rapides à l’aide des verres rpl - asso-lard.eu · neutron et ses interactions collision...

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


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


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


Inte

nsité

re

lative

Am-Be

0 2 4 6 8 10 12

2

1

0

3


Inte

nsité

re

lative

0 2 4 6 8 10 12

2

1

0

3


Inte

nsité

re

lative

Am-Be

11


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


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


Plateau

Conteneur

Lecteur FGD-660

Préchauffage

Remise à zéro

14


Etudes préliminaires

Face sensible du RPL

Ecran

particules a

cavité

Plages RPL

Montage du système d’irradiation

15


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


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


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 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 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


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


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


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.

24

Merci pour votre attention

rapides à l’aide des verres rpl - asso-lard.eu · neutron et ses interactions collision...

Documents