Procédé de détermination de la radioactivité de précipitations atmosphériques
et dispositif pour la mise en oeuvre du procédé
La présente invention a pour objets un procédé de détermination de la radioactivité de précipitations atmosphériques collectées en permanence dans un réservoir et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
On a généralement utilisé jusqu'à présent dans ce but des appareils collecteurs fournissant des échantillons qui sont ultérieurement contrôlés. Pour déterminer l'évolution de l'activité au cours d'une précipitation, on a conçu des appareils de ce type effectuant un fractionnement; en particulier dans un appareil de ce type, l'eau de pluie recueillie par un collecteur est distribuée dans une série de flacons par l'intermédiaire d'une série de gouttières, chaque gouttière étant solidaire d'un flacon, la mise en circuit de la gouttière alimentant le flacon suivant.
Cette solution n'est pas pleinement satisfaisante.
D'une part, elle exige l'intervention d'opérateurs pour les mesures, d'autre part, le système d'échantillonnage ne donne qu'un reflet approximatif de l'activité de la précipitation, étant donné que l'importance de celle-ci peut varier dans de très larges limites.
Or, le paramètre important à déterminer est l'activité globale spécifique de la précipitation : il est donc beaucoup plus logique de faire passer sous les appareils de mesure d'activité la totalité de l'eau recueillie, ce qui implique que le débit d'eau à travers le dispositif devra tre très variable.
Dans ce but, le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'on évacue l'eau collectée à un débit asservi à une mesure du niveau de l'eau dans le réservoir et on mesure en permanence l'activité et le volume de l'eau évacuée.
Le dispositif de mise en oeuvre du procédé est caractérisé en ce qu'il comprend un réservoir tampon de réception des précipitations, une conduite d'évacuation alimentant une coupelle de détection de radioactivité, un organe de réglage du débit d'évacuation disposé sur la conduite d'évacuation en aval de la coupelle, un capteur de pression sensible à la hauteur d'eau dans le réservoir, un dispositif d'asservissement piloté par le capteur de pression et commandant l'organe de réglage du débit de façon à fixer ce dernier à une valeur dépendant d'une mesure de la hauteur de l'eau dans le réservoir, et un organe de mesure du volume d'eau évacué.
La mesure de radioactivité est généralement effectuée à l'aide d'un détecteur de rayonnements ss pour deux motifs principaux. D'une part, la plupart des éléments à détecter (strontium, yttrium, etc.) sont des émetteurs ss. D'autre part, les prélèvements sont toujours faibles, alors que la détection y demande un volume élevé pour obtenir un rapport signal/bruit acceptable.
Toutes ces dispositions apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'une forme de réalisation du dispositif selon l'invention, donné à titre d'exemple. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels
la fig. 1 est une vue très schématique d'un tel dispositif,
les fig. 2a, 2b et 2c sont des courbes représentatives du débit Q de précipitation, du débit q de la pompe du dispositif et de la hauteur h d'eau dans le réservoir tampon en fonction du temps dans un cas particulier.
Le dispositif représenté en fig. 1 comprend un organe collecteur constitué par un pluviomètre 4, de 1 m2 de surface par exemple. L'eau provenant des précipitations, recueillie dans le pluviomètre 4, est amenée par une conduite 6 dans un réservoir tampon 8, relié par une conduite d'évacuation 10 à une coupelle 12 de mesure, displ) sée dans un château de plomb 13 destiné à réduire le bru. t de fond. Cette coupelle 12 est à son tour reliée par une conduite de fond 14, sur laquelle est disposé un organe de réglage du débit, à une enceinte 16 d'où l'eau s'échappe par une conduite 18. Le réservoir tampan 8 et les organes qui évacuent l'eau qui s'y trouve sont proportionnés de façon à éviter le remplissage du réservoir, meme au cours des plus fortes précipitations envisagées.
L'organe de réglage du débit est constitué par une pompe volumétrique 20, à commande électromagnétique 22. La commande électromagnétique est contrôlée par un circuit t d'asservissement 24 qui sera décrit plus loin et fixe le débit q dans la conduite 14 à une valeur proportionnelle au niveau h de l'eau dans le réservoir tampon, niveau mesuré par un capteur de pression 26 relié à la conduite 10 par un piquage 28.
L'emploi d'une pompe volumétrique 20 comme organe de réglage du débit présente de nombreux avantages : le comptage du nombre de tours ou de va-etvent de la pompe permet la détermination simple du volume évacué, la pompe assure à l'arrt une obtura tison complète et sûre. Le circuit d'asservissement 24 est constitué par un dispositif électronique qui reçoit du capteur 26 un signal d'entrée dont la tension est pro prtionnelle au niveau h. Si le dispositif est prévu pour tre utilisé sur une installation mobile, par exemple sur un navre dont les accélérations propres se superposent à celle de la gravité. le signal d'entrée doit tre intégré avec une constante de temps suffisante pour obtenir une moyenne.
Dans le mode de réalisation représenté, le circuit 24 comprend le capteur 26, qui fournit une tension continue proportionnelle à la hauteur d'eau dans le réservoir tampon 8 et un anplificateur linéaire 38. Le signal de sortie de l'amplificateur 38 attaque, par l'intermédiaire d'un organe de mise en mémoire 40 dont le rôle sera indiqué plus loin, un convertisseur tension-fréquence 42.
L s. signai continu qui parvient au convertisseur 42 à un instant donné représente non la tension émise à cet instant par l'amplficateur 38, mais la tension maximum reçue par l'organe 40 depuis sa mise à zéro précédente: ainsi le signal reçu par le convertisseur représente la valeur de crpe e du niveau dans le réservoir 12. Les im- pulsions fournies par le convertisseur 42 attaquent et déclenchent un multivibrateur monostable 44 dont la durée de iiilnctionnemenl est évidemment inférieure à la période minimum des signaux de sortie du convertisseur.
Le multivibrateur 44 attaque un circuit à thyratron 46 d'alimentation du moteur d'entraînement 22 de la pompe 20 : le thyratron est maintenu conducteur pendant toute la durée du travail du multivibrateur monostable la fréquence de déclenchement est pratiquement Suffisante dans la totalité des cas pour que la disconti nuits de fonctionnement de la pompe ne constitue pas un inconvénient.
Au lieu d'une pompe électromagnétique, on peut videmment utiliser une pompe volumétrique d'un autre t-pe. entraînée en rotation par un moteur à courant continu le circuit d'asservissement 24 comporte alors une dynamo tachymétrique.
Dans tous les cas, le débit moyen reste proportionnel au niveau de l'eau dans le réservoir tampon 8, et l'enregistrement du temps de fonctionnement de la pompe 20 au moyen d'un compteur (non représenté) fournit la mesure du volume évacué.
L'organe de mise en mémoire 40 de la valeur de
crte du niveau n'est pas indispensable mais il apporte des avantages substantiels. Cet organe oblige la pompe à ne pas descendre au-dessous de la cadence à laquelle elle fonctionne pour la valeur de crte jusqu'à ce que
le réservoir tampon 8 ait été vidé; en d'autres termes,
la mémoire maintien le débit d'évacuation constant une fois le maximum de précipitation passé et vide le réservoir en un temps maximum B, indépendant du niveau atteint, une fois la précipitation terminée. La durée de vidage maximum O correspond évidemment au cas d'une interruption brusque de la précipitation.
Dès que le réservoir est vide, un détecteur de présence d'eau 48 associé au capteur 26 transmet par une ligne de commande 50 (en traits mixtes sur la fig. 1) un ordre d'effacement de la valeur de crte gardée en mémoire et bloque le multivibrateur monostable 44 avec éventuellement un léger retard. A l'expiration d'un temps maximum 0 après la fin de la précipitation, la pompe 20 s'arrte et l'appareil se retrouve disponible pour une nouvelle mesure.
La coupelle 12 de détection (3 est équipée d'un compteur proportionnel 30 à grande surface avec couronne d'anti-coïncidence. Dans le mode de mise en ceu- vre représenté, le compteur 30 est disposé dans un boîtier démontable au-dessus d'une feuille de mylar renforcée par une grille qui assure sa protection mécanique lors de l'assemblage étanche du boîtier par soulèvement de la partie inférieure de celui-ci. Le compteur 30 permet d'arriver aisément à une précision de l'ordre
de 10-6 microcuries par cm3.
L'appareil représenté est prévu pour fournir également une détection v. Celle-ci est assurée par un ensemble à scintillation 32 placé au centre du réservoir 16 et donnant une sensibilité '1, de l'ordre de 1,5 10-6 microcuries par cm3.
Les sorties 34 et 36 des appareils de détection sont
reliés à des enregistreurs numériques (non représentés) qui effectuent les corrections nécessaires, notamment pour tenir compte du bruit de fond du compteur (3, et impriment les résultats. L'asservissement 24 est également relié par un conducteur à un enreglstreur du volume d'eau évacué.
Le fonctionnement du dispositif va maintenant tre décrit succinctement en se référant aux fig. 2 qui correspondent au cas de deux précipitations successives à
débit Q constant et à début et fin brutaux, le débit de la seconde précipitation étant inférieur à celui de la première.
Avant l'instant t0 correspondant au début de la première précipitation, le dispositif est vide d'eau et la pompe volumétrique 20 est arrtée. Dès que les premières gouttes tombées à l'instant t0 atteignent le réservoir tampon 8, le capteur de pression actionne le circuit d'asservissement 24 qui contrôle la pompe volumétrique et le détecteur de présence d'eau -autorise le fonctionnement du monostable. Le niveau h dans le réservoir tampon monte suivant -une loi exponentielle, car le dispositif est alors équivalent à un circuit électrique composé d'un condensateur (réservoir tampon) et d'une résistan ce.de fuite (organe de réglage du débit) placés en parallèle et alimentés sous intensité constante (débit Q ;
le niveau h se stabilise ensuite à une valeur fonction du débit Q, le débit q de la pompe ayant atteint la mme valeur que Q.
Lorsque l'averse cesse à l'instant ta, l'organe de mise en mémoire du niveau maximum atteint intervient et maintien le débit de la pompe à la valeur atteinte q : le réservoir tampon se vide alors de façon linéaire; à l'instant te = t1 + O- (O- étant un temps fixe) le réservoir est vide, la mise en mémoire est effacée et dès cet instant le dispositif est prt à intervenir de nouveau.
Parmi les avantages que fait apparaître le fonctionnement, il faut noter que le réservoir tampon se retrouve vide et l'appareil disponible dès un temps au plus égal à O après la fin de la pluie, le temps 0 étant indépendant de l'importance des précipitations comme le montrent les fig. 2a à 2c où a été schématisé, de l'instant tto à l'instant t'4, le fonctionnement du dispositif lors d'une averse de plus faible débit. Le début de la précipitation, qui est généralement plus radioactif que la fin, passe lentement devant le compteur 6, d'où amélioration de la sensibilité et suppression du risque d'erreurs par défaut sur la radioactivité des précipitations.
Dans la pratique, le fait d'assimiler la mesure fournie par l'appareil (produit de la moyenne de l'activité par le volume écoulé) à la radioactivité totale réelle (intégrale dans le temps du produit du débit par l'activité) ne représente d'ailleurs qu'une erreur minime.
Dans un mode de mise en oeuvre effectivement réalisé, les réservoirs 8 et 16 présentent respectivement des contenances de 14 1 et 101; l'amplificateur 38 fournit une tension de sortie variable entre 0 et 10 V, cette der nière valeur correspondant à un volume de 101 présent dans le réservoir tampon 8. L'organe 40 est constitué par une mémoire digitale à 64 cl fifres binaires. La tension de sortie de la mémoire, variable de 0 à 10 V, permet de modifier la fréquence du convertisseur 42 entre 0 et 0,1 coup/sec. Chaque coup déclenche le multivibra- teur monostable 44 et donc la pompe 20 pour une durée de fonctionnement stable de 6 secondes.
Cet appareil permet le contrôle en continu des radioactivités (3 et v des précipitations collectées dans un pluv-omètre de 1 m2 de surface pour des débits allant jusqu'à 40 I, h/m2. Il permet de connaître la date et la quantité des précipitations et de déceler des activités globales spécifiques de l'ordre de 10-6 microcuries/cm3.
REVENDICATIONS
I. Procédé de détermination de la radioactivité de précipitati:ons atmosphériques collectées en permanence dans un réservoir, caractérisé en ce qu'on évacue l'eau collectée à un débit asservi à une mesure du niveau de l'eau dans le réservoir et on mesure en permanence l'activité et le volume de l'eau évacuée.