Qu’est-ce que la dosimétrie gamma – Dosimètre gamma – Définition

La dosimétrie gamma  est la mesure, le calcul et l’évaluation des doses absorbées et l’attribution de ces doses à des individus. Ce sont la science et la pratique qui tentent de relier quantitativement des mesures spécifiques prises dans un champ de rayonnement aux changements chimiques et / ou biologiques que le rayonnement produirait dans une cible.

Puisqu’il existe deux types d’exposition aux rayonnements, l’exposition externe et l’exposition interne, la dosimétrie peut également être classée comme:

• Dosimétrie externe . L’exposition externe est un rayonnement provenant de l’extérieur de notre corps et interagissant avec nous. Dans ce cas, nous analysons principalement l’exposition aux  rayons gamma  et aux  particules bêta , car  les particules alpha , en général, ne constituent pas un risque d’exposition externe car les particules ne traversent généralement pas la peau. Étant donné que les photons et les bêta interagissent par le biais de forces électromagnétiques et que les neutrons interagissent par le biais des forces nucléaires, leurs méthodes de détection et de dosimétrie sont sensiblement différentes. La source de rayonnement peut être, par exemple, un équipement qui produit le rayonnement comme un conteneur avec des matières radioactives, ou comme une machine à rayons X. La dosimétrie externe est basée sur des mesures avec un  dosimètre, ou déduit de mesures effectuées par d’autres instruments de radioprotection.
• Dosimétrie interne . Si la source de rayonnement est à l’  intérieur de notre corps , nous disons que c’est  une exposition interne . L’apport de matières radioactives peut se produire par diverses voies telles que l’ingestion de contamination radioactive dans les aliments ou les liquides. La protection contre l’exposition interne est plus compliquée. La plupart des radionucléides vous donneront beaucoup plus de dose de rayonnement s’ils peuvent pénétrer dans votre corps, qu’ils ne le feraient s’ils restaient à l’extérieur. L’évaluation de la dosimétrie interne repose sur une variété de techniques de surveillance, de bioessai ou d’imagerie par rayonnement.

Des études ont montré que le rayonnement alpha et neutronique cause des dommages biologiques plus importants pour un dépôt d’énergie donné par kg de tissu que le rayonnement gamma. Il a été découvert que les effets biologiques de tout rayonnement  augmentent  avec le  transfert d’énergie linéaire  (LET). En bref, les dommages biologiques causés par les rayonnements à LET élevé  ( particules alpha ,  protons  ou  neutrons ) sont beaucoup plus importants que ceux causés par  les rayonnements à  faible LET  ( rayons gamma). En effet, les tissus vivants peuvent plus facilement réparer les dommages causés par les rayonnements qui sont répartis sur une grande surface que ceux qui sont concentrés sur une petite zone. Parce que plus de dommages biologiques sont causés pour la même dose physique (c.-à-d. La même énergie déposée par unité de masse de tissu), un gray de rayonnement alpha ou neutronique est plus nocif qu’un gray de rayonnement gamma. Ce fait que les rayonnements de différents types (et énergies) donnent des effets biologiques différents pour la même dose absorbée est décrit en termes de facteurs connus comme l’  efficacité biologique relative  (RBE) et le  facteur de pondération des radiations  (w _R ).

Facteurs de pondération des rayonnements – ICRP

Pour le rayonnement photonique et électronique, le facteur de pondération du  rayonnement a la valeur 1 indépendamment de l’énergie du rayonnement et pour le rayonnement alpha la valeur 20. Pour le rayonnement neutronique, la valeur dépend de l’énergie et s’élève à 5 à 20.

En 2007, la CIPR a publié un  nouvel ensemble de facteurs de pondération des rayonnements (CIPR Publ. 103: Les recommandations de 2007 de la Commission internationale de protection radiologique). Ces facteurs sont donnés ci-dessous.

Comme le montre le tableau, aw _R  de 1 est pour toutes les radiations à faible LET, c’est-à-dire les rayons X et les rayons gamma de toutes les énergies ainsi que les électrons et les muons. Une courbe lisse, considérée comme une approximation, a été ajustée aux valeurs de w _R en fonction de l’énergie neutronique incidente. Notez que E _n  est l’énergie neutronique en MeV.

Ainsi, par exemple, une dose absorbée de 1 Gy par des particules alpha conduira à une dose équivalente de 20 Sv, et une dose équivalente de rayonnement est estimée avoir le même effet biologique qu’une quantité égale de dose absorbée de rayons gamma, qui est étant donné un facteur de pondération de 1.

Détecteurs de rayonnement gamma

Les détecteurs peuvent également être classés en fonction de matériaux et de méthodes sensibles qui peuvent être utilisés pour effectuer une mesure:

• Détecteurs d’ionisation gazeuse
• Détecteurs à scintillation
• Détecteurs semi-conducteurs

Détection de rayonnement gamma à l’aide d’une chambre d’ionisation

Les rayons gamma  ont très peu de mal à pénétrer les parois métalliques de la chambre. Par conséquent, des chambres d’ionisation peuvent être utilisées pour détecter le rayonnement gamma et les rayons X collectivement appelés photons, et pour cela le tube sans fenêtre est utilisé. Les chambres d’ionisation ont une bonne réponse uniforme au rayonnement sur une large gamme d’énergies et sont le moyen préféré de mesurer des niveaux élevés de rayonnement gamma. Certains problèmes sont causés par le fait que les particules alpha sont plus ionisantes que les particules bêta et que les rayons gamma, donc plus de courant est produit dans la région de la chambre d’ionisation par alpha que bêta et gamma. Les rayons gamma déposent une quantité d’énergie considérablement plus faible dans le détecteur que les autres particules.

L’efficacité de la chambre peut être encore augmentée par l’utilisation d’un gaz à haute pression. En règle générale, une pression de 8 à 10 atmosphères peut être utilisée et divers gaz nobles sont utilisés. Par exemple,  les chambres d’ionisation au xénon à haute pression (HPXe)  sont idéales pour une utilisation dans des environnements non contrôlés, car la réponse d’un détecteur s’est avérée uniforme sur de grandes plages de températures (20-170 ° C). La pression plus élevée entraîne une plus grande densité de gaz et donc une plus grande chance de collision avec le gaz de remplissage et la création de paires d’ions par rayonnement gamma incident. En raison de l’épaisseur de paroi accrue requise pour résister à cette haute pression, seul le rayonnement gamma peut être détecté. Ces détecteurs sont utilisés dans  les compteurs d’arpentage  et pour la surveillance de l’environnement.

Détection de rayonnement gamma à l’aide du compteur Geiger

Le compteur Geiger  peut détecter les rayonnements ionisants tels que  les particules alpha  et  bêta , les  neutrons et  les rayons gamma en  utilisant l’effet d’ionisation produit dans un tube Geiger – Müller, qui donne son nom à l’instrument. La tension du détecteur est ajustée pour que les conditions correspondent à la région  Geiger-Mueller .

Le  facteur d’amplification élevé  du compteur Geiger est l’avantage majeur par rapport à la chambre d’ionisation. Le compteur Geiger est donc un appareil beaucoup plus sensible que les autres chambres. Il est souvent utilisé dans la détection des rayons gamma de bas niveau et des particules bêta pour cette raison.

Détection de rayonnement gamma à l’aide d’un compteur à scintillation

Les compteurs à scintillation  sont utilisés pour mesurer le rayonnement dans une variété d’applications, y compris les compteurs portatifs de rayonnement, la surveillance du personnel et de l’environnement pour la  contamination radioactive , l’imagerie médicale, les tests radiométriques, la sécurité nucléaire et la sécurité des centrales nucléaires. Ils sont largement utilisés car ils peuvent être fabriqués à peu de frais mais avec une bonne efficacité, et peuvent mesurer à la fois l’intensité et l’énergie du rayonnement incident.

Les compteurs à scintillation peuvent être utilisés pour détecter  les rayonnements alpha ,  bêta et  gamma . Ils peuvent également être utilisés pour la  détection de neutrons . À ces fins, différents scintillateurs sont utilisés.

• Rayons gamma . Les matériaux à haute teneur en Z  conviennent mieux comme scintillateurs pour la détection des rayons gamma. Le matériau de scintillation le plus utilisé est le  NaI (Tl)  (iodure de sodium dopé au thallium). L’iode fournit la plupart du pouvoir d’arrêt dans l’iodure de sodium (car il a un Z élevé = 53). Ces scintillateurs cristallins se caractérisent par une densité élevée, un nombre atomique élevé et des temps de décroissance d’impulsion d’environ 1 microseconde (~ 10 ^-6 seconde). La scintillation dans les cristaux inorganiques est généralement plus lente que dans les cristaux organiques. Ils présentent une grande efficacité pour la détection des rayons gamma et sont capables de gérer des taux de comptage élevés. Les cristaux inorganiques peuvent être coupés à de petites tailles et disposés dans une configuration en réseau afin de fournir une sensibilité de position. Cette fonction est largement utilisée en imagerie médicale pour détecter les rayons X ou les rayons gamma. Les scintillateurs inorganiques détectent mieux les rayons gamma et les rayons X. Cela est dû à leur densité élevée et à leur numéro atomique qui donne une densité électronique élevée.

Détection de rayonnement gamma à l’aide de semi-conducteurs – Détecteurs HPGe

Les détecteurs au germanium de haute pureté  ( détecteurs HPGe ) sont la meilleure solution pour une spectroscopie gamma et aux rayons X précise .

Comme il a été écrit, l’étude et l’analyse des spectres de rayons gamma à des fins scientifiques et techniques sont appelées spectroscopie gamma, et les spectromètres à rayons gamma sont les instruments qui observent et collectent ces données. Un spectromètre à rayons gamma (GRS) est un appareil sophistiqué pour mesurer la distribution d’énergie du rayonnement gamma. Pour la mesure des rayons gamma au-dessus de plusieurs centaines de keV, il existe deux catégories de détecteurs d’importance majeure,  les scintillateurs inorganiques comme le NaI (Tl)  et les détecteurs semi –  conducteurs . Si une  résolution énergétique parfaite  est requise, nous devons utiliser un  détecteur à base de germanium , tel que le  détecteur HPGe. Détecteurs semi – conducteurs à base de germanium sont les plus couramment utilisés où une très bonne résolution d’énergie est nécessaire, en particulier pour  spectroscopie gamma , ainsi que  la spectroscopie par rayons x . En spectroscopie gamma, le germanium est préféré car son numéro atomique est beaucoup plus élevé que le silicium et ce qui augmente la probabilité d’interaction des rayons gamma. De plus, le germanium a une énergie moyenne inférieure nécessaire pour créer une paire électron-trou, qui est de 3,6 eV pour le silicium et de 2,9 eV pour le germanium. Cela donne également à ce dernier une meilleure résolution en énergie. La FWHM (pleine largeur à moitié maximum) pour les détecteurs au germanium est fonction de l’énergie. Pour un photon de 1,3 MeV, la FWHM est de 2,1 keV, ce qui est très faible.

Un  dosimètre personnel électronique  est un dosimètre moderne, qui peut donner une lecture continue de la  dose cumulée  et du  débit de dose actuel , et peut avertir la personne qui le porte lorsqu’un  débit de dose spécifié  ou une  dose cumulative  est dépassé. Les EPD sont particulièrement utiles dans les zones à forte dose où le temps de séjour du porteur est limité en raison de contraintes de dose.

Caractéristiques des EPD

Le  dosimètre personnel électronique, EPD,  est capable d’afficher une  lecture directe  de la dose ou du débit de dose détecté en temps réel. Les dosimètres électroniques peuvent être utilisés comme dosimètre supplémentaire ainsi que comme dosimètre primaire. Les dosimètres passifs et les dosimètres personnels électroniques sont souvent utilisés ensemble pour se compléter. Pour estimer les doses efficaces, les dosimètres doivent être portés à une position du corps représentative de son exposition, généralement entre la taille et le cou, à l’avant du torse, face à la source radioactive. Les dosimètres sont généralement portés à l’extérieur des vêtements, autour de la poitrine ou du torse pour représenter la dose à «tout le corps». Des dosimètres peuvent également être portés aux extrémités ou près de l’œil pour mesurer une dose équivalente à ces tissus.

Le dosimètre peut être réinitialisé, généralement après avoir pris une lecture à des fins d’enregistrement, et ainsi réutilisé plusieurs fois. Les EPD ont un écran monté sur le dessus pour les rendre faciles à lire lorsqu’ils sont attachés à votre poche de poitrine. L’affichage numérique donne à la fois des informations sur la  dose  et le  débit de dose, généralement en mSv et mSv / h. L’EPD a une  alarme de débit de dose et une  alarme de dose . Ces alarmes sont programmables. Différentes alarmes peuvent être définies pour différentes activités.

Par exemple:

• alarme de débit de dose à 100 μSv / h,
• alarme de dose: 100 μSv.

Si un point de consigne d’alarme est atteint, l’affichage correspondant clignote avec une lumière rouge et un bruit assez perçant est généré. Vous pouvez effacer l’alarme de débit de dose en reculant vers un champ de rayonnement inférieur, mais vous ne pouvez pas effacer l’alarme de dose avant d’avoir atteint un lecteur EPD. Les EPD peuvent également émettre un bip pour chaque 1 ou 10 μSv qu’ils enregistrent. Cela vous donne une indication audible des champs de rayonnement. Certains EPD ont des capacités de communication sans fil. Les EPD sont capables de mesurer une large gamme de doses de rayonnement allant des niveaux de routine (μSv) aux niveaux d’urgence (centaines de mSv ou unités de Sieverts) avec une grande précision, et peuvent afficher le taux d’exposition ainsi que les valeurs d’exposition cumulées. Parmi les technologies de dosimètres, les dosimètres personnels électroniques sont généralement les plus chers, les plus grands et les plus polyvalents.