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Dosimètres thermoluminescents



Exploiter la thermoluminescence en dosimètrie

L'énergie apportée par des rayonnements ionisants peut générer des défauts dans la structure des matériaux à structure cristalline. Lorsque l'on chauffe plus tard le matériau, l'agitation thermique détruit progressivement ces défauts et rétablit la structure cristalline. Au cours de ces « réparations », il y a émission d'une lumière : c'est le phénomène de thermoluminescence. La quantité de lumière restituée, dans des conditions données, est proportionnelle à la dose reçue.

L'enregistrement de la lumière émise fournit une mesure de la dose. Les dosimètres qui exploitent ce phénomène sont appelés dosimètres thermoluminescents ou TLD.

Ces dosimètres TLD sont très répandus car on peut adapter le matériau thermoluminescent à la sensibilité requise pour l'utilisation prévue, ce qui rend leur utilisation assez souple : ils sont utilisés aussi bien en dosimètres individuels que pour la surveillance de zones ou des études sur l'environnement.

L’élément de détection peut avoir des petites dimensions, ce qui permet d’utiliser cette technique pour faire de la dosimétrie d’extrémité (bague dosimétrique) ou du cristallin (dosimètre DOSIRIS).

Bagues thermoluminescentes
Ces bagues-dosimètres fonctionnent selon le principe de la thermoluminescence. Elles sont destinées à mesurer précisément les doses équivalentes reçues par les extrémités lorsqu’elles sont plus particulièrement exposées aux rayonnements ionisants. Le détecteur est constitué d’une pastille de fluorure de lithium placée dans une cavité fermée par un opercule soudé à chaud. Lors de la lecture par chauffage, la pastille émet une luminescence proportionnelle à l’exposition aux radiations. Le détecteur est alors remis à zéro.
LCIE Landauer

Certaines activités professionnelles présentent le risque d'une exposition du cristallin aux rayonnements. C'est par exemple le cas de la radiologie interventionnelle qui entraine des risques pour les opérateurs et les chirurgiens qui sont exposés aux rayonnements produits par les instruments du fait d'interventions qui peuvent être longues, de la proximité des rayons et de la répétition des examens ou opérations.

L’indication fournie par le dosimètre poitrine n’est plus suffisante. Elle doit être complétée par le port d’un dosimètre cristallin. DOSIRIS, le dosimètre cristallin développé par l’IRSN, est la solution pour réaliser ce suivi dans les meilleures conditions. En France, il y a environ 3000 porteurs de Dosiris (dosimètre cristallin) par exemple dans le domaine de la chirurgie cardiaque de la radiologie interventionnelle et la médecine nucléaire, de la manipulation en boîte à gant et des opérations de maintenance dans l’industrie nucléaire.

Dosimètre DOSIRIS
Ce dosimètre peut être porté à Gauche ou à Droite. On le positionne du côté de l’oeil le plus exposé aux rayonnements au moyen d'un serre-tête et son bras articulé pour obtenir la meilleure dosimétrie possible. La meilleure position est obtenue lorsque la partie détection (capsule blanche) est placée au plus près du coin de l’oeil, contre la tempe et sous les lunettes, visière ou masque de protection.
IRSN

Le dosimètre de poignet est un dosimètre complémentaire destiné à la mesure de l’exposition des extrémités aux rayonnements ionisants X, γ et β. Son port est fortement conseillé notamment lorsque les avants bras sont à proximité immédiate des sources ou dans les faisceaux d’irradiation. Il permet de s’assurer que les limites d’exposition au niveau de la peau et des extrémités ne sont pas dépassées. Il est adapté au suivi dosimétrique dans le domaine médical, industriel et de la recherche.

Dosimètres TLD
Exemple de trois dosimètres TLD proposés par l'IRSN pour la surveillance de l'exposition des doigts, du cristallin et d'extrémités comme les avants bras.
IRSN
Avantages des dosimètres thermoluminescents:

- Leur réponse en énergie est assez linéaire, c'est-à-dire que la quantité de lumière récoltée est proportionnelle à la dose, ce qui facilite la lecture du dosimètre ;

- En interposant des écrans, on peut étendre cette sensibilité ; certains matériaux ont une densité qui approche celle des tissus vivants, et permettent une bonne estimation de la dose effective ;

- Ils ont une grande dynamique, c'est-à-dire qu'ils sont sensibles à des doses aussi bien faibles que fortes. Ils peuvent mesurer des doses de l'ordre du mSv, et donner des ordres de grandeurs pour des doses correspondant à des accidents de criticité (au-delà du Sv) ;

- Après étalonnage, ils se prêtent à une lecture automatisée ;

- Leur lecture les remet à zéro, mais ils sont réutilisables jusqu'à plusieurs centaines de fois;

- Ils sont très robustes, insensibles à l'humidité ou aux chocs ; Certaines variantes sont également sensibles aux neutrons.

Parmi les inconvénients :

- Leur lecture n'est possible qu'une fois, contrairement aux dosimètres RPL ou OSL ;

- Leur stockage avant emploi nécessite de les placer dans des châteaux de plomb, pour les soustraire à l'action des rayonnements cosmiques qui engendrent un bruit de fond. (C'est ce même bruit de fond qui permet l'utilisation de la thermoluminescence pour la datation d'objets archéologiques chauffés ou de laves).

Fiches de dosimètres par thermoluminescence de l'IRSN:
dosimètre cristallin DOSIRIS
Dosimètre poignet
Dosimètre bague
La dosimétrie à l'IRSN