Qu’est-ce que la Dosimétrie Alpha – Définition

La dosimétrie alpha est très spécifique, car les particules alpha ne parcourent que quelques centimètres dans l’air mais déposent toutes leurs énergies le long de leurs courts trajets. Dosimétrie des rayonnements

Particule alpha - interaction avec la matièreLa dosimétrie alpha  est très spécifique, car les particules alpha ne parcourent que quelques centimètres dans l’air mais déposent toutes leurs énergies le long de leurs courts trajets, donc la quantité d’énergie transférée est très élevée. Les particules alpha et bêta, en général, ne présentent aucun risque d’exposition externe car les particules ne traversent généralement pas la peau. En revanche, le rayonnement alpha est très nocif lorsque les radionucléides alpha sont ingérés ou inhalés. L’exposition interne  est plus dangereuse que l’exposition externe, car nous transportons la source de rayonnement à l’intérieur de notre corps et nous ne pouvons utiliser aucun des principes de  radioprotection  (temps, distance, blindage).

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 haut LET  ( 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. Étant donné 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.

Facteurs de pondération des rayonnements
Source: CIPR, 2003. Efficacité biologique relative (EBR), facteur de qualité (Q) et facteur de pondération des radiations (wR). Publication 92 de la CIPR. Ann. CIPR 33 (4).

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 indiqués ci-dessous.

Facteurs de pondération des rayonnements - courant - ICRP
Source: CIPR Publ. 103: Les recommandations de 2007 de la Commission internationale de protection radiologique

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 w R en fonction de l’énergie neutronique incidente. Notez que E n  est l’énergie neutronique en MeV.

facteur de pondération de rayonnement - neutrons - ICRP
Le facteur de pondération du rayonnement wR pour les neutrons introduit dans la publication 60 (ICRP, 1991) en tant que fonction discontinue de l’énergie neutronique (- – -) et de la modification proposée (-).

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 alpha

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

Détection du rayonnement alpha à l’aide d’une chambre d’ionisation

chambre d'ionisation - principe de basePour que les particules alpha et bêta soient détectées par les chambres d’ionisation , elles doivent être pourvues d’une fenêtre mince . Cette «fenêtre d’extrémité» doit être suffisamment mince pour que les particules alpha et bêta puissent pénétrer. Cependant, une fenêtre de presque n’importe quelle épaisseur empêchera une particule alpha d’entrer dans la chambre. La fenêtre est généralement en mica avec une densité d’environ 1,5 à 2,0 mg / cm 2 . Mais cela ne signifie pas que le rayonnement alpha ne peut pas être détecté par une chambre d’ionisation.

Par exemple, dans certains types de détecteurs de fumée, vous pouvez rencontrer des radionucléides artificiels tels que l’ américium-241, qui est une source de particules alpha. Le détecteur de fumée possède deux chambres d’ionisation, l’une ouverte à l’air, et une chambre de référence qui ne permet pas l’entrée de particules. La source radioactive émet des particules alpha dans les deux chambres, ce qui ionise certaines molécules d’air. La chambre à air libre permet l’entrée de particules de fumée dans le volume sensible et de changer l’atténuation des particules alpha. Si des particules de fumée pénètrent dans la chambre à air libre, certains des ions se fixeront aux particules et ne seront pas disponibles pour transporter le courant dans cette chambre. Un circuit électronique détecte qu’une différence de courant s’est développée entre les chambres ouvertes et scellées et déclenche l’alarme.

Détection du rayonnement alpha à l’aide du compteur Geiger-Mueller

Les compteurs Geiger sont principalement utilisés pour l’instrumentation portable en raison de sa sensibilité, de son circuit de comptage simple et de sa capacité à détecter les rayonnements de faible intensité. Bien que l’utilisation principale des compteurs Geiger soit probablement dans la détection de particules individuelles, ils se trouvent également dans les compteurs gamma. Ils sont capables de détecter presque tous les types de rayonnement, mais il existe de légères différences dans le tube Geiger-Mueller. Cependant, le tube Geiger-Müller produit une sortie d’impulsion qui est de la même amplitude pour tous les rayonnements détectés, donc un compteur Geiger avec un tube de fenêtre d’extrémité ne peut pas faire la distinction entre les particules alpha et bêta.

Type de fenêtre d’extrémité

Pour que les particules alpha et bêta soient détectées par les compteurs Geiger , elles doivent être dotées d’une fenêtre mince. Cette «fenêtre d’extrémité» doit être suffisamment mince pour que les particules alpha et bêta puissent pénétrer. Cependant, une fenêtre de presque n’importe quelle épaisseur empêchera une particule alpha d’entrer dans la chambre. La fenêtre est généralement en mica avec une densité d’environ 1,5 à 2,0 mg / cm 2 pour permettre aux particules bêta de faible énergie (par exemple du carbone 14) d’entrer dans le détecteur. La réduction de l’efficacité de l’alpha est due à l’effet d’atténuation de la fenêtre d’extrémité, bien que la distance de la surface à contrôler ait également un effet significatif, et idéalement une source de rayonnement alpha devrait être inférieure à 10 mm du détecteur en raison de l’atténuation dans l’air.

Détection d’Alpha 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:

Particules alpha et ions lourds . En raison du pouvoir ionisant très élevé des ions lourds, les compteurs à scintillation ne sont généralement pas idéaux pour la détection des ions lourds. À énergie égale, un proton produira 1/4 à 1/2 de la lumière d’un électron, tandis que les particules alpha ne produiront qu’environ 1/10 de la lumière. Le cas échéant, les cristaux inorganiques, par exemple CsI ​​(Tl) , ZnS (Ag) (généralement utilisés dans les feuilles minces comme moniteurs de particules α), devraient être préférés aux matériaux organiques. Pure CsI est un matériau scintillant rapide et dense avec un rendement lumineux relativement faible qui augmente considérablement avec le refroidissement. Les inconvénients du CsI sont un gradient de température élevé et une légère hygroscopicité.

Détection d’Alpha à l’aide de semi-conducteurs – Détecteurs à bande de silicium

détecteur de bande de silicium - semi-conducteurs
Détecteur de bande de silicine Source: micronsemiconductor.co.uk

Les détecteurs à base de silicium sont très bons pour suivre les particules chargées. Un détecteur de bande de silicium est un agencement d’implants en forme de bande agissant comme des électrodes de collecte de charge.

Détecteurs à bande de silicone 5 x 5 cm 2dans la zone sont assez courantes et sont utilisées en série (tout comme les plans des MWPC) pour déterminer les trajectoires des particules chargées à des précisions de position de l’ordre de plusieurs μm dans la direction transversale. Placés sur une tranche de silicium totalement appauvrie et faiblement dopée, ces implants forment un réseau unidimensionnel de diodes. En connectant chacune des bandes métallisées à un amplificateur sensible à la charge, un détecteur sensible à la position est construit. Des mesures de position bidimensionnelles peuvent être obtenues en appliquant une bande supplémentaire comme du dopage sur la face arrière de la plaquette en utilisant une technologie double face. De tels dispositifs peuvent être utilisés pour mesurer de petits paramètres d’impact et ainsi déterminer si une particule chargée provient d’une collision primaire ou était le produit de désintégration d’une particule primaire qui a parcouru une petite distance de l’interaction d’origine, puis s’est désintégrée.

Instrument de mesure portable

Les appareils de mesure portatifs  sont  des détecteurs de rayonnement  utilisés par les techniciens en radiologie pour mesurer  le débit de dose ambiant . Ces instruments portables ont généralement des débitmètres. Dans les installations nucléaires, ces  compteurs portatifs  sont généralement utilisés par les techniciens en radioprotection, qui sont chargés de suivre les opérations sur le terrain pour aider à garantir que les politiques de radioprotection sont mises en œuvre et que les travaux sont mis en œuvre conformément au  principe ALARA . Leurs responsabilités incluent:

  • Fournir une assistance et des conseils aux travailleurs pour les motiver à adopter un comportement ALARA.
  • Suivi des travaux pour assurer le respect des procédures de sécurité et de radioprotection.
  • Dans certaines usines, arrêt du travail en cas d’écart grave par rapport aux objectifs dosimétriques ou en cas de risque radiologique significativement croissant pour les travailleurs.

Le compteur de rayonnement typique est, par exemple, le  RDS-31 , qui est un compteur de rayonnement polyvalent qui utilise un  détecteur GM . Il dispose de sondes externes alpha, bêta et gamma en option. Il mesure 3,9 x 2,6 x 1,3 pouces et peut être tenu à la main ou porté par une poche, un clip de ceinture ou une pochette. Il dispose d’un écran LCD rétroéclairé à cinq chiffres. Les compteurs Geiger fonctionnent à une tension si élevée que la taille de l’impulsion de sortie est toujours la même, quel que soit le nombre de paires d’ions créées dans le détecteur. Les compteurs Geiger sont principalement utilisés pour l’  instrumentation portable en  raison de sa sensibilité, de son circuit de comptage simple et de sa capacité à détecter les rayonnements de faible intensité.

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