FR3168024A1 - Détecteur de gaz radioactif, en particulier le radon - Google Patents

Détecteur de gaz radioactif, en particulier le radon

Info

Publication number
FR3168024A1
FR3168024A1 FR2411734A FR2411734A FR3168024A1 FR 3168024 A1 FR3168024 A1 FR 3168024A1 FR 2411734 A FR2411734 A FR 2411734A FR 2411734 A FR2411734 A FR 2411734A FR 3168024 A1 FR3168024 A1 FR 3168024A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
probe
membrane
scintillator
scintillator material
medium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
FR2411734A
Other languages
English (en)
Inventor
Benoit SABOT
Sylvie Pierre
Christophe Dujardin
Frédéric Chaput
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Ecole Normale Superieure de Lyon
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Universite Claude Bernard Lyon 1
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Ecole Normale Superieure de Lyon
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Universite Claude Bernard Lyon 1
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Ecole Normale Superieure de Lyon, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA, Universite Claude Bernard Lyon 1 filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority to FR2411734A priority Critical patent/FR3168024A1/fr
Priority to PCT/EP2025/080881 priority patent/WO2026087785A1/fr
Publication of FR3168024A1 publication Critical patent/FR3168024A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • G01T1/17—Circuit arrangements not adapted to a particular type of detector
    • G01T1/178—Circuit arrangements not adapted to a particular type of detector for measuring specific activity in the presence of other radioactive substances, e.g. natural, in the air or in liquids such as rain water
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0011—Sample conditioning
    • G01N33/0014—Sample conditioning by eliminating a gas

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

Sonde de détection (1), comportant un matériau scintillateur inorganique (4), configuré pour générer des photons, dans une bande spectrale d’émission, sous l’effet d’une irradiation par un rayonnement alpha ; un photodétecteur (3), optiquement couplé à une face de couplage (4r) du matériau scintillateur, et configuré pour générer un signal de détection dépendant d’un nombre de photons générés dans le matériau scintillateur ; une enveloppe opaque (5), disposée autour du matériau scintillateur, de part et d’autre de la face de couplage ; la sonde étant caractérisée en ce qu’elle comporte une membrane opaque (6), poreuse, disposé face au matériau scintillateur, de façon à permettre une migration, vers le matériau scintillateur, à travers la membrane, d’un gaz radioactif, la membrane s’étendant selon une épaisseur supérieure à 100 µm.

Description

détecteur de gaz radioactif, en particulier le radon
L’invention concerne la détection d’un gaz radioactif, en particulier le radon.
 ART ANTERIEUR
Le radon est un gaz radioactif d’origine naturelle, provenant de la désintégration d’isotopes d’Uranium ou du Thorium, présents naturellement dans la croûte terrestre. Une exposition importante au radon peut présenter un risque sanitaire, en étant l’origine de pathologies pulmonaires. Il est considéré que l’ingestion de radon constitue la deuxième cause de cancer du poumon.
Le radon est particulièrement dangereux dans les espaces confinés, ou mal ventilés, comme certaines habitations, des sous-sols ou des bâtiments anciens. Il s'infiltre à travers les fissures dans les fondations, les murs et les sols, et peut, en l’absence de ventilation, s'accumuler à des niveaux dangereux.
La directive européenne Euratom 2013/59 détermine une valeur de référence annuelle moyenne maximale de 300 Bq·m-3pour le radon, le radon étant défini comme correspondant à222Rn.
Le radon comporte deux isotopes radioactifs :
  • 222Rn, qui provient de la désintégration de238U, dont la période radioactive est de 3.8 jours ;
  • 220Rn, parfois désigné Thoron, qui provient de la désintégration de232Th, dont la période radioactive est de 55.6 secondes
La dangerosité des isotopes du radon est due aux particules alpha émises lors de chaque désintégration, mais également des descendants radioactifs de chacun de ces isotopes, qui sont des descendants solides. S’agissant de222Rn, les descendants considérés comme les plus problématiques sont des émetteurs α (par exemple218Po ou214Po) ou des émetteurs β-γ (214Bi ou214Pb). S’agissant de220Rn, les descendants considérés comme les plus problématiques sont des émetteurs α (par exemple21 6Po ou21 2Pb) ou des émetteurs β-γ (21 2Bi ou21 2Pb ou208Tl).
Le brevet FR3113176 décrit un détecteur scintillateur, réalisé avec un matériau poreux de type métallo-organique (MOF). Ce type de scintillateur est formé à partir d’unités inorganiques reliées entre elles par des ligands organiques scintillants. La porosité confère une surface spécifique élevée, pouvant dépasser quelques milliers de m²·g-1. Un tel dispositif est adapté à la mesure de radionucléides gazeux, comme87Kr ou le radon. La structure poreuse permet une adsorption des radionucléides gazeux. Cependant, pour ce type de scintillateur, le faible rendement lumineux et leur forme en poudre très diffusante ne permet pas une utilisation optimum (pas de détection de3H et37Ar). Ils sont de plus très sensibles à l’humidité. La surface spécifique de ces scintillateurs leur confère un effet mémoire très important rendant impossible un suivi en temps réel de la concentration d’isotopes gaeux.
Le brevet FR3133238 décrit un détecteur de type scintillateur plastique, comportant des molécules fluorescentes noyées dans un polymère organique. Le détecteur présente un rapport surface sur volume élevé, pour augmenter la sensibilité de détection. Le scintillateur permet une discrimination entre les contributions respectives de particules α et β au rayonnement détecté par la production de fluorescence retardée induite par la création d’états triplet par les particules alpha. La discrimination est effectuée par PSD (Pulse Shape Discrimination – discrimination par la forme d’impulsions), c’est-à-dire en classifiant chaque impulsion détectée, en fonction de sa forme, comme étant due à une particule α ou une particule β. Des exemples sont donnés, dans lesquels le matériau détecteur prend la forme de lamelles, ou des ailettes, ou de flocons. Une analyse spectrométrique des rayonnements α détectés permet de séparer partiellement les contributions de222Rn et de certains de ses descendants :218Po et214Po. Cependant cette résolution est dégradée par la forme complexe du scintillateur et la perte de lumière engendrée. En cas de mélange de deux isotopes de radon, l’identification de chaque isotope n’est pas possible. Enfin ce scintillateur est organique, il a donc un effet mémoire pour le radon, le rendant trop limitant pour les mesure de suivi temporel de la concentration de radon.
Les dispositifs précédemment décrits permettent une mesure de l’activité de l’ensemble des isotopes de Rn par scintillation. Cependant, ils ne permettant pas de discriminer entre222Rn et220Rn.
Un premier objet de l’invention est une sonde de détection, comportant :
  • un matériau scintillateur, de préférence inorganique, configuré pour générer des photons sous l’effet d’une irradiation par un rayonnement alpha ;
  • un photodétecteur, optiquement couplé à une face de couplage du matériau scintillateur, et configuré pour générer un signal de détection dépendant d’un nombre de photons générés dans le matériau scintillateur ;
  • une enveloppe opaque, disposée autour du matériau scintillateur, de part et d’autre de la face de couplage ;
la sonde étant caractérisée en ce qu’elle comporte une membrane opaque, poreuse, disposée face au matériau scintillateur, de façon à permettre une migration, vers le matériau scintillateur, à travers la membrane, d’un gaz radioactif. L’épaisseur de la membrane est de préférence supérieure à 100 µm.
La membrane peut s’étendre selon une épaisseur supérieure à une épaisseur prédéterminée, l’épaisseur prédéterminée correspondant à une durée de migration du gaz radioactif, à travers la membrane, d’au moins 30 secondes. L’épaisseur de la membrane peut être inférieure à 10 mm ou 5 mm. La membrane peut être une membrane en polymère ou en matériau fritté.
La sonde peut comporter une grille, recouvrant la membrane, de façon que la membrane s’étend entre la grille et le matériau scintillateur.
Le matériau scintillateur est de préférence poreux.
Le matériau scintillateur peut être segmenté en différents éléments, de façon que le gaz se propage entre lesdits éléments.
Selon une possibilité :
  • le matériau scintillateur est sensible au rayonnement β ;
  • la sonde comporte une unité de traitement, configurée pour discriminer entre les signaux de détection résultant respectivement d’interactions de particules α et β dans le matériau détecteur.
Selon une possibilité, l’enveloppe, le scintillateur et la membrane poreuse forment une tête de détection, la tête de détection étant amovible du photodétecteur.
Un deuxième objet de l’invention est un procédé de détermination d’une activité de222Rn dans un milieu analysé, susceptible de comporter222Rn, comprenant au moins les étapes suivantes :
  • exposition d’une sonde selon le premier objet de l’invention au222Rn susceptible d’être contenu dans le milieu analysé;
  • application d’une fonction de calibration à un signal de mesure, par exemple un taux de comptage, résultant de la sonde, pour déterminer une activité de222Rn dans le milieu analysé.
Selon une possibilité, le milieu est gazeux, la sonde étant disposée dans le milieu analysé.
Selon une possibilité, le milieu analysé est un milieu liquide, disposé dans une enceinte, la sonde étant disposée dans l’enceinte, à distance du milieu analysé.
Selon une possibilité, le milieu analysé est un milieu liquide, la sonde étant plongée dans le milieu analysé.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de l'exposé des exemples de réalisation présentés, dans la suite de la description, en lien avec les figures listées ci-dessous.
 FIGURES
LaFIG. 1et laFIG. 2schématisent une sonde selon l’invention.
LaFIG. 3schématise un assemblage d’une tête de détection contre un photodétecteur.
LaFIG. 4schématise un exemple de scintillateur comportant des canaux.
LaFIG. 4schématise un exemple de scintillateur formé par un assemblage de fibres scintillantes.
LaFIG. 4schématise un scintillateur formé par un assemblage de scintillateurs élémentaires.
LaFIG. 5représente un exemple de mise en œuvre de la sonde.
EXPOSE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS
LaFIG. 1schématise un exemple de réalisation d’une sonde selon l’invention. La sonde comporte une tête de détection 2, reliée à un photodétecteur 3. La tête de détection 2 comporte un matériau scintillateur 4, configuré pour former des impulsions lumineuses sous l’effet d’une détection d’un rayonnement ionisant, en particulier un rayonnement α ou β. Les impulsions lumineuses sont formées de photons de scintillation dues aux interactions de particules ionisantes, en l’occurrence α ou β, dans le matériau scintillateur. Les impulsions lumineuses sont formées dans une bande spectrale d’émission, généralement située dans le visible ou dans le proche ultraviolet.
Le photodétecteur 3 est configuré pour générer un signal de détection exploitable à partir des impulsions lumineuses de scintillation générées dans le matériau scintillateur. Le signal de détection est formé d’impulsions électriques, chaque impulsion correspondant à une interaction d’une particule ionisante, par exemple α ou β ou γ, dans le scintillateur. L’amplitude de chaque impulsion est de préférence proportionnelle à l’énergie libérée dans le matériau scintillateur 4 lors de chaque interaction.
Le matériau scintillateur est de préférence un scintillateur inorganique. Comparativement aux scintillateurs poreux MOF et aux scintillateurs plastiques décrits en lien avec l’art antérieur, les inventeurs ont constaté qu’un scintillateur inorganique ne présente pas d’effet mémoire pour les gaz radioactifs.
L’effet mémoire correspond à un piégeage, par adsorption ou absorption, de radionucléides gazeux dans les pores ou par affinité chimique avec les scintillateurs, ce qui induit une exposition prolongée du scintillateur aux rayonnements émis par les radionucléides piégés. On a observé que dans les scintillateurs organiques, non poreux, l’effet mémoire est aussi présent, comme décrit dans la publication Pressyanov. D et al “ Sorption and desorption of radioactive noble gases in polycarbonates”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 598 (2009) 620 - 627. Les inventeurs estiment que l’effet mémoire est préjudiciable à un suivi de l’évolution temporelle de la concentration de radon. Le recours à un scintillateur inorganique est donc préférable.
Outre l’absence d’effet mémoire, les scintillateurs inorganiques peuvent être totalement insensibles à l’humidité et plus résistants dans le temps que les molécules organiques.
De préférence, le matériau scintillateur est structuré pour présenter une surface spécifique élevée, la surface spécifique correspondant à un ratio surface sur volume. Il peut s’agir d’un matériau poreux, ou d’un matériau subdivisé en différents éléments, par exemple en forme de fibres, assemblés les uns aux autres, et entre lesquels un gaz peut circuler. La subdivision du matériau en plusieurs éléments peut également être réalisée comme décrit en lien avec FR3133238. La surface spécifique est de préférence supérieure à 1 cm²/g.
Le matériau scintillateur 4 comporte une face avant 4a, destinée à être exposée au gaz radioactif analysé, et une face arrière 4r, de préférence opposée à la face avant, destinée à être disposée en regard du photodétecteur 3, et de préférence au contact de ce dernier. La face arrière 4r est une face de couplage destinée à être optiquement couplée au photodétecteur
Une enveloppe opaque 5 s’étend autour du matériau scintillateur 4, de part et d’autre de la face arrière, de façon à éviter une illumination de ce dernier par un rayonnement visible extérieur. Dans cet exemple, il s’agit d’une enveloppe rigide dont la face interne est recouverte d’un revêtement réfléchissant les photons de scintillation. Il peut par exemple s’agir d’une enveloppe métallique, par exemple en acier inoxydable, ou d’une revêtement réfléchissant ou d’un film réfléchissant. Dans cet exemple, l’enveloppe est cylindrique. Lorsque l’enveloppe est rigide, elle fait aussi fonction de protection mécanique. L’enveloppe peut comporter une face transparente 5r, destinée à recouvrir la face arrière 4r du scintillateur, et à former une interface avec le photodétecteur 3. Par transparent, il est entendu transparent aux photons de scintillation.
Le scintillateur 4 est disposé contre un photodétecteur 3, configuré pour former une impulsion électrique à partir de l’impulsion lumineuse formée le scintillateur. Le photodétecteur comporte une fenêtre d’entrée 3a, transparente, contre laquelle la face arrière 4r du scintillateur est appliquée, éventuellement avec un couplant optique. Le photodétecteur 3 peut par exemple être un tube photomultiplicateur, par exemple un photomultiplicateur au silicium (SiPM), ou un capteur basé sur du silicium noir (black silicium) ou une diode silicium.
La tête de détection 2 comporte une membrane poreuse 6, disposée en regard de la face avant 4a du scintillateur. De préférence, la membrane poreuse est appliquée contre la face avant 4a du scintillateur. La membrane poreuse 6 est destinée à être exposée au gaz radioactif, et à permettre une migration de radionucléides gazeux jusqu’au matériau scintillateur 4. L’épaisseur de la membrane poreuse 6 est dimensionnée de façon que la durée de migration d’un radionucléide gazeux soit supérieure à 1 minute, voire à quelques minutes, typiquement entre 1 minute et 10 minutes, cela afin que seuls les radionucléides dont la période radioactive est supérieure à la durée de migration, ou à 2 ou 3 fois la durée de migration, atteignent le scintillateur 4 selon une quantité suffisante pour permettre une formation d’un signal de détection exploitable par le photodétecteur 3.
La sonde est par exemple destinée à effectuer une mesure de l’activité de222Rn, en limitant au maximum la contribution de220Rn dans le signal détecté. Compte tenu de la différence de périodes radioactives,222Rn peut diffuser selon de plus longues distances avant de se désintégrer.22 0Rn se désintègre beaucoup plus rapidement. La membrane est donc dimensionnée de façon que la durée de diffusion de220Rn soit supérieure à sa période radioactive, soit 55,6 secondes, tandis que la durée de diffusion de222Rn est inférieure à sa période radioactive (de l’ordre de 3,8 jours). La discrimination entre22 0Rn et222Rn est effectuée sur la base de leurs périodes radioactives respectives, la membrane agissant comme un filtre temporel, de façon à maximiser la quantité de222Rn atteignant le détecteur scintillateur relativement à220Rn.
La membrane poreuse 6 peut être une membrane en polymère opaque, par exemple une membrane de type BK5 (Thorlabs). Il est important que la membrane poreuse 6 soit opaque, de façon à éviter une illumination du scintillateur 4 par la lumière ambiante. Lorsqu’elle est formée à partir d’un polymère, l’épaisseur de la membrane 6 peut être comprise entre 15 µm et 1 mm. Au-delà, la cinétique de diffusion des radionucléides à travers la membrane 6 est trop longue, ce qui réduit la sensibilité à l’égard de222Rn.
Un autre exemple de membrane polymère poreuse est une membrane en polymère dit cristallin, ou semi-cristallin, dans lequel certaines régions de la chaine polymérique s’organisent de manière régulière pour former des cristaux, tandis que d’autre régions peuvent rester dans un état amorphe. Les polymères cristallins ou semi-cristallins présentent une opacité compatible avec un couplage avec un scintillateur. Des exemples de polymères cristallins sont le polyéthylène (PE), le polypropylène (PP) ou le nylon. On considère également que les régions de la chaîne polymérique à l’état amorphe sont moins favorables à la diffusion de radionucléides gazeux.
La membrane poreuse et opaque 6 peut également être formée d’un fritté, par exemple un fritté métallique, auquel cas son épaisseur peut dépasser 1 mm. D’une façon plus générale, la plage d’épaisseurs optimale de la membrane dépend de sa porosité et des matériaux qui la constituent. Elle peut être déterminée par des essais expérimentaux, en exposant la sonde à un gaz radioactif étalon dont la composition est connue. La durée de migration du gaz radioactif étalon est alors estimée en examinant une évolution temporelle du signal de détection résultant du photodétecteur 3. Le signal de détection augmente progressivement, en fonction de la quantité de gaz ayant atteint le scintillateur, jusqu’à se stabiliser.
LaFIG. 2représente la membrane 6 préalablement à son apposition contre la face avant 4a du scintillateur 4.
La tête de détection 2 peut comporter une grille 7, recouvrant la membrane 6, de façon que la membrane s’étend entre la grille 7 et le scintillateur 4. La grille 7 est schématisée sur laFIG. 3. La grille 7 est de préférence formée d’un matériau rigide, par exemple métallique, et permet de protéger mécaniquement la membrane 6 et le scintillateur 4. La grille définit une maille ajourée, la fraction surfacique ajourée étant de préférence supérieur à 80% voire 90% voire 95% de façon à favoriser le passage de gaz à travers la maille.
Avantageusement, la tête de détection 2 est disposée de façon amovible contre le photodétecteur 3. Elle est ainsi aisément interchangeable. Ainsi, la tête de détection est de préférence reliée au photodétecteur 3 par un moyen de liaison réversible, par exemple une bride ou une bague de serrage 8. Cela permet de remplacer la tête de détection 2 après que cette dernière a été exposée à un milieu contaminant, ou placée dans un milieu contaminant, par exemple dans un liquide.
De préférence, le scintillateur est structuré de façon à optimiser la surface accessible au gaz. Il s’agit d’obtenir une surface spécifique élevée. En effet, les particules α ont un parcours limité dans le scintillateur. Il est préférable de privilégier la surface du scintillateur accessible au gaz par rapport à l’épaisseur du scintillateur. Il peut s’agir d’un scintillateur poreux, à porosité ouverte, de façon que les radionucléides gazeux puissent diffuser dans les pores. Des exemples de scintillateurs inorganiques poreux sont décrits dans Raphael M.L. et al « Real-time detection and discrimination of radioactive gas mixtures using nanoporous inorganic scintillators », nature photonics, Vol. 18, October 2024 1037 – 1043. La porosité (fraction volumique des pores) peut par exemple être supérieure à 10%. Elle peut atteindre 50%, voire 80% ou 90%, voire davantage, sous réserve d’une tenue mécanique suffisante du matériau scintillateur. Une grande fraction volumique de porosité (> 50%, voire davantage) est rendue possible par le fait que le rayonnement α interagit dans une couche superficielle du matériau scintillateur, typiquement dans une épaisseur inférieure à 1 mm voire inférieure à 500 µm.
Le matériau scintillateur peut également avoir fait l’objet d’une structuration par usinage ou par moulage, de façon à augmenter la surface spécifique. Des exemples de structuration de scintillateurs organiques sont décrits dans FR3133238.
LaFIG. 4représente un exemple de matériau scintillateur 4, dans lequel des microcanaux cylindriques 4c dont été formés, de façon à permettre un passage de gaz radioactif à travers ces derniers. Le diamètre de chaque microcanal peut être de plusieurs dixièmes de mm et quelques mm, par exemple entre 0.5 mm et 2 ou 3 mm.
LaFIG. 4schématise des fibres scintillantes 4f, dont l’assemblage permet de former un matériau scintillateur 4 présentant un rapport surface sur volume élevé. Il peut par exemple s’agir de fibres scintillantes organiques ou inorganiques. Le diamètre de chaque fibre scintillante peut par exemple être de quelques dixièmes de mm, par exemple compris entre 0.5 mm et 1 mm. Les fibres scintillantes sont maintenues les unes contre les autres par une armature 4m, schématisée par des pointillés sur laFIG. 4. Des exemples de fibres optiques scintillantes inorganiques ont été décrits dans la publication Dujardin C. et al « Needs, trends and advances in inorganic scintillators », IEEE Transactions on nuclear science, Vol. 65, n°8, August 2018, voir en particulier IV A.
Relativement aux fibres optiques scintillantes, il peut s’agir de fibres établies partir d’un matériau organique, par exemple du polystyrène, comportant des particules scintillantes.
Lorsque le scintillateur est formé de fibres scintillantes assemblées, le gaz radioactif analysé peut se propager entre les fibres, et interagir avec ces dernières. De préférence, les fibres optiques scintillantes ne sont pas gainées, de façon que les particules α émises par le gaz radioactif analysé ne soient pas absorbées avant d’atteindre le matériau scintillateur.
La dimension du scintillateur 4 peut être telle que la diagonale, ou le plus grand diamètre, soit comprise entre 20 mm et 80 mm, soit entre 1 et 3 pouces, et que l’épaisseur, correspondant à la distance entre la face avant et la face arrière, soit également comprise entre 20 et 80 mm. Plus le volume du scintillateur est élevé, plus la sensibilité est importante. Cependant, un volume trop élevé peut s’avérer incompatible avec une exposition à une forte quantité de gaz radioactif, en raison d’un risque de saturation.
Lorsque le scintillateur est de grand volume, il peut être obtenu par une juxtaposition de scintillateurs élémentaires 4i, comme schématisé sur laFIG. 4. Par exemple, l’épaisseur de chaque scintillateur élémentaire est de 1 cm.
La taille du scintillateur est ajustée en fonction de sa porosité, ou de la surface spécifique, et de sa sensibilité intrinsèque, c’est-à-dire du nombre de photons de scintillation produits par quantité d’énergie déposée.
On considère que s’agissant de la détection de222Rn, avec un scintillateur inorganique de porosité 100 m2·g−1, un diamètre (ou une plus grande diagonale) de 1 pouce et une épaisseur de 2 pouces peuvent convenir pour la quantification de222Rn à des niveaux correspondant à la directive Euratom précédemment évoquée.
Comme précédemment cité, le recours à un scintillateur inorganique permet de limiter le piégeage du gaz radioactif au niveau du scintillateur, ce qui facilite la formation d’un équilibre de la concentration du gaz radioactif entre la tête de détection et le milieu ambiant. Cela permet également une remise à l’équilibre immédiate en cas de changement de concentration.
Le photodétecteur 3 est relié à une unité de traitement 10, cette dernière étant configurée pour recevoir et traiter le signal de détection résultant du photodétecteur de façon à former un signal de mesure. L’unité de traitement peut être un ordinateur ou comporter un microprocesseur. Le signal de mesure peut être un taux de comptage, correspondant à un nombre d’interactions α détectées par unité de temps. Selon une possibilité, l’unité de traitement met en œuvre un algorithme de type PSD (Pulse Shape Discrimination), de façon à séparer les impulsions en fonction d’un paramètre de durée ou de forme. Un exemple de recours à un tel algorithme a été décrit dans FR3133238.
Le recours à une unité de traitement, mettant en œuvre un algorithme de type PSD, est particulièrement adapté à un scintillateur de type SiO2-YaGCe (Y3Al5O12:Ce). YAG désigne le terme Grenat d’yttrium et d’aluminium. Un tel scintillateur est formé d’une matrice de SiO2dans laquelle des nanoparticules scintillantes de YaG:Ce sont noyées. Avec de type de scintillateur, il est possible de discriminer :
  • une composante, dite Cherenkov, du signal de détection, qui correspond aux impulsions lumineuses produites, par effet Cherenkov, par des particules β interagissant dans la matrice de SiO2 ;
  • une composante α du signal de détection, qui correspond aux impulsions lumineuses produites par les interactions du rayonnement α avec les nanoparticules scintillantes YaGCe . A partir de cette composante, on peut obtenir un taux de comptage α.
La discrimination est basée sur une durée des impulsions lumineuses, les impulsions résultant de l’effet Cherenkov étant plus courtes (quelques ns) que les impulsions produites par les interactions du rayonnement α avec les nanoparticules scintillantes (quelques dizaines de ns).
La discrimination des particules α et β présente plusieurs avantages :
  • lorsque l’unité de traitement 10 comporte un circuit de spectrométrie, configuré pour former un spectre, c’est-à-dire un histogramme des interactions détectées en fonction de leur énergie, on peut obtenir un spectre uniquement représentatif des interactions générées par les particules α. Cela permet une discrimination entre le signal de détection dû à222Rn ainsi qu’à ses descendants émetteurs α(par exemple218Po ou214Po).
  • une séparation entre222Rn et les descendants émetteurs β (par exemple214Pb ou214Bi) rendant la mesure directe du rayonnement α de222Rn possible, ce qui permet d’accélérer le traitement sans attendre un quelconque équilibre. De plus, le pouvoir d’arrêt des β de haute énergie est difficilement modélisable avec une telle géométrie. Le rendement de détection pour les particules β nécessite des calculs. A l’inverse, la détection d’une particule α est immédiate dès lors qu’elle atteint le scintillateur ce qui rend l’analyse le rendement de détection pouvant être considéré égal à 100% pour chaque particule α.
L’invention peut être mise en œuvre à partir de type de scintillateurs inorganiques, tels que, de façon non limitative : CeF3, LaBr3, CeBr3, CsI, BGO (germanate de bismuth), ou YSO (orthosilicate d’yttrium) ou LYSO (orthosilicate d’yttrium et de lutétium).
La sonde 1, telle que précédemment décrite, peut être utilisée en étant placée dans de l’air, de façon à estimer une concentration de222Rn dans l’air ambiant, indépendamment de la concentration de220Rn. La relation entre le signal de détection et la concentration de222Rn peut être déterminée par une fonction de calibration établie avec des gaz de calibration dont les concentrations respectives en222Rn sont connues.
LaFIG. 5représente une possibilité de mise en œuvre de la sonde, afin de déterminer une concentration de222Rn dans un liquide. La sonde 1 est disposée dans une enceinte étanche C comportant un liquide L à analyser surplombé par un gaz ambiant G. Un équilibre se créé entre le liquide L et le gaz ambiant G, sous l’effet duquel du222Rn initialement présent dans le liquide L migre dans le gaz ambiant G, par effet de dégazage. La tête de détection 2 s’étend dans le gaz ambiant G, par exemple de l’air, face au liquide L. La sonde permet d’estimer une concentration de222Rn dans le gaz ambiant G. La connaissance de l’équilibre permet d’estimer la concentration de222Rn dans le liquide L à partir de la concentration222Rn déterminée dans le gaz ambiant G. La concentration est estimée en appliquant une fonction de calibration au signal de mesure résultant de l’unité de traitement. Il s’agit généralement d’un taux de comptage, c’est-à-dire un nombre de particules α détectées par seconde. La fonction de calibration prend en compte un lien entre la concentration de222Rn dans le liquide et la concentration mesurée dans le gaz ambiant G. La fonction de calibration est stockée dans une mémoire de l’unité de traitement.
Selon une possibilité, la sonde 1 peut être plongée dans le liquide, sous réserve que la membrane poreuse 6 et l’enveloppe 5 soient étanches.

Claims (13)

  1. Sonde de détection (1), comportant
    • un matériau scintillateur inorganique (4), configuré pour générer des photons sous l’effet d’une irradiation par un rayonnement alpha ;
    • un photodétecteur (3), optiquement couplé à une face de couplage (4r) du matériau scintillateur, et configuré pour générer un signal de détection dépendant d’un nombre de photons générés dans le matériau scintillateur ;
    • une enveloppe opaque (5), disposée autour du matériau scintillateur, de part et d’autre de la face de couplage ;
    la sonde étant caractérisée en ce qu’elle comporte une membrane opaque (6), poreuse, disposée face au matériau scintillateur, de façon à permettre une migration, vers le matériau scintillateur, à travers la membrane, d’un gaz radioactif, l’épaisseur de la membrane est supérieure à 100 µm.
  2. Sonde selon la revendication 1, dans laquelle la membrane s’étendant selon une épaisseur supérieure à une épaisseur prédéterminée, l’épaisseur prédéterminée correspondant à une durée de migration du gaz radioactif, à travers la membrane, d’au moins 30 secondes.
  3. Sonde selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’épaisseur de la membrane est inférieure à 10 mm ou 5 mm.
  4. Sonde selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la membrane est une membrane en polymère ou en matériau fritté.
  5. Sonde selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant une grille (7), recouvrant la membrane, de façon que la membrane (6) s’étend entre la grille (7) et le matériau scintillateur (4).
  6. Sonde selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le matériau scintillateur (4) est poreux.
  7. Sonde selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le matériau scintillateur est segmenté en différents éléments (4f), de façon que le gaz se propage entre lesdits éléments.
  8. Sonde selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle
    • le matériau scintillateur (4) est sensible au rayonnement β ;
    • la sonde comporte une unité de traitement (10), configurée pour discriminer entre les signaux de détection résultant respectivement d’interactions de particules α et β dans le matériau détecteur.
  9. Sonde selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’enveloppe (5), le scintillateur (4) et la membrane poreuse (6) forment une tête de détection (2), la tête de détection étant amovible du photodétecteur.
  10. Procédé de détermination d’une activité de222Rn dans un milieu analysé, susceptible de comporter222Rn, comprenant au moins les étapes suivantes :
    • exposition d’une sonde (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes au222Rn susceptible d’être contenu dans le milieu analysé;
    • application d’une fonction de calibration à un signal de mesure résultant de la sonde pour déterminer une activité de222Rn dans le milieu analysé.
  11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel le milieu est gazeux, la sonde étant disposée dans le milieu analysé.
  12. Procédé selon la revendication 10, dans lequel le milieu analysé est un milieu liquide (L), disposé dans une enceinte, la sonde étant disposée dans l’enceinte, à distance du milieu analysé.
  13. Procédé selon la revendication 10, dans lequel le milieu analysé est un milieu liquide, la sonde étant plongée dans le milieu analysé.
FR2411734A 2024-10-27 2024-10-27 Détecteur de gaz radioactif, en particulier le radon Pending FR3168024A1 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2411734A FR3168024A1 (fr) 2024-10-27 2024-10-27 Détecteur de gaz radioactif, en particulier le radon
PCT/EP2025/080881 WO2026087785A1 (fr) 2024-10-27 2025-10-24 Détecteur pour gaz radioactif, en particulier le radon

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2411734 2024-10-27
FR2411734A FR3168024A1 (fr) 2024-10-27 2024-10-27 Détecteur de gaz radioactif, en particulier le radon

Publications (1)

Publication Number Publication Date
FR3168024A1 true FR3168024A1 (fr) 2026-05-01

Family

ID=94685504

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR2411734A Pending FR3168024A1 (fr) 2024-10-27 2024-10-27 Détecteur de gaz radioactif, en particulier le radon

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3168024A1 (fr)
WO (1) WO2026087785A1 (fr)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3113176A1 (fr) 2020-07-30 2022-02-04 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Procédé de contrôle du stockage et de l'activité radioactive d'un gaz adsorbé par un matériau poreux, installation associée, matériau poreux hydraté et son procédé de préparation
FR3133238A1 (fr) 2022-03-01 2023-09-08 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Scintillateurs plastiques discriminant les rayons alpha des rayons beta emis par un milieu radioactif et procede pour discriminer les rayons alpha des rayons beta utilisant ces scintillateurs

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4462429B2 (ja) * 2005-05-25 2010-05-12 三菱電機株式会社 放射線モニタ

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3113176A1 (fr) 2020-07-30 2022-02-04 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Procédé de contrôle du stockage et de l'activité radioactive d'un gaz adsorbé par un matériau poreux, installation associée, matériau poreux hydraté et son procédé de préparation
FR3133238A1 (fr) 2022-03-01 2023-09-08 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Scintillateurs plastiques discriminant les rayons alpha des rayons beta emis par un milieu radioactif et procede pour discriminer les rayons alpha des rayons beta utilisant ces scintillateurs

Non-Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CARLO LUCCHETTI ET AL: "Testing the radon-in-water probe set-up for the measurement of radon in water bodies", RADIATION MEASUREMENTS, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 128, 106179, 8 August 2019 (2019-08-08), pages 1 - 7, XP085886850, ISSN: 1350-4487, [retrieved on 20190808], DOI: 10.1016/J.RADMEAS.2019.106179 *
DUJARDIN C ET AL.: "Needs, trends and advances in inorganic scintillators", IEEE TRANSACTIONS ON NUCLEAR SCIENCE, vol. 65, no. 8, August 2018 (2018-08-01), XP011688932, DOI: 10.1109/TNS.2018.2840160
GAWARE J J ET AL: "Indigenous development of online radon and thoron monitors for applications in Uranium mining and Thorium processing facilities", BARC NEWSLETTER: FOUNDER'S DAY SPECIAL ISSUE 2011, 1 October 2011 (2011-10-01), pages 149 - 153, XP093269304, Retrieved from the Internet <URL:https://www.barc.gov.in/barc_nl/2011/spl2011.pdf> [retrieved on 20250414] *
KIM I S ET AL: "A new approach to monitoring radon and radon progeny using a glass scintillator in a fiber bundle structure", NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH. SECTION A, vol. 356, no. 2, 15 March 1995 (1995-03-15), pages 537 - 543, XP004009203, ISSN: 0168-9002, DOI: 10.1016/0168-9002(94)01235-0 *
MARQUES A L ET AL: "Direct measurements of radon activity in water from various natural sources using nuclear track detectors", APPLIED RADIATION AND ISOTOPES, ELSEVIER, OXFORD, GB, vol. 60, no. 6, 1 June 2004 (2004-06-01), pages 801 - 804, XP004503787, ISSN: 0969-8043, DOI: 10.1016/J.APRADISO.2004.01.015 *
MITEV KRASIMIR K ET AL: "Design and Field Tests of Scintillation Spectrometer for Continuous Radon in Soil-gas Monitoring", PROCEEDINGS OF THE 2018 IEEE NUCLEAR SCIENCE SYMPOSIUM AND MEDICAL IMAGING CONFERENCE (NSS/MIC), 10 November 2018 (2018-11-10), pages 1 - 3, XP033612708, Retrieved from the Internet <URL:https://ieeexplore.ieee.org/document/8824288> [retrieved on 20190904], DOI: 10.1109/NSSMIC.2018.8824288 *
ORFANO MATTEO ET AL: "Efficient radioactive gas detection by scintillating porous metal-organic frameworks", NATURE PHOTONICS, vol. 17, no. 8, 18 May 2023 (2023-05-18), London, pages 672 - 678, XP093269850, ISSN: 1749-4885, DOI: 10.1038/s41566-023-01211-2 *
PRESSYANOV. D ET AL.: "Sorption and desorption of radioactive noble gases in polycarbonates", NUCLEAR INSTRUMENTS AND METHODS IN PHYSICS RESEARCH A, vol. 598, 2009, pages 620 - 627, XP025800975, DOI: 10.1016/j.nima.2008.09.044
RAPHAEL M.L ET AL.: "Real-time detection and discrimination of radioactive gas mixtures using nanoporous inorganic scintillators", NATURE PHOTONICS, vol. 18, October 2024 (2024-10-01), pages 1037 - 1043

Also Published As

Publication number Publication date
WO2026087785A1 (fr) 2026-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7372041B1 (en) Neutron detectors and related methods
EP1488255A2 (fr) Detecteur bidimensionnel de particules ionisantes comprenant une matrice de fibres detectrices
EP3374801B1 (fr) Dispositif de détermination d&#39;une dose déposée et procédé associé
EP3117243B1 (fr) Procédé d&#39;optimisation de la collection de photons dans des cristaux scintillateurs, cristal et utilisations associés
EP3237928B1 (fr) Scintillateur organique solide structuré chargé au plomb
EP0069000B1 (fr) Scintillateur pour la réalisation de détecteurs très rapides de photons de grande énergie et à la réalisation de tomographes
WO2010149661A1 (fr) Procédé apte a discriminer une composante gamma et une composante neutronique dans un signal electronique
WO2023166261A1 (fr) Scintillateurs plastiques discriminant les rayons alpha des rayons bêta émis par un milieu radioactif et procédé pour discriminer les rayons alpha des rayons bêta utilisant ces scintillateurs
EP2941657B1 (fr) Scintillateur pour la detection de neutrons et/ou de photons gamma et detecteur associe
WO2026087785A1 (fr) Détecteur pour gaz radioactif, en particulier le radon
EP4154036A1 (fr) Système pour corréler des mesures de spectrométrie alpha et gamma pour la caractérisation radiologique in situ d&#39;un échantillon
EP3615965B1 (fr) Détecteur pour radiographie à haute énergie et ensemble d&#39;imagerie associé
EP4519716A1 (fr) Dispositif d&#39;estimation de l&#39;activité d&#39;un liquide radioactif
EP4394454B1 (fr) Procédé de mesure non destructive de l&#39;enrichissement de l&#39;uranium
FR3134193A1 (fr) Appareil pour la surveillance en temps réel du radon et du thoron, notamment dans un environnement ionisant.
EP4643159A1 (fr) Procédé de mesure non destructive de l&#39;activité de 238u ou de u
FR3075804A1 (fr) Composition de polymerisation pour fabriquer un materiau hybride scintillant et kits associes.
FR2853084A1 (fr) Scintillateur x pour detection de rayons x et procede de fabrication d&#39;un tel scintillateur
WO2026087713A1 (fr) Dispositif de détection de radionucléides
JP2004347536A (ja) シンチレータ
FR3075977A1 (fr) Dispositif scintillateur plastique avec piece comprenant un materiau hybride scintillant, procede de fabrication et de mesure associes et appareillage.
EP4643160A1 (fr) Procédé de mesure non destructive de l&#39;activité de 14c
FR2637088A1 (fr) Fibres optiques scintillantes de faible diametre et detecteur comportant de telles fibres
WO2025021563A1 (fr) Procédé et dispositif de caractérisation de radionucléides en mélange
EP3237929A1 (fr) Scintillateur organique solide structuré chargé au bismuth

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20260501