Brevet FR2628536A1 — publié le 19890915

DISPOSITIF DE MESURE D'UN RAYONNEMENT DE FAIBLE VALEUR La présente invention se rapporte de façon géné- rale à la mesure d'un rayonnement et de façon plus par- ticulière à la mesure d'un rayonnement ionisant de faible valeur, Dans le domaine de la science médicale il existe un besoin de surveiller un rayonnement ionisant de faible valeur dans une ambiance humaine. Il ne suffit pas de détecter la présence d'un tel rayonnement ambiant. Il faut également pouvoir chiffrer le rayonnement ambiant. en termes d'une réponse équivalente du tissu humain. Typiquement, un rayonnement ambiant se mesure en termes de microrems heure (prem/h). Une plage habi- tuelle de mesure est 0-200 urem/h. Le rayonnement sur- veillé est typiquement un rayonnement gamma et un rayon- nement de rayons X allant d'environ 40 keV à 1,2 MeV. Les mesures de rayonnement ambiant permettent à un docteur en médecine de déterminer la sécurité rela- tive présentée par une ambiance humaine et de résoudre des problèmes de, par exemple, contamination par un rayonnement de faible valeur. Il est bien connu de l'homme de l'art qu'une chambre d'ionisation constitue un bon dispositif de me- sure du rayonnement du point de vue de la réponse équi- valente du tissu humain. Toutefois une chambre d'ionisa- tion typique, remplie d'air, reliée à l'atmosphère, ne peut pas mesurer avec succès un rayonnement ambiant sur la plage de 0-200 prem/h du fait de son faible rap- port propre signal-bruit. C'est-à-dire qu'il n'est pas possible de séparer avec précision le faible signal de courant continu attribué au rayonnement ambiant tombant sur la chambre de ionisation d'avec le bruit de fond en courant continu de la chambre de ionisation. Pour permettre la mesure du rayonnement ambiant par emploi d'une chambre d'ionisation, on peut mettre la chambre sous pression avec un gaz convenable qui donne un signal courant continu plus élevé, indicatif des valeurs du rayonnement ambiant, c'est-à-dire qui donne un rapport signalbruit élevé. Un appareil de mesure du rayonnement ambiant type 450 P fabriqué et distribué par Victoreen Instrument Co de Cleveland, Ohio incorpore une telle cham- bre d'ionisation sous pression. Bien que la mise sous pression d'une chambre d'ionisation avec un gaz convenable permette effective- ment son emploi comme dispositif de mesure du rayonnement ambiant, des problèmes se présentent. Une chambre d'ioni- sation sous pression est un dispositif sophistiqué et par conséquent ne se prête pas facilement par lui-même à être incorporé dans des instruments légers, portables, de mesure du rayonnement. En outre, la précision d'une chambre d'ionisation sous pression dépend fortement de savoir si elle maintient l'intégrité de la pression. Une perte même légère de pression dûe à une fuite de pression peut se traduire par des mesures de rayonnement impré- cises. En outre, l'épaisseur nécessaire de la paroi et.de la chambre d'ionisation lui permettant de fonctionner com- me récipient sous pression diminue, par sa nature même, la sensibilité du fait de l'effet d'atténuation de la paroi relativement épaisse de la chambre. Il serait souhaitable de disposer d'un instru- ment qui ne soit pas du type chambre d'ionisation pour mesurer avec précision le rayonnement ambiant sur la pla- ge 0-200 urem/h. Conformément à la présente invention, on propose un détecteur de rayonnement dans le cas duquel l'impact d'un rayonnement génère un signal d'impulsion présentant une composante de bruit courant continu. Un élément d'arrêt du courant continu, sous la forme préférée d'un condensateur, filtre la composante de bruit courant continu et l'extrait du signal d'impulsion tandis que les portions restantes du signal d'impulsion sont intégrées pour donner, en fonction du temps, un si- gnal courant continu indicatif de l'énergie moyenne des cas détectés de rayonnement. Le détecteur peut être sous la forme d'un élé- ment scintillateur plastique équivalent au tissu, opti- quement couplé à un tube photomultiplicateur dont le "courant d'obscurité" constitue la composante de bruit courant continu. On peut avoir une meilleure compréhension de l'invention en se référant à la description et aux reven- dications jointes prises en liaison avec le dessin joint sur lequel: La figure 1 est un diagramme schématique d'un circuit incorporant la présente invention et Les figures 2a, 2b et 2c sont des diagrammes de. frme d'onde indiquant le mode opératoire du circuit de la figure 1. En se référant à la figure 1, elle représente schématiquement un circuit pour mesurer un rayonnement ambiant de faible valeur conformément à la présente in- vention. Le circuit de la figure 1 comporte un détecteur de rayonnement 10 principalement sensible au rayonnement ionisant gamma et au rayonnement ionisant des rayons X. Le détecteur 10 comporte un élément scintillateur 12 opti- quement couplé à un tube photomultiplicateur 14. De pré- férence, l'élement scintillateur 12 est formé d'un maté- riau organique qui est un équivalent du tissu humain à l'égard des cas de rayonnement ou des particules tombant sur l'élément scintillateur 12. On peut par exemple uti- liser un élément scintillateur plastique à base de sty- rène formé à partir d'un matériau scintillateur plastique type BC 452, fabriqué et. distribué par le cessionnaire de la présente invention. L'élément scintillateur 12 et son tube photomultiplicateur associé 14 sont tous les deux conventionnels. Le tube photomultiplicateur 14 donne, sur une ligne de signal 16, un signal d'impulsion indicatif de cas détectés d'impact, en fonction du temps, et indica- tif de l'énergie de chacun des cas détectés d'impact. On va décrire plus complètement la nature du signal d'impulsion fourni par l'intermédiaire de ia ligne de signal 16 en se référant aux figures 2a, 2b et 2c. Une résistance de charge 18 du tube photomultiplicateur con- ventionnel est reliée entre la ligne de signal d'impul- sion 16 et le point neutre du circuit de la figure 1. Conformément à la présente invention, un conden- sateur 20 est relié en série entre la ligne du signal d'impulsion 16 et la première extrémité d'une résistance de différentiation 22 dont'l'autre extrémité est reliée au point neutre du circuit de la figure 1. On va discu- ter ci-dessous le fonctionnement du condensateur 20 en se reportant aux figures 2a, 2b et 2c. Les autres éléments du circuit de la figure 1 comportent une diode 24, un amplificateur opérationnel 26, un voltmètre 34 du type à mouvement de D'Arsonval, une résistance de rétroaction 36 et un condensateur de rétroaction 38. La diode 24 a sa cathode reliée au point d'interconnexion de la résistance de différentiation 22 et du condensateur 20, comme représenté. L'anode de la diode 24 est reliée à l'entrée d'inversion 28 de l'ampli- ficateur opérationnel 26, dont l'entrée de non inversion 30 est reliée au point neutre du circuit de la figure 1, comme représenté, pour fonctionner comme point de réfé- rence. La résistance de rétroaction 36 et le condensa- teur de rétroaction 38 sont reliés en paralèlle l'un avec l'autre et aux bornes de l'entrée 28 et de la sortie 32 de l'amplificateur opérationnel 26. La sortie 32 de l'am- 2628536 plificateur opérationnel 26 pilote le voltmètre 34 de façon conventionnelle. Il faut noter-que les éléments 24, 26, 34, 36 et 38 fonctionnent ensemble de façon conven- tionnelle semblable à un circuit de mesure du débit d'une pompe de charge comme représenté et discuté dans le bre- vet US-4 617 680 possédé par le cessionnaire de la pré- sente invention et incorporé en totalité ici à titre de référence. Le mode opératoire du circuit de la figure 1 de- viendra plus apparent en se référant aux figures 2a, 2b et 2c. En se référant en particulier à la figure 2a, elle représente le signal d'impulsion du tube photomul- tiplicateur sur la ligne 16. Un tel signal d'impulsion étant constitué par le "courant d'obscurité" du tube photomultiplicateur 14 et par une série d'impulsions d'amplitude variable générées par l'impact du rayonne- ment sur l'élément scintillateur 12. L'amplitude des impulsions varie de façon connue en fonction du niveau énergétique du cas d'impact du rayonnement sur le scin- tillateur 12. La fréquence des impulsions est indicative de la fréquence des cas qui surviennent en fonction du temps. Il est bien connu de l'homme de l'art qu'un tube photomultiplicateur 14 a sa composante de bruit courant continu, connue sous le nom de"courant d'obscurité" qui est définie comme courant d'anode mesuré en l'absence de tout éclairement de la photocathode du tube 14. Le "courant d'obscurité" du tube photomultiplicateur 14 est le bruit thermoionique du tube 14. Le présent inventeur a reconnu qu'en mesurant un rayonnement ambiant de faible valeur avec un détecteur 10 qui génère un signal d'impul- sion comme indiqué sur la figure 2a, il faut éliminer la composante de bruit "courant d'obscurité" d'un tel signal d'impulsion ou la compenser d'une autre façon. Il faut noter que, tandis que le détecteur 10 tel qu'il est illus- 6 2628536 tré comprend un élément scintillateur 12 en combinaison avec un tube photomultiplicateur 14, on considère nette- ment que l'on pourrait utiliser d'autres détecteurs, sem- blables au point de vue fonction au détecteur 10, pour appliquer la présente invention. Par exemple, au lieu du scintillateur 12 et du tube photomultiplicateur 14, on pourrait utiliser un détecteur de rayonnement de type semi-conducteur. Un tel détecteur de type semi-conduc- teur fournirait un signal d'impulsion qui aurait comme composante une composante de bruit courant continu non provoquée par un cas d'impact de rayonnement. Par consé- quent une telle composante de bruit serait analogue au "courant d'obscurité" du tube photomultiplicateur 14. En se référant à la figure 2b, on peut voir l'effet du condensateur 20 sur le signal provenant du tube photomultiplicateur 14. Le condensateur 20 fonction- ne comme moyen d'arrêter la composante de bruit courant continu (c'est-àdire le "courant d'obscurité" - voir figure 2a) de façon à extraire, par filtrage, du signal. d'impulsion du tube photomultiplicateur la composante de bruit courant continu, étant précisé que la fonction res- tante du signal d'impulsion (comme représenté sur la fi- gure 2a) peut être traitée pour indiquer l'énergie moyen- ne des cas détectés d'impact en fonction du temps. La fi- gure 2b montre que seules les portions d'impulsion indi- catives des cas d'impact sont envoyées à la diode 24 et à la résistance de différentiation 22, étant précisé qu'à l'entrée 28 de l'amplificateur opérationnel 26 vien- nent les flancs croissants des impulsions négatives re- présentées sur la figure 2c. On peut voir, et l'homme de l'art s'en rendra compte, que les flancs des impulsions de la figure 2c ont des amplitudes variables et ce sont ces amplitudes variables qui sont en pratique intégrées ou prises en moyenne par l'amplificateur opérationnel 26 fonctionnant - 7 s2628536 comme convertisseur conventionnel intensité-tension de façon à envoyer au voltmètre 34 un signal courant conti- nu dont l'amplitude indique l'énergie moyenne des cas détectés d'impact sur le détecteur 10 en fonction du temps. On se rendra compte que du fait de la présence du condensateur 20, qui fonctionne comme élément d'arrêt du courant continu, le voltmètre 34, piloté par le cir- cuit de mesure du débit type pompe de charge (constitué par l'amplificateur opérationnel 26 et ses composants associés) indiquera le niveau ou le dosage du rayonne- ment ambiant sans que cette mesure soit perturbée par la composante de bruit "courant d'obscurité" générée par le tube photomultiplicateur 14. Par conséquent, l'ampli- ficateur opérationnel avec ses composants associés fonc- tionne comme moyen pour traiter le signal d'impulsion filtré par l'intermédiaire du condensateur 20 pour donner un signal courant continu dont l'amplitude est indicative de l'énergie moyenne desdits cas détectés d'impact en fonction du temps. Par exemple, le voltmètre 34 indique- ra les rayonnements ambiants en termes de microrems par heure sur la plage de 0-200 prem/h. La présente invention incorporée dans le circuit de la figure 1 a montré qu'elle était très précise et fiable. De plus elle tend facilement d'elle-même à s'in- corporer dans un instrument de petite dimension, léger et portable/de mesure du rayonnement ambiant. Bien que l'invention ait été représentée et dé- crite en se référant à l'une de ses réalisations parti- culières, ceci est dans le but d'illustration plut8t que de limitation et d'autres variantes et modifications de la réalisation spécifique représentée et décrite ici apparaîtront à l'homme de l'art et sont toutes dans l'es- prit et l'objet qui sont l'intention de l'invention. Par conséquent le brevet ne doit pas être limité dans son objet et son effet à la réalisation spécifique représentée 8 2628536 et décrite ici, ni de toute autre façon incompatible avec l'étendue dans laquelle la progression de l'art a été ren- due possible par l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour mesurer un rayonnement am- biant de faible valeur, par exemple sur la plage 0-200 prem/h ou équivalent, caractérisé en ce qu'il com- porte: un détecteur (10) sur lequel peut tomber un rayonnement ionisant, le détecteur, en réponse aux cas d'impact du rayonnement, fournissant un signal d'impul- sion indicatif desdits cas détectés d'impact en fonction du temps et indicatif de l'énergie de chacun desdits cas détectés d'impact, ledit signal d'impulsion compre- nant une composante de bruit courant continu non provo- quée par lesdits cas d'impact de rayonnement; et des moyens pour arrêter ladite composante de bruit courant continude façon à extraire, par filtrage, dudit signal d'impulsion ladite composante de bruit cou- rant continu, une portion restante dudit signal d'impul- siôn indiquant une énergie moyenne desdits cas détectés d'impact en fonction du temps. 2. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que ledit détecteur (10) comprend un élé- ment scintillateur (12) optiquement couplé à un tube photomultiplicateur (14) dont une sortie donne ledit signal d'impulsion, ladite composante de bruit courant continu étant constituée par le "courant d'obscurité" du tube photomultiplicateur (14). 3. Dispositif pour mesurer un rayonnement am- biant de faible valeur, par exemple sur la plage 0-200 urem/h ou équivalent, caractérisé en ce qu'il com- porte: un détecteur (10) sur lequel peut tomber un rayonnement ionisant, le détecteur, en réponse aux cas d'impact du rayonnement, fournissant un signal d'impul- sion indicatif desdits cas détectés d'impact en fonction du temps et indicatif de.l'énergie de chacun desdits cas détectés d'impact, ledit signal d'impulsion compre- nant une composante de bruit courant continu non provo- quée par lesdits cas d'impact de rayonnement; et un condensateur (20) pour arrêter ladite compo- sante de bruit courant continu de façon à extraire, par filtrage, dudit signal d'impulsion ladite composante de bruit courant continu, une portion restante dudit signal d'impulsion étant intégrée pour donner, en fonction du temps, un signal courant continu indicatif de l'énergie moyenne desdits cas détectés d'impact en fonction du temps. 4. Dispositif selon la revendication 3, caracté- risé en ce qu'il comporte un amplificateur opérationnel (26) configuré comme convertisseur intensité-tension, le- dit amplificateur intégrant ladite portion restante des- dites impulsions appliquées à l'entrée dudit amplifica- teur, la sortie dudit amplificateur fournissant ledit signal courant continu indiquant l'énergie moyenne des- dits cas détectés d'impact en fonction du temps. 5. Dispositif pour mesurer un rayonnement am- biant de faibie valeur, par exemple sur la plage 0-200 prem/h ou équivalent, caractérisé en ce qu'il com- porte: un élément scintillateur (12) sur lequel peut tomber un rayonnement ionisant, l'élément scintillateur, en réponse aux cas d'impact du rayonnement, générant les impulsions lumineuses indicatives desdits cas d'impact en fonction du temps et indicatives de l'énergie de cha- cun desdits cas d'impact; un tube photomultiplicateur (14) optiquement cou- plé audit élément scintillateur (12) de façon à recevoir lesdites impulsions lumineuses, ledit tube photomultipli- cateur, en réponse auxdites impulsions lumineuses, four- nissant un signal d'impulsion courant continu indicatif desdits cas détectés d'impact en fonction du temps et indicatif de l'énergie de chacun desdits cas détectés d'impact, ledit signal d'impulsion comprenant une compo- sante de bruit "courant d'obscurité" non provoquée par lesdits cas d'impact du rayonnement; des moyens (26) pour traiter ledit signal d'im- pulsion pour donner un signal courant continu dont l'am- plitude est indicative de l'énergie moyenne desdits cas. détectés d'impact en fonction du temps; et des moyens d'arrêt du courant continu électrique- ment reliés entre ledit tube photomultiplicateur (14) et lesdits moyens de traitement (26), lesdits moyens d'arrêt extrayant, par filtrage, dudit signal d'impulsion ladite composante "courant d'obscurité", étant précisé que seule une portion restante dudit signal d'impulsion est appli- quée auxdits moyens de traitement. 6. Dispositif selon la revendication 5, carac- térisé en ce que le moyen d'arrêt du courant continu est un condensateur (20) électriquement relié en série entre ledit tube photomultiplicateur (14) et ledit moyen de traitement.