Brevet FR3113740A1 — publié le 20220304

Dispositif de détection de particules bêta L’invention concerne un dispositif de détection d’au moins une particule bêta (90) dans un environnement présentant une fluence non nulle de particules gamma (80), ledit dispositif de détection (1) étant caractérisé en ce qu’il comprend : - Une entrée (40) destinée à recevoir la particule bêta (90) ; - Un premier photomultiplicateur (10) et un deuxième photomultiplicateur (20) configurés pour fonctionner en coïncidence l’un relativement à l’autre avec une fenêtre de coïncidence prédéterminée, le premier photomultiplicateur (10) et le deuxième photomultiplicateur (20) étant disposés en regard de l’entrée (40) ; - Un scintillateur (42) comprenant au moins une couche de scintillation (43) en matière plastique et au moins une couche de support (44), la couche de scintillation (43) en matière plastique présentant une dimension en épaisseur inférieure à 50µm. Figure pour l’abrégé : Fig. 2 Dispositif de détection de particules bêta La présente invention concerne le domaine des détecteurs de contamination radioactive. Elle trouve pour application particulièrement avantageuse le domaine des détecteurs de rayonnement bêta dans un fort environnement de rayonnement gamma. ÉTAT DE LA TECHNIQUE Depuis la découverte de la radioactivité, l’Homme ne cesse de perfectionner ses dispositifs de détection de contamination radioactive. Certains rayonnements sont plus intéressants que d’autres en fonction des applications souhaitées. Il est donc essentiel de pouvoir mesurer certaines radiations en particulier. L’une des principales problématiques réside dans cette sélection de rayonnement, car généralement les détecteurs ne sont pas sensibles uniquement à un rayonnement en particulier. Par exemple, dans le cas d’un détecteur de rayonnement bêta dans un milieu à fort rayonnement gamma, les solutions actuelles présentent l’inconvénient de mesurer les deux rayonnements en même temps, ou alors proposent des solutions de différentiation qui ne satisfont pas les critères de qualité et de précision nécessaires dans certains domaines applicatifs. Un objet de la présente invention est donc de proposer une solution de mesure de rayonnement bêta dans un fort environnement gamma. Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés. RÉSUMÉ Suivant un aspect, est présenté un dispositif de détection de particules bêta dans un environnement présentant une fluence non nulle de particules gamma, ledit dispositif de détection étant caractérisé en ce qu’il comprend : Une entrée destinée à recevoir des particules bêta ; Un premier photomultiplicateur et un deuxième photomultiplicateur configurés pour fonctionner en coïncidence l’un relativement à l’autre avec une fenêtre de coïncidence prédéterminée, le premier photomultiplicateur et le deuxième photomultiplicateur étant disposés en regard de l’entrée ; Un scintillateur comprenant au moins une couche de scintillation en matière plastique et au moins une couche de support, la couche de support étant configurée pour supporter la couche de scintillation en matière plastique, la couche de scintillation en matière plastique présentant une dimension en épaisseur inférieure à 50µm, le scintillateur étant disposé relativement au premier photomultiplicateur, au deuxième photomultiplicateur et à l’entrée de sorte que lorsque des particules bêta traversent le scintillateur des photons, de préférence lumineux, sont émis pour certains à destination de l’un parmi le premier photomultiplicateur et le deuxième photomultiplicateur et, pour d’autres, à destination de l’autre parmi le premier photomultiplicateur et le deuxième photomultiplicateur.. La présente invention est avantageusement conçue pour permettre la détection de particules bêta dans un environnement à forte fluence de particules gamma. On entend par fluence le nombre de particules traversant une surface unité : nombre de particules/cm2 par exemple dans la présente invention. Ainsi, la fluence de particules gammas correspond au nombre de particules gammas qui traversent une surface unité dans l’environnement considéré. De manière innovante, la présente invention utilise un scintillateur en matière plastique dont l’épaisseur est faible en comparaison avec l’art antérieur, si faible que la section efficace du scintillateur avec les particules bêta est relativement petite, mais reste supérieure à la section efficace du scintillateur avec les particules gamma, si bien que les photons, dits lumineux, générés au niveau du scintillateur en matière plastique sont principalement, pour ne pas dire exclusivement, dus aux particules bêta interagissant avec le scintillateur. Néanmoins, cette démarche est contre-intuitive, car elle oblige à accroître le gain de la chaîne d’acquisition pour espérer détecter le peu de photons ainsi générés. Cette augmentation du gain de la chaîne d’acquisition augmente de manière importante le bruit de détection. Il est donc contre intuitif de procéder de la sorte. Cependant, la présente invention résout cette problématique en disposant deux photomultiplicateurs dans le dispositif de détection, ces deux photomultiplicateurs étant configurés pour fonctionner en coïncidence afin de ne détecter que les photons générés par les particules bêta et exclure le bruit électronique de chaque chaîne d’acquisition. On notera qu’on entend par photons lumineux des photons dont la longueur d’onde se situe dans le spectre du visible, c’est-à-dire dans le spectre du visible pour un œil humain. Dans l’art antérieur, les dispositifs de détection de particules béta, appelés aussi sondes de contamination de surface, ont une ou des couches de scintillation en matière plastique de plus de 100 µm d’épaisseur, la valeur moyenne étant de l’ordre de 250 µm. De telles épaisseurs entraînent une forte interaction de la ou des couches de scintillation avec les particules gamme lorsque la fluence de particules gamme est importante. Or la présente invention permet d’avoir des épaisseurs de l’ordre de 20 µm à 50 µm. Avec de telles épaisseurs, les particules gamme n’interagissent que peu voire même pas du tout avec la ou les couches de scintillation selon la présente invention. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée d’un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels : La représente une vue en coupe selon un plan transversal d’un dispositif de détection selon un mode de réalisation de la présente invention. La représente un schéma d’interaction d’une particule bêta avec un scintillateur selon un mode de réalisation de la présente invention. La représente une vue en coupe selon un plan longitudinal d’un dispositif de détection selon un mode de réalisation de la présente invention la représente une vue en coupe et de dessous d’un dispositif de détection selon un mode de réalisation de la présente invention. Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier les dimensions ne sont pas représentatives de la réalité. Dispositif de détection (1) de particules bêta (90) dans un environnement présentant une fluence non nulle de particules gamma (80), ledit dispositif de détection (1) étant caractérisé en ce qu’il comprend : Une entrée (40) destinée à recevoir des particules bêta (90) ; Un premier photomultiplicateur (10) et un deuxième photomultiplicateur (20) configurés pour fonctionner en coïncidence l’un relativement à l’autre avec une fenêtre de coïncidence prédéterminée, le premier photomultiplicateur (10) et le deuxième photomultiplicateur (20) étant disposés en regard de l’entrée (40) ; Un scintillateur (42) comprenant au moins une couche de scintillation (43) en matière plastique et au moins une couche de support (44), la couche de support étant configurée pour supporter la couche de scintillation (43) en matière plastique, la couche de scintillation (43) en matière plastique présentant une dimension en épaisseur inférieure à 50µm, le scintillateur (42) étant disposé relativement au premier photomultiplicateur (10), au deuxième photomultiplicateur (20) et à l’entrée (40) de sorte que lorsque des particules bêta (90) traversent le scintillateur (42), des photons (100) sont émis pour certains à destination de l’un parmi le premier photomultiplicateur (10) et le deuxième photomultiplicateur (20) et, pour d’autres, à destination de l’autre parmi le premier photomultiplicateur (10) et le deuxième photomultiplicateur (20), une coque (30) comprenant un volume interne (31) conformé pour contenir le premier photomultiplicateur (10) et le deuxième photomultiplicateur (20), le volume interne (31) étant défini en partie au moins par ladite entrée (40) et par au moins un revêtement interne (32), ledit revêtement interne (32) étant configuré pour réfléchir au moins une partie des photons (100) générés par l’interaction d’une particule bêta (90) avec la couche de scintillation en matière plastique (43) en direction du premier photomultiplicateur (10) et du deuxième photomultiplicateur (20). Dispositif (1) selon la revendication précédente dans lequel la couche de support (44) est configurée pour permettre audits photons (100) de la traverser, la couche de support (43) étant disposée entre la couche de scintillation en matière plastique (44) et le premier photomultiplicateur (10) et le deuxième photomultiplicateur (20). Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la couche de support (44) comprend au moins un matériau de faible densité et transparent audits photons (100). Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la couche de scintillation en matière plastique (43) est déposée sur une face de la couche de support (44), de préférence par dépôt centrifuge. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel l’épaisseur de la couche de scintillation en matière plastique (43) est inférieure à 50µm, de préférence à 30µm et avantageusement à 25µm. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel l’épaisseur de la couche de scintillation en matière plastique (43) est inférieure à 35 µm. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le premier photomultiplicateur (10) présente un premier angle solide de collecte de photons, et dans lequel le deuxième photomultiplicateur (20) présente un deuxième angle solide de collecte de photons, le premier angle solide de collecte de photons et le deuxième angle solide de collecte de photons étant de valeurs égales. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant un plan de symétrie longitudinal (50) et dans lequel le premier photomultiplicateur (10) et le deuxième photomultiplicateur (20) sont disposés l’un par rapport à l’autre de part et d’autre dudit plan de symétrie longitudinal (50). Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant un plan de symétrie transversal (60) et dans lequel le premier photomultiplicateur (10) et le deuxième photomultiplicateur (20) sont symétriquement disposés relativement audit plan de symétrie transversal (60). Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le premier photomultiplicateur (10) et le deuxième photomultiplicateur (20) sont disposés à équidistance de l’entrée (40). Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le couplage optique entre le scintillateur (42) avec le premier photomultiplicateur (10) et le deuxième photomultiplicateur (20) est assuré par l’air présent dans la coque (30), de préférence dans l’espace défini par le volume interne (32), avantageusement dans l’espace situé entre le scintillateur (42) et le premier photomultiplicateur (10) et le deuxième photomultiplicateur (20). Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le volume interne (31) présente une forme géométrique concave présentant un foyer, et dans lequel le premier photomultiplicateur (10) et le deuxième photomultiplicateur (20) sont disposés dans ledit foyer de sorte à ce que lorsqu’un photon (100) généré entre en contact avec le revêtement interne (32), sa trajectoire le conduise vers l’un parmi le premier photomultiplicateur (10) et le deuxième photomultiplicateur (20). Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la coque (30) présente sur une face externe une extension en forme de poignée (2). Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant au moins une grille de protection (41) de sorte que le scintillateur (42) soit disposé entre la grille de protection (41) et le premier photomultiplicateur (10) et le deuxième photomultiplicateur (20). Dispositif de détection selon l’une quelconques des revendications précédentes dans lequel le scintillateur (42) présente une surface supérieure à 100cm 2 , de préférence à 170cm 2 , et avantageusement à 100cm 2 .