Brevet FR2621704A1 — publié le 19890414

L'objet de l'invention est un procédé et un appareil de détermination de l'activité volumique réelle d'aérosols alpha artificiels dans l'air, au moyen de deux tubes compteurs proportionnels et d'une électronique de calcul. Il est absolument nécessaire de surveiller et/ou de déterminer les activités volumiques d'aérosols alpha dans l'air dans les entreprises qui s'occupent de la production et de la préparation d'éléments de combus- tible.La mesure de ces valeurs ne poserait pas de problème particulier s'il ne se trouvait pas dans l'air des activi- tés volumiques d'aérosols alpha naturels, telles que des produits de désintégration du radon et du thoron. Les pro- duits de désintégration du radon et du thoron se fixent sur des aérosols et sont alors mesurés comme activités alpha. De plus, l'activité volumique naturelle peut varier d'un facteur pouvant atteindre 10 au cours d'une journée en fonction des conditions météorologiques existantes. En raison de ces données, il est en géné- ral nécessaire, lors de la surveillance et/ou de la déter- mination, d'exclure dans la mesure du possible les activi- tés volumiques d'aérosols alpha naturels sans atténuer l'activité volumique d'aérosols alpha artificiels. On connaît deux procédés et appareils dif- férents de détermination des activités volumiques d'aérosols alpha artificiels dans l'air, qui sont le procédé de 2 2621704 différence de pseudocoïncidence alpha-béta ou ABPD et le procédé de contrôle de particules alpha dans l'air ou APIA. Ce dernier est un procédé de mesure alphaspectros- copique. Dans le procédé ABPD,on utilise les fixa- tions sur les aérosols qui apparaissent en tant qu'émet- teurs alpha dans la série du radon RaA, RaC' et RaC, ainsi que les produits de désintégration du thoron ThA, ThC' et ThC, afin de réaliser la compensation de l'activité alpha naturelle au moyen de la mesure spécifique de RaC et RaC' ainsi que de ThC et ThC'. Dans la mesure spécifique de RaC et RaC', on utilise le fait que, pour une désintégration béta du RaC, il se produit une désintégration alpha du RaC' avec une probabilité de 50% au cours de la demi-vie de 160 milli- secondes. Comme ThC' ne possède qu'une demi-vie de 0,3 millisecondes, il se produit pratiquement au cours de 160 millisecondes pour chaque désintégration béta du ThC une désintégration alpha du ThC'. Ces désintégrations bêta alpha successives sont désignées comme pseudocoincidences et représentent une propriété caractéristique des produits de désintégration du radon et du thoron. Par la mesure des pseudocoincidences,on peut déterminer les activités alpha naturelles et en soustrayant ces valeurs des valeurs de l'activité alpha totale,on peut déterminer l'activité vo- lumique d'aérosols alpha artificiels. Le procédé ABPD, qui présente les avanta- ges d'une mesure en continu en ligne, d'une mesure simul- tanée des activités volumiques d'aérosols alpha et béta avec une limite d'indication faible, et d'un fort débit d'air (40 à 50 m3/heure) comporte aussi des inconvénients considérables. Par exemple, les paramètres des données extérieures, locales, comme les conditions météorologiques, la température, l'âge des masses d'air, la géologie du lieu, etc., interviennent aussi dans les facteurs destinés à la 3 2621704 compensation des activités volumiques naturelles en vue de déterminer le résultat de mesure de l'activité volu- mique artificielle. Les facteurs doivent être déterminés localement; il faut aussi simuler des conditions extrêmes. Si les paramètres des données locales varient, le procédé ABPD est par nature incapable de réagir "vite", il en résulte une adaptation "lente" aux variations. Le procédé APIA est un procédé alphaspec- troscopique dans lequel, par une haute discrimination d'énergie, on exclut les difficultés de compensation des activités volumiques naturelle et artificielle. Il com- porte cependant les inconvénients d'un faible débit d'air d'environ 2000 litres/heure, d'une construction compliquée et donc onéreuse du dispositif de saupoudrage et de la chambre de mesure, car le détecteur doit fonctionner en dépression. De plus, le détecteur est exposé sans protec- tion aumilieu à mesurer dans le volume de mesure. Comme ce milieu comprend aussi dans certains cas des gaz agres- sifs, il en résulte une limitation spectaculaire du do- maine d'emploi ou de la durée de vie. L'invention a pour but de fournir un pro- cédé et un appareil pour déterminer l'activité volumique réelle d'aérosols alpha dans l'air, en conservant les avantages des procédés ABPD et APIA mais en évitant leurs inconvénients. Pour obtenir ce résultat, l'invention four- nit un procédé de détermination de la concentration réelle d'activité d'aérosols alpha artificiels dans l'air au moyen de deux tubes compteurs proportionnels et d'une électronique de calcul, comportant les étapes suivantes: a. On saupoudre un filtre disposé dans le flux d'air, en s'assurant qu'aucune activité d'aérosols alpha artificiels n'est présente, et on mesure le rayon- nement de nuclides naturels au moyen du tube compteur et du tube compteur en impulsions par seconde (fréquences de comptage alphaI et alpha2). b. On représente graphiquement le rapport alphal/alpha2 en fonction de alpha2, et on détermine pour chaque tube compteur les valeurs constantes corres- pondantes selon la méthode des moindres carrés (least square fit Y = m.x + b). c. On dispose les tubes compteurs sur deux niveauxde telle façon que le tube compteur inférieur me- sure lerayonnement de nuclides naturels et artificiels (fréquence du compteur alpha1) et que le tube compteur supérieur ne mesure que le rayonnement de nuclides natu- rels (alpha2). d. On mesure en mètres cubesle volume V traversant le filtre pendant le temps de mesure. e. On calcule la concentration C d'activité d'aérosols alpha artificiels en Becquerel par mètre cube selon la formule 1 i apa C =. [alpha (aalpha2 + a2) alpha2] dans laquelle Eta est la valeur en fraction décimale de la sensibilité du tube compteur inférieur. De préférence, dans l'appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé, une feuille de séparation d'une charge en masse de 2 mg/cm2 environ est disposée entre le tube compteur inférieur et le tube compteur supérieur. Le dessin représente schématiquement, à titre d'exemple, un mode de réalisation de l'appareil selon l'invention. La source de rayonnement est un filtre saupoudré X disposé au-dessous du tube compteur propor- tionnel inférieur 1, qui mesure des nuclides tant natu- rels qu'artificiels. La fréquence de comptage du tube compteur 1 est désignée par alpha1. La fréquence de comptage 2621704 alpha2 correspond au tube compteur supérieur 2. Le tube compteur supérieur 2 comporte une feuille de séparation 3 avec une charge massique de 2 mg/cm2 environ, de sorte que ce tube compteur 2 ne mesure que le rayonnement de nuclides naturels. Les tubes compteurs sont reliés à une électro- nique de calcul A connue en soi et qui ne sera donc pas décrite de façon plus détaillée. Cet appareil décrit plus haut permet la mise en oeuvre du procédé selon l'invention dit procédé de Discrimination de Plage d'Energie Alpha (ou AERD). Ce procédé AERD, destiné à déterminer l'acti- vité volumique réelle d'aérosols alpha artificiels dans l'air, est mis en oeuvre de la façon suivante. On expose les tubes compteurs 1 et 2, dis- posés sur deux niveaux, au rayonnement des nuclides natu- rels par saupoudrage du filtre X, en s'assurant qu'il n'existe aucun rayonnement de nuclides artificiels. A partir de la fréquence de comptage ainsi déterminée alpha1 (impulsions par seconde) du tube compteur 1 et de la fré- quence de comptage alpha2 du tube compteur 2, on calcule le rapport alphal/alpha2 et on le représente graphiquement en fonction de alpha2. On détermine la droite Y = m. x + b par la méthode des moindres carrés, une méthode par la- quelle on détermine une droite équidistante de tous les points de mesure et l'on obtient pour chaque tube compteur 1 et 2 une valeur constante a ou a2. Ces valeurs cons- tantes sont d'environ 0,029 pour a1 et 3,682 pour a2 selon les expériences réalisées. Après détermination de ces valeurs a1 et a2, on peut exposer l'appareil, comprenant les tubes compteurs proportionnels 1 et 2 sur deux niveaux, l'électronique de calcul A et le filtre X, au rayonnement des nuclides tant naturels qu'artificiels, la fréquence de comptage alpha1 du tube compteur 1 correspondant au rayonnement de nuclides tant naturels qu'artificiels et la fréquence de comptage alpha2 du tube compteur ne conservant que le rayonnement 6 2621704 des nuclides naturels. On mesure simultanément le volume V en mètres cube qui traverse le filtre X pendant la du- rée de la mesure. La sensibilité des tubes compteurs dans le procédé AERD est en moyenne d'environ 0,2, en tenant compte du fait que pour le procédé AERD seule la sensibilité Eta du tube compteur inférieur 1 est signi- ficative. On peut avec ces valeurs mesurées calculer l'activité volumique d'aérosols alpha artificiels C, en Becquerel par mètre cube par la formule: i 1 C =. Eta [alphal - (a1.alpha2 + a2) alpha2]. Apres détermination des valeurs constantes a1 et a2 comme décrit cidessus, on peut avec ce procédé, analyser en continu dans un volume d'air ou un flux d'air l'activité volumique d'aérosols artificiels émetteurs de rayonnements alpha sans nouveau calibrage de l'appareil. Le procédé AERD présente par rapport à l'état antérieur de la technique l'avantage que des variations même impor- tantes des aérosols naturels émetteurs de rayonnements alpha ne provoquent pas d'erreurs de mesure de l'activité et de la composition. Avec ce procédé AERD, on peut donc réaliser une surveillance entièrement automatique de l'air, avec mesure en ligne pour des débits d'air élevés et pour les plus faibles activités volumiques d'aérosols alpha. En outre, une installation de contrôle se- lon ce procédé AERD peut mesurer les aérosols émetteurs de rayonnement alpha artificiels, de façon très sensible, immédiatement après un changement de filtre. Il n'est donc plus nécessaire d'attendre que soit atteinte la saturation en aérosols naturels à courte durée de vie. Les essais ont montré que l'on peut statis- tiquement déceler de façon sûre des activités volumiques ar- tificielles inférieures à 0,037 Becquerel par mètre cube, 7 2O 6 2 16270 4 en présence d'activités volumiques naturelles variant for- tement et supérieures de plus d'un ordre de grandeur aux activités artificielles. REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination de la concentra- tion réelle d'activité d'aérosols alpha artificiels dans l'air au moyen de deux tubes compteurs proportionnels (1, 2) et d'une électronique de calcul (A), caractérisé par les étapes suivantes: a. On saupoudre un filtre (X) disposé dans le flux d'air, en s'assurant qu'aucune activité d'aérosols alpha artificiels n'est présente, et on mesure le rayonne- ment de nuclides naturels au moyen du tube compteur (1) et du tube compteur (2) en impulsions par seconde (fré- quences de comptage alpha1 et alpha2). b. On représente graphiquement le rapport alphal/alpha2 en fonction de alpha2, et on détermine pour chaque tube compteur (1 et 2) les valeurs constantes cor- respondantes selon la méthode des moindres carrés (least square fit Y = m.x + b). c. On dispose les tubes compteurs (1 et 2) sur deux niveaux de telle façon que le tube compteur inférieur (1) mesure le rayonnement de nuclides naturels et artifi- ciels(fréquence du compteur alphal) et que le tube comp- teur supérieur (2) ne mesure que le rayonnement de nuclides naturels (alpha2). d. On mesure en mètres cubesle volume V tra- versant le filtre pendant le temps de mesure. e. On calcule la concentration C d'activité d'aérosols alpha artificiels en Becquerel par mètre cube selon la formule 1 1 C = V. E- [alphaI - (al. alpha2 + a2) alpha2] dans laquelle Eta est la valeur en fraction décimale de la sensibilité du tube compteur inférieur (1). 9 26621704 2. Dispositif pour la réalisation du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une feuille de séparation d'une charge en masse de 2 mg/cm2environ est dis- posée entre le tube compteur inférieur (1) et le tube compteur supérieur (2).