Dosimètre à fibre de quartz - Quartz fiber dosimeter
Un dosimètre de fibres de quartz , parfois appelé auto indiquant dosimètre de poche (de SIPD) ou dosimètre autonome de poche de lecture (de SRPD) ou fibre quartz électromètre (QFE), est un type de dosimètre de rayonnement , un dispositif de type stylo qui mesure la dose cumulée de ionisantes rayonnement reçu par l'appareil, généralement sur une période de travail. Il est attaché aux vêtements d'une personne, normalement une poche de poitrine pour l'exposition du corps entier, pour mesurer l'exposition de l'utilisateur aux rayonnements.
Il est maintenant remplacé par des types de dosimètres plus modernes tels que le dosimètre électronique personnel (EPD).
Utilisation
Comme pour les autres types de dosimètres de rayonnement personnels , il est porté par les travailleurs qui sont professionnellement exposés aux rayonnements, afin que leurs employeurs puissent conserver un enregistrement de leur exposition, afin de vérifier qu'elle est inférieure aux limites prescrites par la loi. Il fonctionne en mesurant la diminution de charge électrostatique sur un conducteur métallique dans une chambre d'ionisation , due à l' ionisation de l'air dans la chambre par rayonnement. Il a été inventé en 1937 par Charles Lauritsen .
Le dosimètre doit être rechargé périodiquement pour le ramener à une lecture de dose zéro après avoir été exposé aux rayonnements. Il est normalement lu immédiatement après utilisation, et la dose est enregistrée pour enregistrer l'exposition de l'utilisateur. Dans certaines organisations, la possession du dispositif de recharge est limitée aux physiciens de la santé pour assurer un enregistrement précis des expositions. Il contient un microscope à faible puissance et une lentille d'éclairage qui permettent une lecture directe de l'exposition à tout moment en dirigeant la lentille d'éclairage vers une source lumineuse et en regardant dans le microscope.
L'appareil est principalement sensible aux rayons gamma et X , mais il détecte également les rayonnements bêta supérieurs à 1 MeV . Des versions sensibles aux neutrons ont été réalisées.
Les dosimètres en fibre de quartz sont fabriqués dans différentes gammes. Les plages d'exposition professionnelle en temps de paix mesurent généralement jusqu'à 500 mrem (5 mSv), ce qui dépasse la dose annuelle normale aux États-Unis de 360 mrem (3,6 mSv). Les compteurs de retombées en temps de guerre mesurent jusqu'à 500 rem (5 Sv), soit à peu près la dose mortelle.
Le dispositif à fibre de quartz est une conception de dosimètre plus ancienne. Il souffre de ces inconvénients :
- Faible précision : en raison de la conception mécanique analogique, la précision est d'environ 15 %, inférieure à celle des autres dosimètres.
- Erreurs de lecture : comme il ne peut être lu que manuellement, il est sujet aux erreurs de lecture humaines.
- Petite plage dynamique : La plage de l'appareil est limitée par la charge sur l'électrode. Une fois la charge terminée, l'appareil arrête d'enregistrer l'exposition. Cela signifie que de fortes doses de rayonnement inattendues peuvent rapidement saturer les appareils conçus pour surveiller les expositions de faible niveau plus habituelles.
La sensibilité à l'humidité est traitée en séparant la broche de charge de la chambre à ions par un petit espace. L'appareil est fermement poussé sur le chargeur, comblant l'écart et permettant au dosimètre d'être réinitialisé. Le relâchement du dosimètre déconnecte la broche du chargeur de la chambre à ions mais induit un petit changement du zéro qui est relativement imprévisible.
Théorie de fonctionnement
Le dosimètre à fibre de quartz est une forme robuste d'un appareil appelé électroscope Lauritsen . Il se compose d'un cylindre scellé rempli d'air appelé chambre d'ionisation . À l'intérieur se trouve une bande d'électrode métallique qui est attachée à une borne à l'extrémité du stylo pour la recharge. L'autre extrémité de l'électrode est dotée d'une délicate fibre de quartz plaquée or qui, au repos, est parallèle à l'électrode. Les extrémités de la chambre sont transparentes et le microscope est focalisé sur la fibre.
Pendant la recharge, le chargeur applique une tension continue élevée, généralement d'environ 150 à 200 volts, à l'électrode, la chargeant d'une charge électrostatique. La fibre de quartz, ayant la même charge, est repoussée par la surface de l'électrode en raison de la force coulombienne et se courbe en s'éloignant de l'électrode. Après la charge, la charge reste sur l'électrode car elle est isolée.
Lorsqu'une particule de rayonnement ionisant traverse la chambre, elle entre en collision avec des molécules d'air, en faisant tomber des électrons et en créant des atomes chargés positivement et négativement ( ions ) dans l'air. Les ions de charge opposée sont attirés par l'électrode et neutralisent une partie de la charge qui s'y trouve. La charge réduite sur l'électrode réduit la force sur la fibre, la faisant reculer vers l'électrode. La position de la fibre peut être lue au microscope. Derrière la fibre se trouve une échelle graduée en unités de rayonnement, avec le point zéro à la position de la fibre lorsqu'elle est complètement chargée.
Étant donné que chaque particule de rayonnement permet à une certaine quantité de charge de s'échapper de l'électrode, la position de la fibre à tout moment représente le rayonnement cumulé qui a traversé la chambre depuis la dernière recharge. La recharge restaure la charge perdue et ramène la fibre à sa position déviée d'origine.
Le chargeur est une petite boîte, généralement alimentée par une batterie. Il contient un circuit électronique qui augmente la tension de la batterie jusqu'à la haute tension nécessaire à la charge. La boîte a une fixation qui nécessite d'appuyer l'extrémité du dosimètre sur l' électrode de charge . Certains chargeurs incluent une lumière pour éclairer l'électrode de mesure, de sorte que la mesure, l'enregistrement et la recharge puissent se produire en un seul mouvement de routine.
Les unités avec des plages plus larges sont fabriquées en ajoutant un condensateur fixé entre l'électrode et le boîtier. Le condensateur stocke une plus grande quantité de charge sur l'appareil pour une tension donnée sur l'électrode. Étant donné que chaque particule de rayonnement permet à une quantité fixe de charge de s'échapper, un plus grand nombre de particules de rayonnement est nécessaire pour déplacer la fibre d'une quantité donnée.
Chambre d'ionisation de poche
Une version du dosimètre ci-dessus sans les capacités d'auto-lecture, appelée chambre d'ionisation de poche ou simplement chambre de poche , a été largement utilisée dans les projets gouvernementaux et militaires de la Seconde Guerre mondiale et d'après-guerre, en particulier le projet Manhattan . Cela consistait en une simple chambre d'ionisation avec une électrode descendant au centre, mais pas d'électroscope pour la lecture. Au lieu de cela, l'exposition a été lue en branchant l'appareil sur un électromètre /chargeur de précision séparé , qui a mesuré la baisse de charge sur l'électrode et l'a affichée sur un compteur, avant de recharger l'électrode. Ceux-ci avaient l'avantage d'être plus simples, plus robustes et moins chers que le type d'électromètre, mais avaient l'inconvénient (considéré comme souhaitable dans certaines applications militaires) que l'exposition ne pouvait pas être lue par le porteur sans l'électromètre/chargeur. Ils ne sont plus utilisés.
Compteur de taux
Un appareil similaire, utilisé avec le même chargeur, est un compteur de taux . Il s'agit d'une méthode peu coûteuse pour les agents de la protection civile pour mesurer les taux de rayonnement. On mesure le taux de variation du compteur de taux pour une exposition chronométrée après avoir chargé le compteur de taux. Habituellement, on mesure les retombées lourdes sur une période de trente secondes et les retombées légères sur une période de dix minutes. Le compteur de taux a deux échelles internes qui lisent le flux de rayonnement directement en rems pour chaque période.