Qu’est-ce qu’un radiamètre ?
Un radiamètre est un instrument de mesure des rayonnements simple et portable utilisé pour mesurer les débits de dose dans l’air ou la quantité de radioactivité (contamination de surface) sur les vêtements des travailleurs dans les installations où des rayonnements ou des radio-isotopes sont manipulés.
Les rayonnements comprennent, par ordre de pouvoir de pénétration dans la matière, les neutrons, les rayons gamma (γ), les rayons X, les rayons bêta (β), les rayons alpha (α) et les particules chargées. L’ordre du pouvoir de pénétration dépend non seulement du type de rayonnement, mais aussi de son énergie. Le choix de l’instrument de mesure dépend de l’objectif visé, par exemple la mesure du type et de la quantité de matière radioactive ou la mesure de la dose de rayonnement.
Utilisations des radiamètres
1. Surveillance des débits de dose dans l’air
Des postes de surveillance sont installés à proximité des installations nucléaires et en des points désignés dans chaque préfecture. Les postes de surveillance mesurent la quantité de poussières radioactives en mesurant les rayons β émis par les poussières radioactives qui adhèrent aux débitmètres de dose dans l’air et aux moniteurs de poussière afin de surveiller les fuites de matières radioactives (par exemple, les poussières).
Les radiamètres à scintillation à haute sensibilité aux rayons γ conviennent le mieux aux mesures dans les zones à faible débit de dose, telles que les zones urbaines. Pour les travailleurs sous rayonnements, la mesure des doses de rayonnement est une obligation légale, et les dosimètres personnels tels que les badges à film et les dosimètres DTL (dosimètres à thermoluminescence) sont principalement utilisés.
2. Surveillance de la contamination de surface
Pour mesurer la surface des objets, l’on utilise souvent des radiamètres à tube de comptage GM mesurant les rayons β, mais aussi des instruments à scintillateur mesurant les rayons α et des radiamètres à tube de comptage proportionnel mesurant les rayons α et β.
Les valeurs de référence pour la contamination radioactive des aliments sont extrêmement faibles et sont utilisées en combinaison avec des détecteurs et des analyseurs à semi-conducteurs au germanium ou à scintillation très sensibles.
Principe des radiamètres
Les atomes de base des radiamètres diffèrent selon le modèle (tube à coefficient GM, chambre d’ionisation ou type de scintillation) et le type de rayonnement (en particulier le rayonnement neutronique).
1. Ionisation des gaz
Un détecteur cylindrique est rempli d’un gaz inerte tel que l’hélium ou l’argon et une haute tension continue est appliquée entre l’anode centrale et la cathode qui l’entoure. Les rayons γ (X) peuvent être ionisés par des électrons générés à l’intérieur par la réaction avec le matériau de la cathode, les rayons α et β provenant directement du gaz. Le nombre d’impulsions de la décharge déclenchée par l’ionisation permet de mesurer les débits de dose dans l’air : à partir du nombre d’impulsions comptées par minute, l’on peut déterminer un débit de dose effectif d’environ 0,1 µSv/h à 10 Sv/h.
Un détecteur à chambre d’ionisation a la même structure qu’un radiamètre à tube GM, le détecteur étant rempli d’air ou d’argon. Lorsque le rayonnement pénètre dans le détecteur, l’air est ionisé en cations et en électrons, et le radiamètre à chambre d’ionisation affiche le microcourant qui circule entre les électrodes. Les radiamètres à chambre d’ionisation conviennent à la mesure des rayons β et γ et des rayons X de faible énergie, et peuvent mesurer des débits de dose efficace compris entre 1 µSv/h et 5 Sv/h, selon le type.
2. Scintillation par excitation
Les radiamètres à scintillation se composent d’un scintillateur et d’un tube photomultiplicateur. Lorsque le rayonnement frappe le scintillateur, le matériau cristallin du scintillateur est excité par l’effet photoélectrique et d’autres effets.
Le tube photomultiplicateur convertit la lumière de faible intensité émise lorsque le scintillateur revient à son état de masse en un courant électrique, qui est amplifié et le courant pulsé qui en résulte est compté. Les scintillateurs pour le rayonnement γ (X) sont très sensibles et conviennent donc aux mesures de rayonnement de faible intensité dans les environnements généraux.
3. Détection des neutrons par réaction nucléaire
Les rayons α et les protons (p) produits par la réaction nucléaire du 10B(n,α)9Li et du 3He(n,p)3H sont mesurés selon le même principe que dans une chambre d’ionisation. L’énergie des neutrons va des neutrons thermiques (0,025 eV) aux neutrons rapides (10 MeV). Le débit de dose efficace est compris entre 0,01 µSv/h et 0,01 mSv/h.
Certains détecteurs sont sphériques, généralement appelés boules de Bonner. L’utilisation de plusieurs sphères de tailles différentes permet de déterminer le spectre énergétique des neutrons (distribution de l’intensité).
4. Dosimètres individuels de rayonnement
Les dosimètres intégraux tels que les badges à film et les dosimètres TLD sont utilisés comme dosimètres individuels de rayonnement. Les badges de film utilisent la photosensibilité du film photographique au rayonnement et se composent d’un boîtier en plastique contenant divers filtres et un petit morceau de film.
Les dosimètres DTL utilisent les propriétés fluorescentes de certains matériaux cristallins, tels que CaSO4, qui émettent une fluorescence en réponse à la quantité de rayonnement reçue.
Autres informations sur les radiamètres
1. Unités de rayonnement
- Gy (gris)
Unité de dose absorbée, 1 Gy est égal à 1 J (joule) d’énergie absorbée dans 1 kg de matière. - Sv (sievert)
Unité de dose équivalente ou de dose efficace. La dose équivalente est la dose absorbée par chaque organe du corps humain multipliée par le poids du type de rayonnement (facteur de pondération du rayonnement). La dose efficace est la somme de la dose équivalente pour chaque organe multipliée par les coefficients de susceptibilité spécifiques à l’organe (facteurs de pondération des tissus) pour tous les organes. Lorsque l’on parle de dose de rayonnement, on utilise généralement la dose efficace. - Bq (Becquerel)
Unité de mesure de la quantité de radio-isotopes. Un Bq est défini comme une désintégration d’un radio-isotope par seconde.
2. Contrôle de l’exposition aux rayonnements pour les travailleurs sous rayonnements
Les travailleurs sous rayonnements doivent s’assurer que leur dose de rayonnement ne dépasse pas 100 mSv par cinq ans et 50 mSv par an. Pour les femmes et les femmes enceintes, des limites inférieures sont fixées par la loi. Pour la population générale, la norme est de 1 mSv ou moins en termes de dose effective par an.
Pour obtenir des résultats de mesure corrects dans le cadre de la surveillance de l’environnement, un étalonnage régulier (correction des écarts par rapport aux valeurs indiquées), des inspections quotidiennes et des mesures sac-sol servent de guide en cas d’anomalies ou de dysfonctionnements. Les accidents dans les installations nucléaires et autres installations sont dus à des défauts structurels et à des écarts par rapport aux procédures suivies par les travailleurs, et il est nécessaire de gérer la sécurité des installations et de respecter les procédures suivies par les travailleurs.
3. Installations de rayonnement
Les accélérateurs d’ions à haute énergie utilisés pour la recherche en physique des particules, par exemple, sont également utilisés comme sources de neutrons à haute énergie en injectant des protons dans des cibles telles que le W (tungstène) ou le Li (lithium) ; les faisceaux d’électrons à haute énergie des LINAC (accélérateurs linéaires d’électrons), par exemple, sont utilisés pour le durcissement des pneus Les faisceaux d’électrons de haute énergie des LINAC (accélérateurs linéaires d’électrons), par exemple, sont utilisés pour durcir les pneus.
Les sources de rayons alpha telles que le 241Am (américium) sont utilisées pour évaluer les erreurs douces des rayons alpha (inversion des données 1, 0) dans les dispositifs semi-conducteurs. Les équipements d’irradiation aux rayons γ utilisant le 60Co (cobalt), qui sont utilisés pour la stérilisation, la prévention de la germination des pommes de terre et diverses études sur les effets de l’irradiation, nécessitent un contrôle de l’exposition aux rayonnements des travailleurs et des chercheurs.
Les installations de recherche et d’essai susmentionnées sont généralement classées comme “zones contrôlées” en vertu de la loi japonaise sur la réglementation des radio-isotopes, etc. L’exposition aux rayonnements et la contamination de surface des objets, des travailleurs et des chercheurs, ainsi que l’entrée et la sortie des radio-isotopes, sont strictement contrôlées.
4. Installations de manutention du combustible nucléaire
Les neutrons de faible énergie sont utilisés dans des réacteurs expérimentaux tels que ceux de l’université de Kyoto, du MIT (Massachusetts Institute of Technology) et du réacteur de Halden en Norvège, par exemple, pour traiter les tumeurs cérébrales. Dans ce processus, les organismes vivants et les équipements environnants peuvent être activés.
Par ailleurs, les réacteurs commerciaux en fonctionnement normal doivent faire l’objet d’une inspection régulière du bâtiment et de l’équipement du réacteur environ une fois par an. Pendant l’inspection, le réacteur est à l’arrêt et donc exempt de rayonnement neutronique. Dans le cœur du réacteur en fonctionnement, en revanche, des radio-isotopes tels que le 60Co sont produits par l’activation de matériaux structurels et autres.
Les matières radioactives se dissolvent dans le liquide de refroidissement du réacteur et sont absorbées par les surfaces internes des conduites du système de refroidissement du réacteur, ce qui entraîne une exposition externe des travailleurs aux rayonnements. La contamination des surfaces doit également être prise en compte lors du démantèlement et de la réparation des équipements, c’est pourquoi un radiamètre est indispensable pour travailler.