Présentation de la technologie OSL ou Luminescence stimulée optiquement

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1 Présentation de la technologie OSL ou Luminescence stimulée optiquement L'OSL (Luminescence Stimulée Optiquement) est une technologie utilisée à travers le monde depuis plus de 10 ans, pour assurer le suivi dosimétrique de plus d'un million trois cent mille personnes (pourcentage important aux Etats-Unis). Les matériaux OSL comme l Oxyde d Aluminium dopé au Carbone (Al 2 O 3 :C), sont des isolants qui contiennent des impuretés dont les niveaux d énergie sont situés entre la bande de valence et la bande de conduction (bande interdite) (figure 1). L énergie apportée au matériau dopé lors de l excitation, ou de l irradiation, provoque le piégeage des électrons et des trous sur les niveaux de pièges associés à ces impuretés. Suite à une stimulation optique, les électrons pièges sont excités vers la bande de conduction et, passant par les centres de recombinaison, émettent une lumière visible. La lumière émise lors du retour à l équilibre, est proportionnelle au nombre de paires d électronstrous créées, lui-même proportionnel à la dose reçue. A chaque lecture des dosimètres, par le contrôle de la stimulation lumineuse, seule une infime part des électrons est stimulée (< 0,5 %). La stimulation optique est donc non destructive, elle permet de conserver une très grande partie de l'information dans le capteur, permettant une éventuelle re-analyse ultérieure si nécessaire. Le SUCPR compte remettre les dosimètres à zéro systématiquement sauf en cas de valeur de dose douteuse ou problématique.

2 La technologie à partir de l oxyde d aluminium dopé au carbone présente d excellentes propriétés pour la dosimétrie (notamment une réponse linéaire jusqu à 50 Gy et une sensibilité 50 fois supérieure à celle du LiF (TLD-1000)). Les cristaux d oxyde d aluminium sont fabriqués aux USA. A partir de ces cristaux, sont réalisés différents conditionnements dont de la poudre d oxyde d aluminium qui, après application entre 2 films plastiques, constituent les éléments de détection des dosimètres. Différentes méthodes de lecture ont été développées pour l analyse de l OSL. Pour les détecteurs qui nous concernent, la stimulation optique est réalisée à partir d un ensemble de LED émettant une lumière de 532 nm (vert). Le signal émis par les détecteurs, une lumière bleue d environ 420 nm, est mesuré par un photomultiplicateur (Figure 3). Le nombre de photons comptés est proportionnel à la dose déposée dans le détecteur lors de l exposition aux rayonnements ionisants. Les détecteurs comportent quatre pastilles OSL. Ces détecteurs sont analysés en fonction du facteur de sensibilité grave sur la carte du dosimètre, du facteur d étalonnage du lecteur et des algorithmes de calcul inclus dans le logiciel IRS du lecteur de dosimètre, et permettent de déterminer la dose reçue par le dosimètre en Hp(10), Hp(3) et Hp(0,07), dose beta (Figure 4). Les détecteurs sont capables de mesurer et différencier les rayonnements X, gamma et bêta.

3 L ensemble des données de lecture est stocké dans la base de données SQL du système de lecture des dosimètres (figure 5). Parmi les données de lecture figurent les courbes de lecture pour chacune des 4 pastilles d OSL. L enregistrement de nouveaux porteurs, ainsi que de dosimètres d ambiance et de témoins de transport éventuellement, est réalise dans le système de gestion du SUCPR. Pour chaque nouveau porteur, un jeu de 2 boîtiers rigides transparents est étiqueté par le SUCPR avec les éléments du nouveau porteur.

4 Pour assurer le lien entre le porteur et le détecteur qui lui est attribué pour une période de port, nous aurons sur l étiquette du badge, un code-barres correspondant au numéro du porteur. Lors de la préparation des dosimètres neufs, l association entre le numéro de série du détecteur et du porteur est réalisée grâce aux deux codes barres : l un sur l étiquette et l autre sur le détecteur (figure 6). Nous disposons d un ensemble de 2 lecteurs de code à barres, montées sur un support, qui sont connectés à l application de gestion du SUCPR qui enregistrera dans sa base de données l association numéro de détecteur/numéro de porteur lors de la préparation des nouveaux dosimètres. Les étiquettes seront personnalisées en fonction des besoins du SUCPR : un code-barres porteur, des couleurs en fonction de la période de port ou de la position de port, un logo ainsi que plusieurs champs de données (nom, prénom, entreprise, zone de port,.). Dorénavant, un dosimètre de type normal disposera d une bade violette et d un personnage bleu ou rouge en fonction des mois de port du dosimètre (bleu : pair, rouge impair). Le nom du porteur sera indiqué sur le dosimètre ainsi que le nom de la firme responsable. Un dosimètre de type visiteur sera indiqué par une bande verte et un numéro d identification sera présent sur l étiquette pour reconnaître le porteur.

5 La préparation des dosimètres neufs, pour la prochaine période de port, est réalisée immédiatement après remise a zéro des détecteurs. Les magasins de détecteurs, sortis du processus de remise a zéro, sont disposes à l atelier d assemblage des dosimètres. L opération d assemblage consiste : 1. à disposer dans le tiroir porte-éléments le détecteur (partie photon), et si nécessaire un détecteur neutron (possible sur demande); 2. de glisser l ensemble dans le boîtier rigide transparent du porteur ; 3. de bloquer le boîtier avec le clip et le pion ; 4. de présenter le dosimètre aux lecteurs de code à barres pour renseigner le système de gestion du SUCPR avec l association : numéro de porteur, numéro de détecteur. Lors de la mise en lots pour expédition des nouveaux dosimètres destinés à un compte (site utilisateur, ), un dosimètre témoin, à définir dans le système de gestion du SUCPR, peut être ajouté. Ce dosimètre témoin prendrait en compte les doses liées au transport et les doses liées au niveau d ambiance naturel présent sur le site de l utilisateur. Lors de l exploitation des dosimètres, le calcul des doses nettes par le système de gestion SUCPR tiendra compte du niveau du témoin (soustraction des doses liées au transport et au fond naturel présent sur le site) (figure 8). Le SUCPR peut, pour ses autres utilisateurs, notamment des sites proches, utiliser une valeur type de bruit de fond à soustraire par son système de gestion en fonction de l âge du dosimètre analysé, depuis sa dernière remise a zéro.

6 A réception des dosimètres portés par les utilisateurs, une première vérification est effectuée afin d identifier toute détérioration mécanique des détecteurs qui pourrait poser problème dans le lecteur ainsi que toute contamination. Les détecteurs détériorés sont mis au rebut (c est un cas exceptionnel dans la pratique). Les autres dosimètres sont démontés à l aide du coupe pions. Les détecteurs sont disposés dans des magasins par lot de 50 avec un détecteur type QC (dose à une valeur connue et déclarée au logiciel IRS de commande du lecteur) pour assurer un contrôle de qualité. Apres la mise en magasins, les détecteurs sont lus par lots de 4 magasins (200 badges). Le lecteur lit automatiquement les détecteurs et renseigne sa base SQL à partir des valeurs de dose lue : Hp(10), Hp(3), Hp(0,07) (sans soustraction de la valeur du témoin éventuel). Pour chaque détecteur, un enregistrement est créé dans la base de données SQL comportant notamment le numéro donné par l opérateur au processus de lecture du détecteur, le numéro de magasin de lecture, ainsi que sa position dans le magasin. Par ailleurs, tous les paramètres de lecture sont enregistrés également. Pour le stockage temporaire, les détecteurs sont laissés dans les mêmes magasins de lecture (sans le badge de contrôle qualité qui est réutilisé pour les lectures suivantes). Les détecteurs sont enlevés du magasin lors de l opération d assemblage des dosimètres neufs, après remise à zéro.

7 La partie détecteur La partie détection est composée de deux ensembles, le support des pastilles OSL et le porte filtres. Le support des pastilles est glissé dans le porte filtres.

8 Calibration Les détecteurs nous sont livrés calibrés. En effet, à la fabrication, la sensibilité des pastilles d OSL est caractérisée et sa valeur est gravée sur le support des pastilles, sous la forme d un code comprenant le coefficient de sensibilité et le numéro de série de l élément concerné afin de garantir une bonne traçabilité. Lors de la lecture du détecteur, le système capture ce code. Le coefficient de sensibilité est utilisé pour déterminer la dose brute que le détecteur a accumulée. Aucune re-calibration des détecteurs n est nécessaire au cours de leur utilisation, même pendant de nombreuses années, et donc il n est pas nécessaire de disposer et de maintenir une source radioactive a cette fin, comme c est le cas pour des dosimètres TLD. En pratique, nous vous proposons de travailler suivant le processus suivant : o Affecter 2 boîtiers à chaque porteur ; o Etiqueter les badges une fois pour toute, avec un code-barres permettant l'identification du porteur; o Au moment de la préparation du premier dosimètre à envoyer, scanner les codes-barres de l'étiquette du premier badge et celui d'un détecteur remis à zéro pour enregistrer l'association détecteur/porteur; o Procéder de la même façon pour les périodes de port suivantes ; o Ainsi, on dispose toujours d'un badge identifié par porteur pour préparer l'expédition de la période de port suivante, sans nécessiter l'impression d'une nouvelle étiquette à chaque période de port. Performances dosimétriques des dosimètres Les dosimètres sont conçus pour la mesure des : o Rayons X ; o Rayonnements gamma ;

9 o Particules beta et électrons. Les grandeurs opérationnelles mesurées sont les équivalents de dose individuels Hp(10), Hp(0,07) et HP(3) pour les détecteurs de type XA. Système de lecture Nous disposons d un système de lecture fixe composé d un lecteur automatique de 200 dosimètres (200a) et d un lecteur mobile type «microstar». Lecteur automatique 200a : Capacité de chargement : 4 magasins (racks) de 50 badges. Temps de lecture : 1 heure pour traiter 200 badges (vitesse de lecture 280 dosimètres par heure). Il n est pas nécessaire d avoir une alimentation de secours, car la lecture des dosimètres n est pas destructrice de l information. En cas de besoin, ces dosimètres peuvent être relus une seconde fois, l alimentation électrique rétablie. L information n est jamais perdue.

10 Pour chaque détecteur, 4 plages de lecture sont lues successivement avec la même chaîne de détection (figure 18). Calibration ou étalonnage Le lecteur automatique 200a nécessite un étalonnage tous les trimestres (durée de l opération d étalonnage 30 min). A cet usage, un jeu de dosimètres de référence, que nous appelons CC, exposé à des valeurs de doses données, est nécessaire. Mensuellement une vérification de la linéarité permet de s assurer du bon fonctionnement sur toute la gamme de dose de l équipement (durée de l opération : 30 min). Plusieurs contrôles sont réalisés automatiquement par le lecteur lors de ses processus de lecture : o L obscurité a l intérieur de l équipement ; o La sensibilité du photomultiplicateur ; o Test du faisceau faible pour les valeurs d équivalent de dose supérieures à 150 msv ;

11 o Test du faisceau fort pour les valeurs d équivalent de dose inférieures à 150 msv ; o Un contrôle des badges QC (contrôle qualité), exposés à des valeurs connues, est réalisé. Un badge de contrôle est disposé dans chaque magasin. Si, durant ces tests, les valeurs mesurées dépassent les limites de tolérance fixées, une alarme écran s affiche et le lecteur se met en pause. Un acquittement du défaut est nécessaire pour relancer la lecture. Système de deux lecteurs de code-barres Il s agit d un ensemble de 2 lecteurs de code à barres, destiné à capturer les code-barres du détecteur d une part, de l étiquette du badge de l autre, qui appartient à un porteur donné, lors de la préparation des dosimètres pour la future période de port. Les lecteurs de code-barres seront connectés à un ordinateur de SUCPR, pour renseigner le système de gestion de SUCPR, qui utilisera l association étiquette porteur/détecteur, pour attribuer à ce porteur la dose lue sur le détecteur au retour du dosimètre pour analyse et ceci à partir des données reprises dans la base SQL du lecteur.