Appareil pour la mesure du rayonnement
L'invention est relative à un appareil pour la mesure du rayonnement, du genre de ceux utilisant un détecteur, par exemple une chambre d'ionisation, propre à permettre, sous une tension opératoire minimum déterminée, et en présence d'un rayonnement, de faire apparaître une tension mesurable dans un électromètre.
Cet appareil est caractérisé par le fait qu'il comprend un condensateur principal propre à fournir la tension opératoire susvisée et un condensateur auxiliaire propre à fournir à l'électromètre une tension de référence, le tout en combinaison avec des moyens pour assurer la charge de l'un et de l'autre desdits condensateurs. aux tensions désirées.
Le dessin représente, à titre d'exemple, trois formes d'exécution de l'objet de l'invention.
Les fig. 1 et 2, sont les schémas de deux formes d'exécution de l'appareil.
La fig. 3 montre en perspective schématique le boîtier d'un tel appareil.
I1 convient préalablement de rappeler que la construction d'appareils de ce genre soulève quelques difficultés, en ce qui concerne plus spécialement leur alimentation. Si, comme on l'a fait jusqu'à présent, on a recours, pour fournir la puissance électrique nécessaire au fonctionnement, à des piles ou des accus, on constate qu'il est difficile de résoudre les problèmes d'approvisionnement et de conservation que posent les sources de ce genre, outre que ces dernières sont souvent d'un poids et d'un encombrement prohibitifs, surtout pour des usages militaires.
Par ailleurs on a été amené à constater qu'il n'est pas nécessaire, pour ces genres d'appareils, de disposer d'une tension électrique constante. C'est ainsi que si l'on utilise, pour mesurer les rayonnements de radioactivité, des moyens du genre des chambres d'ionisation, des cellules photoémissives avec cristaux scintillants, etc., moyens qui, associés à une source, fournissent un courant variable avec l'intensité du rayonnement, ce courant est indépendant de la tension de la source, pourvu que ladite tension demeure supérieure à un minimum.
I1 s'agit d'ailleurs de courants très faibles, puisque, pour une chambre d'ionisation cylindrique, d'un volume de un décimètre cube, le courant de saturation correspondant à une intensité de rayonnement gamma de 1 roentgen par heure est de l'ordre de 10-10 ampères.
Partant de cette constatation, on utilise une source de tension constituée par un condensateur à fort isolement, qui peut être périodiquement rechargé par un générateur d'électricité, par exemple une magnéto ou dynamo, mue par l'opérateur, un système électromagnétique à impulsion, etc.
Si l'on fait alors traverser, par le courant à mesurer, une résistance de très forte valeur, et si l'on mesure la tension aux bornes par un appareil à consommation pratiquement nulle, tel qu'un électromètre à quadrant, on obtient un ensemble tel que le condensateur susvisé peut se maintenir chargé très longtemps.
L'ensemble obtenu est donc autonome et l'on peut dire que, dans l'état actuel de la technique, et même pour des intensités radioactives se chiffrant par des centaines de roentgens par heure, un tel appareil n'exigera de recharges, par l'opérateur, qu'à des intervalles de temps assez longs, de l'ordre de, par exemple, une heure ou davantage. En outre, il pourra être léger et peu encombrant.
L'appareil représenté à la fig. 1 comprend:
- une chambre d'ionisation 1, avec son électrode centrale 2, chambre alimentée en tension par un condensateur r à fort isolement, d'une capacité par exemple voisine d'un microfarad, et à travers une résistance de charge 3 de quelques milliers de mégohms, les bornes de cette résistance étant reliées à celles d'un électromètre 4 qui, sur la fig.
1, est du type idiostatique,
- un deuxième condensateur C, destiné à appliquer une tension de référence à l'électromètre de manière, notamment, à augmenter la sensibilité de ce dernier pour les faibles tensions à mesurer,
- un système de charge constitué, par exemple, par une magnéto représentée en G par son primaire et son secondaire (donnant par exemple une tension de l'ordre de 300 volts efficaces) en combinaison avec un système redresseur comportant un pont stabilisateur formé de trois résistances R, R' et r' et d'une chaîne stabilisatrice de tubes à néon 7, à résistance intérieure r, le tout calculé de façon à permettre d'obtenir à la fois la charge du condensateur principal r à la tension couvenable U, et celle du condensateur auxiliaire C à une tension appropriée E,
- et des moyens interrupteurs pour séparer, du système de charge, la partie active de l'appareil,
c'est-à-dire les deux susdits condensateurs, moyens tels qu'un interrupteur à triple contact 8 commandé par un relais 9 alimenté par une prise selfique 10 branchée sur le courant de charge, étant entendu que ledit système de charge et lesdits moyens interrupteurs pourraient être réalisés de toute autre manière (par exemple, les moyens interrupteurs pourraient être constitués par un commutateur à force centrifuge placé sur la magnéto, ou par un commutateur manuel).
Le condensateur de référence C, très fortement isolé, par exemple par un matériau de marque Styroflex a l'une de ses bornes reliée à l'un des quadrants de l'électromètre 4, et l'autre à la borne de la résistance 3 commune avec le condensateur principal, tandis que l'autre extrémité de ladite résistance est commutée à l'électrode extérieure de la chambre 1, dont l'électrode centrale est reliée à la borne correspondante du condensateur principal, d'autres schémas pouvant être prévus.
L'appareil fonctionne comme suit.
On suppose que l'appareil est chargé, la tension Ul du condensateur principal ayant été amenée à une valeur supérieure à la tension critique qui ne dépend que des dimensions de la chambre (tension correspondant au courant de saturation visé plus haut).
En l'absence de tout rayonnement, la tension E du condensateur de référence - tension qui reste constante très longtemps grâce au bon isolement - est appliquée seule à l'électromètre. Son indication se trouve alors au zéro de la graduation (en roentgens par heure).
Dès qu'un rayonnement atteint la chambre d'ionisation, il se produit dans celle-ci un courant se traduisant par une chute de tension V.
Comme le condensateur C conserve sa charge, cette chute de tension V se retrouve intégralement aux bornes de l'électromètre.
On obtient alors une déviation angulaire en principe proportionnelle au carré de la différence (E - V) pour la forme circulaire classique des quadrants et de l'aiguille, la forte sensibilité correspondant aux faibles rayonnements.
Mais on peut, tout en conservant une électrode mobile circulaire (ce qui permet un équilibrage facile), tailler le quadrant fixe de l'électromètre de façon à obtenir telle réponse que l'on désire.
Avantageusement selon une autre disposition s'appliquant d'une façon générale aux appareils dont il s'agit, on prévoit en outre des moyens pour permettre de vérifier à chaque instant l'état de charge du ou des condensateurs entrant en jeu, ainsi que l'état de fonctionnement des divers éléments de l'appareil, ces moyens étant notamment agencés de fa çon qu'ils permettent, par des commutations appropriées, de faire marquer successivement par l'électromètre, d'une part, les tensions de charge provenant du générateur d'électricité (magnéto, etc.), et, d'autre part, des indications provenant des condensateurs.
Dans l'application de la disposition précédente, au mode de réalisation de la fig. 1, on constitue par exemple lesdits moyens par une résistance auxiliaire 3' susceptible, dans certaines conditions opératoires, de venir courtcircuiter le condensateur principal r éventuellement à travers la résistance 3, ladite résistance auxiliaire étant notamment interposée entre l'une des bornes du condensateur principal et l'électrode extérieure de la chambre 1, et étant commandée par un inverseur 11, en particulier du type à bouton-poussoir, à deux positions pour lesquelles, ou bien (position normale, bouton lâché) il met hors circuit la résistance 3', ou bien (position de mesure, bouton appuyé) il la met en circuit, isolant alors la chambre d'ionisation.
Les opérations de vérification seront, par exemple, les suivantes
a) Lorsqu'on actionne le chargeur G sans appuyer sur le bouton de l'inverseur 11, la tension de charge aux bornes du condensateur C se trouve aux bornes de l'électromètre auxquelles elles sont reliées (l'une à travers la résistance 3).
On vérifie ainsi le zéro de l'appareil ainsi que la recharge. Cela est vrai même dans un champ de radiation (la résistance 3 étant en quelque sorte court-circuitée).
b) Lorsque l'on actionne le chargeur en appuyant sur le bouton de l'inverseur 11, on opère la charge à travers les résistances 3 et 3', ce qui a pour effet de fournir aux bornes de l'électromètre une tension bien définie, indépendante du condensateur principal r car celui-ci ne se décharge qu'extrêmement lentement à travers lesdites résistances.
c) Si enfin on appuie sur le bouton de l'inverseur 11 sans actionner le chargeur, on provoque la décharge lente du condensateur principal à travers lesdites résistances, ce qui donne lieu à une nouvelle tension, aux bornes de l'électromètre, tension qui, si la charge est suffisante, doit dépasser une certaine valeur,
que l'on aura repérée préalablement sur la graduation de l'électromètre.
On voit que par ces diverses mesures a, b, c, on peut vérifier:
a) si la tension appliquée pendant la charge au condensateur C est toujours correcte et si le zéro de l'électromètre n'a pas varié,
b) si la résistance 3 et le couple de rappel de l'électromètre n'ont pas varié,
c) s'il est temps de recharger l'ensemble, c'est-à-dire si la tension U1 n'est pas tombée au-dessous de la valeur critique.
I1 est à noter que, même si la mesure a ne donne pas de résultat satisfaisant, c'est-àdire s'il y a déplacement du zéro, on peut encore utiliser l'appareil puisque la déviation est fonction de la quantité (E - V), V dépendant du courant traversant la chambre d'ionisation, sous l'influence du rayonnement incident. Tout se passe comme si le rayonnement était modi- fié par un rayonnement parasite dont la mesure correspondrait au déplacement du zéro.
On peut donc facilement corriger les diverses lectures pour tenir compte de ce déplacement.
Les autres avaries doivent, au contraire, donner lieu à révision de l'appareil.
Suivant le mode de réalisation de la fig. 2, qui va maintenant être décrit, on utilise un électromètre 4 du type hétérostatique, lequel, comme on le sait, est constitué essentiellement par au moins deux systèmes de conducteurs fixes F1 et F2 et par au moins un conducteur mobile M.
L'un des deux systèmes fixes, soit FJ, est porté à un potentiel fixe E par rapport à M, tandis que la tension à mesurer x est appliquée entre F1 et F2. Le déplacement angulaire de
M est fonction de cette tension x. Lorsque celleci est nulle, ledit déplacement est lui-même nul, quelle que soit la valeur de la tension de référence E.
On applique, par exemple, aux conducteurs
F1 le potentiel de l'une des électrodes de la chambre d'ionisation 1, notamment de l'électrode externe. Le condensateur à grand isolement C, du genre de celui de la fig. 1 (et qui est rechargé à partir d'une prise intermédiaire 71 du stabilisateur 7), est interposé ici entre les conducteurs F1 et le conducteur mobile M, tandis que le condensateur principal r est interposé entre les conducteurs F2 et l'autre électrode 2, de la chambre 1. Enfin, la résistance 3 de grande valeur, engendrant la tension x à mesurer, est interposé entre les systèmes de conducteurs fixes F1 et F2.
Cet appareil fonctionne de façon analogue à celle déjà décrite plus haut, le courant passant dans la chambre d'ionisation se traduisant par un déplacement angulaire du conducteur mobile M, mais il paraît présenter certains avantages par rapport à celui de la fig. 1.
En effet, si l'appareil n'est soumis à aucun rayonnement, on est sûr que le conducteur mobile M1 ne subit aucun déplacement, quelle que soit la valeur de la tension de référence E.
L'appareil étant supposé chargé de façon inter mittente, on doit admettre que cette tension de référence subit de légères variations par pertes propres du condensateur C et du fait que, pendant les périodes où l'appareil est soumis à un rayonnement, ce condensateur fournit le léger courant d'ionisation qui passe dans l'électromètre, en raison de la présence inévitable d'air à l'intérieur de cet instrument. Ce montage est donc à zéro bien fixe, alors que le montage précédemment décrit admettait par construction une dérive du zéro dans le temps.
L'inconvénient est que le déplacement de l'aiguille pour une intensité de rayonnement donné dépend de la tension E à laquelle il est le plus souvent grossièrement proportionnel. Cependant, si la variation de la tension E n'est que de quelques pour-cent, les mesures ne seront pas sérieusement perturbées, cette précision étant largement suffisante dans la plupart des cas.
Il est bien évident qu'en donnant aux conducteurs fixes et mobiles des formes appropriées, on peut obtenir une échelle de lecture linéaire, ou à forme logarithmique, ou de tout autre type que l'on voudrait réaliser.
Ici encore, on peut prévoir tous moyens de vérification de l'état de fonctionnement de l'appareil, moyens qui consisteront, par exemple, simplement en une résistance auxiliaire 3" propre à venir court-circuiter, lors des vérifications, la résistance 3, cela à l'aide d'un interrupteur 12.
Cette résistance 3"étant de résistance relativement faible, de façon que les intensités de rayonnement les plus élevées susceptibles d'être envisagées ne provoquent, en la traversant, qu'une chute de tension négligeable, on peut, par exemple, exécuter les vérifications de la façon suivante:
En ce qui concerne d'abord la vérification des tensions de charge, on peut, par exemple, ayant fermé le contact 12, actionner le chargeur, ce qui a pour effet d'appliquer au système de conducteurs F, par rapport au système de conducteurs F1, une tension qui est une fraction donnée de la tension normalement appliquée sur le condensateur r.
Ce fractionnement résultera, par exemple, de l'intervention d'un pont de résistances dont une branche est constituée par la résistance d'appoint 3" introduite par la fermeture du contact 12 et dont l'autre branche est formée par une résistance 3"' de valeur du même ordre que la résistance 3". Si la tension ainsi introduite et celle appliquée au condensateur C ont les valeurs correctes désirées, le déplacement du conducteur mobile M présente une valeur qui est caractéristique du bon fonctionnement de l'appareil.
I1 est à noter que la résistance 3"', en raison de sa faible valeur par rapport à la résistance 3, n'empêche pas que, lorsque le contact 12 est ouvert et que l'on actionne la magnéto, on retrouve aux bornes du condensateur r la pleine tension de charge du générateur G.
Il peut être intéressant de prévoir des moyens pour modifier la sensibilité à volonté, ces moyens consistant à prévoir, pour coagir avec la chambre d'ionisation, au moins deux résistances élevées 3 et 31, de valeurs différentes et commutables l'une ou l'autre à volonté, à l'aide d'un inverseur 13. Cette disposition est visible, sur le dessin, tant sur la fig. 1 que sur la fig. 2.
Bien entendu, l'électromètre à utiliser peut être de tout type approprié, par exemple à quadrants, à aiguille, à fibre, etc., et comporter une suspension à pivot, à fil de torsion, etc.
En suite de quoi, quel que soit le mode de réalisation adopté, on peut établir un appareil de détection se présentant sous forme d'un boîtier 14, de forme quelconque, avec les divers organes aisément accessibles, c'est-à-dire manivelle 15 pour la manoeuvre du chargeur, inverseurs ou interrupteurs 11, 13 (ou 12, 13), le quadrant étant visible en 16 (fig. 3).
Un tel ensemble présente de nombreux avantages par rapport aux procédés et appareils du genre en question déjà existants, notamment:
- celui de prêter à un faible encombre
ment et un faible poids,
- celui, en conséquence, d'être aisément
portatif,
- celui, surtout, d'être complètement au
tonome, puisqu'il suffit de recharger de
temps en temps le ou les condensateurs,
à l'aide du chargeur,
- et celui encore de présenter une grande
souplesse d'utilisation, en étant suscep
tible, par exemple, de mesurer des
rayonnements entre 0,1 et 500 roentgens
par heure.