WO2001079886A1 - Detecteur solide par scintillation, methode de detection - Google Patents

Detecteur solide par scintillation, methode de detection Download PDF

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WO2001079886A1
WO2001079886A1 PCT/FR2001/001178 FR0101178W WO0179886A1 WO 2001079886 A1 WO2001079886 A1 WO 2001079886A1 FR 0101178 W FR0101178 W FR 0101178W WO 0179886 A1 WO0179886 A1 WO 0179886A1
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detector
yap
crystal
solid
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Stéphane NICOLAS
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Saint-Gobain Cristaux & Detecteurs
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • G01T1/202—Measuring radiation intensity with scintillation detectors the detector being a crystal

Definitions

  • the present invention relates to the use of a YAP (Ce) crystal as an element of a solid scintillation detector, a solid scintillation detector capable of simultaneously measuring low energy and very low energy ⁇ , ⁇ and X rays, and a detection method, in particular Tritium.
  • a YAP (Ce) crystal as an element of a solid scintillation detector
  • a solid scintillation detector capable of simultaneously measuring low energy and very low energy ⁇ , ⁇ and X rays
  • a detection method in particular Tritium.
  • Solid scintillation detectors capable of simultaneously measuring low-energy ⁇ , ⁇ and X radiation are commonly used for the detection of radioactive particles, especially in the atmospheres of industries and research laboratories related to nuclear energy production, medicine nuclear, radiation protection, oil prospecting, physics.
  • solid detectors are used in particular for detecting possible contamination, for example of air or dust, in installations.
  • the measurements obtained by these detectors are of very great importance because they make it possible to determine whether an environment, for example of an installation likely to include radioactive materials, is suitable for use. In particular, it will be decided to stop the operation of an installation if a radiation limit threshold is exceeded.
  • the solid scintillation detectors capable of simultaneously measuring the low-energy ⁇ , ⁇ and X radiation currently known are detectors comprising a scintillation crystal of the Cesium lodide composition, doped with Thallium, usually denoted Csl (TI).
  • the energy range measured with the detectors disclosed in these communications is relatively high and the preferred detectors use the combination of several scintillating materials.
  • the detection efficiency is defined by the number of light photons from the scintillator collected by the photocathode of the photomultiplier per unit of energy of the radiation considered. It should be noted that the detection efficiency varies from one type of particle to another: for information on light output (number of photons emitted per unit of incident energy), at equal incident equivalent energy, a proton produced between a quarter and a half of the light produced by an electron where an alpha particle will produce only one tenth).
  • the average energy of the radiation from a ⁇ emitter corresponds substantially to one third of the value of the maximum energy of this radiation.
  • the maximum energy emitted by the ⁇ radiation is 158 keV.
  • the maximum energy emitted by the ⁇ radiation is 18.5 keV.
  • Known solid detectors capable of simultaneously measuring low energy ⁇ , ⁇ and X radiation do not allow very low energy radiation to be measured with good efficiency.
  • Very low energy radiation is called in particular ⁇ radiation whose maximum energy is less than 200 keV or even less than 50 keV and even less than 20 keV, and X radiation with an energy less than 6 keV.
  • the technical problem solved by the present invention is that of the simultaneous detection of low, very low energy ⁇ , ⁇ and X radiation, in particular ⁇ radiation whose maximum energy is less than 200 keV or even less than 50 keV and even less. at 20 keV.
  • the invention teaches the use of a solid detector comprising at least one YAP crystal (Ce) for simultaneously measuring ⁇ , ⁇ , and X radiation, said radiation comprising at least one very low energy component, in particular ⁇ radiation whose maximum energy is less than 200 keV, for example radiation emitted by 14 C and / or Tritium ( 3 H), and or X radiation whose energy is less than 6 keV.
  • a solid detector comprising at least one YAP crystal (Ce) for simultaneously measuring ⁇ , ⁇ , and X radiation, said radiation comprising at least one very low energy component, in particular ⁇ radiation whose maximum energy is less than 200 keV, for example radiation emitted by 14 C and / or Tritium ( 3 H), and or X radiation whose energy is less than 6 keV.
  • the invention also relates to a solid scintillation detector comprising at least one means for measuring light, said detector being capable of simultaneously measuring low-energy ⁇ , ⁇ and X radiation which comprises at least one crystalline oxide-based material.
  • a solid scintillation detector comprising at least one means for measuring light, said detector being capable of simultaneously measuring low-energy ⁇ , ⁇ and X radiation which comprises at least one crystalline oxide-based material.
  • Such a solid detector by scintillation is capable of measuring very low energy X and ⁇ radiation.
  • Any photosensitive system which has an efficiency of response to the i wavelength of emission of the YAP (Ce), ie 370 nm, is capable of constituting a means of measuring light according to the invention . Mention may be made, for example, of CCD, photodiode, PSPMT type sensors.
  • the means for measuring the light of this solid detector by scintillation is a photomultiplier.
  • the means for bringing in very low energy radiation is an entrance window allowing a sufficient quantity of very low energy particles to pass through to allow the detection of said particles.
  • the entry window is a metallized or light-tight polymer film, in particular of the type of films known under the trade name MYLAR.
  • the entrance window consists of a metallic deposit in a thin layer, in particular of aluminum on a YAP crystal.
  • a typical thickness of such a deposit is of the order of 100 nm.
  • the entry window is a thin metallic sheet, in particular of aluminum, with a thickness typically of the order of a few micrometers.
  • the means for bringing very low energy radiation into contact with at least one YAP crystal (Ce) is a gas, especially air.
  • This embodiment is suitable for cases where a light seal is superfluous.
  • the YAP (Ce) -based crystalline material is a YAP (Ce) single crystal and a means for bringing very low energy radiation into contact with at least one YAP (Ce) crystal in order to allow detection. very low energy radiation.
  • the crystalline material based on YAP (Ce) is a polycrystal of YAP (Ce).
  • the crystalline material based on YAP (Ce) is a powder of crystals of YAP (Ce).
  • this solid scintillation detector comprises a thin YAP (Ce) crystal, in particular less than 100 ⁇ m.
  • the detector comprises means for preserving a distance, d, of between 0.2 and 2 mm between the external measurement surface of said detector, in particular the face exterior of an entrance window or the exterior face of at least one YAP crystal (Ce), and the plane capable of being placed as close as possible to the exterior measurement surface of said detector.
  • d a distance between 0.2 and 2 mm between the external measurement surface of said detector, in particular the face exterior of an entrance window or the exterior face of at least one YAP crystal (Ce), and the plane capable of being placed as close as possible to the exterior measurement surface of said detector.
  • the means making it possible to preserve said distance, d consists of at least two discontinuous bosses, in particular of substantially punctual studs and / or of substantially parallelepipedic projections, arranged around the external measurement surface of the detector, and / or at least one continuous boss, in particular a projection extending over a part of the periphery of the external measurement surface of the detector.
  • the invention also relates to a solid scintillation detector which can measure the ⁇ radiation of the carbon isotope 14, 14 C, with a signal to noise ratio greater than 20.
  • the invention also relates to a solid scintillation detector which can measure the ⁇ radiation of the 3 H tritium isotope.
  • the invention also relates to a method for detecting Tritium ( 3 H) and / or Carbon 14 ( 14 C) in which particles of Tritium and / or Carbon 14 are detected using a solid detector.
  • the invention also relates to a method for the simultaneous detection of ⁇ , ⁇ , and X radiation, said radiation comprising at least one very low energy component, in particular ⁇ radiation whose maximum energy is less than 200 keV, for example emitted radiation. with 14 C and / or Tritium ( 3 H), and or X-rays whose energy is less than 6 keV, which includes at least the following steps:
  • - have a solid scintillation detector next to a surface to be analyzed comprising at least one light measuring means, said detector being capable of simultaneously measuring low-energy ⁇ , ⁇ and X rays which comprises at least one YAP crystal (Ce) and means for bringing very low energy radiation into contact with at least one YAP crystal (Ce) in order to allow the detection of very low energy radiation;
  • the detector comprises, following the scintillation induced by the interaction of the radiation from the surface to be analyzed and at least one YAP crystal (Ce) of said detector.
  • this method further comprises
  • a preliminary stage of collecting dust on a support for example on the filter of a vacuum cleaner
  • a step consisting in surrounding said detector and said surface to be analyzed with a light-tight box.
  • this method further comprises a preliminary step where said detector is placed in an area liable to be contaminated and where the measurement of the activity is carried out in situ.
  • the measurement conditions are as follows:
  • the detector directly integrates a YAP (Ce) crystal bonded to a Hamamatsu 2060 photomultiplier;
  • Table II makes it possible to compare the improvement in the signal to noise ratio that the detector according to the invention allows, compared to the detector based on Csl (TI): measurement of the raw count and of the background noise (expressed in counts per second) to determine the signal to noise ratio of a detector comprising a YAP crystal (Ce) compared to a detector comprising a Csl crystal (TI).
  • TI Csl
  • Table III presents the yield (in%) of the detector comprising a YAP crystal (Ce) compared to the detector comprising a Csl crystal (TI).
  • the detector consists of a YAP crystal (Ce) directly adhered with optical grease on a Photonis XP2042 photomultiplier;
  • the samples are placed in a light-tight box.
  • the counting time is 200 s and the voltage of the photomuliplier is fixed at 1530 V;
  • the source is a 5 cm 2 active surface disc emitting 93.4 strokes / s on 2 ⁇ steradian.
  • Table IV illustrates the results obtained with an aluminum entrance window 100 nm thick, deposited directly on a YAP (Ce) crystal in the form of a disc with a diameter of 25.4 mm and a thickness of 1 mm. This configuration is particularly useful when sealing the detector relative to ambient light is required.
  • Table V illustrates the performance obtained with a YAP crystal (Ce) in the form of a disc with a diameter of 36 mm and a thickness of 1.5 mm, but without an entry window.
  • This configuration is suitable for cases where light tightness is superfluous.
  • the invention therefore demonstrates the possibility of advantageously using a solid scintillator, that is to say where particles interact with at least one crystal, to detect radiation of very low energies.
  • the invention therefore demonstrates in particular the possibility of advantageously using a solid scintillator for the detection of ⁇ radiation from Tritium.
  • This detection can, depending on the activities and the type of phase concerned (gas, liquid, solid), be done in a relatively short time and at lower cost.
  • a fast scintillator such as YAP (Ce) which allows counting rates greater than 1 MHz.
  • Table I Measurement of the counting rate, in counts per second, for a voltage of 1300 V applied to the photomultiplier.
  • TI Csl crystal
  • Table IV Detection of Tritium with a detector comprising a YAP crystal (Ce) and a 100 nm aluminum entry window.
  • Table V Detection of Tritium with a detector comprising a windowless YAP (Ce) crystal

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Abstract

Utilisation d'un détecteur solide comprenant au moins un cristal de YAP(Ce) pour mesurer simultanément des rayonnements α, β, et X, lesdits rayonnements comprenant au moins une composante très basse énergie, notamment des rayonnements β dont l'énergie maximale est inférieure à 200 keV, par exemple des rayonnements émis par du 14C et/ou du Tritium (3H), et/ou des rayonnements X dont l'énergie est inférieure à 6 keV. L'invention concerne également un détecteur solide par scintillation qui comprend au moins un cristal de YAP(Ce) et un moyen pour amener des rayonnements très basse énergie en contact avec au moins un cristal de YAP(Ce) afin de permettre la détection de rayonnements de très basse énergie. Méthode de détection de tels rayonnements.

Description

DETECTEUR SOLIDE PAR SCINTILLATION, METHODE DE DETECTION
La présente invention concerne l'utilisation d'un cristal de YAP(Ce) comme élément d'un détecteur solide par scintillation, un détecteur solide par scintillation susceptible de mesurer simultanément des rayonnements α, β et X basse énergie et très basse énergie, et une méthode de détection, notamment du Tritium.
Des détecteurs solides par scintillation susceptibles de mesurer simultanément des rayonnements α, β et X basse énergie sont couramment utilisés pour la détection de particules radioactives, notamment dans les ambiances des industries et laboratoires de recherche liées à la production d'énergie nucléaire, à la médecine nucléaire, à la radioprotection, à la prospection pétrolière, à la physique.
Ces détecteurs solides sont notamment utilisés pour détecter d'éventuelles contaminations, par exemple d'air ou de poussières, dans des installations.
Les mesures obtenues par ces détecteurs sont d'une très grande importance car elles permettent de déterminer si un environnement, par exemple d'une installation susceptible de comprendre des matériaux radioactifs, est apte à être utilisé. On décidera notamment d'arrêter le fonctionnement d'une installation si un seuil limite de rayonnement est dépassé.
Les détecteurs solides par scintillation susceptibles de mesurer simultanément les rayonnements α, β et X basse énergie connus actuellement sont des détecteurs comprenant un cristal de scintillation de la composition lodure de Césium, dopé Thallium, noté usuellement Csl(TI).
Ces détecteurs solides, comprenant un photomultiplicateur, ont longtemps donné satisfaction car ils permettent un comptage global des particules α, β et X basse énergie. Leur efficacité de scintillation permet notamment de détecter la présence de particules radioactives telles que celles émises par les isotopes suivants : 2 1Am (α à 5,48 MeV et γ à 60 keV), 109Cd (RX à 22 keV), 36CI (β avec 251 ,5 keV d'énergie moyenne), 22Na (β avec 215,6 keV d'énergie moyenne et γ de 511 à 1275 keV).
Les propriétés de scintillation d'un matériau cristallin à base d'oxyde d'aluminium et d'Yttrium sous la forme perovskite, de formule chimique YAIO3 dopé par du Cérium, noté usuellement YAP(Ce) ont été divulguées et l'utilisation d'un tel cristal dans un détecteur solide par scintillation a été récemment proposée, notamment par Fyodorov et al. (« a broad-range Yttrium Aluminium Perovskite based dosimeter » IEEE Nuclear Science Symposium of Médical Imaging Conférence, vol. 2, 1994 pages 978-981. Piscataway, NJ, USA) pour des photons γ compris entre 20 et 3000 keV. Une autre utilisation a été proposée par Yasuda et al. (« properties of a YAP powder scintillator as alpha-ray detector », Applied Radiation and Isotopes, GB, Pergamon Press Ltd, vol. 52, n°3, mars 2000 pages 365-368), pour la mesure de rayonnements α et β, notamment de 244Cm (α à 5800 keV) et de 137Cs (β avec 174 keV d'énergie moyenne).
La gamme d'énergie mesurée avec les détecteurs divulgués dans ces communications est relativement élevée et les détecteurs préférés font appel à la combinaison de plusieurs matériaux scintillateurs.
On définit l'efficacité de détection par le nombre de photons lumineux, issus du scintillateur, collectés par la photocathode du photomultiplicateur par unité d'énergie du rayonnement considéré. Il convient de noter que l'efficacité de détection varie d'un type de particule à l'autre : pour information en rendement lumineux (nombre de photons émis par unité d'énergie incidente), à énergie équivalente incidente égale, un proton produit entre un quart et la moitié de la lumière produite par une électron là où une particule alpha n'en produira qu'un dixième ).
Cependant alors que les exigences de sécurité augmentent régulièrement, ces détecteurs connus semblent avoir atteint une limite dans la pertinence des informations qu'ils donnent dans le cas de contaminations résiduelles. En outre on observe une dégradation des performances de ces détecteurs au cours du temps. Les contaminations résiduelles font l'objet d'attention croissante et la limite à partir de laquelle on décide d'arrêter une installation décroît régulièrement.
Dans le cas particulier de contamination comprenant du Titrium (3H), il est connu de détecter les rayonnements β émis par le Titrium à l'aide d'une méthode utilisant un scintillateur liquide. Cette dernière consiste à mélanger un échantillon, notamment un prélèvement, en général sous forme de poussières rassemblées, effectué dans une zone susceptible d'être contaminée, avec un scintillateur liquide de façon à assurer un mélange intime entre le Titrium et le liquide. L'ensemble est ensuite placé dans un compteur à scintillation utilisant des photodétecteurs (par exemple PMT) pour détecter les photons émis par le scintillateur liquide. Cette méthode bien que présentant un très bonne efficacité de détection et une bonne précision est par contre très lourde à mettre en oeuvre (prélèvement des échantillons, transport au laboratoire, préparation des échantillons et analyse). Le délai entre le prélèvement et l'analyse est donc important et la quantité de déchets contaminés est augmentée.
Il n'est pas connu de détecteur comprenant un scintillateur solide susceptible de mesurer efficacement le Titrium.
Dans le cadre de l'invention, on s'intéresse notamment à détecter des rayonnements de très basse énergie, par exemple ceux émis par le carbone 14 (14C) (β avec 49,4keV d'énergie moyenne) et ou le Titrium (3H) (β avec 5,68 keV d'énergie moyenne).
Il convient de noter que l'énergie moyenne du rayonnement d'un émetteur β correspond sensiblement à un tiers de la valeur de l'énergie maximale ce rayonnement .
Dans le cas du 14C, l'énergie maximale émise par le rayonnement β est de 158 keV.
Dans le cas de 3H, l'énergie maximale émise par le rayonnement β est de 18,5 keV. Les détecteurs solides connus, susceptibles de mesurer simultanément les rayonnements α, β et X basse énergie, ne permettent pas de mesurer avec une bonne efficacité les rayonnements de très basse énergie.
On appelle rayonnements de très basse énergie notamment les rayonnements β dont l'énergie maximale est inférieure à 200 keV voire inférieure à 50 keV et même inférieure à 20 keV, et les rayonnements X avec une énergie inférieure à 6 keV .
Le problème technique résolu par la présente invention est celui de la détection simultanée de rayonnements α, β et X basse et de très basse énergie, notamment les rayonnements β dont l'énergie maximale est inférieure à 200 keV voire inférieure à 50 keV et même inférieure à 20 keV.
En effet, l'invention enseigne l'utilisation d'un détecteur solide comprenant au moins un cristal de YAP(Ce) pour mesurer simultanément des rayonnements α, β, et X, lesdits rayonnements comprenant au moins une composante très basse énergie, notamment des rayonnements β dont l'énergie maximale est inférieure à 200 keV, par exemple des rayonnements émis par du 14C et/ou du Tritium (3H), et ou des rayonnements X dont l'énergie est inférieure à 6 keV.
L'invention concerne également un détecteur solide par scintillation comprenant au moins un moyen de mesure de la lumière, ledit détecteur étant susceptible de mesurer simultanément des rayonnements α, β et X basse énergie qui comprend au moins un matériau cristallin à base d'oxyde d'aluminium et d'Yttrium sous la forme perovskite, de formule chimique YAI03 dopé par du Cérium, noté usuellement YAP(Ce) et un moyen pour amener des rayonnements très basse énergie en contact avec au moins un cristal de YAP(Ce) afin de permettre la détection de rayonnements de très basse énergie.
En effet, un tel détecteur solide par scintillation est susceptible de mesurer des rayonnements X et β de très basse énergie.
Tout système photosensible qui dispose d'une efficacité de réponse à la i longueur d'onde d'émission du YAP(Ce), c'est à dire 370 nm, est susceptible de constituer un moyen de mesure de la lumière selon l'invention. On peut citer, par exemple, des capteurs de type CCD, photodiode, PSPMT.
Selon un mode de réalisation de l'invention le moyen de mesure de la lumière de ce détecteur solide par scintillation est un photomultiplicateur.
Selon un mode de réalisation de l'invention le moyen pour amener des rayonnements très basse énergie est une fenêtre d'entrée laissant passer une quantité suffisante de particules très basse énergie pour permettre la détection desdites particules.
Selon une variante la fenêtre d'entrée est un film polymère métallisé ou étanche à la lumière, notamment du type des films connu sous le nom commercial MYLAR.
Selon une autre variante la fenêtre d'entrée est constituée par un dépôt métallique en couche mince, notamment d'aluminium sur un cristal en YAP. Une épaisseur typique d'un tel dépôt est de l'ordre de 100 nm.
Selon une variante la fenêtre d'entrée est une feuille mince métallique, notamment d'aluminium, d'une épaisseur typiquement de l'ordre de quelques micromètres.
Selon un autre mode de réalisation le moyen pour amener des rayonnements très basse énergie en contact avec au moins un cristal de YAP(Ce) est un gaz, notamment l'air. Ce mode de réalisation convient aux cas où une étanchéité à la lumière est superflue.
Selon un mode de réalisation préféré le matériau cristallin à base YAP(Ce) est un monocristal de YAP(Ce) et un moyen pour amener des rayonnements très basse énergie en contact avec au moins un cristal de YAP(Ce) afin de permettre la détection de rayonnements de très basse énergie.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le matériau cristallin à base de YAP(Ce) est un polycristal de YAP(Ce).
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le matériau cristallin à base de YAP(Ce) est une poudre de cristaux de YAP(Ce).
Selon un mode de réalisation préféré ce détecteur solide par scintillation comprend un cristal de YAP(Ce) de faible épaisseur, notamment moins de 100 μm.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention du détecteur solide selon l'invention, le détecteur comprend un moyen pour préserver une distance, d, comprise entre 0,2 et 2 mm entre la surface extérieure de mesure dudit détecteur, notamment la face extérieure d'une fenêtre d'entrée ou la face extérieure d'au moins un cristal de YAP(Ce), et le plan susceptible d'être placé au plus près de la surface extérieure de mesure dudit détecteur. Selon une version particulièrement préférée, le moyen permettant de préserver ladite distance, d, est constitué d'au moins deux bossages discontinus, notamment de plots sensiblement ponctuels et/ou de saillies sensiblement parallélépipédiques, disposés autour de la surface extérieure de mesure du détecteur, et/ou au moins d'un bossage continu, notamment une saillie s'étendant sur une partie de la périphérie de la surface extérieure de mesure du détecteur.
L'invention concerne également un détecteur solide par scintillation qui peut mesurer le rayonnement β de l'isotope 14 du carbone , 14C ,avec un rapport signal sur bruit supérieur à 20.
L'invention concerne également un détecteur solide par scintillation qui peut mesurer le rayonnement β de l'isotope de tritium ,3H.
L'invention concerne également une méthode de détection du Tritium (3H) et/ou du Carbone 14 (14C) où l'on détecte les particules de Tritium et/ou de Carbone 14 à l'aide d'un détecteur solide. L'invention concerne également une méthode de détection simultanée de rayonnements α, β, et X, lesdits rayonnements comprenant au moins une composante très basse énergie, notamment des rayonnements β dont l'énergie maximale est inférieure à 200 keV, par exemple des rayonnements émis par du 14C et/ou du Tritium (3H), et ou des rayonnements X dont l'énergie est inférieure à 6 keV, qui comprend au moins les étapes suivantes :
- disposer en regard d'une surface à analyser un détecteur solide par scintillation comprenant au moins un moyen de mesure de la lumière, ledit détecteur étant susceptible de mesurer simultanément des rayonnements α, β et X basse énergie qui comprend au moins un cristal de YAP(Ce) et un moyen pour amener des rayonnements très basse énergie en contact avec au moins un cristal de YAP(Ce) afin de permettre la détection de rayonnements de très basse énergie ;
- rapprocher la surface extérieure de mesure du détecteur et la surface à analyser, notamment à une distance inférieure à 2 mm, de préférence supérieure à 0,2 mm ;
- déterminer l'activité de la surface à analyser par la réponse du moyen de mesure de la lumière que comprend le détecteur, suite à la scintillation induite par l'interaction du rayonnement de la surface à analyser et d'au moins un cristal de YAP(Ce) dudit détecteur.
Selon un mode de réalisation de cette méthode elle comprend en outre
- une étape préalable de collecte de poussières sur un support, par exemple sur le filtre d'un aspirateur ;
- une étape consistant à entourer ledit détecteur et ladite surface à analyser d'une boite étanche à la lumière.
Selon un autre mode de réalisation de cette méthode elle comprend en outre une étape préalable où l'on dispose ledit détecteur dans une zone susceptible d'être contaminée et où la mesure de l'activité est effectuée in situ.
Afin d'illustrer l'intérêt du dispositif selon l'invention des essais comparatifs ont été effectués avec un dispositif connu comprenant un matériau cristallin à base de Csl(TI) .
Les conditions de mesure sont les suivantes :
- géométrie de cristal : cristal de YAP(Ce) sous forme d'un disque de diamètre 36mm et d'épaisseur 1 ,5 mm ; - configuration du détecteur Csl(TI) : cristal de Csl(TI) adhéré à la graisse sur un plexiglass d'épaisseur 2 mm, le tout adhéré à l'aide d'une graisse optique sur un photomultiplicateur Philips XP2008 ;
- configuration du détecteur YAP(Ce) : le détecteur intègre directement un cristal de YAP(Ce) collé sur un photomultiplicateur Hamamatsu 2060 ;
- fenêtre d'entrée : Mylar aluminisé 14 μm, montées de la même façon sur chacun des cristaux ;
- conditions de mesures pour les comptages et efficacités : la chaîne de mesure la même pour les deux produits avec des réglages de seuils et de tension identiques. Chacun des produits est placé à son tour dans un montage mécanique et les acquisitions sont faites sur chaque source. Le temps d'acquisition est de 10 secondes sur une échelle de comptage NOVELEC à une tension fixe de 1300 V. Pour ces mesures, les angles solides sous lesquels les deux détecteurs voient les sources sont semblables. Le tableau I compare les performances des deux dispositifs en terme de taux de comptage.
Le tableau II permet de comparer l'amélioration du rapport signal sur bruit que permet le détecteur selon l'invention, comparé au détecteur à base de Csl(TI) : mesure du comptage brut et du bruit de fond (exprimés en coups par seconde) pour déterminer le rapport signal sur bruit d'un détecteur comprenant un cristal de YAP(Ce) comparé à un détecteur comprenant un cristal de Csl(TI).
Le tableau III présente le rendement (en %) du détecteur comprenant un cristal de YAP(Ce) comparé au détecteur comprenant un cristal de Csl(TI).
Les tableaux suivants illustrent des résultats obtenus pour la détection du Tritium, 3H. Les conditions d'expérimentation sont les suivantes :
- configuration du détecteur : le détecteur est constitué d'un cristal de YAP(Ce) directement adhéré avec de la graisse optique sur un photomultiplicateur Photonis XP2042 ;
- conditions de mesure : les échantillons sont placés dans une boîte étanche à la lumière. Le temps de comptage est de 200 s et la tension du photmuliplicateur est fixée à 1530 V ;
- la source est un disque de surface active de 5 cm2 émettant 93.4 coups/s sur 2 π stéradian. Le tableau IV illustre les résultats obtenus avec une fenêtre d'entrée en aluminium d'épaisseur 100 nm, déposée directement sur un cristal de YAP(Ce) sous forme de disque de diamètre 25,4 mm et d'épaisseur 1 mm. Cette configuration est particulièrement utile lorsque l'étanchéité du détecteur par rapport à la lumière ambiante est requise.
Le tableau V illustre les performances obtenues avec un cristal de YAP(Ce) sous forme de disque de diamètre 36 mm et d'épaisseur 1 ,5 mm, mais sans fenêtre d'entrée. Cette configuration est adaptée aux cas où une étanchéité à la lumière est superflue. L'invention démontre donc la possibilité d'utiliser de manière avantageuse un scintillateur solide, c'est à dire où des particules interagissent avec au moins un cristal, pour détecter des rayonnements de très basses énergies .
L'invention démontre donc en particulier la possibilité d'utiliser de façon avantageuse un scintillateur solide pour la détection des rayonnements β du Tritium.
Cette détection peut, en fonction des activités et du type de phase concernée (gaz, liquide, solide), se faire en un temps relativement court et à moindre coût. De plus, pour des zones à fortes, voire très forte contaminations (activités), il est avantageux d'utiliser un scintillateur rapide tel que le YAP(Ce) qui autorise des taux de comptage supérieurs à 1 MHz.
Figure imgf000010_0001
Tableau I : Mesure du taux de comptage, en coups par seconde, pour une tension de 1300 V appliquée sur le photomultiplicateur.
Figure imgf000010_0002
comprenant un cristal de YAP(Ce) comparé à un détecteur comprenant un cristal de CsIfTÏ).
Figure imgf000010_0003
comparé à un détecteur comprenant un cristal de Csl(TI).
Figure imgf000011_0001
Tableau IV : Détection du Tritium avec un détecteur comprenant un cristal de YAP(Ce) et une fenêtre d'entrée en Aluminium 100 nm.
Figure imgf000011_0002
Tableau V : Détection du Tritium avec un détecteur comprenant un cristal de YAP(Ce) sans fenêtre

Claims

REVENDICATIONS
1. Utilisation d'un détecteur solide comprenant au moins un cristal de YAP(Ce) pour mesurer simultanément des rayonnements α, β, et X, lesdits rayonnements comprenant au moins une composante très basse énergie, notamment des rayonnements β dont l'énergie maximale est inférieure à 200 keV, par exemple des rayonnements émis par du 14C et ou du Tritium (3H), et ou des rayonnements X dont l'énergie est inférieure à 6 keV.
2. Détecteur solide par scintillation comprenant au moins un moyen de mesure de la lumière, ledit détecteur étant susceptible de mesurer simultanément des rayonnements α, β et X basse énergie caractérisé en ce qu'il comprend au moins un cristal de YAP(Ce) et un moyen pour amener des rayonnements très basse énergie en contact avec au moins un cristal de YAP(Ce) afin de permettre la détection de rayonnements de très basse énergie.
3. Détecteur solide par scintillation selon la revendication 2 caractérisé en ce que le moyen de mesure de la lumière est un photomultiplicateur.
4. Détecteur solide par scintillation selon l'une des revendications 2 à 3 caractérisé en ce que le moyen pour amener des rayonnements très basse énergie est une fenêtre d'entrée laissant passer une quantité suffisante de particules très basse énergie pour permettre la détection desdites particules.
5. Détecteur solide par scintillation selon la revendication 4 caractérisé en ce que la fenêtre d'entrée est un film polymère métallisé ou étanche à la lumière, notamment du type des films connu sous le nom commercial MYLAR.
6. Détecteur solide par scintillation selon la revendication 5 caractérisé en ce que la fenêtre d'entrée est constituée par dépôt métallique en couche mince, notamment d'aluminium sur un cristal de YAP(Ce).
7. Détecteur solide par scintillation selon la revendication 4 caractérisé en ce que la fenêtre d'entrée est une feuille mince métallique, notamment d'aluminium, d'une épaisseur typiquement de l'ordre de quelques micromètres.
8. Détecteur solide par scintillation selon l'une des revendications 2 ou 3 caractérisé en ce que le moyen pour amener des rayonnements très basse énergie en contact avec au moins un cristal de YAP(Ce) est un gaz, notamment l'air.
9. Détecteur solide par scintillation selon l'une des revendications 2 à 8 caractérisé en ce que le matériau cristallin à base YAP(Ce) est un monocristal de YAP(Ce).
10. Détecteur solide par scintillation selon l'une des revendications 2 à 8 caractérisé en ce que le matériau cristallin à base de YAP(Ce) est un polycristal de YAP(Ce).
11. Détecteur solide par scintillation selon l'une des revendications 2 à 8 caractérisé en ce que le matériau cristallin à base de YAP(Ce) est une poudre de cristaux de YAP(Ce).
12. Détecteur solide par scintillation selon l'une des revendications 2 à 11 caractérisé en ce qu'il comprend au moins un cristal de YAP(Ce) de faible épaisseur, notamment moins de 100 //m.
13. Détecteur solide par scintillation selon l'une quelconque des revendications 2 à 12 caractérisé en ce qu'il comprend un moyen pour préserver une distance, d, comprise entre 0,2 et 2 mm entre la surface extérieure de mesure dudit détecteur, notamment la face extérieure d'une fenêtre d'entrée ou la face extérieure d'au moins un cristal de YAP(Ce), et le plan susceptible d'être placé au plus près de la surface extérieure de mesure dudit détecteur.
14. Détecteur solide par scintillation selon la revendication 13 caractérisé en ce que le moyen permettant de préserver ladite distance, d, est constitué d'au moins deux bossages discontinus, notamment de plots sensiblement ponctuels et/ou de saillies sensiblement parallélépipédiques, disposés autour de la surface extérieure de mesure du détecteur, et/ou au moins d'un bossage continu, notamment une saillie s'étendant sur une partie de la périphérie de la surface extérieure de mesure du détecteur.
15. Méthode de détection du Tritium 3H et/ou du Carbone 14 (14C) caractérisée en ce qu'on détecte les particules de Tritium et/ou de Carbone 14 à l'aide d'un détecteur solide.
16. Méthode de détection simultanée de rayonnements α, β, et X, lesdits rayonnements comprenant au moins une composante très basse énergie, notamment des rayonnements β dont l'énergie maximale est inférieure à 200 keV, par exemple des rayonnements émis par du 14C et/ou du Tritium (3H), et/ou des rayonnements X dont l'énergie est inférieure à 6 keV, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins les étapes suivantes : - disposer en regard d'une surface à analyser un détecteur solide par scintillation comprenant au moins un moyen de mesure de la lumière, ledit détecteur étant susceptible de mesurer simultanément des rayonnements α, β et X basse énergie qui comprend au moins un cristal de YAP(Ce) et un moyen pour amener des rayonnements très basse énergie en contact avec au moins un cristal de YAP(Ce) afin de permettre la détection de rayonnements de très basse énergie ;
- rapprocher la surface extérieure de mesure du détecteur et la surface à analyser, notamment à une distance inférieure à 2 mm, de préférence supérieure à 0,2 mm ;
- déterminer l'activité de la surface à analyser par la réponse du moyen de mesure de la lumière que comprend le détecteur, suite à la scintillation induite par l'interaction du rayonnement de la surface à analyser et d'au moins un cristal de YAP(Ce) du détecteur.
17. Méthode de détection selon la revendication 16 caractérisée en ce qu'elle comprend en outre :
- une étape préalable de collecte de poussières sur un support, par exemple sur le filtre d'un aspirateur ;
- une étape consistant à entourer ledit détecteur et ladite surface à analyser d'une boite étanche à la lumière.
18. Méthode de détection selon la revendication 16 caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une étape préalable où l'on dispose ledit détecteur dans une zone susceptible d'être contaminée et où la mesure de l'activité est effectuée in situ.
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