Brevet FR2669436A1 — publié le 19920522

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CALIBRAGE D'UN APPAREIL DE MESURE DE RADIATIONS UTILISANT AU HOINS UNE DIODE DE DETECTION. La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif de calibrage d'un appareil de mesure de radiations, typiquement un dosimètre ou un débitmètre, l'appareil comportant au moins une diode de détection polarisée en inverse. I1 est classique d'utiliser, pour la réalisation d'appareils de mesure de radiations (radiations X et gamma par exemple), une diode à jonction (par exemple une diode silicium PIN) polarisée en inverse et fonctionnant de ce fait de manière semblable à une chambre d'ionisation. La polarisation en inverse d'une telle diode crée une zone de déplétion au niveau de la jonction. Chaque radiation, X ou gamma, qui traverse cette zone de déplétion crée alors, dans cette zone, un certain nombre d'ionisations qui engendrent une impulsion de courant que l'on met à profit pour déterminer, généralement par comptage, soit le débit soit la dose de rayonnement. Ces détecteurs ont malheureusement une réponse non linéaire en fonction de l'énergie du rayonnement. I1 est connu d'introduire une certaine linéarisation de cette réponse en énergie par l'utilisation d'un blindage nucléaire. Les détecteurs ont toutefois des courbes de répons assez disparates, de sorte qu'ils doivent être soigneusement triés pour satisfaire, avec utilisation d'un tel blindage nucléaire, aux normes imposées aux fabricants. Ce tri est généralement réalisé par le fournisseur ou par le fabricant des appareils mettant en oeuvre ces détecteurs, en réalisant une ou plusieurs mesures nucléaires, pour une ou plusieurs énergies de rayonnement grace à un montage de référence reproduisant les conditions d'emploi. Cette façon de faire conduit à un supplément de coût, et à un rejet qui peut être important si les tolérances exigées sont particulièrement serrées, ce qui est souvent le cas. L'invention vise à remédier à cet inconvénient. Elle se rapporte à cet effet à un procédé et à un dispositif pour le calibrage automatique ou semi-automatique de la réponse en énergie d'un appareil de mesure de radiations utilisant au moins une diode détectrice polarisée en inverse, ce procédé consistant, pour deux rayonnements déterminés et d'énergies différentes, à obtenir tout d'abord, en ajustant en conséquence la tension de polarisation de cette diode détectrice et/ou le seuil de détection des impulsions dues à ces rayonnements détectés, un rapport déterminé entre les réponse correspondantes à ces deux énergies, puis à ajuster ensuite le coefficient de proportionnalité entre le taux moyen des impulsions ainsi délivrées et le dispositif d'affichage de l'appareil de manière à faire coincider, pour celle de ces deux énergies qui se rapproche le plus de l'énergie moyenne parmi les rayonnements à détecter pour cette diode, la valeur de l'affichage pour cette énergie avec la valeur normalement attendue pour celle-ci. De toute façon, l'invention sera bien comprise, et ses avantages et autres caractéristiques ressortiront, lors de la description suivante d'un exemple non limitatif de réalisation, en référence au dessin schématique annexé dans lequel: La figure 1 montre la courbe de réponse en énergie qui est souhaitée pour cet appareil de mesure de radiations; La figure 2 est un schéma synoptique du dispositif de calibrage de cet appareil de mesure, et; La figure 3 est un schéma d'implantation électro-mécanique du même dispositif de calibrage. En se référant a la figure 1, il est dessiné la courbe 1 de réponse en énergies à obtenir pour cet appareil de mesure, qui est supposé dans cet exemple être un débitmètre. En abscisses sont portées les énergies en kEV, et en ordonnées sont portés les rapports E/Ecs entre la réponse E mesurée (nombre d'impulsions) pour une énergie d'une radiation de la gamme considérée et la réponse Ecs mesurée pour la radiation due au Césium 137. On notera que, dans la gamme de mesure considérée, qui est comprise entre 50 kEV et quelques Mev et couvre sensiblement les rayons X et les rayons gamma, la courbe 1 doit rester comprise entre les valeurs 0,70 et 1,30 (gabarit 2). Le procédé classiquement répandu consiste à trier les diodes détectrices pour ne conserver que celles qui, compte-tenu du blindage nucléaire, fournissent une courbe de réponse relative maintenue dans les mêmes proportions que la courbe 1. Selon l'invention au contraire, le ou les détecteurs équipant un appareil déterminé ne sont pas triés par des mesures nucléaires, mais leur réponse elle-même est ajuste dynamiquement, de manière automatique ou semi-automatique, sur l'appareil complet réalisé, ou au moins sur un sous-ensemble de cet appareil. Il en résulte non seulement un gain appréciable en temps et en coût, mais encore une meilleure précision de la réponse obtenue. Selonceprocédé, la réponse de l'appareil (ou du sous-ensemble) de détection est tout d'abord considérée pour deux rayonnements d'énergie différente et pour des conditions de réglage arbitraires, correspondant par exemple à une position médiane des réglages possibles (coefficient de proportionnalité entre le taux moyen d'impulsions délivrées et l'affichage de l'appareil, tension de polarisation du ou des détecteurs et/ou seuil de discrimination des impulsions délivrées). Ces deux rayonnements sont typiquement un rayonnement d'énergie basse, dans cet exemple le rayonnement X d'énergie 59keV de l'Américium 241, et un rayonnement d'énergie moyenne, dans cet exemple le rayonnement gamma d'énergie 662 keV du Cesium 137. La tension de polarisation du détecteur (ou des détecteurs), et/ou le seuil de discrimination (ou seuil de détection) précité, est ou sont alors ajustes pour obtenir un rapport déterminé (égal environ à 1,2 dans l'exemple considéré) entre la réponse à l'énergie basse et celle àlténergiemoyenne (égale à1 par définition sur la figure 1). Ce résultat étant obtenu, on ajuste alors, le coefficient de proportionnalité entre le taux moyen d'impulsions délivrées et l'affichage de l'appareil, de façon à faire coincider, pour l'énergie moyenne précitée du Césium 137, la valeur attendue (par exemple: 1RAD/h) avec l'affichage effectif de l'appareil. Ces réglages étant effectués, l'appareil est alors réglé pour correspondre, selon la courbe de la figure 1, aux tolérances exigees. Un dosimètre 2 et son installation de calibrage sont représentés sur les figures 2 et 3. L'installation comporte un micro-ordinateur 3 que l'on relie au dosimètre 2 par une liaison numérique 4. Un bâti 5 supporte un moteur électrique 6 apte à effectuer par pas d'un quart de tour, une rotation d'un demi-tour, dans un sens comme dans l'autre, sous commande du micro-ordinateur 3 réalisée à travers une liaison électrique 7. L'arbre 8 de ce moteur porte un disque 9 qui lui-même supporte les sources 10 et 1 1 de Cesium 137 et d'Americium 241 respectivement. Les deux sources 1 0,11 sont diamétralement opposées sur la face externe 12 du disque 9, de sorte que leurs positions sont inversées à chaque rotation d'un demi-tour de l'arbre 8. Un perçage tronconique 1 3 est prévu dans une paroi verticale 1 4 du bâti 5 pour autoriser le passage du rayonnement de la source supérieure(10 sur le dessin) vers le dosimètre 2. Le rayonnement de la source inférieure 11 est alors masqué par la paroi 14. Le schéma électrique du dosimètre est représenté plus en détails sur la figure 2. La diode détectrice 15 est polarisée en inverse entre la cathode 17 et la masse à travers une résistance 16. Un micro-processeur 18, contenant un compteur d'impulsions 19 et associé à une mémoire non-volatile 20, fournit à la diode 15 la valeur de la tension de polarisation au point 17, à travers une liaison numérique 21 et un convertisseur numérique/analogique 22. Les impulsions de détection de rayonnement sont appliquées sur l'entrée23 d'un amplificateur-discriminateur 24 dont la sortie 25 forme I'entrée de comptage du compteur 19, et dont le seuil est ajusté par le microprocesseur 18 qui agit en conséquence sur une borne de commande 26, par l'intermédiaire d'une liaison électrique 27. Le microprocesseur 18 gère le dispositif d'affichage 29 du dosimètre 2, au moyen d'une liaison numérique 28. La séquence automatique de calibrage du dosimètre 2 s'exécute de la façon suivante: - mise en place du dosimètre 2 et raccordement de ce dernier au micro-ordinateur 3. - chargement, effectué par le micro-ordinateur, de premiers réglages arbitraires dans le microprocesseur 18: coefficient de proportionnalité de l'afficheur 18, valeur de la tension de polarisation au point 17 et/ou du seuil de discrimination de l'amplificateur 24. - expositions successives du dosimètre 2 aux deux sources 10 et 11, acquisition par le micro-ordinateur des valeurs alors affichées et correspondant à ces premiers réglages arbitraires. - corrections automatiques de ces réglages en vue d'obtenir la courbe 1 (figure 1) et chargement de ces nouveaux réglages dans le dosimètre 2. - Expositions successives du dosimètre 2 aux deux sources et acquisition des valeurs alors affichées. Vérification que le résultat escompté est atteint. Dans le cas contraire, modification des réglages et réitération des expositions. - Déconnexion et évacuation du dosimètre 2. La durée de l'ensemble du cycle peut etre réduite à quelques minutes, de sorte que ce procédé s'avère avantageux pour les productions en grandes quantités, par exemple pour les dosimètres électroniques individuels. A noter que ce procédé permet aussi de réaliser l'ajustement de la réponse en énergie du dosimètre 2 selon des exigences particulières. Par exemple, on pourra choisir la grandeur mesurée "dose dans l'air" ou équivalent de "dose profond" (à une profondeur déterminée du tissu humain) en modifiant le rapport à obtenir entre les réponses aux deux énergies précitées. L'invention n'est pas limitée à l'exemple qui vient d'être décrit. La tension de polarisation du détecteur peut avoir une valeur fixe, tandis que seul le seuil de discrimination des impulsions est ajustable, et vice-versa. Ces ajustements peuvent être effectués manuellement, l'installation étant alors à réglage semi-automatique. L'appareil à régler peut être d'une autre sorte, par exemple un débitmètre. Il peut également comporter plusieurs détecteurs différents, etc... REVENDICATIONS 1. Procédé pour le calibrage automatique ou semi-automatique de la réponse en énergie d'un appareil (2) de mesure de radiations utilisant au moins une diode détectrice (15) polarisée en inverse, caractérisé en ce qu'il consiste, pour deux rayonnements déterminés et d'énergies différentes, à obtenir tout d'abord, par ajustement de la tension de polarisation (en 17) de la diode détectrice (15) et/ou du seuil de détection (en 26) des impulsions dues aux rayonnements détectés, un rapport déterminé entre les réponses correspondantes à ces deux énergies, puis à ajuster ensuite le coefficient de proportionnalité entre le taux moyen des impulsions ainsi délivrées, et le dispositif d'affichage (29) de l'appareil (2) de manière à faire coincider, pour celle de ces deux énergies qui se rapproche le plus de l'énergie moyenne parmi les rayonnements à détecter par la diode (15), la valeur de l'affichage pour l'énergie et la valeur normalement attendue pour celle-ci. 2. Procédé pour le calibrage automatique ou semi-automatique de la réponse en énergie d'un appareil (2) de mesure de radiations utilisant au moins une diode détectrice (15) polarisée en inverse, caractérisé en ce qu'il consiste, pour deux rayonnements déterminés et d'énergies différentes, à obtenir tout d'abord, par ajustement du seuil de détection (26), des impulsions dues aux rayonnements détectés, un rapport déterminé entre les réponses correspondantes à ces deux énergies, puis à ajuster ensuite le coefficient de proportionnalité entre le taux moyen des impulsions ainsi délivrées et le dispositif d'affichage (29) de l'appareil (2) de manière à faire concider, pour celle de ces deux énergies qui se rapproche le plus de l'énergie moyenne parmi les rayonnements à détecter par la diode (15), la valeur de l'affichage pour l'énergie et la valeur normalement attendue pour celle-ci. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'un de ces deux rayonnements correspond à une énergie située en bas de gamme, ou énergie basse, tandis que l'autre correspond à une énergie de milieu de gamme, ou énergie moyenne. 4. Dispositif pour le calibrage automatique ou semi-automatique de la réponse en énergie d'un appareil (2) de mesure de radiations utilisant au moins une diode détectrice (15) polarisée en inverse, cet appareil comportant un amplificateur d'impulsions à seuil (24), un compteur d'impulsions (19), un microprocesseur (18,20), un dispositif d'affichage (29), caractérisé en ce qu'il est équipé d'un micro-ordinateur (3), externe à cet appareil (2), et apte à être relié (4) à son microprocesseur (18), en ce qu'il comporte des moyens (5 à 9,12 à 14) pour exposer successivement cet appareil (2) au rayonnement de deux sources de radiation (10,11) d'énergies différentes, et en ce que cet appareil (2) est en outre équipé de moyens (21,22,27,26) pour ajuster la tension de polarisation (en 17) de cette diode détectrice et/ou le seuil de discrimination (en 26) de cet amplificateur à seuil (24). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ces moyens (21,22,27,26) sont commandés par ledit microprocesseur (18) en fonction des instructions qui lui sont fournies par ledit micro-ordinateur (3). 6. Dispositif selon les revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que ledit micro-ordinateur (3) est programmé pour l'exécution séquentielle du procédé selon l'une des revendications î à 3. 7. Séquence de calibrage mettant en oeuvre le dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé par les phases minimales suivantes: - mise en place de l'appareil de mesure de radiations (2) et raccordement au micro-ordinateur (3); - chargement des premiers réglages arbitraires dans le microprocesseur (18) de l'appareil de mesure (2); - expositions successives de l'appareil (2) aux deux sources de radiations (10,11); acquisition, par le micro-ordinateur (3), des valeurs affichées correspondantes; - correction des réglages en vue d'obtenir la réponse souhaitée (1) et chargement de ces nouveaux réglages dans l'appareil (2); - nouvelles expositions successives de l'appareil (2) à ces deux sources (10,11), et acquisition des valeurs alors affichées; vérification que le résultat escompté est atteint; dans le cas contraire, modification des réglages et réitération des expositions; - déconnexion et évacuation de cet appareil (2). 8. Appareil de mesure de radiations, caractërisé en ce qu'il comporte au moins: - une ou plusieurs diodes de détection (15) polarisées en inverse; - un amplificateur à seuil (24); - un compteur (19) associé à un microprocesseur (18); - un dispositif d'affichage (29); - des moyens (4) de connexion à un micro-ordinateur extérieur (3); et - des moyens (21,22; 27,26) commandés par le microprocesseur (18) pour ajuster la tension (17) de polarisation de la diode (15) et/ou pour ajuster le seuil de discrimination de l'amplificateur à seuil (24).