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Radioprotection et ingénierie nucléaire
4.2.2. Dosimétrie chimique de Fricke
La radiolyse de l’eau et la formation de radicaux libres est à la base du dosimètre chimique
de Fricke. Lors de l’irradiation d’une solution aqueuse, des radicaux libres et des molécules sont formés : H˚, (OH)˚, H 2 , OH 2 , (H 2 O)˚. Pour chaque réaction donnant un atome,
une molécule ou un radical, il existe un « rendement ». Ce rendement G, qui caractérise
le nombre d’atomes, de molécules ou de radicaux produits par mole, est exprimé en
Mol>kg
–1
>Gy
–1 . Il varie selon la nature et l’énergie des rayonnements.
Pour mesurer une dose absorbée, on ajoute dans une solution aqueuse des ions ferreux
Fe
++ qui réagissent stœchiométriquement avec les radicaux libres pour former des ions
ferriques Fe
+++ dont la concentration se mesure avec précision par spectrophotométrie à
une longueur d’onde de 304 nm.
Les réactions sont les suivantes :
H˚ + Fe
++ + H 2 O ➝ H 2 + (OH)
– + Fe
+++
(OH)˚ + Fe
++
➝ (OH)
– + Fe
+++
(H 2 O 2 ) + Fe
++
➝ (OH)˚ + (OH)
– + Fe
+++
(HO 2 )˚ + Fe
++
➝ OH
–
2 + Fe
+++
(HO 2 )
– + H
➝ H 2 O 2
La présence d’oxygène dans la solution est indispensable au bon fonctionnement du dosimètre car elle améliore le rendement radiochimique global d’un facteur 2.
Ainsi, les rendements chimiques en ions ferriques Fe
+++ sont les suivants :
en l’absence d’oxygène :
G (Fe +++ ) = G H˚ + G (OH)˚ + 2G H2O2 + 3G (HO2)˚ = 0,84 × 10
–6 Mol>kg
–1
>Gy
–1
en présence d’oxygène :
G (Fe
+++ ) = 3G H˚ + G (OH)˚ + 2G H2O2 + 3G (HO2)˚ = 1,6 × 10
–6 Mol>kg
–1
>Gy
–1 .
L’introduction d’impuretés organiques dans la solution peut modifier le rendement G.
Ainsi l’introduction d’alcools favorisera l’oxydation du fer et donc, augmentera le rendement G. La présence de dérivés de styrène réduira l’oxydation du fer et donc le rendement.
Par spectrophotométrie, on peut détecter 10
–7 mol, pour un rendement G de 10
–7 , cela
donne une sensibilité de 1 Gy. Les dosimètres chimiques sont employés pour mesurer des
fortes doses, au-delà de celles couvertes par les chambres d’ionisation.
Comme le dosimètre calorimétrique, l’utilisation du dosimètre chimique n’est pas envisageable en radioprotection, elle reste limitée au laboratoire de métrologie ou à la radiochimie.
4.2.3. Chambre d’ionisation et théorème de Bragg-Gray
Considérons, à l’intérieur d’un milieu matériel M, une chambre d’ionisation (cavité
remplie d’un gaz de détection).
Si :
– les dimensions de la cavité sont faibles devant le parcours des électrons mis en mouvement par les photons dans le milieu M, et que leur spectre n’est pas modifié dans la cavité ;
Radioprotection et ingénierie nucléaire
4.2.2. Dosimétrie chimique de Fricke
La radiolyse de l’eau et la formation de radicaux libres est à la base du dosimètre chimique
de Fricke. Lors de l’irradiation d’une solution aqueuse, des radicaux libres et des molécules sont formés : H˚, (OH)˚, H 2 , OH 2 , (H 2 O)˚. Pour chaque réaction donnant un atome,
une molécule ou un radical, il existe un « rendement ». Ce rendement G, qui caractérise
le nombre d’atomes, de molécules ou de radicaux produits par mole, est exprimé en
Mol>kg
–1
>Gy
–1 . Il varie selon la nature et l’énergie des rayonnements.
Pour mesurer une dose absorbée, on ajoute dans une solution aqueuse des ions ferreux
Fe
++ qui réagissent stœchiométriquement avec les radicaux libres pour former des ions
ferriques Fe
+++ dont la concentration se mesure avec précision par spectrophotométrie à
une longueur d’onde de 304 nm.
Les réactions sont les suivantes :
H˚ + Fe
++ + H 2 O ➝ H 2 + (OH)
– + Fe
+++
(OH)˚ + Fe
++
➝ (OH)
– + Fe
+++
(H 2 O 2 ) + Fe
++
➝ (OH)˚ + (OH)
– + Fe
+++
(HO 2 )˚ + Fe
++
➝ OH
–
2 + Fe
+++
(HO 2 )
– + H
➝ H 2 O 2
La présence d’oxygène dans la solution est indispensable au bon fonctionnement du dosimètre car elle améliore le rendement radiochimique global d’un facteur 2.
Ainsi, les rendements chimiques en ions ferriques Fe
+++ sont les suivants :
en l’absence d’oxygène :
G (Fe +++ ) = G H˚ + G (OH)˚ + 2G H2O2 + 3G (HO2)˚ = 0,84 × 10
–6 Mol>kg
–1
>Gy
–1
en présence d’oxygène :
G (Fe
+++ ) = 3G H˚ + G (OH)˚ + 2G H2O2 + 3G (HO2)˚ = 1,6 × 10
–6 Mol>kg
–1
>Gy
–1 .
L’introduction d’impuretés organiques dans la solution peut modifier le rendement G.
Ainsi l’introduction d’alcools favorisera l’oxydation du fer et donc, augmentera le rendement G. La présence de dérivés de styrène réduira l’oxydation du fer et donc le rendement.
Par spectrophotométrie, on peut détecter 10
–7 mol, pour un rendement G de 10
–7 , cela
donne une sensibilité de 1 Gy. Les dosimètres chimiques sont employés pour mesurer des
fortes doses, au-delà de celles couvertes par les chambres d’ionisation.
Comme le dosimètre calorimétrique, l’utilisation du dosimètre chimique n’est pas envisageable en radioprotection, elle reste limitée au laboratoire de métrologie ou à la radiochimie.
4.2.3. Chambre d’ionisation et théorème de Bragg-Gray
Considérons, à l’intérieur d’un milieu matériel M, une chambre d’ionisation (cavité
remplie d’un gaz de détection).
Si :
– les dimensions de la cavité sont faibles devant le parcours des électrons mis en mouvement par les photons dans le milieu M, et que leur spectre n’est pas modifié dans la cavité ;