Brevet FR2706627A1 — publié le 19941223

DISPOSITIF DE REDUCTION DU FLUX D'UN RAYONNEMENT, NOTAMMENT GAMMA, ET ENSEMBLE DE DETECTION DU RAYONNEMENT UTILISANT CE DISPOSITIF La présente invention concerne un dispositif de réduction du flux d'un rayonnement, notamment y, et un ensemble de détection du rayonnement utilisant ce dispositif. Lorsqu'on mesure l'activité d'une source de rayonnement, et en particulier 1 t activité d'une source intense, il est connu de réduire le flux du rayonnement issu de la source avant de détecter celui-ci. Pour ce faire, il est connu, notamment dans le domaine de la spectrométrie Y, d'interposer des écrans fixes entre la source de rayonnement et un détecteur de ce rayonnement. Ceci présente toutefois l'inconvénient de modifier la "géométrie de la mesure" et notamment de dégrader le spectre en énergie de la source de rayonnement surtout pour les faibles énergies, une conséquence de ce phénomène étant la perte totale dtinformation sur certains radioéléments émetteurs de faible énergie. La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient en proposant un dispositif qui permet de réduire le flux drun rayonnement sans modifier la géométrie de la mesure et en particulier en conservant une information exploitable dans le domaine des faibles énergies. Ceci signifie que la même fonction de transfert (que liron calcule et qui permet de trouver l'activité de la source de rayonnement à partir de 1V information fournie par le détecteur) est utilisable avec le dispositif de l'invention ou sans ce dispositif. Ce dispositif est particulièrement utile dans le cas de la mesure de forts taux de comptage, afin de ne pas saturer la chaîne de détection utilisée pour la mesure. De façon précise, la présente invention a pour objet un dispositif de réduction du flux drun rayonnement que lVOn veut détecter dans un angle solide appelé angle solide de détection, ce dispositif étant caractérisé en ce quril comprend - une pièce apte à atténuer le rayonnement et pourvue drune ouverture s'étendant du bord de la pièce jusqu'au centre de celle-ci, et - des moyens de rotation de la pièce autour dVun axe qui est appelé axe de la rotation et qui passe par le centre de celle-ci, de sorte quren faisant coïncider cet axe avec l'axe de l'angle solide de détection, en plaçant la pièce de façon que la totalité du rayonnement compris dans cet angle solide traverse la pièce et 1V ouverture de celleci et en faisant tourner la pièce autour de l'axe de rotation, l'angle solide de détection est balayé en totalité au bout drun tour de la pièce. Afin de simplifier la réalisation de ce dispositif, 11 ouverture de la pièce est de préférence délimitée par des bords rectilignes contenant 1V axe de rotation. Selon un mode de réalisation particulier du dispositif objet de IV invention, dont la réalisation est simple, la pièce comprend deux demi-disques qui ont le même diamètre et le même axe, celui-ci formant 1V axe de rotation, lVun de ces demi-disques recouvrant 1V autre en partie, de sorte que les bords respectifs de 1 r ouverture sont dans des plans diamétraux des demidisques, ce qui définit quatre secteurs, à savoir un secteur correspondant à ltouverture, un autre secteur correspondant au recouvrement des demi-disques et deux autres secteurs correspondant chacun à une partie dVun demi-disque non recouverte par l'autre demi-disque. De préférence, ce dispositif comprend en outre des moyens de variation de l'angle délimité par les bords de l'ouverture de la pièce, afin de pouvoir régler cet angle à une valeur souhaitée. Selon un mode de réalisation préféré du dispositif objet de l'invention, les faces respectives des demi-disques, faces qui ne se recouvrent pas en partie, ont une convexité telle que, dans chaque secteur, l'épaisseur de pièce traversée par le rayonnement est constante, quel que soit l'angle d'incidence du rayonnement par rapport à 1V axe de rotation. Ceci permet de réduire les incertitudes relatives à la mesure de l'intensité du rayonnement. La présente invention est particulièrement utile pour la réduction du flux d'un rayonnement r. Ladite pièce est alors apte à atténuer ce rayonnement y. Cependant, 1 r invention est également utilisable pour réduire le flux d'un rayonnement X ou d'un rayonnement situé dans l'ultraviolet lointain ou encore d'un rayonnement ss de forte énergie. La présente invention a également pour objet un ensemble de détection d'un rayonnement, cet ensemble comprenant - un détecteur du rayonnement, - un collimateur qui délimite un angle solide de détection du rayonnement, et - un dispositif de réduction du flux du rayonnement, qui est placé en face de ce collimateur, cet ensemble étant caractérisé en ce que le dispositif est celui qui fait l'objet de la présente invention, en ce que l'axe de rotation de la pièce que comprend le dispositif est confondu avec l'axe de l'angle solide de détection et en ce que cette pièce est placée de façon que la totalité du rayonnement compris dans l'angle solide de détection traverse cette pièce et l'ouverture de celle-ci. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'un exemple de réalisation donné ci-après à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique et partielle d'un ensemble de détection de rayonnement utilisant un dispositif conforme à l'invention, et - la figure 2 est une vue en coupe schématique d'un dispositif conforme à l'invention utilisable dans l'ensemble représenté sur la figure 1. L'ensemble conforme à l'invention, qui est schématiquement représenté sur la figure 1, est destiné à la mesure d'un rayonnement y issu d'une source étendue 2 de rayonnement y, c'est-à-dire une source distribuée dans l'espace (source y volumique ou surfacique). Cet ensemble comprend - un détecteur 4 de rayonnement y associé à une chaîne 6 de spectrométrie y, - un collimateur 8 en forme de cône dont l'axe porte la référence X et qui délimite un angle solide de détection du rayonnement y, l'axe de l'angle solide étant l'axe X, et - un dispositif 10 de réduction du flux du rayonnement y conforme à l'invention, qui est placé en face de ce collimateur 8. Ce dispositif 10 permet de réduire le flux du rayonnement y qui est issu de la source 2 (par exemple constituée par un colis) et qui arrive sur le détecteur 4 collimaté, sans modifier la géométrie de la mesure. Ce dispositif 10, qui est schématiquement représenté en coupe sur la figure 2, comprend une pièce constituée de deux demi-disques 12 et 14 que l'on voit sur la figure 1. Ces deux demi-disques 12 et 14 sont faits d'un matériau de forte densité, par exemple le tungstène, de manière à pouvoir atténuer le rayonnement Y. Dans l'exemple représenté, l'épaisseur des demi-disques est suffisante pour que l'atténuation des rayonnements y d'énergies inférieures à 2500 keV soit au moins égale à 100. Cette épaisseur peut être choisie de façon que l'atténuation des rayonnements y de 2100 keV soit supérieure à 500. Comme on le voit sur la figure 1, les demidisques 12 et 14 ont le même diamètre et le même axe (par "axe d'un demi-disque" on entend l'axe du disque complet correspondant), cet axe formant l'axe de la pièce et étant confondu avec l'axe X de l'angle solide de détection. Comme on le voit sur la figure 1, l'un des demi-disques, référencé 12, recouvre partiellement l'autre demi-disque 14 est se trouve ainsi en regard du détecteur 4 tandis que l'autre demi-disque 14 est compris entre le demi-disque 12 et la source 2 de rayonnement y. Du fait de ce recouvrement partiel drun demi-disque par rapport à l'autre, la pièce constituée par ces deux demi-disques comporte une ouverture dont les bords respectifs sont dans des plans diamétraux 12a, 14a des demi-disques, ces plans diamétraux contenant l'axe X. On définit ainsi quatre secteurs, à savoir un secteur I qui correspond à l'ouverture et dont l'angle est noté a, un autre secteur II qui correspond au recouvrement des demi-disques et dont l'angle vaut également a, un secteur III correspondant à une partie du demi-disque 12 non recouverte par le demi-disque 14 et un secteur IV correspondant à une partie du demidisque 14 non recouverte par le demi-disque 12. On voit sur la figure 1 que la face inférieure (plane) du demi-disque 12 est dans le même plan que la face supérieure (également plane) du demidisque 14. De plus, le dispositif conforme à l'invention comprend des moyens de variation de l'angle a, moyens qui seront décrits en faisant référence à la figure 2. Ce dispositif conforme à l'invention comprend aussi des moyens de rotation de l'ensemble des deux demi-disques 12 et 14 autour de l'axe X qui constitue également l'axe de la pièce, ces moyens étant également décrits plus en détail par la suite en faisant référence à la figure 2. Au cours de cette rotation, l'angle a (écart angulaire entre les deux demi-disques) reste constant. Les moyens de réglage de cet angle a permettent de faire varier celui-ci entre 0" et 1800. Ainsi, il est possible de faire varier l'obturation de l'angle solide de détection de la moitié de cet angle solide jusqu'à sa totalité. En outre, comme on le voit sur la figure 1, 1V ensemble des deux demi-disques 12 et 14 est placé par rapport au détecteur 4 de rayonnement y, de façon que la totalité du rayonnement y compris dans l'angle solide de détection traverse les deux demi-disques et l'ouverture délimitée par ceux-ci. Ainsi, en considérant un cercle qui est situé au niveau des demi-disques 12 et 14, dont l'axe est l'axe X et dont le diamètre est égal au diamètre de ces demi-disques 12 et 14, ce cercle entoure le cône qui délimite l'angle solide de détection. Dans ces conditions, cet angle solide de détection est balayé en totalité au bout d'un tour de la pièce constituée par les demi-disques 12 et 14. Au bout d'un tour de l'ensemble des demidisques, le flux direct O(E) (correspondant au rayonnement r non diffusé), "vu" par le détecteur 4, pour une énergie E du rayonnement y, peut être défini de la façon suivante où o(E) représente le flux au niveau du détecteur 4 sans le dispositif conforme à l'invention qui permet de réduire le flux du rayonnement r d'énergie E, et A(E) représente l'atténuation de chaque demi-disque pour des rayonnements r d'énergie E, cette atténuation étant déterminée avant la mesure du rayonnement y et prise en compte dans le calcul du flux. La formule ci-dessus permet, à partir du flux mesuré O(E), de déterminer le flux o(E) et donc d'utiliser la fonction de transfert calculée sans le dispositif. Le dispositif 10 conforme à l'invention est schématiquement représenté en coupe sur la figure 2, suivant un plan contenant l'axe X. Ce dispositif comprend une première bague dentée 16 qui entoure et maintient le demi-disque 12 et une deuxième bague dentée 18 qui entoure et maintient le demi-disque 14. La première bague dentée 16 est montée tournante sur la deuxième bague dentée 18 grâce à un roulement à billes 20, tandis que cette deuxième bague dentée 18 est montée tournante sur un support 22, formant le support du dispositif, grâce à un autre roulement à billes 24. On voit également sur la figure 2 des moyens 26 de réglage de l'angle a défini plus haut et d'immobilisation du demi-disque 12 par rapport au demidisque 14 lorsque l'angle a a été réglé à la valeur souhaitée. Ces moyens 26, qui sont réalisables par l'homme du métier, comprennent un bouton moleté 28 qui est rigidement solidaire d'un pignon 30 dont l'axe de rotation Y est parallèle à l'axe X et dont la rotation entraîne la bague dentée 16 en rotation autour de l'axe X. Le pignon 30 est muni d'un mécanisme non représenté permettant de bloquer la rotation de ce pignon 30 et donc de bloquer la rotation de la bague dentée 16 par rapport à la bague dentée 18, lorsque la valeur a souhaitée est obtenue. On voit également sur la figure 2 des moyens 32 de rotation de l'ensemble des demi-disques 12 et 14 autour de l'axe X. Ces moyens de rotation 32 comprennent un moteur 34 qui est monté sur le support 22 et qui entraîne en rotation, autour d'un axe Z parallèle à l'axe X, grâce à une courroie 36, un autre pignon 38 qui entraîne à son tour en rotation la bague dentée 18. Dans l'exemple représenté sur les figures 1 et 2, la face supérieure du demi-disque 12, qui est le plus proche du détecteur 4, et la face inférieure du demi-disque 14, qui est le plus éloigné de ce détecteur 4, sont convexes , la convexité de ces faces étant calculée de telle façon que, dans chacun des secteurs I à IV, l'épaisseur de la pièce constituée par les deux demi-disques 12 et 14, épaisseur traversée par le rayonnement y compris dans l'angle solide de détection et atteignant le détecteur 4, soit constante, quel que soit l'angle d'incidence de ce rayonnement y par rapport à l'axe X de la pièce. Une telle convexité de ces faces est très importante lorsque le collimateur a un grand angle d'ouverture. De plus, cette convexité impose une position bien déterminée du dispositif 10 de réduction de flux par rapport au détecteur 4. En ce qui concerne la précision sur la mesure (qui est fixée par les utilisateurs du dispositif), on ajoute que, si la vitesse de rotation de l'ensemble des deux demi-disques est grande, c'està-dire si le nombre de tours effectués pendant un temps donné (temps de comptage) est important, ce nombre de tours peut être entier ou non. Au contraire, si cette vitesse de rotation est faible, c'est-à-dire si le nombre de tours effectués pendant le temps de comptage fixé par les utilisateurs est faible, il convient que ce nombre de tours soit entier pour avoir une bonne précision de mesure. De plus, il convient que la distance entre le détecteur 4 et l'ensemble des deux demi-disques 12 et 14 soit telle que les effets de bord sur les demidisques puissent être considérés comme négligeables. I1 est à noter que l'utilisation d'un détecteur 4 "ponctuel" permet de négliger ces effets de bord sur les demi-disques. Ce dispositif conforme à l'invention est simple et permet de réduire le flux de rayonnement y direct "vu" par un détecteur de spectrométrie y collimaté de façon importante. A titre purement indicatif et nullement limitatif, on obtient un rapport O(E)/Oo(E) peu différent de 1/36 pour un angle a de l'ordre de 10 et une épaisseur millième d'atténuation, ou peu différent de 1/26 pour ce même angle a mais une épaisseur centième d'atténuation. Cette réduction du flux direct est réalisée sans modifier la géométrie de mesure et sans induire un flux important de rayonnement diffusé, du fait de l'emploi d'un matériau dense tel que le tungstène. De plus, les corrections à apporter au flux lors du dépouillement du spectre obtenu avec la chaîne de mesure 6 sont simples (aucun calcul théorique nécessitant l'emploi de code de calcul n'a besoin d'être effectué) et n'induit que de très faibles incertitudes. On peut établir avec une grande précision l'atténuation du dispositif. Le réglage mécanique de l'angle a peut être obtenu avec une grande précision. Lorsque le détecteur peut être considéré comme ponctuel les effets de bord sont négligeables. REVENDICATIONS 1. Dispositif de réduction du flux d'un rayonnement que l'on veut détecter dans un angle solide appelé angle solide de détection, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend - une pièce (12, 14) apte à atténuer le rayonnement et pourvue d'une ouverture s'étendant du bord de la pièce jusqu'au centre de celle-ci, et - des moyens (32) de rotation de la pièce autour d'un axe qui est appelé axe de rotation et qui passe par le centre de celle-ci, de sorte qu'en faisant coïncider cet axe avec l'axe (X) de l'angle solide de détection, en plaçant la pièce de façon que la totalité du rayonnement compris dans cet angle solide traverse la pièce et l'ouverture de celleci et en faisant tourner la pièce autour de l'axe de rotation, l'angle solide de détection est balayé en totalité au bout d'un tour de la pièce. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ouverture de la pièce (12, 14) est délimitée par des bords rectilignes contenant l'axe de rotation. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pièce comprend deux demidisques (12, 14) qui ont le même diamètre et le même axe, celui-ci formant l'axe de rotation, l'un de ces demi-disques recouvrant l'autre en partie, de sorte que les bords respectifs de l'ouverture sont dans des plans diamétraux des demi-disques, ce qui définit quatre secteurs, à savoir un secteur (I) correspondant à l'ouverture, un autre secteur (ici) correspondant au recouvrement des demi-disques et deux autres secteurs (III, IV) correspondant chacun à une partie d'un demidisque non recouverte par l'autre demi-disque. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (26) de variation de l'angle (a) délimité par les bords de l'ouverture de la pièce. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les faces respectives des demi-disques, faces qui ne se recouvrent pas en partie, ont une convexité telle que, dans chaque secteur (I à III), l'épaisseur de pièce traversée par le rayonnement est constante, quel que soit l'angle d'incidence du rayonnement par rapport à l'axe de rotation. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la pièce (12, 14) est apte à atténuer le rayonnement y. 7. Ensemble de détection d'un rayonnement, cet ensemble comprenant - un détecteur (4) du rayonnement, - un collimateur (8) qui délimite un angle solide de détection du rayonnement, et - un dispositif (10) de réduction du flux du rayonnement, qui est placé en face de ce collimateur (8), cet ensemble étant caractérisé en ce que le dispositif (10) est conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, en ce que l'axe de rotation de la pièce que comprend le dispositif est confondu avec l'axe (X) de l'angle solide de détection et en ce que cette pièce (12, 14) est placée de façon que la totalité du rayonnement compris dans l'angle solide de détection traverse cette pièce et l'ouverture de celle-ci.