aux autres de manière à former un barillet cylindrique apte à venir se monter rotatif autour du manchon 21 et coaxialement à celui-ci, les électrets demeurant axés parallèlement à l'axe de rotation du barillet. Ce barillet, ainsi que, de préférence, le manchon 21, sont logés dans un boîtier cylindrique en plomb B qui présente deux faces planes circulaires 22, 23 perpendiculaires à l'axe du stylodosimètre et traversées par celui-ci et une face cylindrique 24. Les faces planes 22, 23 comprennent alors deux perçages coaxiaux respectifs 25, 26 dont l'axe commun s'étend parallèlement à l'électrode 20 et au droit de celle-ci, de manière à ce que, par une rotation du barillet, les cartouches d'électret E1 à E8 puissent être successivement amenées en communication avec des perçages 25, 26. L'un des deux perçages 25, 26 est alors connecté à des moyens (non représentés) permettant d'assurer une circulation du fluide dont on veut mesurer l'activité. I1 est clair que dans ce mode d'exécution, seule la cartouche d'électret placée au droit des perçages 25, 26 sera traversée par le fluide, les autres cartouches qui sont protégées des rayonnements ionisants par le boîtier étant en réserve. La mesure de la décharge ne s'effectuera donc que sur la cartouche traversée par le fluide. Lorsque cette cartouche s' avère déchargée, elle peut être remplacée par une autre cartouche, grâce à une simple rotation du barillet. La figure 4 montre un exemple dans lequel l'utilisation d'un stylodosimètre en association avec un électret métallisé permet d'effectuer des mesures de l'activité des liquides radioactifs. Dans cet exemple, le dispositif de détection comprend, coaxialement au corps du stylodosimètre - une électrode cylindrique 40 enrobée dans un manchon cylindrique 27 en matière électriquement isolante et connectée à l'étrier par une liaison électrique 28 - un électret cylindrique 29 entourant ladite électrode 40 - un boîtier cylindrique 30, de préférence en plomb, dont les faces supérieure et inférieure 31, 32 sont traversées coaxialement-par le corps 1 du stylodosimètre, ce boîtier 30 renfermant l'ensemble formé par l'électrode 40, le manchon en matière électriquement isolante 27 et l'élec tret 29 et délimitant avec ce dernier un volume annulaire libre 33 accessible, de l'extérieur, grâce à une ouverture coronale 34 prévue dans la face supérieure 31 ; et --un récipient amovible 35, de forme annulaire, et réalisé en un matériau perméable aux rayonnements ionisants venant s'engager dans le volume annulaire 33 grâce à ladite ouverture 34, la surface cylindrique intérieure 36 de ce récipient 35 s'étendant alors parallèlement et à faible distance de l'électret 29. Ce récipient 35, destiné à recevoir le liquide dont on veut mesurer l'activité, peut être jeté après utilisation. Le fonctionnement de ce dispositif est très voisin de celui des dispositifs précédemment décrits. Toutefois, dans ce cas, if n'y a pas de phénomène de piégeage, la décharge de l'électret 29 étant seulement due aux rayonnements ionisants émis par le liquide contenu dans le récipient. Revendications 1. Procédé pour la détection d'un rayonnement ionisant par la mesure de la variation de la charge d'un électret (13, E1 à E8, 29) dont l'une des faces est au moins partièllement recouverte par une plage électriquement conductrice, caractérisé en ce qu'il consiste à exposer la face libre de l'électret au milieu dont on veut déterminer l'activité, et à mesurer la variation de la charge dudit électret au moyen d'un électroscope, grâce à un couplage capacitif entre ladite plage électriquement conductrice et une électrode (11, 20, 40) disposée en regard de cette plage et reliée à l'électroscope. 2. Procédé selon la revendication 1, pour la mesure de la contamination produite par des matières radioactives en suspension dans un fluide, caractérisé par une circulation à débit constant du fluide sur l'électret (13, E1 à E8), de manière à permettre, d'une part, le piégeage des aérosols contenus dans le fluide grâce au champ électrostatique produit par l'électret (13, E1 à E8), de sorte que la fraction radioactive de ces aérosols crée des paires d'ions dans ledit fluide qui seront à leur tour piégés par ledit champ, ce piégeage entraînant alors une décharge de l'électret en fonction du nombre d'ions collectés et, d'autre part, à obtenir la concentration du fluide en aérosols, ou en gaz radioactifs, par la mesure de la décharge de l'électromètre. 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend - un électret (13, E1 à E8, 29) dont une face est au moins en partie recouverte par une plage électriquement conductri ce ; - un électroscope (1 à 9) associé à un micromètre ; et - une électrode (11, 20, 40) formant, avec ladite plage, un condensateur et reliée à l'électroscope par une liaison électriquement conductrice. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'électroscope (1 à 9) présente une structure similaire à celle d'un stylodosimètre classique. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend un électret (13, 29) de forme cylindrique disposé coaxialement au stylodosimètre et présentant une surface cylindrique-interne recouverte d'une matière électriquement conductrice, une électrode cylindrique (20, 40) convenablement isolée, qui est disposée dans le volume annulaire compris entre l'électret (13, 25) et le corps (1) du stylodosimètre, coaxialement à celui-ci, et une liaison électrique (12, 28) traversant ledit corps (1) pour relier ladite électrode (20, 40) à l'électromètre du stylodosimètre. 6. Dispositif selon la revendication-5, caractérisé en ce qutil comprend en outre une paroi extérieure cylindrique (15) disposée coaxialement au stylodosimètre et délimitant avec l'électret (13), un passage annulaire (16) par lequel peut circuler le fluide dont on veut mesurer l'activité, et des moyens (17, 18) aptes à provoquer une circulation du fluide dans le passage annulaire. 7. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite électrode (20) consiste en une bande relativement étroite qui s'étend axialement, parallèlement au corps (1) du stylodosimètre, en ce qu'il comprend une pluralité d'électrets (E1 à E8) distincts les uns des autres et consistant chacun en un tube dont la surface cylindrique extérieure est métallisée, lesdits tubes étant disposés parallèlement les uns par rapport aux autres et solidarisés les uns aux autres de manière à former un barillet cylindrique apte à venir se monter rotatif autour du stylodosimètre avec ladite électrode (20) disposée dans le volume annulaire compris entre le corps (1) du stylodosimètre et ledit barillet, en ce que ledit barillet et ladite électrode (20) sont renfermés dans un boîtier cylindrique (B) qui présente deux faces planes (22, 23) qui s'étendent normalement à l'axe du stylodosimètre et sont traversées par celui-ci, ces faces planes (22, 23) comprenant deux perçages coaxiaux respectifs (25, 26) dont l'axe commun s'étend parallèlement à l'électrode (20) et au droit de celle-ci, de manière à ce que, par une rotation du barillet, les électrets (E1 à E8) puissent être successivement amenés en communication avec lesdits perçages (25, 26) en vue de les rendre actifs, et en ce que l'un des deux perçages est connecté à des moyens permettant d'établir, à travers l'électret actif, une circulation du fluide dont on veut mesurer l'activité. 8. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un récipient amovible (35), de forme annulaire, venant s'engager coaxialement audit électret (29), ce récipient étant destiné à recevoir un liquide dont on veut mesurer l'activité. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier cylindrique (30), de préférence en plomb, dont les faces supérieure (31) et inférieure (32) sont traversées coaxialement par le corps (1) du stylodosimètre, ce boîtier (30) -renfermant l'ensemble formé par ladite électrode (40) et ledit électret (29), et en ce que ce boîtier (30) délimite, avec ledit électret (29), un volume annulaire (33) accessible, de l'extérieur, grâce à une ouverture coronale (34) prévue dans la face supérieure (31), de manière à pouvoir y loger le susdit récipient (35).