1 COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE DIO DESCRIPTION ET CARACTERISAT'ON EN EXPOSITION, DOSE ABSORBEE ET FLUENCE DIFFERENTIELLE EN ENERGIE DES FAISCEAUX DE PHOTONS CONSTITUANT LES REFERENCES PRIMAIRES NATIONALES par Jean-Paul GUIHO, Philippe HILLION, Aimé OSTROWSKY, Paul WAGNER DIVISION DE CHIMIE Centre d'Etudes Nucléaires de Saclay Rapport CEA-R-4643 PLAN OE CLASSIFICATION DES RAPPORTS ET BIBLIOGRAPHIES CEA (Classification du s y s t è m e international d e d o c u m e n t a t i o n nucléaire SIDON/TNIS) A 11 Physique théorique C 30 Utilisation des traceurs dans les sciences de la vie A 12 Physique atomique et moléculaire C 40 Sciences de la vie : autres études A 13 Physique de l'état condensé C 50 Radïoprotcctton et environnement A 14 Physique des plasmas et réactions thermonucléaires A IS Astrophysique, cosmologie et rayonnements cosmiques D 10 Isotapes et sources d" rayonnements A 16 Conversion directe d'énergie D 20 Applications des isotopes et des rayonnements A 17 Physique des basses températures A 20 Physique des hautes énergies A 30 Physique neutronique et physique nucléaire B 11 Analyse chimique et isotopique B 12 Chimie minérale, chimie oiganique et physico-chimie B 13 Radiochimie et chimie nucléaire B M Chimie sous rayonnement E E E E E 11 12 13 14 IS 16 17 20 30 Thermodynamique et mécanique des fluides Cryogénie Installations pilotes et laboratoires Explosions nucléaires Installations pour manipulation de m tériaux radioactifs B 15 Corrosion B 16 Traitement du combustible B 21 Métaux et alliages (pteduction et fabrication) E E E E B 22 Métaux et alliages (structure et propriétés physiques) £40 Instrumentation B 23 Céramiques et cermets E 50 Effluents et déchets radioactifs B 24 Matières plastiques et autres matériaux B 25 Eitets des rayonnements SUT les propriétés physiques des matériaux Sciences de la terre C 10 Action de l'irradiation externe en biologie C 20 Action des radioisotopes et leur cinétique F F F F F F Economie B 30 10 20 30 40 S0 60 Accélérateurs Essais des matériaux Réacteurs nucléaires (en général) Réacteurs nucléaires (types) Législation nucléaire Documentation nucléaire Sauvegarde et contrôle Méthodes mathématiques et codes de calcul Divers Rapport CEA-R-4643 Cote-matière de ce rapport : D.10 DESCRIPTION-MATIÈRE (mots clefs extraits du thesaurus SIDON/INIS) en français en anglais DOS1METRIE DOSIMETRY ETALONNAGE CALIBRATION NORMES D'ETALONNAGE CALIBRATION STANDARDS DOSES DE RAYONNEMENT RADIATION DOSES DENSITE DE FLUX FLUX DENSITY DOMAINE 10 - 1 0 0 KEV KEV RANGE 1 0 - 1 0 0 DOMAINE 100 KEV RANGE 1 0 0 - 1 0 0 0 1050 KEV DOMAINE 01 • 10 MEV MEV RANGE 01 • 10 RAYONNEMENT GAMMA GAMMA RADIATION DEBITS DE DOSE DOSE RATES DOSIMETRES CALORIMETRIQUES CALORIMETRE DOSEMETERS INFLUENCE DE L'ENERGIE ENERGY DEPENDENCE FAISCEAUX DE PHOTONS PHOTON BEAMS - Rapport CEA-R-4643 - Centre d'Etudes Nucléaires de Saclay Division de Chimie Laboratoire de Métrologie des Rayonnements Ionisants DESCRIPTION ET CARACTERISATION EN EXPOSITION, DOSE ABSORBEE ET FLUENCE DIFFERENTIELLE EN ENERGIE DES FAISCEAUX DE PHOTONS CONSTITUANT LES REFERENCES PRIMAIRES NATIONALES Jean-Paul GUIHO, Philippe HILLION, Aimé OSTROWSKY, Paul WACNER - Décembre 1974 - CBA-R-4643 - GUIHO J e a n - P a u l , M L L l Q l f f M l i p * » , 0STR0W5XY Mme, , • '. \ - MGNER. P a u l . - • .-.. -..•'•.;'' . •* '-\i'-' .» -Vj DESCRIPTION ET CARACTERISAT ION EN EXPOSITION, DOSE AI90RIEE ET >LUENCE-; DIFFERENTIELLE EN ENERGIE DES FAISCEAUX DE PHOTONS CONSTITUANT LBS ../.' REFERENCES PRIMAIRES NATIONALES, "; .•.'.; •.';-r-\-r" ._ ;/.";.•' -tfô : ! f F Sommaire.- I l e s t indispensabie'd' é t a b l i r , pour l t ' d o s i i r f l r ï t , . W S'/s-' i tene cohérent de références qui permettent''!'de r e l i e r ' o n t r e r e l l e s i / l e s ' i interconparaisons nationales e t i n t e r n a t i o n a l e s , l ' é t a l o n n a g e . d e ^'«fé- ! rêncés s e c o n d a i r e s , l ' é t u d e e t l a comparaison de diverses, techniques-:..• ] de^ansure. En.ce qui-concerné l a dosimetric' des chuapa =dà. faronneMnts: | électromagnétiques,-plutôt- que de c h o i s i r pour é t a l o n s 3e* -3ftecteùrs',' ! ,1e Bureau N a t i o n a l e s Métrologie a retenu comme références p'riMeires | des faisceaux qui. s o n t en raison de l a d i v e r s i t é des aunlicat'lonsV" r é p a r t i s en é n e r g i e . Chacun de ces faisceaux é t a n t c a r a c t é r i s é par <V- . toutes les irnndettTS dosSoétriques propres •* d é c r i r e un . champ â V r a d i a -; t ï o n s ; fluoncft d i f f é r e n t i e l l e en-énergie,! e x p o s i t i o n , , dos»', absorbée. '-. dans un m i l i e u de-référence-; c e . s y s t è n e p * n e t d ' é t a b l i r « M .relations ! entre l e s diverses façons''de- d é c r i r e un mtm* .phénomène" physique*'. Les - exactltudes SUT l a d é f i n i t i o n de ces faisceaux .en débit d 9 X p o s . l t i o a ' : e t en dose absorbée v a r i e n t , d e 1,1 .j-. 1,7 i , ' ' |_.~ "'. .•_.. V'-.'• ;' ? : ; ; v 1974 •Commissariat-A l!En*rgïe Atomique - Eraii'çe . ?i. 'i '"_/-- 39"-p«V CEA-R-4643 - GUI HO Jean-Paul, MILLION P h i l i p p e . OSTROMSET Aimé/ "- '• WAGNER Paul _.."-< . ."": V . " " / • ~" < i / : - , - V - :. -\ •'' : 9= i • DESCRIPTION AND CHARACTERIZATiON OF THB^PHOTbV'.NAnONAL'PRIHARY ; ''" • STANDARDS BY ENERGY- FLUX DENSITY, EXPOSURE AND/AsSORBEB ;I»SB>.'^ . i ^ ,. f rSumary,-' l e i s absolutely,; netiessaty 'to,est«yiisa^fqfidosiaMtT^rtri>0' - s e s - a coherent referencé~sy>tem which; a l l o w t :^co*mectiÔri ^t^'mwM.nal ,. and i n t e r n a t i o n a l intereoaparisons^ s t e ^ é ^ i t a t i o n o f iec©»dary ,*éfè-X ; , i rimary références *- Beams with -êneT|^es?.ce«irisff-th» -xeiige ^6Ï '.jrfmticàî. nt'erest hâve b*es-defitted,v>ach~aa#'.b»iRg:!eM .metric q u a n t i t i e s . u s e d . i r i - t h e , . d é s c r . Î p £ l o t e ^ ^ f i e l d : energy flux density* exposureshd a W b r b e d ^ e ^ t ' i * ^ » r e t t « « c * , medium ; such a s y s t è a allows ,the;,'«VtBblisftment^àf. ti«..Tfiatt6*S':;b«t-;;. ween thé d i f f e r e n t Mays o f / d e s c r i b i n l ' J t ' S à m . p h y s i c a l ; p h e ^ l w n V . . P r c r , ' c i s i o n s of t h e . b e a u definiciQa*'Mith.-«xpoâure-Md/absorb^ between 1.1 a n ! 1,7 • i . ? .*,." iï'£-^J?*';V 'v^è *'.- •'." "**i "!"--' '.'-'- ->'.^•1974 - Commissariat'ft l'Energie Atomique r-Freac* « - . - "C'"ÎS'v ' *' • *• ''%ï- Ï ; i : , x i ; : J SOMMAIRE I - Introduction II - Motivations du choix des faisceaux pour references III - Description et caractéristiques des faisceaux III - 1 III - 2 IV - Définition des faisceaux en débits d'exposition IV IV IV V VI Généralités Caractéristiques des ensembles de collimation - 1 - 2 -3 Méthodes Résultats Observation importante - Définition des faisceaux en fluence différentielle en énergie V V - 1 - 2 V - 3 V - 4 Introduction Rappel des principes généraux de la méthode expérimentale utilisée Résultats a) Faisceau au Cobalt 60 b) Faisceau au Caesium 137 Conclusion - Définition des faisceaux en dose absorbée VI VI - 1 - 2 VI VI VI VI - 3 k 5 6 Introduction Considérations sur le milieu de référence choisi et les conditions de mesure Description des calorimètres Principe de la mesure Etalonnage Résultats VII - Conclusion - 1 I - INTRODUCTION L'un des problèmes majeurs poux l'utilisateur médical ou industriel de rayonnements ionisants est d'obtenir, puis de conserver un étalonnage correct de son dosimètre de travail pour les différents types de faisceaux utilisés. L'exactitude flur les doses délivrées est, bien entendu, directement liée à celle de cet étalonnage» Il eat clair, qu'à l'échelon d'un pays, l'ensemble des mesures depuis l'étalon le plus élaboré, jusqu'à l'instrument le plus simple, forme un tout qui doit être convenablement structuré afin que la connaissance soit répercutée avec le minimum de pertes* Dans ce but, le Bureau National de Métrologie a défini le concept de "chaîne d'étalonnage" et chargé le L.M.R.X. de concevoir puis de caractériser les références primaires françaises, dans le domaine de la Métrologie des Rayonnements Ionisants. t Ces références doivent permettre : - de relier les intercomparaisons nationales et internationalep entre-eJles, 1 - I étalonnage de références secondaires qui assureront la cohérence des mesures sur le plan national, - l'étude et la comparaison des diverses techniques de mesure. Pour la dosimetric, qui, rappelons le, est 1'étude dans le temps et dans l'espace du "dépôt" d'énergie par les radiations ionisantes dans leur traversée d'un milieu, nous nous sommes attachés* dans un premier stade, à définir des références pour les rayonnements électromagnétiques. Il existe, pour caractériser ce type de champ de radiations, trois grandeurs principales ; - deux grandeurs macroscopiques : l'exposition et la dose absorbée, - une grandeur analytique : la fluence différentielle en énergie* _ 2 - Dès 1969, avec l'accord et l'aide du B.N.M., nous avons réalisé une première génération de références £*D Q 2 ] T 3 3 constituée de faisceaux dont les énergies sont respectivement de : 6 0 , 660 et 1250 keV. Ces faisceaux de grande pureté spectrale, mais de faibles débits de fluence ne p o u vaient être caractérisés en dose absorbée compte tenu de la sensibilité de la méthode de mesure directe de cette grandeur. Ceci nous a conduit à mettre en oeuvre une seconde famille de faisceaux à forts débits de fluence qui, cette fois, sont caractérisés par les trois grandeurs p r é c i tées. _ k - III. DESCRIPTION ET CARACTERISTIQUES DES FAISCEAUX. III.1. Généralités. Lorsqu'un faisceau de photons traverse un milieu matériel il est modifié par les interactions élémentaires que subit une partie des photons qui le composent. Ces interactions dégradent son spectre émargé tique. Il est donc important de minimiser cette déformation spec ..-'ale en choisissant d'une façon judicieuse : - les dimensions des sources de rayonnement, - les caractéristiques des ensembles de collimation, - la nature de l'environnement. En fait* les parant-ti as géométriques de ces trois éléments déterminent la forme et la qualité des faisceaux. La figure n* 2 nous donne une vue schématique de la salle ayant servi à 1* implantation des fa lac eaux priais ires de référence. Sa hauteur est de dix mètres et afin de réduire les diffusions le toit, qui est la seule paroi irradiée, est constitué >i*une double coupole en plexiglass. Compte-tenu des contraintes imposées par les mesures calorimétriques cette salle est, dans sa partie inférieure, régulée en température à + 0,1 degré celsius. Comme il esi dit plus haut, afin de réduire la déformation spectrale des photons incidents, nous avons cherché à nous p .'ocurer des sources de rayonnement aussi ponctuelles que possible ; celles dont nous disposons ont les caractéristiques suivantes : - Source de cobalt 60 : activité massique «, 360 Ci.g" 0 : 20 mm ; h î 2,5 mm - Source de caesium 137 : activité massique «shO Ci.g 0 : .30 mm j h Î 20 mm - 6 point de mesure depuis 0,90 jusqu'à h mètres. Les fenêtres qui en ferment les extrémités sont en mylar ; elles ont une épaisseur de 100 microns. La coupe schématique de 1•ensemble des installations est représentée figure 3. Pour déterminer l'homogénéité des faisceaux, c'est-à-dire l'étendue des zones d'isofluence, nous avons exposé des emulsions photographiques dont la densité optique a été mesurée après irradiation* Ces mesures ont mis e»« évidence la qualité des ensembles de collimation : étendues relativement grandes des zones d'idodoses - diamètre S cm à 1 mètre - , -zones de pénombre très réduites. - 8 - En procédant comme il est dit précédemment nos expériences ont portés pour chacun des faisceaux, sur trente séries de mesures réparties sur une période d'environ deux mois. On notera que ces séries ont toutes été effectuées selon des conditions expérimentales différentes ; elles comportent de 1*ordre de 200 points chacune ce qui fait un total de 3000 à 6000 mesures par faisceaux. Pour que les résultats soient comparables ceux-ci ont été ramenés à un temps origine pris arbitrairement au 1.06.1972* Par des tests statistiques appropriés nous avons vérifié la compatibilité des moyennes. Cette observation est importante car elle a mis en évidence que les incertitudes systématiques, propres à chaque instrumentation, étaient faibles en regard des incertitudes aléatoires. Paz ailleurs un examen critique des conditions expérimentales ayant montré qu'elles étaient indépendantes la composition de ces erreurs relève donc des théories statistiques. D'après les règles, de la statistique nous savons que la meilleure estimation de la valeur cherchée sera obtenue en pondérant les différents résultats par le carre des précisions. La variance sur cette moyenne de moyenne est déterminée par l'inverse de la somme des inverses des variances» IV.2. Résultats ramenés au 1*06.1972. Faisceau au cobalt 60 Faisceau au caesium 137 : 1527 : 483 Kh" 1 m * + 1 ,1#* 2 Hh" 1 m* + 1 ,2St* 2 •Conformément aux recommandations de "International Commission on Radiation and Units" - report n* 12 1968 - nous avons adopté pour exprimée l'exactitude, l'expression suivante : jan \ S^ + t S— i=1 dans laquelle y est la somme des erreurs systématiques ± - 10 - V t DEFINITION* DES FAISCEAUX EN FLUENCE DIFFERENTIELLE EN ENERGIE. V.1. Introduction. On peut caractériser sans ambiguïté un champ de rayonnements électromagnétiques en un point par le nombre, l'énergie et la direction des photons qui traversent la surface d'une petite sphère centrée sur ce point. Cette définition analytique d'un faisceau de photons» très délicate à obtenir} est d'une grande utilité car elle permet notamment de calculer les termes correctifs des méthodes qui caractérisent, soit en exposition, soit en dose absorbée, un faisceau donné. V.2. Rappel des principes généraux de la méthode expérimentale utilisée. Le but recherché étant de repartir les photons par classes d'énergie, les méthodes spectrométriques habituelles semblent indiquées. Deux difficultés doivent cependant Ôtre surmontées : 1 - Les débits de fluence des faisceaux sont trop élevés pour permettre l'utilisation directe d'un détecteur classique tel un scintillateur Nal : Tl ou un semi-conducteur. 2 - Les informations fournies par ces types de détecteurs et recueillies sur un analyseur multicanaux ne permettent pas de remonter directement à la distribution spectrale vraie. Soit 0(E) la fluence différentielle en énergie *P(E) la distribution des impulsions recueillies f 0(E) = j <f*(E*) f(E«, E) dE' J où 0 f(E',E) est la fonction de transfert du détecteur pour un intervalle donné d'énergie. - 11 - Le problème consiste donc à déterminer cette fonction de transfert puisque- t dans notre cas, il est possible de s'affranchir de la première difficulté en substituant aux sources réelles des sources "fantômes" identiques du point de vue géométrique et isotopique mais ayant des débits de fluence compatibles avec la méthode de mesure retenue* Les diverses étapes expérimentales qui permettent de déterminer la fonction de transfert d un scintillateur NaX'IM ont été décrites par ailleurs J2j p j • 1 Dans le cas présent, puisque les cendi tions expérimentales le permettaient - diamètre de la zone de pleine Illumination - nous avons, afin de nous assurer de façon indiscutable de la validité de la méthode, utilisé dans le faisceau au cobalt 60 deux détecteurs ayant des caractéristiques distinctes et par voie de conséquence des matrices de transfert différentes. Les caractéristiques de ces deux détecteurs sont les -5Uivaiiùes : 1 - Scintibloc NaI:Tl 2 - Scintibloc NaI:Tl 1" 1 /h x 1" 32 ST 25 PM 150 AVP 08 3" x 3" ?6 S76 PM 805<* AS 02 Comme nous le verrons - paragraphe V.3 - le recoupement entre les résultats obtenus à l'aide ae ces deux détecteurs est tout à fait satisfaisant. Les geometries de mesure d'une part, 1*électronique associée aux détecteurs ainsi que les programmes et méthodes de traitement des informations d'autre part sont celles décrites dans un précédent rapport [2J. Nous avons déterminé expérimentalement les divers paramètres tels que le rapport pic:total et le rendement intrinsèque des détecteurs intervenant dans la méthode de dépouillement des résultats expérimentaux• V.3. Résultats V.3«a. ^2^----H âS-£2^2Ïî-§2 A 1'aide des deux détecteurs décrits plus haut, nous obtenons les pourcentages de photons diffusés suivants : - 12 - (13,6 + 0,6) $ avec le sci ntillateur 1" 1/k x i " - ( »5 + °» ) $ avec le scintillateur 3" x 3" 12 8 Ces deux résultats sont compatibles i la valeur retenue est de (13,2 î 0,5 %)L'histogramme de la répartition des photons diffusés est re- présenté figure 4. Le faisceau contient donc 87$ de photons ayant 1*énergie du cobalt 60 et 13$ de photons diffusés d'énergie moyenne 0,46 MeV, soit, pour l'ensemble des photons du faisceau, une énergie moyenne de 1,150 MeV pour une énergie nominale de 1,250 MeV» v. 3. b. Fa£aceau_8£_cMaiua l^Z * A l'aide du scintillateur 1" 1/4 x 1" nous obtenons un pourcentage de photons diffusés de (20,6 + 0,6)$. L'histogramme de la répartition de ces photons diffusés, représenté figure 5» fait apparaître une composante importante vers 200 keV, due aux dimensions géométriques de la source qui sont relativement grandes en raison de la faible activité massique* Afin de minimiser cette composante "molle" et d'obtenir un faisceau présentant une qualité spectrale très proche de celle du faisceau au cobalt 60, diverses filtrations ont été étudiées. Après de nombreux essais portant sur les compositions et les épaisseurs des matériaux, le filtre suivant a été retenu : 1 disque d'uranium, 0 : 100 mm, épaisseur : 0,5 mm 1 disque de béryllium, 0 : 100 mm, épaisseur : 0,5 mm La présence de ce filtre diminue le débit de fluence d'environ 18$ à 0,66 MeV et d'environ 100$ à 0,2 MeV. Les photons diffusés représentent alors (12,4 + 0,6)$ du nombre total de photons présents dans le faisceau. L'histogramme de la répartition des photons diffusés avec filtre est représenté sur la figure 6. Le faisceau filtré est donc constitué de 87,6$ de photons du ^'Cs et de 12,4$ de photons diffusés d'énergie moyenne 0,39 MeV, soit, pour l'ensemble des photons du faisceau, une énergie moyenno égale à 0,628 MeV pour une énergio maximale de 0,662 MeV. - Ik - VI « DEFINITION DES FAISCEAUX EN DOSE ABSORBEE. VI,1, Introduction. Le diagramme de la figure n° 1 nous indique les différentes voies d'accès à la dose absorbée dans un milieu donné. On remarque que seule la technique calorimétrique permet une mesure directe de cette grandeur, les techniques ionométriques, dosimetric chimique •.• sont en effet tributaires de la calorimétrie pour la détermination précise de certaines "constantes" telles que " ^ et G qui leurs sont indispensables pour caractériser en dose absorbée un champ de radiationLa calorimétrie est donc la technique de mesure choisie pour caractériser en dose absorbée les faisceaux primaires de référence* Ce travail devant faire l'objet d'une publication particulière, nous nous bornerons ici à rappeler les principes généraux de ce type de mesure et à décrire les étapes expérimentales essentielles. a r Rappelons que la dose absorbée est le quotient de d£ par dm, où dÇ est l'énergie communiquée par le rayonnement ionisant à un milieu matériel dans un élément de volume, et dm est la masse de matière contenue dans cet élément de volume. Précisons que l'on entend par "énergie communiquée" par les rayonnements ionisants à la matière dans un élément de volume donné, l'écart entre la somme des énergies de toutes les particules directement ou indirectement ionisantes ayant pénétré dans ce volume, et la somme des énergies de toutes celles qui l'ont quitté, diminuée de l'équivalent énergétique de toutes les augmentations de masse au repos, résultant de réactions nucléaires. L'unité de mesure est le rad qui, par convention, est égal 2 1 à lo" J.kg" . 411, - lb - propre à une référence ce qui est d'une extrême importance puisque dans le cas de la dose absorbée c'est l'ensemble faisceau milieu qui constitue la référence. Sachant, que sous certaines réserves, il est possible de pat'ser par calcul de la dose absorbée dans un milieu à la dose absorbée dans un autre milieu nous avons choisi le carbone comme matériau de référence. Le graphite retenu est de grande pureté nucléaire et une analyse par activation nous a permis de déterminer qualitativement et quantitativement les impuretés résiduelles dont la somme est inférieure à 1 00 ppm. Comme il est dit plus haut il convient de définir non seulement le milieu irais encore la profondeur da mesure. Afin de faciliter l'établissement de relations ent.-e les mesures calorimétriques et ionométriques - determination de W . par exemple - nous nous sommes placés dans des conditions dites d'équilibre électronique. L'épaisseur massique en amont et en aval du point de mesure est de l'ordre de 940 mg cm* , soit une épaisseur linéique de 5»5 mm pour le type de graphite utilisé(densité 1,69 £ cm"^). 2 VI«3. Description des calorimètres* Comme pour l'exposition il résulte,du choix des faisceaux pour références,que nous avons pu mettre en oeuvre plusieurs instrumentations différentes pour caractériser ces faisceaux en dose absorbée. Les calorimètres retenus sont du type adiabatique. Par définition un système est en équilibre adiabatique s'il n*y a pas d•échange thermique avec son environnement. Ceci ne peut être obtenu que si les températures du système et de son environnement sont, à tout instant, égales. Cette condition est toute théorique et dans les faits on admettra qu'un calorimètre est adiabatique si les pertes dues aux fui -s thermiques par conduction, convection et rayonnement » sont négligeables en regard de la mesure. Les calorimètres que nous avons conçus et construits se composent d'une enceinte externe en acier inoxydable et du calorimètre en graphita proprement dit. - 18 - l'écran et le manteau, La contrainte physique fondamentale nous imposant d'avoir un milieu de référence pur il était exclu d*introduire des résistances métalliques eu des bobinages dans des éléments en graphite. En effet, outre la difficulté technologique, lara&ssedes matériaux étrangers aurait représenté un pourcentage trop important de celle des éléments en graphite - l'absorbeur ne pesé qu'un gramme - . Rappelons encore à c> propos que tous les électrons secondaires doivent être générés dans le milieu dans lequel on définit la dose. On ne peut donc admettre 1 présence d'éléments de numéros atomiques élevés qui créeraient un rayonnement secondaire parasite sans rapport avec celui induit dans une masse égale de graphite. Cette difficulté a été résolue en concevant chacun des différents éléments du calorimètre en deux parties ; nous obtenions ainsii des disques de graphite d'épaisseur égale à 1 mm. Deux à **eux ces disques étaient ensuite collés à l*aide d'une résine époxy convenablement chargée en graphite pour obtenir la résistance désirée ; l'épaisseur de cette pellicule est d*environ 0,1 mm. La polymérisation de cette résine conductrice n'est pas sans avoir une incidence importante sur la valeur finale des résistances ; elle e.3t obtenue par des recuits et des irradiations - de l'ordre de 1 0 rads - . L'acquisition de cette technique de fabrication de résistances est longue et délicate mais elle est déterminante puisque les résistances ainsi obtenues ont un numéro atomique voisin de celui du milieu de référence choisi. 5 Les autres impuretés sont constituées par les thermistances de mesure, les fils de connexion, 1*aluminisation des différentes parois pour réduire les pertes par rayonnement ... Les détails de ces impuretés ainsi que leurs importance relatives sont données tableaux 1 et 2. VZ.k. Principe de la mesure. A une valeur fixée X le manteau du calorimètre est le siège d'une régulation très précise en température - à mieux que 10~ degré celsius -• Au bout d'un temps donné un équilibre interne s'établit et Xes températures du manteau de l'écran et de l'absorbeur sont alors égales à T . - 19 - 1 Au cours d'une irradiation, sous l effet du rayonnement; secondaire, les températures de l'écran et de l'absorbeur s'élèvent simultanément et l'adiabaticité entre ces deux é l é m e n t est ainsi T-4FV1Îs^e. La température du manteau étant maintenue à la température de régulation ^ il existe alors uno -°aible fuite thermique entre celui- ci et l'écran* Ce dernier élément joue donc un rôle de "tampon thermique" entre l'absorbeur et le manteau jt les fuites sont négligeables pour une durée d'irradiation de quelques minutes. (fi#. 9) Nous utilisons pour détecteurs de mesure de la température des thermistances. Elles sont constituées de matériaux dont la résistivité et par suite U ^ sistance varie très fortement avec la tempé- rature. Le coefficient de température qui est de 3,9$ est raisonnablement constant pour les faibles variations des températures mesurées. Le système de mesure est constitué d'un pont de Wheatstone extrêmement précis. La therraistance étant implantée dans l'absorbeur constituant l'une des branches de ce p o n t , il est ainsi possible de mesurer l'évolution de sa valeur. U n système automatique d'acquisi- tion de données couplé au détecteur de zéro permet u n trait ornent statistique des résultats sur ordinateur, (fig. 1 0 ) . VI.5. Etalonnage. L'étalonnage consiste à. dissiper, pendant un temps donné, une puissance électrique connue dans l'absorbeur, et à mesurer la variation ohmique due à cette dissipation, afin de pouvoir ultérieurement la comparer aux variations ohmiques produites par le faisceau, et ainsi en déduire la dose absorbée. En procédant de cette manière, on suppose implicitement que la puissance dissipée par effet Joule, équivaut physiquement à la puissance cédée par le faisceau. Or, la différence de "nature", entre ces deux sources d'énergie, peut être une cause d'erreur systématique. En effet, si le faisceau provoque un échauffement homogène dans le graphite puisque les particules secondaires sont libérées quasi-uniformément dans le milieu, la dissipation électrique s'effectue au voisinage des couches résistantes. Il s'introduit donc dans ce cas, en toute rigueur un gradient de température dans l'épaisseur de l'absorbeur. Ceci explique la forme et la position des résistances - disques d'épaisseur - 20 - mince - , puisque l'on réduit ainsi l'importance de ce gradient parasite. Nous pouvons donc, de par la conception de l'absorbeur, considérer comme réellement équivalentes les deux puissances. XI est de plus nécessaire que la dissipation soit simultanée dans l'absorbeur et dans l'écran» afin de réaliser une adiabaticité comparable à celle qui existe pendant une irradiation. C'est la raison fondamentale qui nous a fait introduire des résistances au graphite dans 'écran. 1 Etant donné la difficulté d'obtenir des résistances identiques, un système de compensation potenËiométrique permet de contrôler toutes les puissances individuellement, donc de les ajuster successivement entre elles* Il devient alors possible de dissiper dans chacun des éléments des puissances dans le rapport des masses, et ceci avec une grande précision. Ce rapport est contrôlé avant chaque étalonnage. On s'assure alors que l'élévation de température est la même dans l'écran et l'absorbeur. Pendant l'étalonnage, la puissance dissipée dans l'absorbeur est mesurée constamment. Des graphes d»étalonnage sont obtenus simultanément avec les enregistrements numériques des données. VI.6. Résultats. Cocse pour la mesure de l'exposition nous avons fait varier un grand nombre de paramètres expérimentaux et multiplié le nombre de mesures. Chaque étalonnage ou chaque mesure nécessite la détermination de l'évolution de la température en fonction du temps avant, durant et après l'irradiation. A cet effet, au système d'enregistrement graphique, nous avons associé un ensemble d'acquisition de données numériques qui, à raison de 1000 points par ne uire, nous -•armât de traiter statistiquement les résultats sur ordinateur et ainsi de déterminer les différentes pentes -rr par la méthode de3 moindres carrés. Il a été, par ailleurs," tenu compte de 1»influence dés diverses impuretés du graphite dont les teneurs sont répertoriées dans les tableaux 1 et 2. •"' - 22 - VII-CONCLUSION. Comme nous le proposions nous avons caractérisé en exposition, fluence différentielle en énergie et en dose absorbée les faisceaux primaires de référence. Au cours du temps il est possible et même probable que les descriptions qui en sont faites évolueront en fonction de l'amélioration des techniques de mesure ou, plus certainement en fonction d'una meilleure connaissance de certains facteurs correctifs qui apportent des incertitudes systématiques non négligeables. Ces considérations sont particulièrement justifiées en ce qui concerne la caractérisation de ces faisceaux en dose absorbée et, des travaux complémentaires actuellement en cours nous permettent d'envisager une amélioration des exactitudes. Il résulte, de notre choix de faisceaux pour références» que nous p o u v o n s , compte tenu des relations biunivoques entre les techniques et les grandeurs, déduire directement, et ce pour des énergies effectives connues et non n o m i n a l e s , les "constantes" W et G, paramètres fondamentaux pour les méthodes de mesure de la dose absorbée. indirectes COMPOSITION EN POIDS POIDS DU CALORIMETRE EN GRAPHITE IMPURETE! mg % TOTAL D' IMPURETES ABSORBEUR 102V 8,3 1034 0,8 % ECRAN 3639,5 33,5 3673 0,9 % 4665,2 41,8 4707 0,87% ABSORBEUR • ECRAN Tab. 2 POIDS EH m» Impuraléa dana la raalna conductrice 0 ABSORBEUR ECRAN ABSORBEUR • ECRAN Tab.2' H H Impuratâa local laàaa rot«i Ihu. O la Al 0 a» roui Total daa nvniaalaa '? 2.0 2.0 w 0.5 03 0,8 0.5 2 8.3 10.8 9.2 s,s a s 1 o.s i.o 0,9 4 33,5 13,1 11,2 11* 1.3 0,7 2,« M e 41,8 35,8 FREGA IE •ajjjtfDj/jtfjjfj'TTi Sails ds mMWrM calorlawt » ! • « • • 11 III h'/////// Fig: 3 "///A A\\\\\\\m\\m\\\W\ '.00 E n e r g i e en MeV - • r m k i t i inox. ^-{•ntitrts •p.iaomjcrwii FIG. 7 SYSTEME DE THERMOREGULATION THERMOCOUPLES DETECTEUR DE ZERO NANOVOLTMETRE REGULATEUR S SERVO-"! •JJW- MOTEUR BIBLIOGRAPHIE fil J.P. Guiho, Radioprotection DUNOD vol. 7 n" 1 pages 3-12 1972 )_2j 3 J.P. Guiho, CEA BIST n" l6.1 pnges 33 il 'il oct. 1971 Rapport B.N.M. convention de recherche 10 1069 1971 I4 I J.P. Guiho, I. Pavlicsek, A. Ostrowsky, H. Goonvec, C.R. Aoad. Se. Paris t 2?8 - 1974. [5 I J.P. Guiho, J. Legrand, B. Grinberg I.A.E.A. SM l60/7<> 1973 Manuscrit reçu le 25 octobre 1974 Achevé d'imprimer par le CEA, Service de Documentation, Saclay Décembre 1974 DEPOT LEGAL 4ème trimestre 1974 4 ' Edité par le Service de Documentation Centre d'Etudes Nucléaires de Sxlsy Sorte Postale o» 2 91190 - Gif-sur- YVETTE (France)