FR2933777A1

FR2933777A1 - Ionizing radiations e.g. gamma radiations, detecting installation for e.g. environmental site, has analyzing system analyzing delivered electrical signals to quantify ionizing radiations detected by measurement probes

Info

Publication number: FR2933777A1
Application number: FR0854695A
Authority: FR
Inventors: Benoit Hautefeuille; Olivier Tillement; Sarah Dewonck
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Universite Claude Bernard Lyon 1 UCBL; Agence Nationale pour la Gestion des Dechets Radioactifs ANDRA
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Universite Claude Bernard Lyon 1 UCBL; Agence Nationale pour la Gestion des Dechets Radioactifs ANDRA
Priority date: 2008-07-10
Filing date: 2008-07-10
Publication date: 2010-01-15
Anticipated expiration: 2028-07-10
Also published as: FR2933777B1

Abstract

The installation (1) has a series of measurement probes (2) respectively installed at locations (B1-B4) of an environmental site, where each probe includes a scintillator crystal emitting light in response to an ionizing radiation. The crystal is coupled to an optical fiber (7) collecting part of the emitted light. An acquisition and analyzing unit (11) includes a series of photoelectric converters respectively connected to the fibers for delivering electrical signals. An analyzing system of the unit analyzes the delivered electrical signals to quantify the radiations detected by the probes. The crystal is selected from cerium-doped lutetium oxyorthosilicate, cerium-doped lutetium yttrium orthosilicate, cerium-doped gadolinium oxyorthosilicate, cerium-doped gadolinium yttrium oxyorthosilicate, cerium-doped lutetium aluminum garnet, cerium-doped lanthanum bromide, cerium-doped lanthanum chloride, cerium-doped yttrium aluminum garnet, cerium-doped yttrium aluminum perovskite, cerium-doped or undoped lutetium aluminum perovskite, cerium-doped or undoped lutetium-yttrium orthoaluminate perovskite, cerium-doped or undoped cadmium tungstate and cerium-doped or undoped lead tungstate crystals.

Description

La présente invention concerne le domaine technique de la détection de rayonnements ionisants, par exemple bêta ou gamma, dans la nature au sens général et en particulier dans un site environnemental, tel que par exemple, une centrale nucléaire, un site de stockage, une usine chimique, un hôpital, un réseau de distribution d'eau, un port ou une habitation. Afin de détecter la radioactivité, il est connu d'utiliser un dispositif de détection mettant en oeuvre un cristal scintillateur couplé à un convertisseur photoélectrique ou photodétecteur, réalisé par un photomultiplicateur ou par une diode à avalanche. The present invention relates to the technical field of the detection of ionizing radiation, for example beta or gamma, in nature in the general sense and in particular in an environmental site, such as, for example, a nuclear power station, a storage site, a plant a hospital, a water distribution system, a port or a dwelling. In order to detect the radioactivity, it is known to use a detection device implementing a scintillator crystal coupled to a photoelectric converter or photodetector, produced by a photomultiplier or an avalanche diode.

Le signal du photodétecteur est numérisé avant d'être analysé afin de détecter les évènements liés à l'apparition de rayonnements ionisants. Pour la détection de rayonnements ionisants de très faible activité, il est souvent proposé d'utiliser des cristaux scintillateurs avec une taille importante, dans la mesure où le nombre d'évènements détectés est lié au volume du cristal scintillateur. Il apparaît donc qu'un tel dispositif ne permet pas une étude ponctuelle et localisée de la radioactivité compte tenu de la taille des cristaux scintillateurs utilisés. Un autre inconvénient de ce type de dispositif est lié au fait que le cristal scintillateur et le photodétecteur sont solidaires. La durée de vie du détecteur est donc définie par la durée de vie la plus courte du cristal scintillateur ou du photodétecteur. Dans le cas où le photodétecteur est un photomultiplicateur qui a une durée de vie courte de l'ordre de 1000 heures, un tel dispositif n'est pas adapté pour la détection de rayonnements ionisants en continu sur plusieurs années. The photodetector signal is digitized before being analyzed in order to detect the events related to the appearance of ionizing radiation. For the detection of ionizing radiation of very low activity, it is often proposed to use scintillator crystals with a large size, insofar as the number of detected events is related to the volume of the scintillator crystal. It therefore appears that such a device does not allow a spot and localized study of the radioactivity given the size of the scintillator crystals used. Another disadvantage of this type of device is related to the fact that the scintillator crystal and the photodetector are integral. The life of the detector is therefore defined by the shortest life of the scintillator crystal or photodetector. In the case where the photodetector is a photomultiplier which has a short lifetime of the order of 1000 hours, such a device is not suitable for the detection of ionizing radiation continuously over several years.

Si le photodétecteur est une photodiode à avalanche, le dispositif présente une durée de vie plus importante. Toutefois, dans ce cas, une électronique d'acquisition est nécessaire à la détection des signaux de faible intensité. Or, cette électronique d'acquisition est située proche du photodétecteur, de sorte que le dispositif de détection a une durée de vie limitée. Par ailleurs, les photodétecteurs utilisés sont soumis à un bruit électronique qui peut être confondu avec les signaux générés par les rayonnements ionisants. Pour s'affranchir de ce bruit, les photodétecteurs peuvent être couplés à des systèmes de spectroscopie de très haute précision, qui présentent l'inconvénient d'être coûteux, tout en possédant des risques de dérive dans le temps. Il apparaît également que de tels appareils qui sont efficaces pour détecter des photons gamma, sont généralement peu performants pour détecter des particules moins pénétrantes, notamment des électrons ou des particules alpha. Pour remédier à ces problèmes, il est connu d'utiliser un détecteur ne comportant pas un cristal scintillateur solide mais un fluide généralement liquide, appelé compteur à scintillation liquide. Dans ce cas, un échantillon à analyser est prélevé et se trouve mélangé à une solution scintillante comprenant du benzène (solvant) et un liquide scintillant (soluté). Lors d'une émission de rayonnement ionisant (rayonnement bêta), l'énergie du rayonnement est absorbée par le solvant puis transmise aux molécules du soluté (liquide scintillant). L'excitation du soluté génère alors un phénomène de luminescence. Le mélange est alors placé dans une cuve de détection à laquelle sont couplés un ou plusieurs photodétecteurs, selon qu'il est réalisé une détection simple ou par coïncidence. Cette méthode par solution scintillante comporte des limites intrinsèques liées à différents phénomènes pouvant atténuer et dégrader le signal enregistré par les photodétecteurs. Ainsi, le rayonnement ionisant peut ne pas interagir avec le solvant mais directement avec l'échantillon. L'énergie du solvant peut également être transmise non pas au soluté, mais à l'échantillon. Enfin, les photons de luminescence peuvent être absorbés ou dispersés par le milieu, avant d'avoir été détectés. Ces phénomènes, en réduisant le nombre de photons contribuant à une luminescence, induisent une erreur sur les mesures. A ces atténuations viennent s'ajouter des effets de photoluminescence et de chimiluminescence de basses énergies, variables en fonction du temps et qui peuvent notamment poser des problèmes de stabilité dans le cadre de mesures réalisées sur de longues durées. Pour finir, une limitation importante de ces systèmes par solution scintillante est d'ordre pratique. En effet, ces systèmes nécessitent de prélever l'échantillon analysé pour pouvoir le mélanger à la solution scintillante et l'insérer dans le système de détection. Cette technique conduit à une destruction d'une partie du matériau étudié et nécessite de pouvoir accéder en toutes circonstances à ce matériau. If the photodetector is an avalanche photodiode, the device has a longer life. However, in this case, an acquisition electronics is necessary for the detection of low intensity signals. However, this acquisition electronics is located near the photodetector, so that the detection device has a limited life. Moreover, the photodetectors used are subjected to an electronic noise which can be confused with the signals generated by the ionizing radiation. To overcome this noise, photodetectors can be coupled to spectroscopy systems of very high precision, which have the disadvantage of being expensive, while having risks of drift over time. It also appears that such devices that are effective for detecting gamma photons, are generally poor performance to detect less penetrating particles, including electrons or alpha particles. To remedy these problems, it is known to use a detector not comprising a solid scintillator crystal but a generally liquid fluid, called a liquid scintillation counter. In this case, a sample to be analyzed is taken and mixed with a scintillating solution comprising benzene (solvent) and a scintillant liquid (solute). During an emission of ionizing radiation (beta radiation), the energy of the radiation is absorbed by the solvent and then transmitted to the molecules of the solute (scintillating liquid). The excitation of the solute then generates a phenomenon of luminescence. The mixture is then placed in a detection tank to which are coupled one or more photodetectors, according to whether a simple or coincidental detection is carried out. This method with a scintillating solution has intrinsic limits related to various phenomena that can attenuate and degrade the signal recorded by the photodetectors. Thus, the ionizing radiation may not interact with the solvent but directly with the sample. The energy of the solvent can also be transmitted not to the solute, but to the sample. Finally, the luminescence photons can be absorbed or dispersed by the medium, before being detected. These phenomena, by reducing the number of photons contributing to a luminescence, induce an error on the measurements. To these attenuations are added effects of photoluminescence and chemiluminescence of low energies, variable as a function of time and which may in particular pose problems of stability in the context of measurements carried out over long periods. Finally, a significant limitation of these systems by scintillating solution is practical. Indeed, these systems require taking the sample analyzed to be able to mix it with the scintillating solution and insert it into the detection system. This technique leads to the destruction of a part of the material studied and requires access to this material in all circumstances.

Des systèmes basés sur le même modèle de solution scintillante ont été développés pour détecter in situ le radio-isotope étudié. Dans ce cas, un liquide est injecté au contact de la phase à étudier puis une partie de ce liquide est prélevée avant de le tester au moyen d'un compteur à scintillation liquide. Cette technique ne permet pas une localisation précise des points de mesures. Cette technique n'autorise pas une analyse simultanée en différents sites et ne permet pas un suivi en continu des rayonnements ionisants. Il est également connu de mettre en oeuvre des techniques de mesures ponctuelles de radioactivité, soit par prélèvement d'échantillons, soit par des opérateurs manipulant des appareils de mesures, ce qui ne permet pas de réaliser des mesures délocalisées et/ou en des endroits difficilement accessibles. L'analyse des solutions antérieures connues conduit à constater qu'il apparaît le besoin de pouvoir disposer d'un équipement permettant de détecter des rayonnements ionisants en différents endroits, simultanément et de manière précise, en continu et sur une durée relativement longue. L'objet de l'invention est donc de satisfaire ce besoin en proposant une installation adaptée pour détecter simultanément et en continu des rayonnements ionisants en différents endroits d'un site environnemental, avec une bonne précision et pendant une longue durée. Systems based on the same model of scintillating solution have been developed to detect in situ the radioisotope studied. In this case, a liquid is injected in contact with the phase to be studied and then a portion of this liquid is removed before testing by means of a liquid scintillation counter. This technique does not allow a precise location of the measurement points. This technique does not allow simultaneous analysis at different sites and does not allow continuous monitoring of ionizing radiation. It is also known to use spot measurement techniques for radioactivity, either by taking samples or by operators handling measuring devices, which makes it impossible to carry out delocalized measurements and / or in places with difficulty. accessible. The analysis of the known prior solutions leads to the conclusion that there is a need to be able to have equipment for detecting ionizing radiation in different locations, simultaneously and accurately, continuously and over a relatively long period. The object of the invention is therefore to satisfy this need by proposing an installation adapted to simultaneously and continuously detect ionizing radiation in different locations of an environmental site, with good accuracy and for a long time.

Un autre objet de l'invention est de proposer une installation adaptée pour acquérir les mesures dans une zone éloignée des rayonnements ionisants, sécurisée et facile d'accès pour permettre l'alimentation électrique, le suivi technique et les réparations. Pour atteindre un tel objectif, l'installation pour détecter des 30 rayonnements ionisants en différents endroits d'un site environnemental, comporte : - une série de sondes de mesure étanches installées chacune dans un endroit différent du site, chaque sonde de mesure comportant au moins un cristal scintillateur qui émet de la lumière en réponse à des rayonnements ionisants, le cristal scintillateur étant couplé à au moins une fibre optique assurant la collecte d'au moins une partie de la lumière émise par le cristal scintillateur, cette fibre optique de longueur égale à au moins 5 m étant raccordée à un convertisseur photoélectrique, - et une unité d'acquisition et d'analyse comportant : • une série de convertisseurs photoélectriques connectés aux fibres optiques, adaptés pour délivrer les signaux électriques, • et un système d'analyse des signaux électriques délivrés par les convertisseurs photoélectriques, permettant de quantifier les rayonnements ionisants détectés par les sondes de mesure placées dans les différents endroits du site environnemental. Another object of the invention is to provide a suitable installation for acquiring measurements in a remote zone of ionizing radiation, secure and easy to access to allow power supply, technical monitoring and repairs. To achieve such an objective, the facility for detecting ionizing radiation in different locations of an environmental site comprises: a series of sealed measurement probes each installed in a different location of the site, each measurement probe comprising at least a scintillator crystal which emits light in response to ionizing radiation, the scintillator crystal being coupled to at least one optical fiber for collecting at least a portion of the light emitted by the scintillator crystal, this optical fiber of equal length at least 5 m being connected to a photoelectric converter, - and an acquisition and analysis unit comprising: • a series of photoelectric converters connected to the optical fibers, adapted to deliver the electrical signals, • and an analysis system electrical signals delivered by the photoelectric converters, making it possible to quantify the radiation ionizing ts detected by the measurement probes placed in the various locations of the environmental site.

Selon une variante de réalisation, au moins une sonde de mesure se présente sous la forme d'une chambre étanche avec des extrémités amont et aval et présentant à proximité de son extrémité aval au moins un trou dans lequel est monté le cristal scintillateur et présentant un trou étanche de sortie pour la fibre de sortie. According to an alternative embodiment, at least one measurement probe is in the form of a sealed chamber with upstream and downstream ends and having near its downstream end at least one hole in which the scintillator crystal is mounted and having a sealed output hole for the output fiber.

Avantageusement, au moins un cristal scintillateur est couplé à une série de fibres optiques dont les convertisseurs photoélectriques correspondants sont reliés à un système de coïncidence permettant d'identifier dans une période de mesure déterminée, la détection simultanée des rayonnements ionisants. Advantageously, at least one scintillator crystal is coupled to a series of optical fibers whose corresponding photoelectric converters are connected to a coincidence system making it possible to identify, in a determined measurement period, the simultaneous detection of ionizing radiation.

Selon une autre variante de réalisation, l'une ou plusieurs sondes comportent une série de cristaux scintillateurs présentant des sensibilités différentes aux rayonnements ionisants. Par exemple, le cristal scintillateur possède une forme cylindrique avec une section de diamètre inférieure à 5 mm et de préférence inférieure à 30 2 mm. Selon un exemple de réalisation, le cristal scintillateur présente un temps de déclin inférieur à 100 ns. According to another variant embodiment, the one or more probes comprise a series of scintillator crystals having different sensitivities to ionizing radiation. For example, the scintillator crystal has a cylindrical shape with a section of diameter less than 5 mm and preferably less than 2 mm. According to an exemplary embodiment, the scintillator crystal has a decay time of less than 100 ns.

Par exemple, le cristal scintillateur est un cristal rapide, de préférence choisi parmi les familles de LSO, LYSO, GSO, GYSO, LuAG, LaBr3, LaCl3i YAG, YAP dopé par des ions luminescents, de préférence le cérium trivalent. Selon un autre exemple, le cristal scintillateur est un cristal présentant une densité supérieure à 7, de préférence choisi parmi les familles LuAP, LuYAP, CdWO4, PbWO4 (dopés ou non par des ions luminescents). Selon une variante de réalisation, une fibre optique est connectée à une face du cristal scintillateur selon une section de connexion et le rapport entre la surface du cristal scintillateur sur laquelle la fibre est connectée et la surface de la section de connexion est inférieure ou égale à 5 et de préférence proche de 1. Selon une autre variante de réalisation, plusieurs fibres optiques sont connectées à une même face du cristal scintillateur. Avantageusement, les fibres optiques sont connectées aux cristaux scintillateurs avec une partie courbée, dont le rayon de courbure est inférieur à 5 cm. Selon un exemple de réalisation, au moins une sonde comporte au moins trois cristaux scintillateurs identiques, permettant par l'analyse des signaux électriques délivrés par les convertisseurs photoélectriques connectés aux dits cristaux, d'identifier le gradient de diffusion du rayonnement diffusant en fonction du nombre relatif de coups entre les différents cristaux. Avantageusement, au moins un convertisseur photoélectrique comprend des moyens de quantification des rayonnements ionisants reçus par le cristal, par analyse des signaux électriques émis par le convertisseur photoélectrique. Selon une application, l'installation comporte au moins une sonde adaptée à la détection de rayonnements gamma, bêta, ou de faible énergie par exemple inférieur à 300 KeV. For example, the scintillator crystal is a fast crystal, preferably selected from the families of LSO, LYSO, GSO, GYSO, LuAG, LaBr3, LaCl3I YAG, YAP doped with luminescent ions, preferably trivalent cerium. According to another example, the scintillator crystal is a crystal having a density greater than 7, preferably chosen from the families LuAP, LuYAP, CdWO4, PbWO4 (doped or not with luminescent ions). According to an alternative embodiment, an optical fiber is connected to a face of the scintillator crystal according to a connection section and the ratio between the surface of the scintillator crystal to which the fiber is connected and the surface of the connection section is less than or equal to 5 and preferably close to 1. According to another embodiment, several optical fibers are connected to one and the same face of the scintillator crystal. Advantageously, the optical fibers are connected to the scintillator crystals with a curved portion, whose radius of curvature is less than 5 cm. According to an exemplary embodiment, at least one probe comprises at least three identical scintillator crystals, allowing analysis of the electrical signals delivered by the photoelectric converters connected to said crystals, to identify the diffusion gradient of the scattering radiation as a function of the number relative blows between the different crystals. Advantageously, at least one photoelectric converter comprises means for quantifying the ionizing radiation received by the crystal, by analyzing the electrical signals emitted by the photoelectric converter. According to one application, the installation comprises at least one probe suitable for the detection of gamma, beta or low energy radiation, for example less than 300 KeV.

Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. Various other characteristics appear from the description given below with reference to the accompanying drawings which show, by way of non-limiting examples, embodiments of the subject of the invention.

La Figure 1 est une vue générale d'un exemple de réalisation d'une installation de détection conforme à l'invention. La Figure 2 est une vue de détail d'une variante préférée de réalisation d'une sonde de mesure conforme à l'invention. Figure 1 is a general view of an exemplary embodiment of a detection device according to the invention. Figure 2 is a detailed view of a preferred embodiment of a measuring probe according to the invention.

La Figure 3 est une vue de détail d'une variante de réalisation d'une sonde de mesure conforme à l'invention. Tel que cela ressort plus précisément de la Figure 1, l'objet de l'invention concerne une installation 1 pour détecter des rayonnements ionisants en différents endroits B; d'un site environnemental, par exemple au nombre de quatre dans l'exemple illustré (B1 à B4). L'installation 1 comporte une série de sondes de mesures 2 installées chacune dans un endroit B; du site. Selon l'exemple illustré à la Figure 2, chaque sonde de mesure 2 se présente sous la forme d'une chambre étanche réalisée par exemple par un tube 3 présentant de préférence une section droite transversale circulaire. Ce tube 3 est fermé à ses extrémités amont 31 et aval 32 par l'intermédiaire d'un bouchon de fermeture de tout type connu en soi. Le tube 3 est réalisé par exemple en acier inoxydable et présente par exemple une longueur de l'ordre de 1 m et un diamètre de l'ordre de 20 mm. Figure 3 is a detailed view of an alternative embodiment of a measuring probe according to the invention. As is more specifically apparent from Figure 1, the object of the invention relates to a facility 1 for detecting ionizing radiation in different locations B; an environmental site, for example four in the illustrated example (B1 to B4). The installation 1 comprises a series of measurement probes 2 each installed in a location B; of the site. According to the example illustrated in FIG. 2, each measuring probe 2 is in the form of a sealed chamber made for example by a tube 3 preferably having a circular cross section. This tube 3 is closed at its upstream ends 31 and downstream 32 by means of a closure plug of any type known per se. The tube 3 is made for example of stainless steel and has for example a length of the order of 1 m and a diameter of about 20 mm.

Le tube 3 présente à proximité de son extrémité aval 32 au moins un trou 5 traversant la paroi du tube et dans lequel est monté un cristal scintillateur 6 qui émet de la lumière en réponse à des rayonnements ionisants. Par exemple, un trou 5 est aménagé à proximité de l'extrémité aval 32 du tube 3. The tube 3 has near its downstream end 32 at least one hole 5 passing through the wall of the tube and in which is mounted a scintillator crystal 6 which emits light in response to ionizing radiation. For example, a hole 5 is arranged near the downstream end 32 of the tube 3.

Selon une variante préférée de réalisation, le cristal scintillateur 6 possède une forme cylindrique avec une section de diamètre inférieure à 5 mm et de préférence inférieure à 2 mm. Le cristal scintillateur 6 présente par ailleurs un temps de déclin inférieur à 100 ns. Selon un exemple de réalisation, le cristal scintillateur 6 est un cristal rapide de préférence choisi parmi les familles de LSO, LYSO, GSO, GYSO, LuAG, LaBr3, LaCl3, YAG, YAP dopé par des ions luminescents, de préférence le cérium trivalent. According to a preferred embodiment, the scintillator crystal 6 has a cylindrical shape with a section of diameter less than 5 mm and preferably less than 2 mm. The scintillator crystal 6 also has a decay time of less than 100 ns. According to an exemplary embodiment, the scintillator crystal 6 is a fast crystal preferably selected from the families of LSO, LYSO, GSO, GYSO, LuAG, LaBr3, LaCl3, YAG, YAP doped with luminescent ions, preferably trivalent cerium.

Selon une autre variante de réalisation, le cristal scintillateur 6 est un cristal présentant une densité supérieure à 7, de préférence choisi parmi les familles LuAP, LuYAP, CdWO4i PbWO4 (dopés ou non par des ions luminescents). According to another variant embodiment, the scintillator crystal 6 is a crystal having a density greater than 7, preferably chosen from the families LuAP, LuYAP, CdWO4i PbWO4 (doped or not with luminescent ions).

Le cristal scintillateur 6 est couplé à au moins une fibre optique 7 assurant la collecte d'au moins une partie de la lumière émise par le cristal scintillateur. Cette fibre optique 7 est placée à l'intérieur du tube 3 en traversant de manière étanche l'extrémité amont 31 pour être raccordée à un convertisseur photoélectrique placé dans une unité d'acquisition et d'analyse 11. Chaque fibre optique 7 est connectée au cristal scintillateur 6 avec une partie courbée 71 dont le rayon de courbure est inférieur à 5 cm. L'unité d'acquisition et d'analyse 11 comporte ainsi une série de convertisseurs photoélectriques connectés aux fibres optiques et adaptés pour délivrer des signaux électriques. Cette unité d'acquisition et d'analyse 11 comporte également un système d'analyse des signaux électriques délivrés par les convertisseurs photoélectriques, et permettant de détecter et de quantifier les rayonnements ionisants dans les différents endroits du site environnemental. Selon une variante de réalisation, une fibre optique est connectée à une face de cristal scintillateur 6 selon une section de connexion et le rapport entre la surface du cristal scintillateur 6 sur laquelle la fibre est connectée et la surface de la section de connexion est inférieure ou égale à 5 et de préférence proche de 1. Selon une autre variante de réalisation, il est à noter que plusieurs 25 fibres optiques 7 peuvent être connectées à une même face du cristal scintillateur 6. Il est à noter qu'il peut être envisagé de relier un cristal scintillateur 6 à une série de fibres optiques 7 dont les convertisseurs photoélectriques correspondants sont reliés à un système de coïncidence permettant 30 d'identifier dans une période de mesure déterminée, la détection simultanée des rayonnements ionisants. Une telle solution permet de s'affranchir du bruit lors de la détection, et principalement du bruit électronique lié aux convertisseurs photoélectriques. Ainsi, la lumière émise lors de l'interaction d'un rayonnement ionisant avec le cristal scintillateur 6 est collectée par plusieurs fibres optiques 7 en même temps. Chaque fibre optique 7 conduit une partie de la lumière émise vers des photodétecteurs indépendants, de sorte que l'ensemble des signaux des photodétecteurs est analysé par coïncidence. Ainsi, un signal lumineux émis par un cristal correspondant à la détection d'un rayonnement ionisant sera validé uniquement si au moins un photon est vu simultanément par chaque photodétecteur. Ce principe permet de diminuer considérablement l'effet du bruit électronique dû au photodétecteur et d'avoir ainsi accès au comptage avec une grande stabilité, même si l'activité volumique étudiée est faible. De plus, cette mesure par coïncidence permet de s'abstraire de différents paramètres de détection tels que l'efficacité des photodétecteurs, la disposition géométrique de la source et de la sonde, et des réglages électroniques au niveau des mesures. Cette mesure par coïncidence permet de ne plus tenir compte du bruit du système de mesure et de s'adapter à des petites zones de détection (réduction de la taille du cristal scintillateur, diminution du nombre d'interactions), ainsi qu'à la mesure d'évènements de faible énergie et de faible activité sur de longues périodes. The scintillator crystal 6 is coupled to at least one optical fiber 7 ensuring the collection of at least a portion of the light emitted by the scintillator crystal. This optical fiber 7 is placed inside the tube 3 by sealingly passing the upstream end 31 to be connected to a photoelectric converter placed in an acquisition and analysis unit 11. Each optical fiber 7 is connected to the scintillator crystal 6 with a curved portion 71 whose radius of curvature is less than 5 cm. The acquisition and analysis unit 11 thus comprises a series of photoelectric converters connected to the optical fibers and adapted to deliver electrical signals. This acquisition and analysis unit 11 also comprises a system for analyzing the electrical signals delivered by the photoelectric converters, and for detecting and quantifying the ionizing radiation in the various locations of the environmental site. According to an alternative embodiment, an optical fiber is connected to a scintillator crystal face 6 according to a connection section and the ratio between the surface of the scintillator crystal 6 on which the fiber is connected and the surface of the connection section is smaller or equal to 5 and preferably close to 1. According to another embodiment, it should be noted that several optical fibers 7 may be connected to the same face of the scintillator crystal 6. It should be noted that it may be envisaged to connecting a scintillator crystal 6 to a series of optical fibers 7 whose corresponding photoelectric converters are connected to a coincidence system making it possible to identify, in a determined measurement period, the simultaneous detection of ionizing radiation. Such a solution makes it possible to overcome the noise during the detection, and mainly the electronic noise related to the photoelectric converters. Thus, the light emitted during the interaction of an ionizing radiation with the scintillator crystal 6 is collected by several optical fibers 7 at the same time. Each optical fiber 7 conducts a portion of the emitted light to independent photodetectors, so that all of the photodetector signals are analyzed by coincidence. Thus, a light signal emitted by a crystal corresponding to the detection of ionizing radiation will be validated only if at least one photon is seen simultaneously by each photodetector. This principle makes it possible to considerably reduce the effect of the electronic noise due to the photodetector and thus to have access to counting with great stability, even if the volume activity studied is low. In addition, this coincidence measurement makes it possible to abstract from various detection parameters such as the efficiency of the photodetectors, the geometrical arrangement of the source and the probe, and electronic adjustments at the measurement level. This coincidence measurement makes it possible to ignore the noise of the measuring system and to adapt to small detection zones (reduction of the size of the scintillating crystal, reduction of the number of interactions), as well as to the measurement low energy events and low activity over long periods.

Le nombre de photodétecteurs couplés à un même cristal scintillateur, la période de mesure et l'intensité de seuillage sont des paramètres permettant d'ajuster la sensibilité et surtout le rapport signal/bruit de la détection. Il apparaît ainsi que la réalisation d'une sonde de mesure constituée d'un cristal scintillateur de 5 mm de diamètre par 5 mm de long, à laquelle sont accolées de 7 à 10 fibres cristallines, permet de ne plus tenir compte du bruit dû au système de détection dans le comptage, et ce pendant toute la durée de l'expérience, qui peut s'étaler sur plusieurs dizaines d'années. Bien entendu, chaque sonde de mesure 2 peut être équipée d'une série 30 de cristaux scintillateurs 6 présentant des sensibilités identiques ou différentes aux rayonnements ionisants. The number of photodetectors coupled to the same scintillator crystal, the measurement period and the thresholding intensity are parameters making it possible to adjust the sensitivity and especially the signal / noise ratio of the detection. It thus appears that the realization of a measuring probe consisting of a scintillating crystal 5 mm in diameter by 5 mm long, to which are contiguous 7 to 10 crystalline fibers, allows to ignore the noise due to detection system in the count, and this throughout the duration of the experiment, which can be spread over several decades. Of course, each measuring probe 2 may be equipped with a series of scintillator crystals 6 having sensitivities identical to or different from ionizing radiation.

Selon une autre variante de réalisation, au moins une sonde 2 comporte au moins trois cristaux scintillateurs 6 identiques, permettant par l'analyse des signaux électriques délivrés par les convertisseurs photoélectriques connectés aux dits cristaux, d'identifier le gradient de diffusion du rayonnement diffusant en fonction du nombre relatif de coups entre les différents cristaux. Il ressort de la description qui précède que la dimension des cristaux scintillateurs utilisés permet des mesures très ponctuelles. De plus, l'utilisation de fibres optiques 7 permet de réaliser des mesures délocalisées très éloignées du site émettant les rayonnements radioactifs. Ainsi, chaque fibre optique 7 présente une longueur égale à au moins 5 mètres pour permettre d'éloigner l'unité d'analyse et d'acquisition 11 par rapport à la zone d'implantation de la sonde de mesure 2. Ces fibres optiques offrent la possibilité de réaliser des mesures de rayonnements ionisants à des endroits difficiles d'accès. Ces sondes de mesures selon l'invention peuvent être disposées en de multiples endroits très éloignés les uns des autres, permettant de réaliser des mesures ponctuelles et discrétisées dans tout un espace. Les informations fournies par les sondes de mesures sont facilement analysables en continu et simultanément. According to another variant embodiment, at least one probe 2 comprises at least three identical scintillator crystals 6 which, by analyzing the electrical signals delivered by the photoelectric converters connected to said crystals, identify the diffusion gradient of the scattering radiation in function of the relative number of strokes between the different crystals. It follows from the foregoing description that the size of the scintillator crystals used allows very punctual measurements. In addition, the use of optical fibers 7 allows delocalized measurements far removed from the site emitting radioactive radiation. Thus, each optical fiber 7 has a length equal to at least 5 meters to allow the analysis and acquisition unit 11 to be moved away from the implantation area of the measurement probe 2. These optical fibers provide the possibility of carrying out measurements of ionizing radiation in places that are difficult to access. These measurement probes according to the invention can be arranged in multiple locations very far apart from each other, making it possible to take point and discrete measurements in a whole space. The information provided by the measurement probes is easily analyzed continuously and simultaneously.

Selon l'exemple de réalisation décrit ci-dessus, chaque sonde de mesure 2 est adaptée pour être montée dans un conduit aménagé ou présenté par les différents endroits Bi du site. Par exemple, chaque conduit est réalisé par un forage du sol qui présente par exemple une profondeur de l'ordre de 15 m et un diamètre de 20 mm. La sonde de mesure 2 est engagée dans le conduit de forage de manière à amener l'extrémité aval au fond du conduit. En position installée, le cristal scintillateur 6 se trouve situé à environ 1 mètre du fond du conduit de forage, de sorte que le cristal scintillateur 6 se trouve isolé par rapport à l'extérieur. Dans l'exemple de réalisation illustré à la Fig. 2, la sonde de mesure 2 se présente sous la forme d'une chambre étanche permettant d'isoler le sol étudié de l'atmosphère ambiante et de maintenir la zone de détection dans les conditions chimiques et de pression identiques à celles du sol avant installation de la sonde de mesure. La description qui suit illustre un exemple de mise en oeuvre non limitatif de l'installation conforme à 'invention. According to the embodiment described above, each measurement probe 2 is adapted to be mounted in a conduit arranged or presented by the different locations Bi of the site. For example, each duct is made by drilling the soil which has for example a depth of about 15 m and a diameter of 20 mm. The measuring probe 2 is engaged in the borehole so as to bring the downstream end to the bottom of the conduit. In the installed position, the scintillator crystal 6 is located about 1 meter from the bottom of the drill pipe, so that the scintillator crystal 6 is isolated from the outside. In the exemplary embodiment illustrated in FIG. 2, the measuring probe 2 is in the form of a sealed chamber for isolating the soil studied from the ambient atmosphere and to maintain the detection zone under the chemical and pressure conditions identical to those of the soil before installation of the measuring probe. The following description illustrates an example of non-limiting implementation of the installation according to the invention.

Une multitude de forages sont percés depuis une galerie souterraine autour d'un forage principal d'injection d'un radiotraceur. Le radiotraceur est une solution aqueuse contenant des ions 36C' émetteurs bêta moins. La profondeur des forages depuis la galerie est de 15 m environ, afin d'atteindre une zone dont la roche est le moins perturbée possible par le creusage de la galerie. En fond de chaque forage est installée une ou plusieurs sondes de mesure isolées de l'atmosphère de la galerie. Chaque sonde de mesure est constituée d'un cristal scintillateur en contact avec l'eau interstitielle de la roche sur lequel sont collées une ou plusieurs fibres optiques de collecte. Le cristal scintillateur est un cylindre de Y2Si05:Ce de diamètre 3 mm et de hauteur 4 mm. Sept fibres optiques PMMA de collecte de diamètre 1 mm sont collées sur ce cristal. Trois photomultiplicateurs placés dans la galerie auxquels sont connectés respectivement 3, 2 et 2 fibres optiques. La validation d'un évènement ne se fait que si des signaux sont lus sur les trois séries de fibres dans la même fenêtre de coïncidence. Il est ainsi obtenu un bruit électronique dû aux photomultiplicateurs inférieur à 1 coup par heure. La comparaison des taux de comptage des différentes sondes dans les différents forages permet de remonter au profil de diffusion du radiotraceur dans la roche étudiée. D'autres capteurs peuvent être installés dans la sonde de mesure afin d'enregistrer différents paramètres complémentaires. La Fig. 3 illustre un autre exemple de réalisation d'une sonde de mesure 2 ne comportant pas de chambre étanche. Selon cet exemple de réalisation, chaque sonde de mesure 2 comporte au moins un cristal scintillateur 6 qui est couplé à au moins une fibre optique 7 raccordée à un convertisseur photoélectrique. Par exemple, le cristal scintillateur 6 est monté sur un tube ouvert 3. Bien entendu, la fibre optique 7 est raccordée au cristal scintillateur 6 de manière étanche. Les sondes de mesure telles que décrites à la Fig. 3 peuvent être mises en oeuvre pour détecter des rayonnements ionisants en différents endroits d'un site ne nécessitant pas de réaliser une chambre étanche par rapport au milieu à analyser. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés car 5 diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. A multitude of holes are drilled from an underground tunnel around a main injection hole of a radiotracer. The radiotracer is an aqueous solution containing beta-less emitting 36C ions. The depth of the drilling from the gallery is about 15 m, to reach an area whose rock is the least disturbed possible by the digging of the gallery. At the bottom of each borehole is installed one or more measurement probes isolated from the atmosphere of the gallery. Each measurement probe consists of a scintillator crystal in contact with the interstitial water of the rock on which are glued one or more optical fibers of collection. The scintillator crystal is a Y2Si05: Ce cylinder with a diameter of 3 mm and a height of 4 mm. Seven PMMA optical fibers of collection of diameter 1 mm are glued on this crystal. Three photomultipliers placed in the gallery to which are respectively connected 3, 2 and 2 optical fibers. The validation of an event is only done if signals are read on the three sets of fibers in the same window of coincidence. It is thus obtained an electronic noise due to photomultipliers less than 1 shot per hour. The comparison of the counting rates of the different probes in the different drillings makes it possible to go back to the diffusion profile of the radiotracer in the rock studied. Other sensors can be installed in the measurement probe to record various additional parameters. Fig. 3 illustrates another embodiment of a measurement probe 2 having no sealed chamber. According to this exemplary embodiment, each measurement probe 2 comprises at least one scintillator crystal 6 which is coupled to at least one optical fiber 7 connected to a photoelectric converter. For example, the scintillator crystal 6 is mounted on an open tube 3. Of course, the optical fiber 7 is connected to the scintillator crystal 6 in a sealed manner. The measurement probes as described in FIG. 3 can be implemented to detect ionizing radiation in different locations of a site that does not require to make a sealed chamber relative to the medium to be analyzed. The invention is not limited to the examples described and shown because various modifications can be made without departing from its scope.

Claims

CLAIMS1 - Installation for detecting ionizing radiation in different locations (BI) of an environmental site, characterized in that it comprises: - a series of sealed measuring probes (2) each installed in a different location of the site, each probe measuring device comprising at least one scintillating crystal (6) which emits light in response to ionizing radiation, the scintillator crystal (6) being coupled to at least one optical fiber (7) for collecting at least a portion of the light emitted by the scintillator crystal, this optical fiber having a length of at least 5 m being connected to a photoelectric converter, and an acquisition and analysis unit (11) comprising: a series of photoelectric converters connected to the optical fibers (7), adapted to deliver the electrical signals, • and a system for analyzing the electrical signals delivered by the photoelectric converters, to quantify the ionizing radiation detected by the measurement probes placed in the various locations of the environmental site.

2 - Installation according to claim 1, characterized in that at least one measuring probe (2) is in the form of a sealed chamber (3) with upstream ends (3i) and downstream (32) and having close to its downstream end at least one hole (5) in which is mounted the scintillator crystal (6) and having a sealed exit hole for the output fiber (7).

3 - Installation according to claim 1 or 2, characterized in that at least one scintillator crystal (6) is coupled to a series of optical fibers (7) whose corresponding photoelectric converters are connected to a coincidence system to identify in a given measurement period, the simultaneous detection of ionizing radiation.

4 - Installation according to one of claims 1 to 3, characterized in that one or more probes (2) comprise a series of scintillator crystals (6) having different sensitivities to ionizing radiation.

5 - Installation according to one of claims 1 to 4, characterized in that the scintillator crystal (6) has a cylindrical shape with a section of diameter less than 5 mm and preferably less than 2 mm.

6 - Installation according to one of claims 1 to 5, characterized in that the scintillator crystal (6) has a decay time of less than 100 ns.

7 - Installation according to one of claims 1 to 6, characterized in that the scintillator crystal (6) is a fast crystal, preferably selected from the families of LSO, LYSO, GSO, GYSO, LuAG, LaBr3, LaCI3, YAG YAP doped with luminescent ions, preferably trivalent cerium.

8 - Installation according to one of claims 1 to 7, characterized in that the scintillator crystal (6) is a crystal having a density greater than 7, preferably selected from the families LuAP, LuYAP, CdWO4i PbWO4 (doped or not by luminescent ions).

9 - Installation according to one of the preceding claims, characterized in that an optical fiber (7) is connected to a face of the scintillator crystal (6) according to a connection section and the ratio between the surface of the scintillator crystal (6) on which the fiber (7) is connected and the surface of the connecting section is less than or equal to 5 and preferably close to 1.

10 - Installation according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of optical fibers (7) are connected to one and the same face of the scintillator crystal (6).

11 - Installation according to one of the preceding claims, characterized in that the optical fibers (7) are connected to the scintillator crystals (6) with a curved portion, whose radius of curvature is less than 5 cm.

12 - Installation according to claim 1, characterized in that at least one probe (2) comprises at least three identical scintillator crystals (6), allowing the analysis of the electrical signals delivered by the photoelectric converters connected to said crystals, d to identify the diffusion gradient of the scattering radiation as a function of the relative number of strokes between the different crystals.

13 - Installation according to one of the preceding claims, characterized in that at least one photoelectric converter comprises means for quantifying the ionizing radiation received by the crystal, by analyzing the electrical signals emitted by the photoelectric converter.

14 - Installation according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises at least one probe (2) adapted to the detection of gamma radiation, beta, or low energy, for example less than 300 KeV.