FR3113740A1 - Beta particle detection device - Google Patents

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Abstract

Dispositif de détection de particules bêta L’invention concerne un dispositif de détection d’au moins une particule bêta (90) dans un environnement présentant une fluence non nulle de particules gamma (80), ledit dispositif de détection (1) étant caractérisé en ce qu’il comprend :- Une entrée (40) destinée à recevoir la particule bêta (90) ;- Un premier photomultiplicateur (10) et un deuxième photomultiplicateur (20) configurés pour fonctionner en coïncidence l’un relativement à l’autre avec une fenêtre de coïncidence prédéterminée, le premier photomultiplicateur (10) et le deuxième photomultiplicateur (20) étant disposés en regard de l’entrée (40) ;- Un scintillateur (42) comprenant au moins une couche de scintillation (43) en matière plastique et au moins une couche de support (44), la couche de scintillation (43) en matière plastique présentant une dimension en épaisseur inférieure à 50µm. Figure pour l’abrégé : Fig. 2The invention relates to a device for detecting at least one beta particle (90) in an environment having a non-zero fluence of gamma particles (80), said detection device (1) being characterized in that that it comprises:- an input (40) intended to receive the beta particle (90);- a first photomultiplier (10) and a second photomultiplier (20) configured to operate in coincidence relative to each other with a predetermined coincidence window, the first photomultiplier (10) and the second photomultiplier (20) being arranged facing the input (40);- A scintillator (42) comprising at least one scintillation layer (43) made of plastic material and at least one support layer (44), the plastic scintillation layer (43) having a thickness dimension of less than 50 µm. Figure for the abstract: Fig. 2

Description

Dispositif de détection de particules bêtaBeta particle detection device

La présente invention concerne le domaine des détecteurs de contamination radioactive. Elle trouve pour application particulièrement avantageuse le domaine des détecteurs de rayonnement bêta dans un fort environnement de rayonnement gamma.The present invention relates to the field of radioactive contamination detectors. It finds a particularly advantageous application in the field of beta radiation detectors in a strong gamma radiation environment.

ÉTAT DE LA TECHNIQUESTATE OF THE ART

Depuis la découverte de la radioactivité, l’Homme ne cesse de perfectionner ses dispositifs de détection de contamination radioactive.Since the discovery of radioactivity, man has continued to improve his devices for detecting radioactive contamination.

Certains rayonnements sont plus intéressants que d’autres en fonction des applications souhaitées. Il est donc essentiel de pouvoir mesurer certaines radiations en particulier. L’une des principales problématiques réside dans cette sélection de rayonnement, car généralement les détecteurs ne sont pas sensibles uniquement à un rayonnement en particulier.Some rays are more interesting than others depending on the desired applications. It is therefore essential to be able to measure certain radiations in particular. One of the main problems lies in this selection of radiation, because generally the detectors are not sensitive only to a particular radiation.

Par exemple, dans le cas d’un détecteur de rayonnement bêta dans un milieu à fort rayonnement gamma, les solutions actuelles présentent l’inconvénient de mesurer les deux rayonnements en même temps, ou alors proposent des solutions de différentiation qui ne satisfont pas les critères de qualité et de précision nécessaires dans certains domaines applicatifs.For example, in the case of a beta radiation detector in a medium with strong gamma radiation, the current solutions have the disadvantage of measuring the two radiations at the same time, or else offer differentiation solutions which do not satisfy the criteria quality and precision required in certain application areas.

Un objet de la présente invention est donc de proposer une solution de mesure de rayonnement bêta dans un fort environnement gamma.An object of the present invention is therefore to provide a solution for measuring beta radiation in a strong gamma environment.

Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés.The other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from a review of the following description and the accompanying drawings. It is understood that other benefits may be incorporated.

RÉSUMÉSUMMARY

Suivant un aspect, est présenté un dispositif de détection de particules bêta dans un environnement présentant une fluence non nulle de particules gamma, ledit dispositif de détection étant caractérisé en ce qu’il comprend :

  • Une entrée destinée à recevoir des particules bêta ;
  • Un premier photomultiplicateur et un deuxième photomultiplicateur configurés pour fonctionner en coïncidence l’un relativement à l’autre avec une fenêtre de coïncidence prédéterminée, le premier photomultiplicateur et le deuxième photomultiplicateur étant disposés en regard de l’entrée ;
  • Un scintillateur comprenant au moins une couche de scintillation en matière plastique et au moins une couche de support, la couche de support étant configurée pour supporter la couche de scintillation en matière plastique, la couche de scintillation en matière plastique présentant une dimension en épaisseur inférieure à 50µm, le scintillateur étant disposé relativement au premier photomultiplicateur, au deuxième photomultiplicateur et à l’entrée de sorte que lorsque des particules bêta traversent le scintillateur des photons, de préférence lumineux, sont émis pour certains à destination de l’un parmi le premier photomultiplicateur et le deuxième photomultiplicateur et, pour d’autres, à destination de l’autre parmi le premier photomultiplicateur et le deuxième photomultiplicateur..
According to one aspect, there is presented a device for detecting beta particles in an environment having a non-zero fluence of gamma particles, said detection device being characterized in that it comprises:
  • An entrance intended to receive beta particles;
  • A first photomultiplier and a second photomultiplier configured to operate in coincidence relative to each other with a predetermined coincidence window, the first photomultiplier and the second photomultiplier being arranged facing the input;
  • A scintillator comprising at least one plastic scintillation layer and at least one support layer, the support layer being configured to support the plastic scintillation layer, the plastic scintillation layer having a thickness dimension less than 50 μm, the scintillator being arranged relative to the first photomultiplier, to the second photomultiplier and to the input so that when beta particles pass through the scintillator photons, preferably light, are emitted for some destined for one of the first photomultiplier and the second photomultiplier and, for others, to the other of the first photomultiplier and the second photomultiplier.

La présente invention est avantageusement conçue pour permettre la détection de particules bêta dans un environnement à forte fluence de particules gamma. On entend par fluence le nombre de particules traversant une surface unité : nombre de particules/cm2 par exemple dans la présente invention. Ainsi, la fluence de particules gammas correspond au nombre de particules gammas qui traversent une surface unité dans l’environnement considéré.The present invention is advantageously designed to allow the detection of beta particles in a high fluence environment of gamma particles. By fluence is meant the number of particles passing through a unit surface: number of particles/cm2 for example in the present invention. Thus, the fluence of gamma particles corresponds to the number of gamma particles which cross a unit surface in the considered environment.

De manière innovante, la présente invention utilise un scintillateur en matière plastique dont l’épaisseur est faible en comparaison avec l’art antérieur, si faible que la section efficace du scintillateur avec les particules bêta est relativement petite, mais reste supérieure à la section efficace du scintillateur avec les particules gamma, si bien que les photons, dits lumineux, générés au niveau du scintillateur en matière plastique sont principalement, pour ne pas dire exclusivement, dus aux particules bêta interagissant avec le scintillateur. Néanmoins, cette démarche est contre-intuitive, car elle oblige à accroître le gain de la chaîne d’acquisition pour espérer détecter le peu de photons ainsi générés. Cette augmentation du gain de la chaîne d’acquisition augmente de manière importante le bruit de détection. Il est donc contre intuitif de procéder de la sorte. Cependant, la présente invention résout cette problématique en disposant deux photomultiplicateurs dans le dispositif de détection, ces deux photomultiplicateurs étant configurés pour fonctionner en coïncidence afin de ne détecter que les photons générés par les particules bêta et exclure le bruit électronique de chaque chaîne d’acquisition.Innovatively, the present invention uses a plastic scintillator whose thickness is small compared to the prior art, so small that the cross section of the scintillator with the beta particles is relatively small, but still greater than the cross section of the scintillator with the gamma particles, so that the so-called light photons generated at the level of the plastic scintillator are mainly, if not exclusively, due to the beta particles interacting with the scintillator. Nevertheless, this approach is counter-intuitive, because it requires increasing the gain of the acquisition chain to hope to detect the few photons thus generated. This increase in the gain of the acquisition chain significantly increases the detection noise. It is therefore counter-intuitive to proceed in this way. However, the present invention solves this problem by arranging two photomultipliers in the detection device, these two photomultipliers being configured to operate in coincidence in order to detect only the photons generated by the beta particles and to exclude the electronic noise from each acquisition chain. .

On notera qu’on entend par photons lumineux des photons dont la longueur d’onde se situe dans le spectre du visible, c’est-à-dire dans le spectre du visible pour un œil humain.It should be noted that by light photons we mean photons whose wavelength is located in the visible spectrum, that is to say in the visible spectrum for a human eye.

Dans l’art antérieur, les dispositifs de détection de particules béta, appelés aussi sondes de contamination de surface, ont une ou des couches de scintillation en matière plastique de plus de 100 µm d’épaisseur, la valeur moyenne étant de l’ordre de 250 µm. De telles épaisseurs entraînent une forte interaction de la ou des couches de scintillation avec les particules gamme lorsque la fluence de particules gamme est importante. Or la présente invention permet d’avoir des épaisseurs de l’ordre de 20 µm à 50 µm. Avec de telles épaisseurs, les particules gamme n’interagissent que peu voire même pas du tout avec la ou les couches de scintillation selon la présente invention.In the prior art, devices for detecting beta particles, also called surface contamination probes, have one or more plastic scintillation layers more than 100 μm thick, the average value being of the order of 250 µm. Such thicknesses lead to a strong interaction of the scintillation layer(s) with the range particles when the range particle fluence is high. However, the present invention makes it possible to have thicknesses of the order of 20 μm to 50 μm. With such thicknesses, the gamma particles interact only slightly or even not at all with the scintillation layer(s) according to the present invention.

BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURESBRIEF DESCRIPTION OF FIGURES

Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée d’un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels :The aims, objects, as well as the characteristics and advantages of the invention will emerge better from the detailed description of an embodiment of the latter which is illustrated by the following accompanying drawings in which:

La représente une vue en coupe selon un plan transversal d’un dispositif de détection selon un mode de réalisation de la présente invention. There shows a sectional view along a transverse plane of a detection device according to an embodiment of the present invention.

La représente un schéma d’interaction d’une particule bêta avec un scintillateur selon un mode de réalisation de la présente invention. There shows a diagram of interaction of a beta particle with a scintillator according to one embodiment of the present invention.

La représente une vue en coupe selon un plan longitudinal d’un dispositif de détection selon un mode de réalisation de la présente invention There shows a sectional view along a longitudinal plane of a detection device according to an embodiment of the present invention

la représente une vue en coupe et de dessous d’un dispositif de détection selon un mode de réalisation de la présente invention. there shows a cross-section and bottom view of a detection device according to an embodiment of the present invention.

Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier les dimensions ne sont pas représentatives de la réalité.The drawings are given by way of examples and do not limit the invention. They constitute schematic representations of principle intended to facilitate understanding of the invention and are not necessarily scaled to practical applications. In particular the dimensions are not representative of reality.

Claims (15)

Dispositif de détection (1) de particules bêta (90) dans un environnement présentant une fluence non nulle de particules gamma (80), ledit dispositif de détection (1) étant caractérisé en ce qu’il comprend :
  • Une entrée (40) destinée à recevoir des particules bêta (90) ;
  • Un premier photomultiplicateur (10) et un deuxième photomultiplicateur (20) configurés pour fonctionner en coïncidence l’un relativement à l’autre avec une fenêtre de coïncidence prédéterminée, le premier photomultiplicateur (10) et le deuxième photomultiplicateur (20) étant disposés en regard de l’entrée (40) ;
  • Un scintillateur (42) comprenant au moins une couche de scintillation (43) en matière plastique et au moins une couche de support (44), la couche de support étant configurée pour supporter la couche de scintillation (43) en matière plastique, la couche de scintillation (43) en matière plastique présentant une dimension en épaisseur inférieure à 50µm, le scintillateur (42) étant disposé relativement au premier photomultiplicateur (10), au deuxième photomultiplicateur (20) et à l’entrée (40) de sorte que lorsque des particules bêta (90) traversent le scintillateur (42), des photons (100) sont émis pour certains à destination de l’un parmi le premier photomultiplicateur (10) et le deuxième photomultiplicateur (20) et, pour d’autres, à destination de l’autre parmi le premier photomultiplicateur (10) et le deuxième photomultiplicateur (20),
  • une coque (30) comprenant un volume interne (31) conformé pour contenir le premier photomultiplicateur (10) et le deuxième photomultiplicateur (20), le volume interne (31) étant défini en partie au moins par ladite entrée (40) et par au moins un revêtement interne (32), ledit revêtement interne (32) étant configuré pour réfléchir au moins une partie des photons (100) générés par l’interaction d’une particule bêta (90) avec la couche de scintillation en matière plastique (43) en direction du premier photomultiplicateur (10) et du deuxième photomultiplicateur (20).
Device for detecting (1) beta particles (90) in an environment having a non-zero fluence of gamma particles (80), said detection device (1) being characterized in that it comprises:
  • an inlet (40) for receiving beta particles (90);
  • A first photomultiplier (10) and a second photomultiplier (20) configured to operate in coincidence relative to each other with a predetermined coincidence window, the first photomultiplier (10) and the second photomultiplier (20) being arranged opposite the inlet (40);
  • A scintillator (42) comprising at least one scintillation layer (43) of plastic material and at least one support layer (44), the support layer being configured to support the scintillation layer (43) of plastic material, the layer scintillator (43) made of plastic material having a thickness dimension of less than 50 μm, the scintillator (42) being arranged relative to the first photomultiplier (10), to the second photomultiplier (20) and to the input (40) so that when beta particles (90) pass through the scintillator (42), photons (100) are emitted for some to one of the first photomultiplier (10) and the second photomultiplier (20) and, for others, to destination of the other among the first photomultiplier (10) and the second photomultiplier (20),
  • a shell (30) comprising an internal volume (31) shaped to contain the first photomultiplier (10) and the second photomultiplier (20), the internal volume (31) being defined at least in part by said inlet (40) and by at least at least one inner coating (32), said inner coating (32) being configured to reflect at least a portion of the photons (100) generated by the interaction of a beta particle (90) with the plastic scintillation layer (43 ) towards the first photomultiplier (10) and the second photomultiplier (20).
Dispositif (1) selon la revendication précédente dans lequel la couche de support (44) est configurée pour permettre audits photons (100) de la traverser, la couche de support (43) étant disposée entre la couche de scintillation en matière plastique (44) et le premier photomultiplicateur (10) et le deuxième photomultiplicateur (20).Device (1) according to the preceding claim, in which the support layer (44) is configured to allow said photons (100) to pass through it, the support layer (43) being disposed between the plastic scintillation layer (44) and the first photomultiplier (10) and the second photomultiplier (20). Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la couche de support (44) comprend au moins un matériau de faible densité et transparent audits photons (100).Device (1) according to any one of the preceding claims, in which the support layer (44) comprises at least one material of low density and transparent to said photons (100). Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la couche de scintillation en matière plastique (43) est déposée sur une face de la couche de support (44), de préférence par dépôt centrifuge.Device (1) according to any one of the preceding claims, in which the plastic scintillation layer (43) is deposited on one side of the support layer (44), preferably by spin-deposition. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel l’épaisseur de la couche de scintillation en matière plastique (43) est inférieure à 50µm, de préférence à 30µm et avantageusement à 25µm.Device (1) according to any one of the preceding claims, in which the thickness of the plastic scintillation layer (43) is less than 50 µm, preferably 30 µm and advantageously 25 µm. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel l’épaisseur de la couche de scintillation en matière plastique (43) est inférieure à 35 µm.Device (1) according to any one of Claims 1 to 4, in which the thickness of the plastic scintillation layer (43) is less than 35 µm. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le premier photomultiplicateur (10) présente un premier angle solide de collecte de photons, et dans lequel le deuxième photomultiplicateur (20) présente un deuxième angle solide de collecte de photons, le premier angle solide de collecte de photons et le deuxième angle solide de collecte de photons étant de valeurs égales.A device (1) according to any preceding claim wherein the first photomultiplier (10) has a first photon collection solid angle, and wherein the second photomultiplier (20) has a second photon collection solid angle, the the first photon collection solid angle and the second photon collection solid angle being of equal values. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant un plan de symétrie longitudinal (50) et dans lequel le premier photomultiplicateur (10) et le deuxième photomultiplicateur (20) sont disposés l’un par rapport à l’autre de part et d’autre dudit plan de symétrie longitudinal (50).Device (1) according to any one of the preceding claims comprising a longitudinal plane of symmetry (50) and in which the first photomultiplier (10) and the second photomultiplier (20) are arranged with respect to each other on either side and on the other side of said longitudinal plane of symmetry (50). Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant un plan de symétrie transversal (60) et dans lequel le premier photomultiplicateur (10) et le deuxième photomultiplicateur (20) sont symétriquement disposés relativement audit plan de symétrie transversal (60).Device (1) according to any one of the preceding claims comprising a transverse plane of symmetry (60) and in which the first photomultiplier (10) and the second photomultiplier (20) are symmetrically disposed relative to said transverse plane of symmetry (60). Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le premier photomultiplicateur (10) et le deuxième photomultiplicateur (20) sont disposés à équidistance de l’entrée (40).Device (1) according to any one of the preceding claims, in which the first photomultiplier (10) and the second photomultiplier (20) are arranged equidistant from the input (40). Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le couplage optique entre le scintillateur (42) avec le premier photomultiplicateur (10) et le deuxième photomultiplicateur (20) est assuré par l’air présent dans la coque (30), de préférence dans l’espace défini par le volume interne (32), avantageusement dans l’espace situé entre le scintillateur (42) et le premier photomultiplicateur (10) et le deuxième photomultiplicateur (20).Device (1) according to any one of the preceding claims, in which the optical coupling between the scintillator (42) with the first photomultiplier (10) and the second photomultiplier (20) is ensured by the air present in the shell (30) , preferably in the space defined by the internal volume (32), advantageously in the space located between the scintillator (42) and the first photomultiplier (10) and the second photomultiplier (20). Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le volume interne (31) présente une forme géométrique concave présentant un foyer, et dans lequel le premier photomultiplicateur (10) et le deuxième photomultiplicateur (20) sont disposés dans ledit foyer de sorte à ce que lorsqu’un photon (100) généré entre en contact avec le revêtement interne (32), sa trajectoire le conduise vers l’un parmi le premier photomultiplicateur (10) et le deuxième photomultiplicateur (20).Device (1) according to any one of the preceding claims, in which the internal volume (31) has a concave geometric shape presenting a focal point, and in which the first photomultiplier (10) and the second photomultiplier (20) are arranged in the said focal point. such that when a photon (100) generated comes into contact with the inner coating (32), its trajectory leads it to one of the first photomultiplier (10) and the second photomultiplier (20). Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la coque (30) présente sur une face externe une extension en forme de poignée (2).Device (1) according to any one of the preceding claims, in which the shell (30) has on an external face an extension in the form of a handle (2). Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant au moins une grille de protection (41) de sorte que le scintillateur (42) soit disposé entre la grille de protection (41) et le premier photomultiplicateur (10) et le deuxième photomultiplicateur (20).Device (1) according to any one of the preceding claims comprising at least one protective grid (41) so that the scintillator (42) is arranged between the protective grid (41) and the first photomultiplier (10) and the second photomultiplier (20). Dispositif de détection selon l’une quelconques des revendications précédentes dans lequel le scintillateur (42) présente une surface supérieure à 100cm2, de préférence à 170cm2, et avantageusement à 100cm2.Detection device according to any one of the preceding claims, in which the scintillator (42) has a surface greater than 100cm 2 , preferably 170cm 2 , and advantageously 100cm 2 .
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