Brevet FR2622302A1 — publié le 19890428

La présente invention se situe dans le domaine des dispositifs pour la mesure d'un débit de dose ou d'une dose d'un rayonnement ionisant tel que des rayonnements gamma et bêta, ou gamma seul, utilisant comme détecteurs des tubes Geiger Muller (GM). I1 est connu que le nombre moyen d'impulsions électriques émises par un tube Geiger Muller n'est pas directement proportionnel au débit de dose de la source de rayonnement auquel il est soumis, et qu'en conséquence un tube est caractérisé par son efficacité et par son temps mort. On sait également que ces deux paramètres ne sont pas constants lorsque le tube vieillit. Divers dispositifs et procédés ont été utilisés pour compenser le défaut de linéarité des tubes, et pouvoir ainsi les utiliser dans une plus large gamme de rayonnement par exemple dans l'article "Application of Geiger Muller counters over a wide range of counting rates" paru dans la revue NUCLEAR INSTR. & METHODS IN PHYSICS RESEARCH Vol 189, 1981, ou dans le brevet FR-A-2 531 784 qui décrit un procédé de linéarisation fine avec emploi de registres mémoires et microprocesseurs. Le brevet FR-A-2 531 784, qui reprsente l'état de la technique le plus proche, décrit un dosièmEre-radiamètre permettant la mesure d'un débit de dose ou drue dose d'un rayonnement ionisant avec affichage 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 compte-tenu de la connaissance des paramètres propres à ce tube.Ces buts sont atteints grâce à un dosimètre-radiamètre qui comprend un circuit d'adaptation et de mise en forme des impulsions émises par le tube, des circuits de codage numérique en nombre binaire pur de l'efficacité et du temps mort de ce tube, des registres à entrées parallèles t sortie série dont les entrées sont reliées aux circuits de codage numérique, un cricuit de sélection assurant Ia liaison entre d'une part le circuit d'adaptation et les sorties de registres et d'autre part une unité de calcul telle qu'un système à microprocesseur, et une unité d'affichage de débit dose et/ou de dose. Ces éléments sont montés dans un bottier sonde et un bottier de traitement physiquement distincts mais reliés entre eux. Le boîtier sonde comprend le détecteur de rayonnement, le circuit d'adaptation, le circuit d'introduction des paramètres codés et le circuit de sélection, tandis que le bottier de traitement comprend l'unité de calcul et l'unité d'affichage. Ces radiamètres-dosimètres connus ne permettent pas l'écriture automatique des paramètres au moment de l'étalonnage, ni leurs lectures successives en série par le microprocesseur de calcul. La gamme de mesure de chacune des sondes est limitée malgré la linéarisation, et le bottier de calcul ne peut pas être branché simultanément sur plusieurs sondes. La présente invention remédie aux inconvénients si- gnalés ci-dessus en apportant des améliorations importantes relatives à la précision, à l'élargissement de la gamme de mesure, tout en facilitant l'emploi, l'étalonnage et le test de ce genre de dispositifs, en permettant de plus l'enregistrement rapide de paramètres tels que nombres moyens d'impulsions émises en présence de sources étalonnées alors même que la sonde est irradiée. Cette facilité permet en particulier l'enregistrement rapide de nombreuses valeurs d'étalonnage. Il s'ensuit que la précision de l'affichage peut être améliorée par une correction de linéarisation réalisée entre points d'étalonnage nombreux. L'invention a donc pour objet un dosimètreradiamètre pour la mesure dans une large gamme d'un débit de dose ou d'une dose d'un rayonnement ionisant, tel qu'un rayonnement gamma et bêta, ou gamma seul, dans lequel des impulsions en provenance d'un tube Geiger Muller de détection sont comptées à l'aide d'un microprocesseur effectuant un traitement de linéarisation par calcul d'un nombre d'impulsions modifié Ns tel que N5 = aNe (1) k (l-t Ne) dans laquelle a est une constante fonction de la durée de la mesure, Ne est le nombre d'impulsions émises par le tube pendant le temps de la mesure, k et t sont respectivement l'efficacité et le temps mort du tube, caractérisé en ce qu'il comprend - au moins un bottier sonde comportant au moins deux tubes Geiger Muller dont les gammes de mesure sont successives et adjacentes, un commutateur électronique permettant automatiquement l'utilisation du tube Geiger Muller adapté au débit de dose mesuré, une mémoire, dont le contenu peut être modifié électriquement à distance contenant les pa ramètres caractéristiques, notamment d'efficacité de temps mort, de chacun des tubes, - un bottier de traitement et de commande comportant un microprocesseur de traitement, un dispositif d'affichage, des dispositifs de commande, ce microprocesseur commandant et sélectionnant selon des sequences préprogram- mées l'un des boitiers sondes tout en bloquant les autres, - un bus unique de deux fils transmettant les paramètres stockés dans les mémoires de chacun des bottiers sondes, et les ordres de commandes provenant du microprocesseur, - et un fil transmettant les impulsions en provenance du tube utilisé dans le boîtier sonde sélectionné. Dans une variante de réalisation, les gammes successives de deux tubes Geiger comportent une plage de mesure commune, et la commande de commutation d'un tube sur l'autre est effectuée lorsque le nombre d'impulsions émises par le tube utilisé correspond à l'extrémité de la gamme de ce tube située dans la plage commune. Ce mode de réalisation est destiné à assurer une commutation franche entre les deux tubes en dépit des irrégularités du nombre d'impulsions dues aux tubes ou à la source d'émission. Dans un mode préféré de réalisation, la mémoire contient des mots ou informations binaires correspondant aux valeurs d'étalonnage et le débit de dose affiché est calculé par le microprocesseur à partir du nombre d'impulsions modifié Ns par extrapolation linéaire entre points d'étalonnage consécutifs. I1 s'ensuit une amélioration de la précision de la mesure du débit de dose réel. Dans le brevet FR-A-2 531 784, on calcule un nombre corrigé d'impulsions N's dont la valeur est N's= 1 207.Ns-60 si le nombre d'impulsions modifiée Ns se trouve dans une zone d'irradiation moyenne et N's = 0,70Ns - 1873 si le nombre d'impulsion modifié Ns se trouve dans une zone d'irradiation élevée. Ces corrections permettent d'aboutir à une mesure du débit de dose dont l'erreur est inférieure ou égale à 5% (voir fig.7 de -ce brevet). La connaissance de points d'étalonnage plus nombreux permet de calculer un nombre corrigé d'impulsions N's = bN5 + c (2) dans laquelle les coefficients b et c sont calculés par le micropro~cesseur en fonction des valeurs d'étalonnage des deux points consécutifs entre lesquelles la formule est appliquée. 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 1 est une vue schématique de l'ensemble d'un dosimètre-radiamètre selon l'invention, - la figure 2 est une vue de la partie du dosimètre de la figure 1 qui est rassemblée dans un bottier de commande et de traitement, le cas particulier illustré comportant un bottier sonde logé dans le bottier de commande et traitement, - la figure 3 est une vue schématique d'un bottier sonde représenté avec deux tubes, - la figure 4 montre un exemple de réalisation du commutateur de tube, - la figure 5 montre le recouvrement de deux gammes consécutives de chacun des deux tubes d'un bottier sonde. Sur la figure 1, on voit le bottier de traitement 200, contenant le dispositif d'affichage 220, le microprocesseur 230 relié au bus 280 qui permet l'adressage pour la sélection de l'une des n sondes 300 que comporte l'ensemble du dispositif, par exemple neuf sondes. Les impulsions mises en forme sont transmises au microprocesseur 230 par le fil 281. Les informations contenues dans la mémoire 314 sont envoyées au microprocesseur 230 par le bus 280 après l'interrogation du microprocesseur. Par exemple celle-ci comprend 2 mots de 8 bits, c'est-à-dire l'adresse esclave 316 de réception d'adressage, et l'adresse du premier paramètre. Les impulsions émises par le détecteur pluritubes 310 sont, après mise en forme, acheminées par le bus 280 vers le microprocesseur 230. Dans la figure 2 on voit un boîtier de commande et traitement 200 représenté-dans cet exemple particulier avec un bottier sonde interne 210. Ce bottier sonde est analogue aux bottiers sondes externes 300 représentées figure 3, à l'exception de la commande de commutation des tubes Geiger qui est transmise par le microprocesseur sur le fil 282 alors que dans le cas des bottiers sondes externes la commande est transmise par le bus 280. Le microprocesseur 230 reçoit les impulsions mises en forme provenant de la sonde sélectionnée, les compte, exécute un programme consistant à calculer d'une part un nombre modifié d'impulsions selon la formule (1) puis un nombre corrigé d'impulsions selon la formule (2) de linéarisation et affiche le débit de dose corrigé sur le dispositif d'affichage digital 220.Ce microprocesseur réalise en permanence l'intégration de ce débit de dose, dont le résultat peut être affiché sur le dispositif d'affichage 220 par action sur le commutateur 233. Le bottier 200 comporte également une source d'alimentation électrique 240 reliée par un interrupteur 243 aux alimentations basse tension 242 et haute tension 241. Le bottier 200 est en liaison avec les bottiers sondes par le bus 280 et le fil 281, branchés sur la prise 270. La figure 3 représente l'une des sondes 300, comprenant ici deux tubes Geiger Muller 311 et 312 commutables par le dispositif de commande de commutation 313, le fil de liaison 318, et le commutateur 400. Les impulsions émises par l'un ou l'autre de ces tubes sont dirigées vers le dispositif 315 d'adaptation du seuil de prise en compte des impulsions et de mise en forme des impulsions ; ces impulsions sont ensuite envoyées vers le microprocesseur 230 par le fil 281 ou bloquées par un état de blocage envoyé par le fil 317, lorsque la sonde n'est pas sélectionnée par le microprocesseur. Les informations contenues dans la mémoire 314 sont transmises au microprocesseur 230 sur interrogation de ce dernier par l'intermédiaire du bus 280. Les alimentations électriques basse tension 342 et haute tension 341 sont générées à partir d'une source 340. Dans cet exemple, l'alimentation haute tension peut être coupée par un état envoyé par le microprocesseur sur le fil de commande 319, ceci afin d'augmenter la durée d'utilisation de la source. Les figures 4 et 5 illustrent un exemple de mode de réalisation de la commutation entre deux tubes Geiger Muller présentant des gammes de mesure successives comportant une plage commune. Le principe est de faire fonctionner les deux tubes 311 et 312 avec la même haute tension et en utilisant le même circuit d'adaptation du seuil de prise en compte et de mise en forme des impulsions. La commutation est réalisée à l'aide de deux transistors VMOS (ou similaire) 411 et 412 branchés à la borne basse tension de chacun des tubes, en opposition, de sorte que la saturation de l'un des transistors corresponde au blocage de l'autre, et d'un comparateur 320 dont l'entrée. inver- seuse est reliée par le fil 318 au dispositif de commande de commutation 313. Dans la représentation de la figure 4, le tube Geiger Muller 311 correspond à la gamme basse de radiation et le tube 312 à la gamme haute. Ces gammes vont respectivement dans l'exemple décrit de un millirad/heure à un rad/heure et de 0,9 rad/heure à un kilorad/heure. A la mise sous tension le transistor 411 est saturé : le transistor 412 est donc bloqué.La commutation sur le transistor 412 est commandée par le microprocesseur 230 lorsque le nombre d'impulsions comptées par celui-ci correspond à un débit de 1 rad/heure et que ce nombre augmente. Lorsque le transistor 412 est saturé, la commutation sur le transistor 411 se fait pour un nombre d'impulsions correspondant à 0,9 rad/heure et que ce nombre diminue. La plage de recouvrement entre 0,9 rad et 1 rad est destinée-à assurer des commutations franches. On note également sur la figure 4 que les courants de charge des tubes 311 et 312 étant différents, les résistances de charge 320 et 321 sont placées en série et que la polarisation des transistors 411 et 412 est réalisée à partir de la source unique de haute tension par des résistances de forte valeur 415 et 416 (environ 9 fois. la valeur de la résistance 321) branchées en parallèle sur chacun des tubes 311 et 312. Cette disposition permet de réduire sensiblement le prix et l'encombrement de la partie sonde. - REVENDICATIONS 1 - Dosimètre radiamètre pour la mesure dans une large gamme, d'un débit de dose ou d'une dose d'un rayonnement ionisant, tel qu'un rayonnement gamma et bêta, ou gamma seul, dans lequel des impulsions en provenance d'un tube Geiger Muller de détection sont comptées à l'aide d'un microprocesseur (230) effectuant un traitement de linéarisation par calcul d'un nombre~d'impulwsions modifié Ns tel que Ns = aNe (1) k (l-tNe) dans laquelle a est une constante fonction de la durée de la mesure, Ne est le nombre d'impulsions émises par le tube pendant le temps de la mesure, k et t sont respectivement l'efficacité et le temps mort du tube, caractérisé en ce qu'il comprend - au moins un boîtier sonde (300) comportant au moins deux tubes Geiger Muller (310,311,312) dont les gammes de mesure sont successives et adjacentes, un commutateur électronique (400) permettant automatiquement l'utilisation du tube Geiger Muller adapté au débit de dose mesuré, une mémoire (314), dont le contenu peut être modifié électriquement à distance contenant les paramètres caractéristiques, notamment d'efficacité,de temps mort, de chacun des tubes, - un bottier de traitement et de commande (200) comportant un microprocesseur de traitement (230), un dispositif d'affichage (220), des dispositifs de commande, ce microprocesseur (230) commandant et sélectionnant selon des séquences préprogrammées l'un des boitiers sondes (300) tout en bloquant les autres, - un bus unique (280) de deux fils transmettant les paramètres stockés dans les mémoires (314) de chacun des boitiers sondes, et les ordres de commandes provenant du microprocesseur, - et un fil (281) transmettant les impulsions en provenance du tube utilisé dans le bottier sonde sélectionné. 2 - Dosimètre radiamètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque boîtier sonde (300) comporte deux tubes Geiger Muller (311,312) dont les bornes haute tension sont reliées entre elles par une résistance (320), la borne de l'un des tubes (311) étant reliée à une source haute tension (241) par une résistance (321). 3 - Dosimètre radiamètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque boîtier sonde comporte deux tubes Geiger Muller et un commutateur qui comprend deux tran sisters (411,412) branchés en opposition à la borne basse tension de chacun des tubes (311,312) de telle sorte que la saturation de l'un des transistors corresponde au blocage de l'autre. 4 - Dosimètre radiamètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les gammes successives de deux tubes Geiger comportent une plage de mesure commune, et que la commande de commutation d'un tube sur l'autre est effectuée lorsque le nombre d'impulsions émises par le tube utilisé correspond à l'extrémité de la gamme de ce tube située dans la plage commune. 5 - Dosimètre radiamètre selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit de polarisation des transistors (411,412) de commutation comprend deux résistances (415,416) de forte valeur branchées en parallèle sur chacun des tubes Geiger Muller (311, 312). 6 - Dosimètre radiamètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que au moins un boîtier sonde est placé dans le bottier de traitement et de commande. 7 - Dosimètre radiamètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mémoire (314) contient des informations binaires correspondant aux valeurs d'étalonnage et en ce que le débit de dose affiché est calculé par le microprocesseur (230) à partir du nombre d'impulsions modifié Ns par extrapolation linéaire entre points d'étalonnage consécutifs.