Brevet FR2723788A1 — publié le 19960223

DISPOSITIF DE NETTOYAGE DE LA FACE D'ENTREE D'UN DETECTEUR DE PARTICULES DESCRIPTION La présente invention concerne un dispositif de nettoyage de la face d'entrée d'un détecteur de particules. Les particules peuvent être des particules or, des particules ss, des photons y ou des photons X. Le détecteur peut être une diode apte à détecter de telles particules, auquel cas la face d'entrée est la face de la diode qui reçoit les particules. Au lieu de cela, le détecteur peut être un scintillateur optiquement couplé à un photomultiplicateur, auquel cas la face d'entrée est la face du scintillateur qui reçoit les particules. L'invention s'applique notamment au nettoyage d'une face d'un scintillateur couplé à un photomultiplicateur, cette face étant en contact avec un liquide émetteur de particules a et corrosif, le scintillateur étant fait d'un matériau qui résiste à ce liquide corrosif. Lorsque la face du scintillateur en contact avec le liquide présente des rugosités ou des microcrevasses, le liquide y séjourne sans étre entraîné par la circulation générale de liquide. Cette stagnation d'une faible partie du liquide en circulation donne une "mémoire" à la zone où se trouve le détecteur. Dans ce cas, un liquide non radioactif serait néanmoins considéré comme radioactif à cause de la stagnation d'une faible partie d'un liquide radioactif ayant circulé auparavant. Ceci se traduit par une augmentation du bruit de fond détecté. On conçoit que cette rétention d'activité dans la zone où se trouve le détecteur puisse s'accroître avec le temps et conduire à une dérive de l'étalonnage de ce détecteur et à une perte de sensibilité de celuici. Ce défaut dans la stabilité de réponse du détecteur peut être accrue si, à la rétention de liquide radioactif, vient s'ajouter un attachement de microparticules solides sur la face du scintillateur en contact avec ce liquide. Il est possible de prévoir un filtrage de ces microparticules en amont de la zone où se trouve le détecteur. Cependant, un tel filtrage n'est pas toujours possible. Il faudrait d'ailleurs utiliser des filtres très fins pour être efficaces, mais de tels filtres seraient tout de suite colmatés. La décontamination de la face du scintillateur permet, en maintenant constant le bruit de fond du détecteur, de stabiliser l'étalonnage et la sensibilité de ce détecteur. Pour nettoyer la face du scintillateur, il est connu de faire circuler un liquide de lavage approprié au contact de cette face pour entraîner la contamination superficielle de cette face. Dans bien des cas, un tel nettoyage n'est pas suffisant, notamment lorsque l'activité volumique du liquide émetteur de particules est importante et lorsque le temps de séjour de ce liquide au contact de la face du scintillateur est important. La présente invention a pour objet un dispositif de nettoyage qui ne présente pas les inconvénients des techniques mentionnées précédemment. Le dispositif objet de l'invention utilise un nettoyage par des ultrasons de la face d'entrée du détecteur. Cependant, les ultrasons sont susceptibles de détériorer le détecteur et notamment de détériorer le scintillateur, le photomultiplicateur et l'alimentation de celui-ci lorsque le détecteur comporte de tels éléments. La présente invention résout non seulement le problème du nettoyage de la face d'entrée du détecteur, mais encore celui de la protection de ce détecteur visà-vis des ultrasons. De façon précise, la présente invention a pour objet un dispositif de nettoyage de la face d'entrée d'un détecteur de particules, ce détecteur étant destiné à être mis en contact avec un fluide qui émet ces particules, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend - un traducteur ultrasonore apte à émettre des ultrasons qui se propagent en direction de la face d'entrée du détecteur par l'intermédiaire d'un liquide de couplage des ultrasons, - des moyens d'excitation du traducteur ultrasonore, et - des moyens de limitation de l'action des ultrasons à la face d'entrée du détecteur. Selon un mode de réalisation préféré du dispositif objet de l'invention, le traducteur ultrasonore est apte à émettre radialement les ultrasons. Dans le cas de l'utilisation d'un traducteur ultrasonore émettant longitudinalement les ultrasons, le nettoyage de la face d'entrée du détecteur serait nettement moins bon et l'on risquerait même de collec-ter des particules sur cette face au lieu de nettoyer celle-ci. De préférence également, afin que la puissance ultrasonore atteignant la face d'entrée du détecteur ne soit pas trop importante, la distance entre la face d'entrée du détecteur et la face émettrice du traducteur ultrasonore est un multiple entier ou un sous-multiple entier de la longueur d'onde des ultrasons. Les moyens de limitation de l'action des ultrasons peuvent comprendre des moyens d'amortissement des ultrasons, qui sont aptes à atténuer fortement les ultrasons susceptibles d'atteindre le reste du détecteur. Selon un mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention, lorsque le détecteur comprend un scintillateur, dont une face constitue la face d'entrée du détecteur, et un photomultiplicateur optiquement couplé à ce scintillateur, les moyens d'amortissement comprennent un élément qui est interposé entre le scintillateur et le photomultiplicateur et qui est fait d'un matériau capable d'amortir les ultrasons et de transmettre au photomultiplicateur la lumière émise par le scintillateur sous l'impact des particules. Les moyens de limitation de l'action des ultrasons peuvent comprendre en outre des moyens de concentration des ultrasons sur la face d'entrée du détecteur. Ces moyens de concentration peuvent comprendre une paroi qui est apte à réfléchir les ultrasons, entoure la face émettrice du traducteur ultrasonore et a une forme sensiblement conique ou sensiblement parabolique. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique d'un mode de réalisation particulier du dispositif objet de 1 invention, appliqué au nettoyage d'une face d'un scintillateur couplé à un photomultiplicateur, - la figure 2 est une vue agrandie du dispositif représenté sur la figure 1, - la figure 3 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention, appliqué au nettoyage de la face d'entrée d'une diode détectrice de particules, - la figure 4 est une vue schématique d'un autre dispositif conforme à l'invention, dans lequel la face émettrice du traducteur ultrasonore que comprend cet autre dispositif est entourée par une paroi sensiblement parabolique, - la figure 5 est une vue schématique d'un autre dispositif conforme à l'invention, dans lequel la face émettrice du traducteur ultrasonore est entourée par une paroi sensiblement conique. Le dispositif conforme à l'invention, qui est schématiquement représenté sur les figures 1 et 2, est destiné à nettoyer la face d'entrée 2 d'un détecteur 4 de particules émises par un liquide radioactif. Ce détecteur 4 comprend - un scintillateur 6 dont la face qui reçoit -les particules constitue la face d'entrée du détecteur, - un photomultiplicateur 8 optiquement couplé au scintillateur 6, et - un circuit 10 d'alimentation électrique du photomultiplicateur. Le liquide dont la radioactivité est à mesurer et qui peut être corrosif, circule dans une cellule de mesure 12 dont l'une des parois est constituée par la face d'entrée 2 du détecteur. Le scintillateur 6 est fait d'un matériau, par exemple un verre scintillant, qui résiste au liquide. Des particules émises par ce liquide (des particules a par exemple) pénètrent dans le scintillateur 6 par la face d'entrée de celui-ci et y perdent leur énergie qui est transformée en photons lumineux. Ces photons lumineux sont transformés à leur tour en impulsions électriques par le photomultiplicateur 8. Ces impulsions électriques sont ensuite envoyées, par l'intermédiaire d'un câble coaxial 14, à des moyens électroniques 16 de traitement de ces impulsions. Le dispositif conforme à l'invention, destiné à nettoyer la face d'entrée 2 du détecteur, comprend - un traducteur ultrasonore 18 apte à émettre des ultrasons qui se propagent en direction de cette face d'entrée 2, par l'intermédiaire d'un liquide 20 de couplage des ultrasons (par exemple de l'eau), et - des moyens 22 d'excitation du traducteur ultrasonore 18, qui envoient à celui-ci, par l'intermédiaire d'un câble électrique 24, un courant électrique alternatif approprié. Dans l'exemple représenté, ce traducteur est apte à émettre les ultrasons suivant un mode radial. Le photomultiplicateur 8 ainsi que le circuit d'alimentation électrique de celui-ci sont logés dans un boîtier 26. Le photomultiplicateur 8 est optiquement couplée au scintillateur 6 par l'intermédiaire d'un élément 28 en forme de disque, qui est transparent à la lumière émise par le scintillateur 6 sous l'impact des particules. L'extrémité du photomultiplicateur 8, contre laquelle se trouve l'élément 28, est logée dans une pièce annulaire 29 et cet élément 28 repose contre cette pièce annulaire 29. Le boîtier 26 est fixé à cette pièce annulaire 29. La face d'entrée 2 du détecteur est logée dans une pièce 30 permettant la circulation du liquide dont on veut mesurer la radioactivité. Cette pièce 30 comprend un canal 32 d'arrivée dé liquide et un canal 34 d'évacuation de liquide. Des flèches F symbolisent ce liquide et indiquent le sens de circulation de celui-ci sur les figures 1 et 2. Des vis 35 permettent de fixer le boîtier 26 à la pièce annulaire 29 et également de fixer cette pièce annulaire 29 à la pièce 30, comme on le voit sur la figure 2. On voit également sur les figures 1 et 2 un organe 36 destiné à limiter la pression du liquide circulant dans les canaux 32 et 34. La partie- inférieure du traducteur ultrasonore 18 est logée dans un boîtier 38 fermé par une pièce 40 qui traverse le traducteur et auquel ce boîtier 38 est fixé par des vis 42. La partie supérieure du traducteur ultrasonore 18, où se trouve la face émettrice 44 de celui-ci (face par laquelle sont émis les ultrasons et qui se trouve en face du scintillateur), traverse un joint annulaire 46 qui a une fonction d'étanchéité et une fonction d'amortissement des ultrasons. Ce joint annulaire 46 est par exemple en Viton (marque déposée). De plus, cette partie supérieure du traducteur ultrasonore 18 est logée dans une cavité 47 formée dans une pièce 48 qui est fixée par des vis telles que la vis 50 à la pièce 40. On voit sur la figure 2 que le joint 46 est serré entre ces pièces 40 et 48. La cavité 47 dans laquelle se trouve la face émettrice 44 du traducteur ultrasonore 18 est remplie du liquide 20 de couplage des ultrasons. Le joint annulaire 46 qui est serré entre les pièces 40 et 48 empêche ce liquide de couplage de quitter la cavité 47 dans laquelle il se trouve. On voit aussi, sur la figure 1, des moyens 54 de remplissage de cette cavité et de visualisation du liquide 20 qui s'y trouve, ce liquide étant coloré pour être mieux visible. Comme on le voit sur la figure 2, la pièce 48 comprend, en regard de la face émettrice 44 du traducteur, une avancée 56. Cette avancée 56 est logée dans la pièce 30 où circule le liquide dont on veut mesurer la radioactivité. Une face externe 57 de cette avancée se trouve en regard de la face d'entrée 2 du détecteur et le liquide dont on veut mesurer la radioactivité circule dans l'espace délimité par ces deux faces. Cet espace, qui constitue la cellule de mesure 12, communique avec le canal 32 d'arrivée de liquide radioactif et avec le canal 34 d'évacuation de ce liquide. On note H la distance entre la face émettrice 44 du traducteur ultrasonore 18 et la face d'entrée 2 du détecteur. Cette distance H est sensiblement égale à un multiple entier ou à un sous-multiple entier de la longueur d'onde des ultrasons. Des vis telles que la vis 58 sont prévues pour fixer la pièce 48 à la pièce 30. Ainsi, en enlevant ces vis 58, il est possible de libérer cette pièce 48 et donc le dispositif de nettoyage conforme à l'invention. Ce dispositif est ainsi amovible. I1 peut être installé soit en permanence, soit temporairement quand les utilisateurs le souhaitent. Dans ce cas, le reste du temps, il est remplacé par un équipement qui n'est pas représenté et qui peut comprendre une source-étalon permettant un étalonnage du détecteur. On précise que pour le nettoyage de la face d'entrée 2 du détecteur 4, la circulation du liquide radioactif est arrêtée. La cellule de mesure 12 est alors remplie d'un liquide comme par exemple l'eau ou l'acide nitrique. Ce liquide est de préférence en circulation pour entraîner les particules qui sont décollées de la face d'entrée du détecteur grâce aux ultrasons. L'élément de couplage optique 28, qui est transparent à la lumière émise par le scintillateur 6 (pour que cette lumière puisse pénétrer dans le photomultiplicateur 8), a en outre un indice de réfraction adapté à la transmission de cette lumière. De plus, cet élément 28 a également pour fonction d'amortir les ultrasons issus du traducteur ultrasonore 18. On peut utiliser une matière plastique comme par exemple le silicone (ayant les propriétés optiques voulues) pour réaliser cet élément 28. Pour limiter l'action des ultrasons à la face d'entrée du détecteur et donc protéger le reste de celui-ci des ultrasons, on utilise des moyens d'amortissement des ultrasons, faits de matériaux, comme les matières plastiques, qui transmettent très mal les ultrasons. L'élément 28 fait partie de ces moyens mais d'autres moyens d'amortissement des ultrasons sont également prévus dans le dispositif représenté sur les figures 1 et 2. I1 s'agit de gaines et de joints d'amortissement des ultrasons, qui sont placés de façon appropriée dans l'ensemble comprenant le détecteur et le dispositif de nettoyage représentés sur les figures 1 et 2. Dans l'exemple représenté sur ces figures, on utilise - des gaines ou fourreaux 60 qui entourent les vis 35 et 58 et qui sont en matière plastique, - des joints toriques 62 en matière plastique, qui sont insérés entre le photomultiplicateur et la pièce annulaire 29, entre le boîtier 26 et cette pièce annulaire 29 et entre cette dernière et la pièce 30, - un joint annulaire 64 qui a une fonction d'amortissement des ultrasons et aussi une fonction d'étanchéité, qui est par exemple en matière plastique comme le Téflon (marque déposée), et placé entre la pièce 30 et la pièce 48 et dont l'épaisseur permet le réglage de la distance H, - un joint 66 qui a une fonction d'amortissement des ultrasons et aussi une fonction d'étanchéité, qui est par exemple en matière plastique comme le Téflon (marque déposée) ou le polypropylène, et qui est placé entre la pièce 30 et le scintillateur 6, - des joints annulaires plats 68 placés entre la pièce annulaire 28 et la pièce 30 et par exemple en matière plastique. Un autre dispositif de nettoyage conforme à l'invention est schématiquement représenté sur la figure 3 et destiné au nettoyage de la face d'entrée 70 d'une diode 72 détectrice de particules. On voit que cette diode 72 remplace le scintillateur 6, le photomultiplicateur 8 et le circuit d'alimentation électrique 10 de la figure 2, la face d'entrée 70 de la diode correspondant à la face 2 du scintillateur 6. Le dispositif de la figure 3 diffère simplement de celui de la figure 2 par le fait que l'élément 28 est supprimé et qu'un joint torique 74 d'amortissement des ultrasons, par exemple en matière plastique, est inséré entre un épaulement de la diode 72, voisin de la face d'entrée de celle-ci, et la pièce annulaire 28 qui entoure la diode 72 au voisinage de la face d'entrée de celle-ci. Pour limiter l'action des ultrasons vis-à-vis des détecteurs des figures 2 et 3, ce qui permettrait aussi de diminuer la puissance d'émission des ultrasons, on peut prévoir des moyens de concentration des ultrasons sur la face d'entrée de ces détecteurs. Ceci est schématiquement illustré par les figures 4 et 5. Dans le cas de ces figures 4 et 5, on voit que la pièce 48, par exemple en acier inoxydable, a une paroi interne 76 de forme cylindrique de révolution autour de l'axe X du traducteur. Une pièce 78, par exemple en une matière plastique telle que le plexiglas, est emboîtée dans la pièce 48, par la partie inférieure de celle-ci. La partie supérieure du traducteur ultrasonore 18 est elle-même emboîtée dans la partie inférieure de la pièce 78. Pour concentrer les ultrasons sur la face d'entrée 2 du détecteur 4 représenté sur la figure 4, on donne à la paroi interne 80 de la partie supérieure de la pièce 78 une forme paraboloïdale de révolution autour de l'axe X du traducteur, à partir de la face émettrice 44 du traducteur. De préférence, la pièce 78 est réalisée de manière que la face émettrice 44 du traducteur ultrasonore soit au voisinage du foyer du paraboloïde correspondant. Dans une variante de réalisation schématiquement représentée sur la figure 5, on donne à la paroi interne 80 une forme tronconique de révolution autour de l'axe X, à partir de la face émettrice 44 du traducteur. On précise que le prolongement virtuel, vers le haut, du paraboloïde de révolution (figure 4) ou du cône de révolution (figure 5) correspondant est sur le cercle dont le diamètre constitue le diamètre utile du détecteur (ce cercle correspondant au bord interne du joint 66. REVENDICATIONS 1. Dispositif de nettoyage de la face d'entrée (2 ; 70) d'un détecteur de particules (4 ; 72), ce détecteur étant destiné à être mis en contact avec un fluide qui émet ces particules, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend - un traducteur ultrasonore (18) apte à émettre des ultrasons qui se propagent en direction de la face d'entrée du détecteur par l'intermédiaire d'un liquide (20) de couplage des ultrasons, - des moyens (22) d'excitation du traducteur ultrasonore, et - des moyens (28, 60, 62, 64, 66, 68, 74, 80) de limitation de l'action des ultrasons à la face d'entrée du détecteur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traducteur ultrasonore (18) est apte à émettre radialement les ultrasons. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la distance (H) entre la face d'entrée (2 ; 70) du détecteur et la face émettrice (44) du traducteur ultrasonore est un multiple entier ou un sous-multiple entier de la longueur d'onde des ultrasons. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de limitation de l'action des ultrasons comprennent des moyens (60, 62, 64, 66, 68, 74) d'amortissement des ultrasons, qui sont aptes à atténuer fortement les ultrasons susceptibles d'atteindre le reste du détecteur. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que, le détecteur comprenant un scintillateur (6), dont une face (2) constitue la face d'entrée du détecteur, et un photomultiplicateur (8) optiquement couplé à ce scintillateur, les moyens d'amortissement comprennent un élément (28) qui est interposé entre le scintillateur (6) et le photomultiplicateur (8) et qui est fait d'un matériau capable d'amortir les ultrasons et de transmettre au photomultiplicateur la lumière émise par le scintillateur sous l'impact des particules. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de limitation de l'action des ultrasons comprennent en outre des moyens (80) de concentration des ultrasons sur la face d'entrée du détecteur. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de concentration comprennent une paroi (80) qui est apte à réfléchir les ultrasons, entoure la face émettrice (44) du traducteur ultrasonore et a une forme sensiblement conique. 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de concentration comprennent une paroi (80) qui est apte à réfléchir les ultrasons, entoure la face émettrice (44) du traducteur ultrasonore et a une forme sensiblement parabolique.