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

La dosimétrie bêta est très spécifique, car les particules bêta sont plus pénétrantes que les particules alpha. L’insigne de film peut être utilisé pour mesurer et enregistrer l’exposition aux rayonnements due aux rayons gamma, aux rayons X et aux particules bêta. Dosimétrie des rayonnements
Compteur Geiger - Rayonnement bêta
Utilisation en laboratoire d’un compteur Geiger avec sonde d’extrémité pour mesurer le rayonnement bêta Source: wikipedia.org Licence: Public Domain

La dosimétrie bêta  est très spécifique, car les particules bêta sont plus pénétrantes que les particules alpha. En revanche, une fine plaque d’aluminium peut les arrêter.

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, les rayonnements alpha et bêta sont très nocifs, lorsque leurs radionucléides 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 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 gris de rayonnement alpha ou neutronique est plus nocif qu’un gris 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 donnés 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 de 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 bêta

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

Détection de rayonnement bêta 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 .

La chambre d’ionisation peut être, par exemple, utilisée pour la mesure du tritium dans l’air. Ces appareils sont appelés moniteurs de tritium dans l’air. Le tritium  est un isotope radioactif, mais il émet une forme de rayonnement très faible, une particule bêta de faible énergie   semblable à un électron. Il s’agit d’un émetteur bêta pur (c’est-à-dire un émetteur bêta sans rayonnement gamma d’ accompagnement  ). L’énergie cinétique de l’électron varie, avec une moyenne de 5,7 keV, tandis que l’énergie restante est emportée par l’ antineutrino électronique presque indétectable . Une si faible énergie d’électrons provoque, que l’électron ne peut pas pénétrer la peau ou même ne voyage pas très loin dans l’air. Les particules bêta du tritium ne peuvent pénétrer que dans environ 6,0 mm d’air. Il est pratiquement impossible de concevoir un détecteur dont les parois peuvent pénétrer ces particules bêta. Au lieu de cela, le moniteur de tritium dans l’air pompe l’air contaminé par le tritium à travers une chambre d’ionisation, de sorte que toute l’énergie des particules bêta puisse être utilement convertie en produisant des paires d’ions à l’intérieur de la chambre.

Détection du rayonnement bêta 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 bêta . Pour la détection des particules bêta, des scintillateurs organiques peuvent être utilisés. Les cristaux organiques purs comprennent des cristaux d’anthracène, de stilbène et de naphtalène. Le temps de décroissance de ce type de luminophore est d’environ 10 nanosecondes. Ce type de cristal est fréquemment utilisé dans la détection des particules bêta. Les scintillateurs organiques , ayant un  Z inférieur à  celui des cristaux inorganiques, sont les mieux adaptés pour la détection de particules bêta de faible énergie (<10 MeV).

Détection de rayonnement bêta 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.

Appareils de mesure portatifs

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.

Dosimètre à badge de film

Les dosimètres à badge de film sont à usage unique, ils ne peuvent pas être réutilisés. Un dosimètre à badge de film est un dosimètre, qui est porté à la surface du corps par la personne surveillée, et il enregistre la dose de rayonnement reçue. L’insigne de film est utilisé pour mesurer et enregistrer l’exposition aux rayonnements due aux  rayons gamma , aux  rayons X  et aux  particules bêta . Le badge intègre une  série de filtres (plomb, étain, cadmium et plastique) pour déterminer la qualité du rayonnement. Pour surveiller l’émission de particules bêta, les filtres utilisent différentes densités de plastique ou même d’étiquettes. Il est typique qu’un seul badge contienne une série de filtres d’épaisseurs différentes et de matériaux différents; le choix précis peut être déterminé par l’environnement à surveiller.

Exemples de filtres:

  • Il y a une  fenêtre ouverte  qui permet à des radiations plus faibles d’atteindre le film.
  • Un  mince filtre en plastique  qui atténue le rayonnement bêta mais passe tous les autres rayonnements
  • Un  filtre en plastique épais  qui passe tout sauf le rayonnement photonique le plus faible et absorbe tout sauf le rayonnement bêta le plus élevé.
  • Un  filtre dural  qui absorbe progressivement le rayonnement photonique à des énergies inférieures à 65 keV ainsi que le rayonnement bêta.
  • Un  filtre étain / plomb  d’une épaisseur qui permet une réponse à la dose indépendante de l’énergie du film sur la plage d’énergie photonique de 75 keV à 2 MeV.
  • Un  filtre au plomb-cadmium  peut être utilisé pour  la détection des neutrons thermiques . La capture de neutrons ((n, gamma) réactions) par le  cadmium produit des rayons gamma qui noircissent le film permettant ainsi d’évaluer l’exposition aux neutrons.

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