rapides à l’aide des verres RPL - asso-lard.eu · Neutron et ses interactions Collision...
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1
Dosimétrie passive des neutrons
rapides à l’aide des verres RPL
dopés en Ag
Youbba OULD SALEM
Abdellatif NACHAB
IPHC/DRS/RAMSES
29 èmes journées des L.A.R.D – 10 au 12 Octobre 2012 à Clermont-Ferrand
2
Sommaire
Contexte
Fonctionnement des RPL
Neutron et ses interactions
Etude de la faisabilité du dosimètre
Conclusion
3
Environnement de travail
Analyse
Expertise Radioprotection
Dosimétrie
Recherche &
Développement Formation
Métrologie des
Rayonnements
Ionisants
Initiale
Expertise Radiologique
(Mesure, Simulation) Dosimétrie
Active et passive
(n, a, β, g)
Continue :
PCR
Mesures
Radioactivité
(a, b, g)
Agréments et
habilitation Contrôle en
Radioprotection
Dosimétrie
règlementaire
Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien de
Strasbourg
4
Contexte
Problématique : Dosimètre RadioPhotoLuminencent (RPL),
sensible aux rayonnements photoniques et particules chargées
Question : Sensibilité aux neutrons ?
Objectif : Etude de la faisabilité d’un dosimètre neutron par RPL
Grandeurs opérationnelles (ICRU)
Equivalent de dose
ambiant
H* (d)
Equivalent de dose
individuel
Hp (d)
5
Grandeurs en Radioprotection et Dosimétrie GRANDEURS
RADIOMETRIQUES
Fluence
GRANDEURS
DOSIMETRIQUES
Kerma K
Dose absorbée D
GRANDEURS
DE PROTECTION
Dose efficace E
Dose équivalente HT
GRANDEURS
PHYSIQUES Calcul
(WR , WT)
GRANDEURS
OPERATIONNELLES
Equivalent de dose ambiant H*(d)
Equivalent de dose directionnel H’(d,)
Equivalent de dose individuel Hp(d)
Estimation
ETALONNAGES
Grandeur mesurée
Grandeurs de
protection
Grandeurs
opérationnelles
Limites
annuelles
Dose efficace Hp(10) 20 mSv
Dose
équivalente peau
Hp(0,07) 500 mSv
Dose
équivalente cristallin
Hp(3) 150 mSv
Hp : Dosimétrie personnelle
H* : Dosimétrie d’ambiance
6
Principe physique de RPL
Phénomène de la radiophotoluminescence
Création électron (e-) et trou (h+),
piégeage par les ions Ag+
Excitation (UV) et émission d’une
luminescence orange
Ag+ + e- Ag0
Ag+ + h+ Ag++
BV
BC
UV
Irradiation Ag0
Luminescence
Ag++
Luminescence
Excitation Excitation RPL RPL
7
Neutron et ses interactions
Diffusion
Absorption
Inélastique (n, n’)
Elastique (n, n)
Capture (n, g) (n, a) (n, p)
Fission (n, fission)
Prépondérant dans le
domaine rapide
(conservation du neutron)
Prépondérant dans le
domaine thermique
(disparition du neutron)
Thermiques Rapides Intermédiaires 0.01 eV 1 keV 100 keV 1 GeV 10 MeV
Très rapides
8
Neutron et ses interactions
Collision élastique
Réaction de diffusion élastique et inélastique sur le noyau
Plus la cible est légère, plus le transfert d’énergie est efficace
2
4
(1 )n
AE E
A
²cos)²(
4n
ciblen
ciblencible E
mm
mmE
En et Ecible énergies cinétiques
de mn et mcible
cible
n
n
9
Détection des neutrons
Neutrons thermiques Absorption du neutron avec σ élevée
Production des particules chargées détection
Section efficace de réactions nucléaires
n + 10B 7Li + α
n thermique
Convertisseur 10B
Détecteur
10
Détection des neutrons
Neutrons rapides Diffusion élastique et inélastique sur les noyaux légers
Production des protons détection
Section efficace de diffusion élastique
n + H n + p
n rapide
Convertisseur (CH2)n
Détecteur
0 2 4 6 8 10 12
2
1
0
3
Énergie de neutron (MeV)
Inte
nsité
re
lative
0 2 4 6 8 10 12
2
1
0
3
Énergie de neutron (MeV)
Inte
nsité
re
lative
Am-Be
0 2 4 6 8 10 12
2
1
0
3
Énergie de neutron (MeV)
Inte
nsité
re
lative
0 2 4 6 8 10 12
2
1
0
3
Énergie de neutron (MeV)
Inte
nsité
re
lative
Am-Be
11
Etude de la faisabilité du dosimètre
Dispositif expérimental IPHC
Calibrateur
Source neutron : Am-Be
Activité : 1 Ci
Rayonnements : n, g
Débit de dose : 49 µSv/h à 75 cm
Réaction de production des neutrons rapides
241Am a + 237Np
a + 9Be 13C* 12C + n + g
Eg = 4,438 MeV
12
Etude de la faisabilité du dosimètre
Dosimètre utilisé au laboratoire
RPL
(verre phosphaté 35x7x1,5 mm)
Face arrière Face avant
Eléments Wt (%)
O 48,33
Na 13,24
Al 6,18
P 31,53
Ag 0,72
Composition élémentaire
(analyse MEB à l’IPCMS)
13
Etude de la faisabilité du dosimètre
Plateau
Conteneur
Lecteur FGD-660
Préchauffage
Remise à zéro
14
Etude de la faisabilité du dosimètre
Etudes préliminaires
Face sensible du RPL
Ecran
particules a
cavité
Plages RPL
Montage du système d’irradiation
15
Etude de la faisabilité du dosimètre
Résultats avec la source 241Am (Ea = 5,48 MeV)
12
34
5
RPL1
RPL2
RPL3
RPL40
500
1000
1500
12
34
5
RPL1
RPL2
RPL3
RPL40
500
1000
1500
Irradiation par la face avant
de 4 RPL
Irradiation par la face arrière
des RPL2 et RPL4
Sensibilité du RPL aux a dépend de la face irradiée et de l'énergie
16
Etude de la faisabilité du dosimètre
Système dosimétrique mis en place R
PL
1
RP
L 2
PE Al Al
Al
Boîtier en PE
Am-Be
RPL1 : exposition due aux g et n
RPL2 : exposition due aux g, n et p
Différence : réponse du RPL
Matériaux Épaisseur
(mm)
Densité
Al 0,9 2,7
RPL 1,5 2,6
PE 1 0,93
Boîtier 1,9 0,93
Caractéristiques des composantes du dosimètre
Dosimètre
Système utilisé pour l’irradiation
17
Etude de la faisabilité du dosimètre
Réponse du dosimètre en fonction de H*(10)
R = 4,18 H* - 20,78
c2 = 0,995
0
500
1000
1500
2000
2500
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
Equivalent de dose H* (mSv)
Rép
on
se d
u R
PL
(c
ou
nts
/cm
²)
18
Etude de la faisabilité du dosimètre
Etude de l’accumulation de dose : problème de Fiding
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 100 200 300 400 500 600
Temps d'irradiation (h)
No
mb
re d
e c
ou
ps
D1
D2
D2
D2
D3
ab
c
d
e
f
h
D1 : Lecture au point h
D2 : Lecture aux point a, b, c avec
remise à zéro
D3 : Lecture aux points d, e, f
sans remise à zéro
Protocole test d’accumulation de dose/aux neutrons de Am-Be
19
Etude de la faisabilité du dosimètre
Etude de l’accumulation de dose : Réponse de 3 dosimètres
0
200
400
600
800
1000
1200
1 2 3
Rép
on
se d
u d
osi
mèt
re (
cou
ps)
D1 D2 D3
D1 : exposition continue
D2 : somme des réponses avec remise à zéro
D3 : exposition cumulée sans remise à zéro
24% d’écart entre D1 et D3
20
Etude de la faisabilité du dosimètre
Problème du préchauffage
D1 D2 D3
RPL1 (g,n) 8620 8336 8623
RPL2 (g,n,p) 9528 9151 9313
Mesures nettes RPL1 et RPL2 pendant 23 jours
D1 : exposition continue
D2 : somme des réponses avec remise à zéro
D3 : exposition cumulée sans remise à zéro
7500
7800
8100
8400
8700
9000
9300
9600
1 2
No
mb
re d
e c
ou
ps
RPL1 RPL2
D1
D2
D3
D3D2
D1
RP
L 1
RP
L 2
PE Al Al
Al
Boîtier en PE
Effet de préchauffage sur les centres luminescents dus aux protons ?
21
Etude de la faisabilité du dosimètre
Correction du signal protons
2000
2100
2200
2300
2400
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
Nombre de préchauffages à 100°C
Rép
on
se d
es R
PL
(co
up
s)
RPL1
RPL2
RPL1 : exposition due aux g et n
RPL2 : exposition due aux g, n et p
RRL1 et RPL2 : même quantité
d’irradiations en termes de n et g
Effet de préchauffage sur les centres luminescents dus aux protons
(écart de 23% entre la première et la troisième lecture du RPL2)
22
Etude de la faisabilité du dosimètre
Résultat après correction de D3
0
200
400
600
800
1000
1200
1 2 3
Ré
po
ns
e d
u d
os
imè
tre
(c
ou
ps
)
D1 D2 D3
Réponse de 3 dosimètres avec correction
0
200
400
600
800
1000
1200
1 2 3
Ré
po
ns
e d
u d
os
imè
tre
(c
ou
ps
)
D1 D2 D3
Réponse de 3 dosimètres sans correction
Pas de perte de signal mais nécessité de réinitialisation dans le cas
des protons, avant réutilisation
23
Conclusion
Sensibilité du dosimètre radiophotoluminescent aux particules
lourdes dépend de la face irradié et de l’énergie.
Faisabilité d’un dosimètre neutron d’ambiance à l’aide de RPL.
Pas de perte de signal pour des longues expositions.
Réalisation d’un dosimètre neutrons personnel par RPL.