Brevet FR2669438A1 — publié le 19920522

La présente invention est relative à un procédé et un appareil de mesure d'un rayonnement composés de particules émises par un corps contaminé par des produits radioactifs. Plus particulièrement, la présente invention a pour but de fournir un tel procédé et de réaliser un tel appareil autorisant des comptages séparés de particules a, p et'b contenues dans un tel rayonnement. On connaît de tels appareils munis de plusieurs sondes spécialisées ou mixtes : sondes a, p, put ou X par exemple. La présence de ces sondes multiples grèvent évidemment le prix et la diffusion de ces appareils. Cependant, en cas d'accident nucléaire de grande envergure, la protection des populations concernées ne peut être assurée que si de très nombreuses mesures de contamination peuvent être opérées, notamment sur des produits alimentaires éventuellement contaminés dont l'ingestion pourrait être fatale. La présente invention a donc pour but de proposer un procédé et de fournir un appareil de mesure dwun rayonnement composé de particules émises par un corps contaminé par des produits radioactifs, ce procédé permettant de réaliser un appareil simple et de fabrication peu coûteuse, de manière à être propre à une grande diffusion. La présente invention a aussi pour but de fournir un tel appareil qui soit léger, compact, à alimentation électrique autonome et à lecture directe. On atteint ces buts de l'invention avec un procédé de mesure d'un rayonnement composé de particules émises par des corps contaminés par des produits radioactifs, caractérisé en ce qu'on os procède, à l'aide d'un meme détecteur de particules, à une succession de comptages de particules transmises à travers une pluralité d'écrans absorbant chacun des particules d'énergie inférieure à une énergie prédéterminée et on tire de différences de comptages de particules réalisées avec plusieurs tels écrans une évaluation de la population de particules détectées dans plusieurs bandes d'énergie bornées chacune par l'un au moins desdits niveaux d'énergie prédéterminés. L'utilisation d'un seul détecteur de particules, en combinaison avec un jeu d'écrans adapté, permet de contenir le prix de l'appareil suivant l'invention, propre à permettre une grande diffusion de cet appareil. Suivant l'invention, pour mesurer un rayonnement constitué de particules de l'un au moins des types a, p et on compte, pendant trois intervalles de temps successifs, des nombres de particules M0,. M1, M2 émanant d'une même surface du corps, séparée du détecteur successivement par un espace dépourvu d'écran, pourvu d'un écran actif à l'égard des particules a, puis d'un écran actif à l'égard des particules a et ss respectivement. Suivant une mise en oeuvre préférée du procédé selon l'invention, on compte les particules pendant trois intervalles de temps de même durée. On calcule alors des taux de comptage Na, Np, , N&gamma; en particules a, p, f respectivement, tels que Na = (Mo - M1) x Ra NF = (M2 - M1) x Np = M2/RX, avec Ra, R , Rf , rendement du détecteur pour les particules a, p et respectivement, et on tire de ces taux Na, N, Ns, une évaluation des populations de particules détectées émanant de ladite surface du corps. On sépare ainsi, suivant l'invention, trois types de particules avec deux écrans seulement. L'invention fournit aussi un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé. L'appareil comprend un disque porte-écrans monté à rotation de manière que les ecrans portés par le disque puissent être présentés successivement devant une fenêtre d'entrée du détecteur, et des moyens pour faire tourner le disque entre diverses positions angulaires correspondant chacune à l'installation d'un des écrans devant la fenêtre. Suivant un mode de réalisation de ce disque, celui ci est percé de trois ouvertures angulairement écartées les unes des autres et disposées de manière à pouvoir occuper chacune une position située en face de la fenêtre du détecteur après une rotation convenable du disque, une des ouvertures étant vide, les deux autres ouvertures étant obturées chacune par un écran conçu pour absorber les particules a d'un rayonnement et les particules a et ss de ce même rayonnement, respectivement. Suivant un autre mode de réalisation de ce disque, celui-ci présente quatre ouvertures, l'une des ouvertures étant vide, une autre étant garnie d'un écran propre à absorber sensiblement toutes les particules a d'un rayonnement tandis que les deux dernières ouvertures sont garnies d'écrans absorbant en outre respectivement des particules p de deux domaines d'énergie séparés, ceci pour assurer une distinction entre un rayonnement p "mou" et un rayonnement p "dur". L'appareil comprend des moyens de comptage associés à un microprocesseur programmé pour déclencher et mesurer des intervalles de temps de comptage et pour calculer à partir des comptages réalisés, des taux de comptage Na, N, N, en particules a, ,! , respectivement. D'autres caractéristiques et avantages du procédé et de l'appareil de mesure de rayonnement suivant l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue en elévation de l'appareil de mesure de rayonnement suivant la présente invention, et - la figure 2 est un schéma fonctionnel de moyens électroniques de détection, de comptage et de calcul incorporés à l'appareil de la figure 1. On se réfère à la figure 1 du dessin annexé où il apparaît que l'appareil suivant 1 invention comprend un boîtier 1 duquel déborde une poignée 2 qui donne un caractère portatif à cet appareil, cette poignée contenant des piles 3 d'alimentation électrique de l'appareil. Une béquille 4 permet éventuellement d'assurer à l'appareil une position stable quand il est posé sur un plan de travail. Un détecteur de particules 5 est disposé dans une position fixe à l'intérieur du boîtier 1, au voisinage d'une fenêtre 6 percée dans la paroi de l'appareil et éventuellement garnie d'une grille de protection 7. La fenêtre 6 est centrée sur une fenêtre 8 du détecteur 5, les particules à détecter devant passer ainsi à travers ces deux fenêtres. Le détecteur de particules peut être constitué par un détecteur de Geiger-Müller, un détecteur à scintillation au sulfure de zinc par exemple, un détecteur à semi-conducteur ou un autre détecteur de particules de l'un des types connus. Suivant l'invention, un disque porte-écran 9 est interposé entre les fenêtres 6 et 8. Le disque est monté à rotation dans le boîtier autour d'un axe 10 parallèle à l'axe commun 11 des fenêtres 6 et 8. Du fait du décalage des axes 10 et 11, il est possible d'amener par rotation, des parties différentes du disque entre les fenêtres 6 et 8. Suivant un premier mode de réalisation de l'invention, conçu pour séparer des comptages de particules a, p, émanant d'un corps contaminé par des produits radioactifs et présenté devant la fenêtre 6 de l'appareil, le disque 9 est percé de trois ouvertures sensiblement circulaires et distribuées régulièrement à 1200 l'une de l'autre, ces ouvertures étant sensiblement de même diamètre que celui des fenêtres 6 et 8. L'une (Eo) des ouvertures du disque est vide et les deux autres, sont obturées par des écrans E1 et E2 conçus pour absorber les particules a du rayonnement et les particules a et P de ce même rayonnement, respectivement. Les écrans utilisés peuvent être classiquement constitués en un matériau convenable tel que de l'aluminium, l'absorption sélective de particules par les deux écrans étant assurée par le réglage de l'épaisseur de ces écrans. Si e1 est l'épaisseur de l'écran E1 destinée à absorber sensiblement toutes les particules a du rayonnement, l'épaisseur e2 de l'écran E2 destinée à absorber en outre les particules P sera liée à l'épaisseur e1 par exemple par la relation e2 Z 100 x e1 Des moyens sont prévus pour assurer l'installation de l'ouverture vide Eo ou des écrans E1 et E2 devant le détecteur 5, par rotation du disque 9. Suivant un premier mode de réalisation de ces moyens, ceux-ci sont entièrement manuels et comprennent un bouton 15 monté à rotation sur une face extérieure du boîtier 1 opposée à celle contre laquelle tourne le disque 9, ce bouton étant connecté à un arbre 12 de support du disque 9 par une tige 13 munie à ses extrémités de liaisons 14, 14' du type joint flexible, par exemple. Des repères (non représentés) permettent de placer le bouton 11 dans l'une ou l'autre des trois positions qui amènent l'ouverture vide Eo ou les écrans E1, E2 en face du détecteur 5. On a encore schématisé à la figure 1 des cartes électroniques 16, 17, 18 enfermées dans le boîtier 1 de l'appareil. Comme représenté sur le schéma fonctionnel de la figure 2, la carte électronique 16 comprend tous les composants et circuits nécessaires à l'amplification et à la mise en forme des signaux issus du détecteur 5, les signaux ainsi traités étant délivrés à la carte 17 qui assure les comptages de particules et les calculs préalables à l'affichage sur un afficheur 19 monté sur une carte 18, des taux de comptage de particules a, ss, , comme on le verra plus loin. De telles cartes électroniques d'amplification et de mise en forme, de comptage et de calcul, et d'affichage sont de structures classiques bien connues de l'homme de métier.On notera cependant que la carte 17 doit être équipée d'un microprocesseur associé à des compteurs et à des mémoires pour assurer les calculs et comptages que l'on décrira dans la suite, en liaison avec la description du procédé de mesure suivant l'invention. La programmation du microprocesseur en fonction des informations qui seront données dans la description du procédé, n'excède pas les compétences normales d'un programmeur. On décrit maintenant le procédé de mesure suivant l'invention, mis en oeuvre à l'aide de l'appareil décrit ci-dessus. Il s'agit de mesurer la contamination en produits radioactifs d'un corps tel que, par exemple, un produit alimentaire frais. La fenêtre 6 de l'appareil suivant l'invention est appliquée contre une surface de ce corps. Pour éviter la contamination par contact de l'appareil de mesure, le produit, une salade par exemple, est préalablement enfermé dans un sachet transparent pour le rayonnement à détecter, par exemple en Mylar (marque déposée). On amène ensuite successivement l'ouverture Eo du disque 9, puis les ouvertures garnies des écrans E1 et E2, en face du détecteur 5, un compteur Geiger par exemple.Le microprocesseur de la carte 17 procède alors à trois comptages successifs d'une durée prédéterminée pour chaque écran, chaque comptage étant exécuté avec un écran ou ouverture E,. E1, E2 différent. Le microprocesseur corrige ensuite ces comptages d'un "bruit de fond" mesuré préalablement avec l'appareil. Ce bruit de fond est dû au rayonnement particulaire ambiant, indépendant de la contamination du produit. Des comptes M,, M1, M2 sont alors mémorisés, ceux-ci correspondant aux nombres de particules détectées par le compteur 5 alors que l'ouverture Eo et les écrans E1 et E2 étaient placées devant le compteur, respectivement. Le compte Mo découle d'un comptage de toutes les parties émises par le corps contaminé, a, p et , puisque l'ouverture Eo est vide. Le compte M1 découle d'un comptage de particules P et t seulement, car l'écran E1 alors interposé devant le compteur absorbe les seules particules a émises par le corps contaminé.Le compte M2 découle d'un comptage de particules X seulement, car l'écran E2 alors interposé (d'épaisseur 100 fois supérieure à celle de E1) arrête toutes les particules a et ss et laisse passer sensiblement toutes les particules Une correction bien connue de temps "mort" peut être opérée par le microprocesseur sur les comptages bruts ainsi réalisés par application de la formule Minet = Mxbrut(1 -t. M1 brut) avec i = O, ou 1 ou 2 et T: durée moyenne d'une impulsion émise par le compteur. Si, pour simplifier, on désigne encore par M0, M1 et M2 les comptages ainsi corrigés et par t , Rp et R&gamma; les rendements (connus) du compteur à l'égard des particules a, ss,&gamma; , respectivement, on comprend que l'on peut déduire des taux de comptage Na. Nss, N en particules a, ss, respectivement, tels que Na = (M0 - M1 )/Ra N, = (M2 - M1)/Rss NX = M2/R&gamma; Ces taux de comptage sont calculés par le microprocesseur qui en commande en outre l'affichage sur l'afficheur 19.Les mesures M0. Ml, M2 ayant été établies pendant des intervalles de temps prédéterminés, on comprend que ces taux sont bien représentatifs des intensités respectives des rayonnements concernés. Les mesures réalisées permettent ainsi, à l'aide de normes de contamination formulées en Bq/cm2 ou en Bq/m3 par exemple, d'établir si un produit alimentaire est propre à une consommation humaine ou animale, du point de vue de son éventuelle contamination par des produits radioactifs. Grâce aux moyens de calcul incorporés à l'appareil suivant l'invention, il est possible d'améliorer encore la précision des mesures réalisées en corrigeant celle-ci de "réjections". En effet un écran censé arrêter les seules particules a peut arrêter aussi une fraction sensible des particules p, par exemple. Ceci fausse le comptage des particules a qui peut alors être augmenté du comptage de certaines particules p. Des essais préalables réalisés avec des sources de rayonnement étalon permettent de mesurer ce phénomène bien connu et de le chiffrer par des taux de réjection mis en mémoire dans les moyens de calcul. Les comptages réalisés sont alors corrigés à l'aide d'un programme spécifique exécuté par le microprocesseur. Le temps de comptage fixé par le microprocesseur peut être de quelques secondes, 5 s par exemple. Le programme de commande du temps de comptage exécuté par le microprocesseur peut être conçu pour modifier automatiquement ce temps et l'accroître par exemple à 50 s si le nombre de particules comptées pendant les 5 premières secondes n'est pas suffisamment élevé pour être significatif, compte tenu de la précision des mesures. En variante du procédé de mesure décrit ci-dessus, les durées des trois comptages à réaliser pourraient être différentes. Ces durées pourraient être modifiées pour compenser les divers rendements Ra , R, R du compteur vis-à-vis des trois types de particules envisagées. En variante de l'appareil de mesure décrit cidessus, la rotation du disque peut etre automatisée et commandée par le microprocesseur. A cet effet le disque est monté sur l'arbre de sortie d'un moteur électrique dont l'alimentation est commandée par le microprocesseur. Des détecteurs de proximité commandent la coupure de l'alimentation du moteur quand le disque est parvenu à une position angulaire désirée correspondant à la mise en place d'un écran particulier devant le détecteur 5. Un tel mode de réalisation exige cependant un blindage des circuits d'alimentation et un filtrage électronique des signaux formés pour empêcher un parasitage des mesures. Il apparaît ainsi que, d'une manière générale, l'invention permet de procéder à des comptages de particules dans des bandes d'énergie prédéterminées, les limites d'une telle bande étant fixées par un choix particulier d'écrans, chacun deux absorbant des particules d'énergie inférieure à une des deux limites de la bande d'énergie prédéterminée. Différentes bandes d'énergie, adjacentes ou non peuvent ainsi être délimitées à partir d'écrans constitués par exemple en un même matériau mais d'épaisseurs différentes. Des particules de types variés, a, ss, appartenant pour l'essentiel à des bandes d'énergie différentes peuvent ainsi être décomptées séparément.On peut déduire des comptages ainsi opérés l'importance de la contamination radioactive d'un corps quelconque, cette contamination étant mesurée par les comptages des produits de désintégration, particules a, ss, ou, du ou des contaminants. Le nombre des bandes d'énergie discriminées pourrait être accru en tant que de besoin, à l'intérieur d'une même catégorie de particules par exemple. Ainsi on pourra dédoubler l'écran E2 absorbeur de particules a et p en deux écrans absorbant respectivement, outre les particules a, le rayonnement p "mou" et le rayonnement ss "dur" appartenant à deux bandes d'énergie adjacentes. Plus généralement encore on pourra discriminer n bandes d'énergie en utilisant n écrans, en assimilant l'ouverture vide Eo du disque à un écran d'épaisseur nul. REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure d'un rayonnement composé de particules émises par des corps contaminés par des produits radioactifs, caractérisé en ce qu'on procède, à l'aide d'un même détecteur de particules, à une succession de comptages de particules transmises à travers une pluralité d'écrans absorbant chacun des particules d'énergie inférieure à un niveau d'énergie prédéterminé et on tire de différences des comptages de particules réalisés avec plusieurs tels écrans une évaluation de la population de particules détectées dans plusieurs bandes d'énergie bornées chacune par l'un au moins desdits niveaux d'énergie prédéterminés. 2. Procédé conforme à la revendication 1, appliqué à la mesure d'un rayonnement constitué de particules de l'un au moins des types a, p, , caractérisé en ce qu'on compte, pendant trois intervalles de temps successifs, des nombres de particules M, M1, M2 émanant d'une même surface du corps séparée du détecteur successivement par un espace (Eo) dépourvu d'écran, pourvu d'-un écran (E1) actif à l'égard des particules a, puis d'un écran (Ez) actif à l'égard des particules a et p, respectivement. 3. Procédé conforme à la revendication 2, caractérisé en ce qu'on compte les particules pendant trois intervalles de temps de durées prédéterminées et en ce qu'on calcule des taux de comptage Na, Nss, N Nd en particules a, ss, respectivement, tels que Na = (M0 - M1 )/Ra = = (M(M2 - M1)/Rss Nss = = M2/R&gamma; avec R&alpha;, Rss, R&gamma;, rendements du détecteur pour les particules a, p, respectivement, et on tire de ces taux Na, Nss, N une évaluation des populations de particules détectées émanant de ladite surface du corps. 4. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend (a) un détecteur unique (5) de particules (b) une pluralité d'écrans (E,. EX, E2) capables chacun d'absorber des particules d'énergie inférieure à un niveau d'énergie prédéterminé, (b) des moyens pour placer successivement ces écrans devant le détecteur pendant des intervalles de temps prédéterminés successifs et (d) des moyens (17) pour compter les particules détectées par le détecteur (5) pendant ces intervalles de temps et pour tirer de différences de comptages de particules ainsi opérés avec plusieurs tels écrans une évaluation de la population de particules détectées dans plusieurs bandes d'énergie bornées chacune par au moins un desdits niveaux d'énergie prédéterminés. 5. Appareil conforme à la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend un disque porte-écrans (8) monté à rotation de manière que les écrans (E0, E1, E2) portés par le disque puissent être présentés successivement devant une fenêtre d'entrée du détecteur (5), et des moyens pour faire tourner le disque (8) entre diverses positions angulaires correspondant chacune à l'installation d'un des écrans devant la fenêtre du détecteur (5). 6. Appareil conforme à la revendication 5, conçu pour la mesure d'un rayonnement constitué de particules de l'un au moins des types a, p et , caractérisé en ce que le disque est percé d'au moins trois ouvertures angulairement écartées les unes des autres et disposées de manière à pouvoir occuper chacune une position située en face de la fenêtre de détection, après une rotation convenable du disque, l'une des ouvertures (E, ) étant vide, les deux autres ouvertures étant obturées par des écrans (E1) et (E2) conçus pour absorber les particules a d'un rayonnement et les particules a et p de ce même rayonnement, respectivement. 7. Appareil conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que le disque (8) est percé de quatre ouvertures, l'une des ouvertures étant vide, une autre étant garnie d'un écran propre à absorber sensiblement toutes les particules a d'un rayonnement tandis que les deux dernières ouvertures sont garnies d'écrans absorbant en outre respectivement des particules p de deux domaines d'énergie distincts. 8. Appareil conforme à l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (16) d'amplification et de mise en forme des signaux formés par le détecteur (8) et des moyens de comptage (17) sensibles à ces signaux pour compter les nombres de particules détectées pendant un intervalle de temps prédéterminé, derrière chacun des écrans du disque. 9. Appareil conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de comptage (17) comprennent un microprocesseur programmé pour déclencher et mesurer les intervalles de temps de comptage et pour calculer, à partir des comptages réalisés, des taux de comptage en particules a, ,y, respectivement. 10. Appareil conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que le microprocesseur est chargé d'un programme de calcul de l'une au moins des corrections de bruit de fond, de temps mort, de rendement de détection et de réjection. 11. Appareil conforme à l'une quelconque des revendications 9 et 10, caractérisé en ce qu'il comprend un moteur couplé mécaniquement au disque porte-écrans (8) et des moyens commandés par le microprocesseur pour actionner le moteur et déclencher une rotation séquentielle du disque porte-écrans, préalable aux comptages à réaliser. 12. Appareil conforme à l'une quelconque des revendications 4 à lO,caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (13, 15) pour actionner manuellement la rotation du disque porte-écrans (8). 13. Appareil conforme à l'une quelconque des revendications 4 à 12, caractérisé en ce que le détecteur est formé par un des détecteurs de l'ensemble constitué par un détecteur de Geiger-Müller, un détecteur de particules à scintillation et un détecteur de particules à semi-conducteur. 14. Appareil conforme à l'une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'affichage (18) des taux de comptage en particules a, p,, calculés par le microprocesseur.