FR2516665A1 - Detecteur de concentration de gaz radioactifs a large plage - Google Patents

Abstract

LE DETECTEUR SELON L'INVENTION COMPORTE UN DESIONISEUR 12, UNE CHAMBRE D'IONISATION 14, DES GRILLES PLANES ET PARALLELES 22 DEFINISSANT UNE SECTION 18 DE PLAGE INFERIEURE ET UNE SECTION 20 DE PLAGE SUPERIEURE, ET DES ELECTROMETRES 70, 72 DESTINES A MESURER LES COURANTS PRODUITS AFIN D'INDIQUER LA CONCENTRATION EN GAZ RADIOACTIFS.

Description

Détecteur de concentration de gaz radioactifs à large plage

La présente invention se rapporte d'une façon gé-

nérale aux appareils de mesure et de contr 8 le, et con-

cerne plus particulièrement un détecteur de gaz radio-

actifs. Le besoin existe d'un appareil de contrble de gaz radioactifs à large plage dynamique ayant la sensibilité

requise pour le contrôle de routine de locaux ou de che-

minées et qui puisse également réagir à -des concentra-

tions inhabituellatuent élevées de gaz zdioactifs pouvant résulter d'un accident En tant qu'appareil de contrôle

de cheminée, un tel appareil doit avoir une réponse ra-

pide pour qu'un arrêt total puisse être déterminé Il

est également souhaitable que la sensibilité de l'appa-

reil a la contamination, par exemple la oontamination par

le tritium soit réduite.

Des détecteurs et des appareils de contrôle de con-

centration de gaz radioactifs sont également utiles pour mesurer la concentration en tritium dans le fonctionnement des réacteurs à eaulourde comme modérateuro De plus, avec les réacteurs à fusion fonctionnant au tritium, qui

seront bientôt une réalité en raison des recherches in-

tensives dans ce domaine, le contrôle du tritium est deve-

nu une importance accrue pour éviter les accidents humains.

De plus, des appareils de contrôle et des détecteurs de concentration de gaz radioactif peuvent 8 tre utilisés pour enregistrer des concentrations de gaz radioactifs dans certains domaines o il est nécessaire de déterminer ces

concentrations, par exemple dans les cheminées d'évacua-

tion des usines et des centrales électriques chauffées au

charbon, les opérations d'extraction d'uranium, le con-

trôle des locaux dans des usines à fission nucléaire, le contrôle des gaz d'évacuation de pompes à vide des

usines à fission et le contrôle des cheminées pour déter-

miner des émissions radioactives globales de centrales électriques en fonctionnement normal et pendant de longs

arrêts accidentels.

La chambre de Kanne, voir par exemple J E How Health Physics 6, 203 ( 1961), a été utilisée pendant plus

de vingt années pour contraler et mesurer des gaz radio-

actifs La chambre de Kanne convient particulièrement pour contrôler de faibles émetteurs de particules béta car la portée de ces émetteurs dans l'air est

courte comparativement aux dimensions globales de la cham-

bre de Kanne D'autres radio-isotopes gazeux plus énergé-

tiques sont détectés avec une efficacité moindre car moins d'énergie est laissée dans la chambre elle-m 8 me

et davantage est perdu sur' les parois qui l'entourent.

Un mode courant de réalisation de cet appareii consiste

en trois cylindres concentriques, dont celui qui se trou-

ve à leintérieur et celui qui se trouve à l'extérieur sont maintenus au potentiel de la masse tandis que le

cylindre intermédiaire est porté à environ 200 Volts.

La région entre le cylindre extérieur et le cylindre in-

termédiaire sert de piège à ions Ce piège à ions permet à l'appareil de détecter une émission de particules beta

par des gaz, indépendamment d'événements ionisantspré-

c 4 dents, qui est actuellement présente à l'intérieur et qui passe dans l'espace entre le cylindre intermédiaire et le cylindre interieur, espace connu comme chambre à ions La décomposition de noyaux radioactifs présents

dans la chambre à ions est détectée par un courant déve-

loppé entre les deux électrodes intérieures résultant d'une migration de particules chargées formées quand

l'énergie des particules émises se dépose dans l'air envi-

ronnant En général, un volume de 51,6 litres est utilisé comme volume actif Un important volume comme celui-là est utilisé car dans la chambre de Kanne la sensibilité est une fonction du volume Quand l'appareil de Kanne est utilisé pour détecter du tritium dans l'air ambiant

respiré, la contamination n'est normalement pas un pro-

blème Mais lorsqu'il est exposé à de fortes concentra-

tions de gaz radioactifs comme HTO, par exemple, ou à une contamination avec de l'huile contenant du tritium, l'établissement d'une activité de base peut se produire}

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réduisant nettement la sensiblité de la chambre aux faibles concentrations en tritium Une compensation

électronique d'une forte activité de base est diffi-

cile et souvent peu s re Le rétablissement du niveau à la sensibilité sans contamination peut imposer des

procédés allant d'une simple purge de la chambre pen-

dant plusieurs heures avec de l'air frais jusqu'à des procédés plus complexes de chauffage ou de démontage et de nettoyage de l'appareil, entrainant un temps mort considérable Eventuellement, il est possible qu'une unité fortement contaminée doive être éliminée La demande de Brevet des Etats Unis d'Amérique NO 229 024 déposée le 27 Juin 1981 au nom de David F. Anderson décrit un appareil qui élimine un grand nombre des inconvénients et des limitations de la chambre de Kanne L'appareil décrit dans cette demande de Brevet convient pour mesurer de faibles concentrations de gaz

radioactifs, avec une haute précision De plus, il ré-

soud la plupart des problèmes de contamination quand cet appareil est utilisé dans une zone de forte contamination et il apporte un perfectionnement notable sur l'appareil à chambre de Kanne Mais la sensibilité et la précision de cet appareil pour détecter de faiblesconcentrations

de gaz radioactifs dépend du volume de la chambre dtioni-

sation Dans les cas o une réponse rapide est souhaitée, le volume dela chambre d'ionisation doit être réduit pour réduire le temps réel de mélange physique des gaz à contrôler De plus, il est souhaitable de disposer d'un appareil qui soit capable de mesurer non seulement de très faibles concentrations de gaz radioactifs, avec

une haute précision, mais également de fortesconcentra-

tionsrésultant par exemple d'accidents Bien que l'appa-

reil décrit dans cette demande de Brevet permette de me-

surer de faibles concentrations de gaz radioactifs avec une haute précision dans des environnements contaminants, il est incapable de mesurer des plages extrêmement larges

de concentration de gaz radioactifs avec une réponse ra-

pide.

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Un objet de l'invention est donc de proposer un détecteur de concentration de gaz radioactif à large plage.

C'est aussi un objet de l'invention que de pro-

poser un appareil de contrble de gaz radioactifs à large

plage -

Un autre objet de l'invention est de proposer un détecteur de concentration de gaz radioactif à large plage ayant une réponse rapide et une sensibilité réduite

à la contamination radioactive.

Un autre objet de l'invention est de proposer un détecteur de concentration de gaz radioactifs à large plage ayant une réponse rapide, une sensibilité réduite à la contamination radioactive et une plage dynamique d'au moins 10 Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, et

selon l'invention, de la manière qui sera largement décri-

te ci-après, l'appareil peut constituer un détecteur de

concentration de gaz radioactifs à large plage qui com-

Porte un désioniseur destiné à éliminer les particules

chargées du gaz radioactif; une chambre d'ionisation ac-

couplée avec le désioniseur; une première série de grille planes parallèles et espacées suffisamment proches les

unes des autres pour produire-un premier champ électri-

que essentiellement uniforme d'une intensité suffisante pour éliminer pratiquement les effets de recombinaison d'ions, dans la détection des gaz radioactifs à faible concentration, cette première série de grilles planés parallèles étant disposées dans une première région active de la chambre d'ionisation ayant un volume suffisant pour détecter des gaz radioactifs à faible concentration; une seconde série de grilles planes parallèles et espa cées suffisamment proches pour produire un second champ

électrique uniforme d'une intensité suffisante pour élimi-

ner essentiellement les effets de recombinaison d'ions,

dans la détection de gaz radioactifs de forte concentra-

tion, cette seconde série de grilles planes parallèles

étant disposée dans une seconde région active de la cham-

bre d'ionisation ayant un volume suffisant pour détec-

ter les gaz radioactifs à haute concentration; um dispo-

sitif de détection des courants produits dans les premiè-

re et seconde séries de grilles planes parallèles en ré-

ponse à la migration des ions produits par les ga z radio- actifs dans la chambre d'ionisation, les courants ainsi

détectés indiquant la concentration du gaz radioactif.

L'invention peut également concernerg selon ses buts et objets, un détecteur de concentration de gaz radioactifs à large plage comprenant un désioniseur; une

chambre d'ionisation; des premièresgrilles planes paral-

lèles chargées-alternativement, disposées dans la chambre d'ionisation pour détecter de faibles concentrations de gaz radioactifs, ces premières grilles planes parallèles chargées alternativement ayant une surface réduite de contamination et étant espacées d'une distance nettement inférieure à

la distance moyenne de recombinaison des ions du gaz radio-

actif soumis à un premier champ électrique produit par les

premières grilles planes parallèles chargées alternative-

ment, de manière qu'un premier courant mesurable soit produit par la migration des ions produits dans la chambre

d'ionisation par radioactivité d'un gaz radioactif à fai-

ble concentration; des secondes grilles planes et parallè-

les chargées alternativement, disposées dans la chambre d'ionisation pour détecter de fortes concentrations de gaz radioactifs, ces secondes grilles planes et parallèles

chargées alternativement ayant une surface réduite de con-

tamination et étant espacées d'une distance qui est faible comparativement à la distance moyenne de recombinaison

des ions de particules chargées soumises à un second champ élec-

trique produit par les secondes grilles planes et paral-

lèles chargées alternativement, de manière qu'un second courant mesurable soit produit par la migration des

ions produits dans la chambre d'ionisation par la radio-

activité d'un gaz radioactif de forte concentration; et

un dispositif de mesure des premier et second courants me-

surables pour indiquer une large plage de concentration

de gaz radioactifs.

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L'invention concerne également, selon ses buts

et objets, un détecteur de concentration de gaz radio-

actifs à largeplage ayant un temps de réponse réduit

et une sensibilité réduite à la contamination radioacti-

ve, comprenant un désioniseur pour éliminer des parti-

cules chargées du gaz radioactif; une chambre d'ionisa-

tion, des premières grilles chargées alternativement, dis-

posées dans une première région active de la chambre d'ionisation pour produire un premier champ électrique suffisant pour produire un premier courant mesurable

dans les premières grilles chargées alternativement, ré-

sultant de la migration vers ces premières grilles char-

gées alternativement des particules chargées produites dans la première région active par la radioactivité de gaz radioactifs à faible concentration, cette première région active ayant un volume prédéterminé, les premières

grilles chargées alternativement ayant une surface rédui-

te de contamination et étant espacées d'une distance qui

est nettement inférieure à la longueur moyenne de recom-

binaison des particules chargées du gaz radioactif soumis au premier champ électrique; des secondes grilles chargées alternativement,disposées dans une seconde région active de la chambre d'ionisation pour produire un second courant

mesurable dans les secondes grilles chargées alternative-

ment par la migration de particules chargées produites dans

la seconde région active par la radioactivité de gaz radio-

actifs à forte concentration, cette seconde région active ayant un volume qui est inférieur à la moitié du volume Prédéterminé de collection de charge de la première région active, les secondes grilles chargées alternativement ayant une faible surface de contamination et étant espacées d'une distance qui est nettement inférieure à la longueur de recombinaison des particules chargées du gaz radioactif

soumis au second champ électrique; et-un dispositif de dé-

tection des premier et second courants mesurables pour in-

diquer une large plage de concentrations de gaz radioactifs.

L'invention concerne également, selon ses buts et objets, un détecteur de concentration de gaz radioactif A large plage, ayant une réponse rapide, une sensibilité

réduite à la contamination radioactive et une plage dyna-

mique d'au moins 108 et comprenant un désioniseur; une chambre d'ionisation; des grilles planes parallèles de plage inférieure disposées dans la chambre d'ionisation, formant un premier volume actif d'environ 1 litre pour détecter de faiblesconcentrationsde gaz radioactifs, les grilles planes et parallèles de plage inférieure étant

espacées environ de 15 mm pour produire u N champ élec-

trique d'environ 100 V/cm; des grilles planes et paral-

lèles de plage supérieure disposées dans la chambre d'ionisation, formant un second volume actif d'environ 0,1 litre pour détecter de hautesconcentrations de gaz radioactifs, ces grilles planes et parallèles de plage supérieure étant espacées d'environ 7,5 mm pour produire un champ électrique d'environ 200 V/cm; un électromètre

à double plage pour donner une représentation de la con-

centration des gaz radioactifs, détectée par les grilles planes et parallèles de plage inférieure et de plage supérieure

D'autres caractéristiques et avantages de l'in-

vention appara tront au cours de la description qui va

suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels:

-la figure 1 est une vue schématique d'un appa-

reil selon un mode de réalisation de l'invention,

-la figure 2 représente schématiquement les cir-

cuits électroniques utilisés conjointement avec l'appareil de ce mode de réalisation de l'invention et

-la figure 3 est un graphe illustrant des résul-

tats d'essais expérimentaux du présent mode de réalisa-

tion de l'invention.

-la figure 1 est une coupe longitudinale schéma-

tique d'un détecteur de concentration de gaz radioactif à large plage selon l'invention L'appareil représenté

sur la figure 1 comporte une tubulure d'entrée 10, un dés-

ioniseur 12, une chambre d'ionisation 14 et une tubulure

de sortie 16 Une série de grilles 22, planes et parai-

lèles, sont disposées dans la chambre d'ionisation 14.

La chambre d'ionisation 14 contient deux régions actives, la section 18 de plage inférieure et la section 20 de plage supérieure La section 18 de plage inférieure a un volume géométrique de 1,0 litre, avec dix grilles 22 planes et parallèles espacées de 15 mm La section 20 de plage supérieure a un volume géométrique de 0,1 litre avec trois grilles planes et parallèles espacées de 7,5 mm Les grilles 22 planes et parallèles consistent en des anneaux d'acier inoxydable d'un diamètre de 9,5 cm

supportant un treillis d'acier inoxydable avec une épais-

seur de fil de 0,01 mm et un pas de deux fils par cen-

timâtre Bien entendu, les grilles 22 planes et parallèl-

les peuvent également consister en un treillis de fils,

de configuration similaire Un champ électrique haute-

ment uniforme est développé dans la section 18 de plage

inférieure et la section 20 de plage supérieure en appli-

quant une tension entre des'grilles 22 planes et paral-

lèles voisines Comme le montre la figure 1, des grilles collectrices 2636 sont connectées au potentiel de la masse tandis que les grilles à haute tension 40-52 sont

connectées à une source d'alimentation à haute tension.

Cela établit une série de grilles planes et parallèles

chargées alternativement dans la chambre d'ionisation 14.

Les grilles collectrices 26-36 fonctionnent au potentiel de la masse tandis que les grilles à haute tension 40-52 fonctionnent à + 150 Volts Cette tension produit un champ électrique de 100 volt/cm dans la section 18 de plage inférieure et un champ électrique de 200 volts/cm

dans la section 20 de plage supérieure Le faible écarte-

ment des grilles et le champ électrique élevé produit dans la section 20 de plage supérieure sont adaptés pour

réduire les effets de recombinaison des ions aux concen-

trations élevées des gaz radioactifs Autrement dit, des densités d'ordre supérieur des ions tendentà accroltre la

probabilité de leur recombinaison.

Cet effet est réduit dans la section 20 de plage supérieure en réduisant le temps de migration des ions vers les plaques collectrices par l'augmentation du champ électrique, augmentant ainsi la vitesse des ions, et par la courte distance entre les grilles planes et parallèles 26, 40 et 42 La courte distance des grilles planes et parallèles de la section 18 de plage inférieure produit

également le m me effet Pour réduire le problème de con-

tamination dû à l'huile contenant du tritium ou à la

condensation de vapeur d'eau contenalt du tzitium, le dé-

tecteur selon l'invention est conçu de manière que la pa-

roi intérieure 54 de la chambre d'ionisation 14 soit au

moins à 10 mm du volume actif o sont disposées les gril-

les 22 planes et parallèles La portée maximale des rayons

f du tritium dans l'air à la pression atmosphérique nor-

male est environ 7 mm M 4 me à de fortes altitudes corane à Los Alamos, New Mexico, o la pression nest quonevrlon

pour cent de la pression atmosphérique normale, la por-

tée maximale n'est que 10 mm Par conséquent avec la pa-

2 o roi 54 de la chambre d' ionisation au Smine potentiel que les grilles collectrices 26-36, des parois contamin es par

du tritium ne contribuent pas au signal En outre, la con-

tribution due à la contamination est encore réduite en fabriquant les électrodes en fines grilles pour réduire la surface exposée au gaz radioactif dans la région active des grilles 22 planes et parallèles Cela peut se faire en utilisant les plaques métalliques par exemple en acier inoxydable dans lesquelles sont formées une multitude de perforations, un treillis d'acier inoxydable ou un réseau

de petits fils formant une grille.

Le désioniseur 12 est disposé entre la tubulure d'entrée 10 et la chambre d'ionisation 14 pour enlever les particules chargées des échantillons du gaz radioactif

à détecter Le désioniseur 12 comporte une série de pla-

ques parallèles 60 en acier inoxydable, espacées de 4 mm portées alternativement au potentiel de plus 150 V et de la masse La momne source d'alimentation à + 150 V utilisée

pour les plaques à haute tension 40-52 est également uti-

lisée pour les plaques parallèles à haute tension du

désioniseur 12 Les plaques 60 du désioniseur sont sup-

portées par uncadre de céramique 56, 58.

Une série de six tiges isolantes 24 en cérami-

que est utilisée pour supporter les grilles 22 plates et parallèles et la chambre d'ionisation 14, Trois tiges isolantes en céramique sont utilisées pour supporter les

grilles à haute tension 40-52 tandisque trois autres tiges iso-

lantes en céramique, disposées alternativement, sont uti-

lisées pour supporter les grilles collectrices 26-36.

Les tiges isolantes 24 en céramique sont supportées par un cadre de céramique 62-64 Il faut aussi noter que l'utilisation de céramique comme isolant a été indiquée, mais qu'il s'est avéré que le permali fonctionne aussi

bien, qu'il est moins coûteux et plus facile à fabriquer.

La figure 2 est un schéma simplifié des circuits électroniques de mesure de courant et de charge utilisés dans le détecteur de concentration de gaz radioactifs à

large plage selon l'invention Deux amplificateurs électro-

mètres 70 et 72 reçoivent des signaux de courant SIG 1 et SIG 2 provenant respectivement de la section 20 de plage

inférieure et de la section 22 de plage supérieure du dé-

tecteur de la figure 1.

r électromètre 72 de plage inférieure est du type à pont à diodes à capacité variable, enfermé dans une enceinte à température contrôlée pour assurer une

stabilité du O à long terme L'enceinte maintient la tem-

pérature db la cavité à 40 C + 0,5 Cpour une température ambiante de 20 à 350 C a dérive de l'1 électromètre est 2 x 10 15 ampères ( 2 f A) ou moins après que l'enceinte

et sont contenu ont été stabilisés pendant plusieurs heu-

res L'électromètre particulier qui a été utilisé est un modèle 1702 de Teledyne Philbrick qui a été choisi pour

ses excellentes caractéristiques de bruits à b asses fré-

quences, sa faible dérive à long terme, sa bonne résistan-

ce aux surcharges transitoires d'entrée et son prix réduit L'électromètre 70 de plage supérieure est du type FET de

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prix peu élevé, ayant une résistance de transimpédance adaptée de façon appropriée pour la plage voulue et pour

le petit volume de la chambre.

L'électrombtre 70 de plage supérieure et l'élec -

tromètre 72 de plage inférieure attaquent chacun un ampli-

ficateur logarithmique à quatre décades 74 et 76 respecti-

vement L'amplificateur logarithmique 74 a une polarisa-

tion de sortie à demi-échelle Un dispositif de commuta-

tion à semi-conducteurs représenté schématiquement par les traits pointillés 78 et 80 connecte un seul signal d'entrée à la fois au circuit de mesure de courant 82 et au circuit de mesure de charge 84 La détection d'un recouvrement

entre les deux groupes de circuits est faite par un dis-

criminateur X 6 qui déclenche à la déviation tota Le de

l'électromètre 72 de plage inférieure Grâce à 1 dap-

tation des constantes de temps des circuits des électro-

mètres, la commutation de recouvrement à des niveaux de faible impédance peut se faire avec un effet transitoire

minimal sur l'affichage de sortie à large plage L'indica-

tion finale de sortie du courant analogique à huit décades sur l'appareil de mesure de courant de sortie 88 est obtenu en mélangeant les sorties des amplificateurs logarithmiques 74 et 76 Les lectures de plage inférieure allant de 1 f A à 10 p A sont fournies directement aux indicateurs de sortie si la discrimination de recouvrement n'a pas été déclenchée La lecture de plage supérieure allant de 10 p A à 100 n A est superposée sur la tension de polarisation continue à demi-échelle, donnant une continuité de lecture

sur l'ensemble des huit décades.

La mèsure de charge est faite avec un conver-

tisseur 90 de tension en fréquence à faible dérive, à par-

tir de la sortie linéaire de l'électromètre 70 de plage

supérieure et de l'électromètre 72 de plage inférieure.

Le train d'impulsions provenant du convertisseur 90 est

compté pour effectuer une intégration d'un signal numéri-

que qui est une mesure de charge L'appareil numérique 92 de mesure de charge produit un affichage numérique qỉ couvre dix décades de 10-12 c/ division à 1 i-2 C/déviation totale: La lecture comprend des indicateurs numériques

couvrant trois décades et des multiplicateurs d'exposant.

Le facteur d'échelle de comptage est changé de 104 au point de transition entre la plage supérieure et la plage inférieure du courant Les lectures de charge se règlent automatiquement de manière que les trois chiffres les plus significatifs d'informations non nulles soient affichés avec le multiplicateur d'exposant correct Si plus de trois chiffres significatifs sont désirés, l'ensemble du contenu de la mémoire de l'appareil de mesure de charge peut être lu manuellement en utilisant un commutateur à

* bouton pour sélectionner les multiplicateurs d'exposant.

Si des niveaux de base de la chambre d'ionisa-

tion 14 sont constants, un courant "inverse" allant jus-

qu'à 100 f A peut être injecté à l'entrée de l'électro-

m.être de plage inférieure; Cela réduit l'accumulation

indésirablede charges de l'énergie de base sur de lon-

gues périodes d'action mutuelle.

La lecture à distance de l'appareil peut se faire

par des dispositifs périphériques en option Un enregis-

treur sur bande peut Etre utilisé à la sortie de l'appa-

reil de mesure d'intensité, comme l'indique la figure 2, ou le niveau analogique peut être émis vers un système de saisie de données La sortie de l'appareil numérique 92

de mesure de charge consiste en un niveau analogique cor-

respondant à l'amplitude du contenu des trois décades des indicateurs numériques, avec un code décimal-codé-binaire

à trois lignes pour le multiplicateur d'exposant associé.

Plusieurs conditions et caractéristiques du sys-

tème périphérique doivent être notées la disposition des

électrodes en parallèle dans la chambre d'ionisation en-

tra Ine une forte capacité entreles électrodes Par consé-

quent, la source de haute tension de la chambre doit 8 tre une source à très faible bruit pour-éviter des parasites couplés par capacité dans l'électromètre représenté sur la figure 2 Des batteries ou une source d'alimentation régulée et hautement filtrée peuvent être utilisées pour éviter ces problèmes La capacité de la chambre doit aussi être stable et il faut que le détecteur soit protégé contre des sources microphoniques pour réduire au minimum les bruits mécaniques Comme Cela est vrai pour tout système d'electremètre sensibles

les cables des signaux entre le détecteur et l'é lec-

tromètre doivent Utre courts et rigides Le dispositif

illustré par la figure 2 permet que la tête d'électro-

mètre soit proche de la chambre d'ionisation mais le chassis de commande dé lecturepeut tre éloigné de

à 100 mètres du point de mesure.

L'appareil selon l'invention a été d'abord étalonné et contrblê au Los Alamos Gamma Calibration I Range Des champs de rayonnement de 1,9 x 10-3 à 1,2

x 103 R/h ont été utilisés, Le courant de sortie, nor-

malisé automatiquement sur la chambre d'un litre, a été

enregistré Les résultats de L'étalonnage gamma sont re-

présentés sur la figure 3 Al'endroit marqué changement de plage sur la figure, il y avait un léger écart par rapport à une réponse linéaire Cela correspond à une lecture d'environ 35 pour cent trop élevée au changement de plage, provoqué par un décalage d'une fraction de

millivolt de la position zéro de circuit de plage supé-

rieure Le résultat de l'étalonnage gamma a montre que

l'appareil de contrôle est linéaire sur presque huit dé- cades, avec une limitation de la plage dynamique due aux

circuits électroniques et non à la chambre d'ionisation.

L'appareil a ensuite été étalonné avec quatre concentrations de tritium Ces concentrations étaient 27,R 1,215 et 430 p Ci/m 3, apparaissant aux points A-D sur la figure 3 Les points B, C et D se situent sur une ligne droite,a Frande incertitude sur la mesure à

27 p Ci/m 3 était due à la courte durée de mesure utili-

sée, c'est-à-dire 100 secondes La meilleure adaptation de l'étalonnage au tritium était: C = 1,0 O x 1015 i, o C est la concentration en tritium en microcuries par

mètre 3 et i le courant normalisé en ampères A par-

tir de ces données, il apparalt que dans un environne-

ment de faible énergie de base et avec un temps dlinté-

gration du courant de quelques minutes pour faire la moyenne des fluctuations du signal, des concentrations en tritium de quelques i Ci/m 3 peuvent 9 tre facilement mesurées Une concentration de 10 S l Ci/m 3 est couramment mesurable. La constante de temps de l'appareil-de mesure

de courant est une seconde, pour permettre de suivre fi-

dèlement de forte concentrations de tritium Cette ré-

ponse rapide entraine de larges fluctuations de considé-

rations statistiques de bruits et de signaux à l'extré-

mité la plus sensible de l'échelle Par conséquent, une moyenne du signal à partir des lectures de charge

est nécessaire pour avoir une précision à faibleconcen-

tration de gaz radioactifs.

Il s'est avéré que l'appareil selon l'inven-

tion présente une longuehystérèse de la descente de la

plage supérieure à la plage inférieure Le temps de ré-

ponse de la plage supérieure, et de la plage inférieure (sans être atlé d'abord dans la plage supérieure) est juste la constante de temps du circuit électrique Mais peu de temps après que l'appareil soit passé à la plage

supéXieure, l'amplificateur électromètre de plage infé-

rieure, saturant le fonctionnement en masse virtuelle à l'entrée,est laissé à lui-mgme, et une tension s accunule

aux grilles collectrices de la chambre de plage infé-

rieure Cette accumulation de tension sur les isolants de l'ensemble entraine une absorption diélectrique de charge dans les matières Quand le rayonnement est réduit et que l'amplificateur sort de la saturation, la charge s'écoule Lentement de la matière, donnant un long temps

de rétablissement a chambre de plage inférieure est ré-

tablie à environ 2 x 10-13 A en deux minutes, mais il lui

faut une demi-heure pour revenir à zéro.

La céramique, le permali et le polystyrène ont

été utilisés comme isolant dans le but de pallierce pro-

blème d'injection de charge avec des résultats simi-

laires pour les trois Dne manière de résoudre le pro-.

blème serait de relier physiquement à la masse l'entrée du préamplificateur de p 14 ge inférieure au changement de plage Cela éviterait l'accumulation d'une tension.

Mais dans un appareil en fonctionnement complet, l'hysté-

rèse électrique mentionnée ci-dessus n'est pas un

problème pratique car les constituants du système méca-

nique ont des caractéristiques d'hystérèie qui dominent.

Ainsi, l'invention concerne un détecteur de concentration de gaz radioactifs à large plage qui permet de mesurer des concentrations de gaz radioactifs sur une plage de huit puissances de dix L'appareil selon

l'invention est conçu pour comporter une chambre d'ionisa-

tion suffisamment petite pour donner une réponse rapide à la mesure des gaz radioactifs, mais suffisamment grande pour donner des lectures précises La courte distance

entre les grilles planes et parallèles apporte deux avan-

tages majeurs à l'appareil selon l'invention Tout d'abord, un champ électrique typiquement uniforme-est établi dans la région active de la chambre d'ionisation pour permettre des mesures précises et en outre, le temps

de migration des ions vers les grilles planes et paral-

lèles est réduit pour éliminer virtuellement les erreurs

de détection dues à des recombinaisons d'ions Des gril-

les planes et parallèles sont fabriquées pôur exposer

une surface minimale, afin de réduire les effets de con-

tamination résultant de L'absorption de matière contami-

nante sur la surface des grilles En outre, la paroi de

la chambre d'ionisation est espacée d'une distance suf-

fisante de la région active de la chambre d'ionisation

pour encore réduire au minimum les effets de contamina-

tion. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées au mode de réalisation qui a été décrit à titre d'exemple nullement limitatif sans sortir du

cadre de l'invention.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1 Détecteur de concentration de gaz radio-

actifs à large place, caractérisé en ce qu'il comporte des désioniseurs ( 12) destinés à éliminer les particules chargées du gaz radioactif; une chambre d'ionisation ( 14) accouplée avec le désioniseur; une première série de grilles ( 22) planes parallèles et espacées suffisamment proches les unes des autres pour produire un premier champ électrique essentiellement uniforme d'une intensité suffisante pour éliminer pratiquement les effets de

recombinaison d'ions, dans la détection des gaz radio-.

actifs à faible concentration, cette première série de grilles planes parallèles étant disposée dans une première région active ( 18) de la chambre d'ionisation avant un volume suffisant pour détecter des gaz radioactifs à faible concentration; une seconde série de grilles ( 22) planes parallèles et espacées suffisamment proches pour produire un second champ électrique uniforme d'une intensité suffisante pour éliminer essentiellement les effets de recombinaison d'ions, dans la détection de gaz radioactifs de forte concentration, cette seconde série de grilles planes parallèles étant disposée dans

une seconde région active ( 20) de la chambre d'ioni-

sation ayant un volume suffisant pour détecter les gaz radioactifs à haute concentration; un dispositif de détection ( 70, 72) des courants produits dans les première et seconde séries de grilles planes parallèles en réponse à la migration des ions produits par les gaz radioactifs dans la chambre d'ionisation, les courants ainsi détectés indiquant la concentration du gaz radioactif.

2 Détecteur selon la revendication 1, carac-

térisé en ce que lesdites première et seconde séries de grilles ( 22 > planes et parallèles consistent en des séries de plaques métalliques dans lesquelles sont Br 7783 US/LC

formées un grand nombre de perforations.

3 Détecteur selon la revendication 1, carac-

térisé en ce que lesdites première et seconde séries des grilles ( 22) planes et parallèles consistent en des séries des grilles à réseau de fils.

4 Détecteur selon la revendication 1, carac-

térisé en ce que ladite chambre d'ionisation ( 14) comporte des parois ( 54) qui sont suffisamment espacées desdites première et seconde séries des grilles ( 22) planes et parallèles pour éliminer pratiquement les

effets de contamination par lesdites parois.

Détecteur de concentration de gaz radio- actifs à large plage, caractérisé en ce qu'il comporte un désioniseur ( 12), une chambre d'ionisation ( 14), des premières grilles ( 22) planes et parallèles chargées

alternativement, disposées dans ladite chambre d'ioni-

sation pour délacter de faibles concentrations de gaz

r-adioactifs, lesdites premières grilles planes et paral-

lèles chargées alternativement ayant une surface de ?o contamination réduite et étant espacées d'une distance qui est nettement inférieure à la distance moyenne de recombinaison des ions dans ledit gaz radioactif soumis à un premier champ électrique produit par lesdites

premières grilles planes et parallèles chargées alter-

nativement, de manière qu'un premier courant mesurable soit produit par la migration des ions produits dans ladite chambre d'ionisation par la radioactivité de faibles concentrations dudit gaz radioactif, des secondes

grilles ( 22) planes et parallèles chargées alternati-

vement, disposées dans ladite chambre d'ionisation pour détecter de fortes concentrations de gaz radioactifs, lesdites secondes grilles planes et parallèles chargées alternativement ayant une surface de contamination réduite et étant espacées d'une distance qui est faible comparativement à la distance moyenne de recombinaison Br 7783 US/LC des ions des particules chargées soumises à un second champ électrique produit par lesdites secondes grilles planes et parallèles chargées alternativement, de manière qu'un second courant mesurable soit produit par la migration des ions produits dans ladite chambre d'ioni- sation par la radioactivité de fortes concentrations dudit gaz radioactif, et un dispositif ( 70, 72) destiné à mesurer lesdits premier et second courants mesurables pour indiquer une large plage de concentrations de gaz

radioactifs.

6 Détecteur selon la revendication 5, carac-

térisé en ce que lesdites première et seconde grilles ( 22) planes et parallèles chargées alternativement consistent en des plaques métalliques dans lesquelles

sont formées un grand nombre de perforations.

7 Détecteur selon la revendication 5, carac-

térisé en ce que lesdites première et seconde grilles ( 22) planes et parallèles chargées alternativement

consistent dans des grilles à réseaux de fils.

8 Dú}ecteur de concentration de gaz radio-

actifs à large plage ayant une réponse rapide et une sensibilité réduite à la contamination radioactive, caractérisé en c qu'il comporte un désioniseur ( 12)

pour éliminer des particules chargées dudit gaz radio-

actif, une chambre d'ionisation ( 14), des premières grilles ( 22) chargées alternativement, disposées dans une première région active ( 18) de ladite chambre d'ionisation pour produire un premier champ électrique suffisant pour produire un premier courant mesurable dans lesdites premières grilles chargées alternativement, résultant de la migration vers lesdites grilles chargées alternativement des particules chargées produites dans ladite première région active par la radioactivité de faibles concentrations dudit gaz radioactif, ladite première région active ayant un volume prédéterminé, Br 7783 US/LC lesdites premières grilles chargées alternativement ayant une surface de contamination réduite et étant espacées d'une distance qui est nettement inférieure à la longueur moyenne de recombinaison des particules chargées dans ledit gaz radioactif soumis audit premier champ électrique, des secondes grilles ( 22) chargées alternativement, disposées dans une seconde région active ( 20) de ladite chambre d'ionisation pour produire un second courant mesurable dans lesdites secondes grilles chargées alternativement par la migration de particules chargées produites dans ladite seconde région active par la radioactivité de fortes concentrations dudit gaz radioactif, ladite seconde région active ayant un volume qui est inférieur à la moitié dudit volume prédéterminé de collection de charge de ladite première région active, lesdites secondes grilles chargées

alternativemernt ayant une surface de contamination ré-

duite et étant espacées d'une distance qui est nettement inférieure à la longueur de recombinaison des particules chargées dans ledit gaz radioactif soumis audit second champ électrique, et un dispositif ( 70, 72) pour détecter les premier et second courants mesurables afin d'indiquer une large plage de concentration d'un gaz radioactif.

23 9 Détecteur de concentration de gaz radio-

actifs de large plage ayant une réponse rapide, une sensibilité réduite à la contamination radioactive et une plage dynamique d'au moins 10, caractérisé en ce

qu'il comporte un désioniseur ( 12), une chambre d'ioni-

sation ( 14), des grilles ( 22) planes et parallèles de plage inférieure disposées dans ladite chambre d'ionisation formant un premier volume actif ( 18) d'environ 1 litre pour détecter de faibles concentrations de gaz radioactifs, lesdites grilles planes et-parallèles de plage inférieure étant espacées d'environ 15 mm pour Br 7783 US/LC produire un champ-électrique d'environ 100 V/cm, des grilles ( 22) planes et parallèles de plage supérieure disposées dans ladite chambre d'ionisation, formant un second volume actif ( 20) d'environ 0,1 litre pour détecter de fortes concentrations de gaz radioactifs, lesdites grilles planes et parallèles de plage supérieure étant espacées d'environ 7 ? 5 mm pour produire un champ électrique d'environ 200 V/cm, et un électromètre ( 70, 72) à deux plages pour donner une représentation de la concentration de gaz radioactifs détectée par lesdites grilles planes et parallèles de plage inférieure

et de plage supérieure.

Détecteur selon la revendication 9, carac-

térisé en ce que les grilles planes et parallèles

( 22) sont faites-de feuilles de treillis d'acier inoxy-

dable avec un diamètre des fils de 0,01 mm environ et

un pas d'environ deux fils par centimètre.

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