il faut éviter l’absorption du rayonnement par les organismes vivants

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1 il faut éviter l’absorption du rayonnement par les organismes vivants
Le but de la protection radiologique est d’empêcher les lésions dans les tissus vivants par les radiations ionisantes Source radioactive activité (Bq) énergie (eV) dose reçue Le rayonnement est porteur d’énergie qui est transmise à la matière et qui peut provoquer des dégâts il faut éviter l’absorption du rayonnement par les organismes vivants

2 En pratique: débitmètre ou contaminamètre…?
Indique la présence de substances radioactives ou d’une contamination mais ne dit rien du danger potentiel d’irradiation ! coups par sec….(Bq) Débitmètre Mesure de l’irradiation externe (Débit de dose absorbée ou dose absorbée) à proximité d’une source de rayonnements ionisants Tient compte de l’E du rayonnement et de son intensité en µGy/h (µSv/h), mGy/h (mSv/h), mGy ou mSv.

3 Détection et mesure des radiations
Principe des détecteurs: perte d’E par les rayts dans un milieu spécifique avec répartition de E entre des états excités du détecteur 2 grands types d’interaction des rayts avec la matière Ionisation: production d’ions et d’électrons dans un milieu ionisé et mesure de la quantité totale d’électricité Excitation: quanta de lumière émis par des centres excités dans un matériau « scintillant » lors du retour à l’état fondamental. Grâce à une surface photo-électrique, émission d’électrons avec mesure de la quantité totale d’électricité Autres processus Mesure de la chaleur (Microcalorimètre) Réactions chimiques (accumulation de l’information jusqu’à lecture): dosimètre…

4 Détection par ionisation
power supply Cation electron cathode anode ddp appliquée (V) 1 2 3 4 5 Nombre d’ions collectés Recombinaison Ionisation simple et primaire (chambre d’ionisation) Région proportionnelle (compteur proportionnel) Région Geiger-Muller (compteur geiger-Muller) Décharge Signal exploité: la collection des électrons ou impulsion de charges dont l’amplitude varie avec ddp

5 Zones de fonctionnement: différentes régions en fonction de la tension appliquée
Zone 1: Recombinaison (V < 100V) Champ insuffisant Zone 2: ionisation primaire (V > 200V) Tous les électrons ou ions collectés (palier) Pas d’ionisation secondaire (q) Indépendance avec V mais dépend de E Zone 3: proportionalité (300 < V < 1000V) Ionisation secondaire Nbre de charges collectées > nbre de charges produites par ionisation primaire (Q = kq) avec k variant avec V Zone 4: régime Geiger-Müller (V > 1100V) Q ne dépend plus de q (ions primaires) Ionisation quasi-totale du gaz Mise en évidence d’une particule mais pas qualifier ni quantifier (compteur) Zone 5: Décharge ddp appliquée (V) 1 2 3 4 5 Nombre d’ions collectés Rayonnement ionisant formation de paires d’ions dépôt de charges sur les électrodes courant avec intensité I (intensité du RI, de la forme et nature des parois du détecteur, électrodes, gaz et de ddp)

6 Les chambres d’ionisation
Système de détection simple et sûr Enceinte cylindrique contenant de l’air et 2 électrodes entre lesquels ddp > 100 V Électrode + : cylindrique Électrode - : tige métallique anodique Ionisation simple pas de recombinaison tous collectés Pas de processus secondaire Mesure du courant produit par la collection d’ions (impulsion de charge d’une certaine amplitude) indépendante de la ddp dépendante de l’Eparticule Courant recueilli très faible  résistance de charge élevée (V = Ri) power supply Cation electron cathode anode

7 Chambres d’ionisation
Principalement utilisée pour la mesure de rayonnements X et  (peu sensibles) Mesure de débits de dose (contrôle des appareils émetteurs de rayons X) BABYLINE: couramment utilisée en radioprotection Chambre d’ionisation à paroi mince 7 mg/cm2 (matériau léger) Volume de 513 cm3 Caractéristiques: Enveloppe en matériau équivalent aux tissus mous de l’organisme (épaisseur: 300 mg/cm2) Mesure des débits de dose X et  de 8 keV à 10 MeV Pour  d’E élevée (> 500 KeV) (ex: 32P) Sous-estimation des doses au contact de la source Exemple: 10-5 Gy/h dans 1 cm3 d’air  A Courant développé (1ère échelle): ( A x 515)/1.08 = A Résistance de 1012 ohm (V = Ri)  47 mV

8 2 épaisseurs de paroi dans les chambres d’ionisation
7 mg/cm2: évaluation de la dose absorbée au niveau de la couche basale de l’épiderme  dose correspondant aux organes et tissus irradiés situés à une profondeur de 0,07 mm par les rayonnements fortement et faiblement pénétrants (dose peau) 300 mg/cm2: évaluation de la dose absorbée en profondeur  dose correspondant aux organes et tissus irradiés situés à une profondeur de 10 mm par les rayonnements les plus fortement et faiblement pénétrants (dose en profondeur)

9 Chambre d’ionisation mince 7 mg/cm2 (+ enveloppe équivalent tissu 300 mg/cm2)

10 40 keV Réponse linéaire OK! Sous-estimation de la dose
Etalonnage des détecteurs en fct de l’E des rayts à laquelle les mesures sont faites !

11 Réponse en énergie Pour un type de particules donné, l'efficacité d'un instrument varie en fonction de l'énergie de la particule. réponse en énergie d'un détecteur: rapport entre le signal donné par le détecteur pour des particules d'énergie E sur le signal donné par des particules à une énergie de référence (Eréf), pour une quantité fixe de rayonnement. Toute mesure avec un détecteur est une mesure relative. calibration du détecteur équipé d’une sonde donnée avec une source d’activité connue et délivrant le même type de rayonnement que celui détecté par la sonde (source radioactive comme le 60Co ou le 137Cs)

12 Chambres d’ionisation….
Mesures de débits de dose de 0.3 µSv/h à 100 mSv/h Alarme visuelle et sonore pour le débit de dose et dose intégrée + appareil pour mesure des rayonnements ,  (paroi de très faible épaisseur) ou chambre ouverte (pression air atmosphérique)

13 Les compteurs proportionnels
Tension entre 300 et 1000V Ions suffisamment accélérés pour créer des ionisations secondaires Ion positif ne joue aucun rôle Amplitude signal  nbre d’ions créés par la particule dans le volume (E perdue par les particules) N (nbre de charges collectées) > n charges de l’ionisation primaire Utilisation: détecteur de surface Compteur plat pour mesurer des sources radioactives de grande surface Grande fenêtre de détection jusqu’à 200 cm2 Gaz de remplissage: butane, xénon N = k x n anode Avalanche de Townsend pas de rôle Champ électrique intense Électrons accélérés à leur tour libèrent d’autres électrons et ainsi de suite…

14 Détection des contaminations radioactives en  et  ou détection des rayonnements  et  de faible énergie Surface de détection  100 cm2 Rendement de comptage Ex: 131I : 1 cps = 4 Bq/dm2 Ex: 18F: 1 cps = 15.6 Bq/dm2 Monitoring des mains et pieds, vêtements, contrôle d’objets et surfaces de travail

15 Compteur proportionnel au BF3 pour la détection des neutrons
Détection par réaction nucléaire provoquée dans la matière Production de particules secondaires pouvant être détectées BF3 enrichi en 10B (18.7% dans B naturel) BF3 densité faible  faible probabilité d’interaction avec  Efficacité faible pour neutrons rapides Utilisation: mesures de radioprotection autour des réacteurs, des accélérateurs et des sources de neutron 510B + 01n  37Li+ + 24He2+ () Ralentissement des neutrons avec une substance hydrogénée qui entoure le compteur

16 Les compteurs Geiger-Müller
Régime de semi-proportionalité Retour à l’état fondamental d’ions excités avec émission de  qui arrachent des e- à la cathode  ces e- produisent d’autres ionisations Ddp > 1000V, zone de non-proportionalité entre nbre d’ions collectés et nbre d’ions créés initialement Régime de geiger-Müller Ddp > 1100 V, E importante des atomes ionisés Emission de cette E sous forme de  ayant suffisamment d’E pour extraire des e- (nouvelles avalanches) Amplitude des impulsions importante (charge collectée) et indépendante de l’ionisation initiale Le détecteur délivre le nombre max d’électrons qu’il est capable d’émettre Amplitude grande mais constante quelque soit la particule (pas de discrimination en fct de E) Ce type de détecteur n’est pas sélectif (hauteur d’impulsion indépendante de la nature de la particule)

17 Plateau de comptage du compteur Geiger-Müller
Au-dessus du seuil GM, taux de comptage constant  palier avec un légère pente Pente admissible: max 3 % Nombre de coups/sec Longueur du plateau:  300 V Utilisation des GM: surtension de V par rapport au seuil GM plateau Tension (V) Régime de décharge (> 1400 V) Détecteur instable, décharge permanente

18 Les compteurs GM à halogène: compteur auto-coupeur
Ajout de gaz rare (Ar, Ne), alcool ou halogène (Cl, Br) pour interrompre l’avalanche d’électrons et rendre l’appareil apte à la détection d’une autre particule Alcool : tension de 1500 V Halogène: 600 V (tension de fonctionnement faible) Caractéristiques du détecteur robuste Gamme étendue de T° Pas de décomposition chimique: durée de vie infinie Fabrication délicate (protection des électrodes) Temps de latence long  pas de mesure de précision Multirad (Contamination de surfaces par  d’E >100 keV, ex: 32P (rdt: 55%)) GM excellents pour détection des contaminations ou en système portable

19 Types de compteurs Geiger-Müller
Dosimètre à compteur GM Enceinte métallique épaisse (interaction entre champ de  et atomes de la paroi) Électrons secondaires de la paroi pénétrant dans volume gazeux et créant des ionisations Nbre d’impulsions/temps ∞ Nbre d’électrons sec. mis en mouvement ou ∞ au flux de rayonnement incident ∞té entre le flux et la dose absorbée mais parois non équivalents tissus ( matériau avec Z >) lointain rapport entre dose! Surestimation de la dose absorbée dans les tissus (réponse acceptable jusque 50 keV car atténuation forte du rayonnement incident) Détecteur robuste, facile d’emploi et portatif Radiameter FH 40F PRM301

20 En pratique: débitmètre ou contaminamètre…?
Indique la présence de substances radioactives ou d’une contamination mais ne dit rien du danger potentiel d’irradiation ! coups par sec….(Bq) Débitmètre Mesure de l’irradiation externe (Débit de dose absorbée ou dose absorbée) à proximité d’une source de rayonnements ionisants Tient compte de l’E du rayonnement et de son intensité en µGy/h (µSv/h), mGy/h (mSv/h), mGy ou mSv.

21 Contaminamètre… Mesure de la contamination (présence et concentration de substances radioactives ou activité) Info en coups par seconde  Becquerel - Nature du radioélément - Energie du rayonnement émis - Rendement du contaminamètre pour cette E Compteur proportionnel Compteur G-M Scintillateur NaI

22 Débitmètre… Mesure de l’irradiation externe à proximité d’une source de rayonnements tient compte de l’E du rayonnement et de son intensité en µGy/h (µSv/h), mGy/h (mSv/h), mGy ou mSv. Dose absorbée dans les tissus (mSv): constat à posteriori Débit de dose absorbée (mSv/h): aspect prospectif (estimation de la dose susceptible d’être reçue) Chambre d’ionisation (Babyline, Harwell) Dosimètre Geiger-Muller compensé