Brevet FR2968772A1 — publié le 20120615

« Dispositif de mesure de rayonnement.» La présente invention concerne un dispositif de mesure de rayonnement naturel de type beta comprenant un premier détecteur de rayonnement formé d'un récipient pour contenir un milieu révélateur de rayonnement et un détecteur sensible à la lumière et amplificateur couplé à un compteur d'événements et un circuit d'alimentation pour les alimenter. Ce genre de dispositif trouve d'importantes applications dans le domaine de la mesure de la radioactivité de type rayonnement 13 due par exemple au rayonnement de désintégration d'éléments naturels, cas par exemple, du granit etc. Il est sensible aussi aux produits secondaires du radon. Il est connu du document de brevet WO 2004/061448 un dispositif du genre mentionné dans le préambule se composant de quatre détecteurs de lumières (photo-multiplicateurs) rattachés à un seul récipient de sorte à déterminer la direction du rayonnement. Ce dispositif connu est particulièrement adapté à la mesure de rayonnement dû au radon qui survient avant un tremblement de terre. La présente invention propose un dispositif de mesures de rayonnement présentant une sensibilité élevée qui permet la détection de sources naturelles faiblement radioactives sans danger pour l'être humain. C'est le cas du potassium 40K par exemple contenu à l'état de traces dans la potasse KOH ou l'engrais potassique KC1 par exemple. La présente invention propose un dispositif simple d'utilisation, modulable et particulièrement apte à effectuer des mesures variées de rayonnement. La présente invention peut être utilisée dans toutes activités de mesures du rayonnement de type béta de désintégration d'éléments naturels et plus particulièrement dans un cadre pédagogique. Dans ce cadre pédagogique, la présente invention permet, par exemple, la réalisation de la mesure de la radioactivité naturelle de produits radioactifs inférieure à l OkBq et de mettre en évidence l'effet du blindage et de la distance. Elle permet également comme exemple de détecter des muons cosmiques, et notamment de mettre en évidence la loi statistique de l'évolution d'une population moyenne de noyaux radioactifs (décroissance exponentielle) en mesurant la vie moyenne du muon ainsi que sa distribution angulaire et peut être utilisée pour montrer l'effet Cherenkov, comme un autre exemple. 2968772 -2 Dans ce cadre pédagogique il y a des aspects de sécurité qu'il est nécessaire de respecter. On souhaite donc effectuer des mesures sur différentes sortes de sources de rayonnement sans exposer à ces rayonnements les enseignants et les élèves. La présente invention permet donc à un établissement scolaire d'aborder un programme 5 d'enseignement de physique par la mise au point d'un système de détection de sources radioactives naturelles de très faible activité qui soit à la fois hautement sensible, précis et multifonctionnel. Ces sources permettent de respecter le décret 2002-460 du 4 avril 2002 relatif à la protection générale des personnes contre les dangers des rayonnements ionisants. 10 Pour cela, un tel dispositif est remarquable en ce que qu'il comporte des moyens de changement de récipients contenant un milieu révélateur adapté au type de phénomènes physiques que l'on souhaite mettre en évidence, moyens formés par un couvercle d'introduction dudit récipient et une embase sur laquelle repose ledit récipient. Ledit récipient contenant le révélateur étant de forme et de contenance standards, notamment 15 commerciale. L'idée de l'invention repose sur le fait que l'on propose des moyens pour changer facilement de récipient révélateur de sorte qu'il est alors facile d'aborder un programme pédagogique complet de mesures. Cette interchangeabilité permet ainsi de montrer rapidement à des étudiants la caractérisation de la source du rayonnement beta 20 (rayonnement cosmique, direction, nombre d'événements, ..., radioactivité naturelle, ...), cette caractérisation étant faite à l'aide de milieux révélateurs interchangeables de façon manuelle et simple. Pour chacune des mesures, l'électronique de gestion des données est capable de d'acquérir un nombre d'événements suffisamment important pour que chacune des 25 mesures soit précise avec un grand rapport signal/bruit. Le temps d'acquisition se calcule comme un compromis entre le temps d'exposition, un seuil d'acquisition, le volume du révélateur et la qualité désirée de la statistique des résultats. La description suivante accompagnée des dessins ci-annexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. 30 Dans les dessins : - la figure 1 montre une première variante de réalisation d'un dispositif de mesure de rayonnement, - 3 - la figure 2 montre un schéma pour une deuxième variante de réalisation d'un dispositif de mesure de rayonnement, - la figure 3 montre la réalisation de la deuxième variante de réalisation, - la figure 4 montre un traitement électronique des impulsions de détection des détecteurs de rayonnement. Sur les figures représentées, les éléments communs portent les mêmes références. A la figure 1, le dispositif de mesure de rayonnement porte la référence 1. Il se compose d'un détecteur de rayonnement 5 qui est formé d'un récipient 10 et d'un photomultiplicateur 15 dont la face d'entrée est en contact avec le récipient 10. Le récipient 10 et le photomultiplicateur 15 sont enfermés dans une enceinte 20 étanche à la lumière. Le dispositif de l'invention comporte un système d'alimentation 25 du photomultiplicateur 15 et un circuit de traitement 27 pour analyser les informations de sortie du photomultiplicateur 15 A sa partie supérieure, l'enceinte est munie d'un couvercle 35 qui permet à un utilisateur dudit dispositif 1 d'enlever et d'introduire le récipient 10. Ce récipient 10 peut être changé par un autre récipient 50. Ainsi, il est facile d'utiliser des milieux révélateurs différents. Bien évidemment, on peut aussi vider le récipient et le remplir par un autre milieu révélateur. L'utilisation de plusieurs récipients apporte une grande facilité pour effectuer rapidement des démonstrations ou des mesures différentes. Le récipient repose sur une embase 51 dans laquelle est ménagée une ouverture pour la face de détection du détecteur sensible à la lumière 15. Ainsi par exemple le récipient 10 peut être rempli d'un liquide scintillateur utilisant un produit du genre contenant du « popop » sensible à différentes sources de rayonnements. On peut aussi utiliser un autre liquide comme milieu révélateur. L'eau peut être aussi un bon candidat. Là, le phénomène mis en évidence est différent de celui impliqué par le scintillateur. Dans le cas de l'eau, c'est l'effet Cherenkov qui est mis à contribution. Cet effet est sensible à la direction du rayonnement et il est possible donc de déterminer la direction du rayonnement étudié. Il est à noter que l'enlèvement du couvercle 35 ne peut se produire sans précautions, car un excès de lumière peut endommager le photomultiplicateur. Il convient, alors, de s'assurer que le photomultiplicateur 15 ne soit pas alimenté. Pour cela on a disposé près du 2968772 -4 couvercle 35 un détecteur d'ouverture 40 qui coupe au niveau du circuit d'alimentation 25 l'alimentation du photomultiplicateur 15. Comme certains rayonnements à détecter ont une direction précise, un dispositif de mesure de rayonnement peut se composer de deux détecteurs de mesure 5 et 5'comme cela 5 est montré à la figure 2. Ces deux détecteurs sont séparés d'une distance « d » de l'ordre de 40 cm et forment un angle 0 que l'on va faire varier. Pour cela, on a prévu, comme montré à la figure 3, un bâti 60 qui maintient les deux détecteurs 5 et 5' à la distance indiquée. Le bâti 60 repose sur une base 65 au moyen d'une rotule 67 qui permet d'orienter dans le plan vertical l'alignement des deux détecteurs 5 et 10 5'. Cette orientation est perçue au moyen d'une aiguille ou index 70 solidaire du bâti 60 qui vient en regard d'une graduation 72 gravée sur la base 65. Il est évident, sans sortir du cadre de l'invention, d'intervertir la position de l'index 70 et la graduation 72. En d'autre termes de placer l'index sur la base 65 et l'échelle graduée sur le bâti 60. La figure 4 montre un schéma de traitement des signaux fournis par les 15 photomultiplicateurs 15 associés aux détecteurs de rayonnement 5 et 5'. On profite de la présence de ces deux photomultiplicateurs pour effectuer une détection par coïncidence. Pour cela à la sortie de chaque photomultiplicateur associé aux détecteurs 5 et 5', il est prévu tout d'abord un formateur d'impulsion 100 et 101 pour former une impulsion formatée dans le temps dès que le signal à la sortie des photomultiplicateurs dépasse une 20 certaine valeur. L'allure des signaux à la sortie des détecteurs 5 et 5' est montrée avec les références 105 et 106 à la figure 4. Le signal de sortie du formateur 100 est appliqué à un circuit monostable 110 dont la période est compatible avec la détection de la même particule qui vient de traverser le détecteur 5. Une porte logique « ET » 120 permet de fournir un signal de coïncidence pour l'impulsion fournie par le détecteur 110 et le signal 25 d'impulsion 101. En d'autres termes, le signal à la sortie du circuit monostable 110 valide le signal d'impulsion du circuit 101. Le signal correspondant à une coïncidence est compté alors par un compteur 130. Selon les produits révélateurs utilisés dans les récipients 10 ou 50, il est possible d'effectuer différentes expériences. Par exemple, si on utilise un scintillateur, les récipients 30 seront entourés d'un film réfléchissant, genre papier d'aluminium et avec le montage représenté à la figure 3, on peut déterminer la distribution angulaire des muons cosmiques et isoler, donc, les muons cosmiques du fond radioactif. Il est ainsi possible de montrer à 2968772 -5 des étudiants la loi de distribution des rayons cosmiques dus aux muons. Cette loi est de la forme cos2 O. Si on utilise de l'eau, il est alors possible de montrer l'effet Cherenkov, comme cela a été dit. REVENDICATIONS. 1- Dispositif de mesure de rayonnement comprenant au moins un premier détecteur de rayonnement (5) formé d'un récipient (10) pour contenir un milieu révélateur de rayonnement et un détecteur sensible à la lumière (15) couplé à un compteur d'événements (27) et un circuit d'alimentation pour les alimenter, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de changement de récipients contenant un milieu révélateur adapté au rayonnement à mesurer, moyens formés par un couvercle (35) d'introduction dudit récipient et une embase (51) sur laquelle repose ledit récipient.. 2- Dispositif de rayonnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit détecteur sensible à la lumière présente sa face sensible à la lumière dans une ouverture ménagée dans ladite embase (51) à l'opposé du couvercle (35). 3- Dispositif de rayonnement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins un des récipients (10, 50) à introduire dans ledit dispositif contient de l'eau en vue de détecter des particules par effet Cherenkov. 4- Dispositif de rayonnement selon la revendication lou 2, caractérisé en ce qu'au moins un récipient contient un milieu scintillateur en vue de détecter des particules. 5 - Dispositif de rayonnement selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième récipient 50 placé à proximité, destiné à remplacer le récipient (10) contenu dans ledit dispositif. 6- Dispositif de rayonnement selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il comporte un détecteur d'ouverture (40) du détecteur de rayonnement (5) pour couper l'alimentation du détecteur sensible à la lumière. 7- Dispositif de rayonnement selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième détecteur de rayonnement (5') séparé d'une certaine distance du premier détecteur. 8- Dispositif de rayonnement selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il fonctionne en mode de coïncidence, un des détecteurs (5) fournissant une fenêtre temporelle de détection à l'apparition d'une particule pour valider la détection de la même particule par l'autre détecteur (5'). 9- Dispositif de rayonnement selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que les deux détecteurs de rayonnement sont montés sur une structure orientable (60) reposant sur une base (65). 2968772 -7 10- Dispositif de rayonnement selon la revendication 9 caractérisé en ce qu'il comporte un index (70) fixé sur l'une des parties (structure (60) et base(65)) et une échelle graduée (72) fixée sur l'autre des parties ( structure et base).