Étalons radon

Radon – ²²²Rn

Le radon, gaz radioactif d’origine naturelle, produit des descendants radioactifs isotopes du plomb, du bismuth et du polonium. Il est présent dans l’environnement à des concentrations variables suivant les régions. Il est ainsi l’un des facteurs d’exposition principaux aux rayonnements ionisants pour les populations. Le ²²²Rn est identifié comme le second facteur de risque lié au cancer du poumon, il est donc nécessaire de réaliser des mesures sur le terrain afin d’identifier les zones à risque. Cette surveillance est faite à partir de divers appareils de mesures commerciaux qui doivent être étalonnés. Afin d’assurer une bonne traçabilité métrologique du radon et de ses descendants, le LNHB a développé un étalon primaire de ²²²Rn.

Cet étalon de ²²²Rn consiste en une mesure par spectrométrie alpha d’une source gelée de radon à l’aide de la méthode par Angle Solide Défini. L’installation est un ensemble de tubes et vannes sous vide secondaire (10^-4 Pa) divisée en trois parties distinctes.
La première partie consiste en une source de ²²⁶Ra  produisant le ²²²Rn. Elle est connectée à un ensemble de pompage et permet de produire des quantités de ²²²Rn allant de 100 Bq à 3 MBq selon le temps d’accumulation choisi.

Ce ²²²Rn migre dans la deuxième partie du banc qui est une chambre de mesure à la surface d’un doigt froid dont la température est stabilisée à 80 K (-193,15 °C). La source ainsi produite est un disque de ²²²Rn gelé qui est mesuré par la méthode ASD avec un détecteur alpha dont le rendement intrinsèque est de 100 %.

Une fois cette mesure terminée le doigt froid est réchauffé et le radon va migrer vers la troisième partie du dispositif : un contenant métallique baignant dans l’azote liquide. Lorsque le contenant est fermé, l’activité contenue dans l’étalon est connue avec une incertitude-type relative de 0,3 %.

Cette méthode a prouvé sa robustesse par le biais de plusieurs comparaisons avec d’autres laboratoires de métrologie des rayonnements ionisants à travers le monde. Elle reste aujourd’hui la méthode la plus précise et la mieux définie pour la production d’étalon primaire de ²²²Rn.

RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES :
– B. Sabot, S. Pierre, P. Cassette, An absolute radon 222 activity measurement system at LNE-LNHB, Applied Radiation and Isotopes 118, 167–174 (2016)

Thoron – ²²⁰Rn

La concentration en thoron en France est estimée au dixième de celle du radon et constitue donc un enjeu non négligeable de santé publique. Tout comme le radon, ce gaz radioactif produit des descendants radioactifs isotopes du plomb, du bismuth et du polonium. Il possède cependant une période bien plus faible que le ²²²Rn, T_1/2(²²⁰Rn) = 55,8 s ; il n’est donc pas possible d’utiliser la méthode précédemment décrite. Pour répondre au besoin de traçabilité des mesures de ce descendant du thorium naturel, un instrument étalon primaire a été développé et validé au LNHB avec la coopération de l’IRSN/LPMA pour étalonner les instruments de mesure de l’activité volumique du thoron dans l’air.

Le laboratoire a ainsi créé un dispositif de mesure permettant d’assurer la traçabilité métrologique d’une atmosphère de ²²⁰Rn stable produite à l’aide d’une source solide de ²²⁸Th dans les conditions d’étalonnage d’un instrument de mesure. Le principe de détection repose sur un volume de mesure utilisant un détecteur alpha dont le volume a été optimisé par méthode Monte-Carlo afin de détecter le gaz et les descendants capturés à la surface du détecteur à l’aide d’un champ électrique adapté au flux de circulation à l’intérieur du système de mesure (optimisation par code Multiphysics). Après une validation du système en utilisant l’étalon primaire de radon, il a été ainsi possible de développer un instrument de mesure transportable assurant la traçabilité d’une atmosphère de thoron avec une incertitude-type relative de 1 % dans le meilleur des cas (limitée par la statistique de comptage).

 

Le dispositif a été qualifié pour des gammes de pression de 900 à 1050 hPa, 18 à 24 °C, 0 à 90 %RH et peut fonctionner à un débit de circulation compris entre 0,8 et 2 L/min. La bonne qualité des spectres obtenus permet en outre de l’utiliser pour séparer le ²²⁰Rn et le ²²²Rn à l’aide des pics des descendants solides du radon. Ce dispositif étalon a été validé à l’aide d’une comparaison à une méthode développée en Italie (ENEA) ainsi que lors d’une procédure d’étalonnage d’un dispositif de mesure commercial préalablement étalonné par l’Allemagne (PTB).

RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES :
– B. Sabot, S. Pierre, N. Michielsen, S. Bondiguel, P. Cassette, Development of a primary thoron activity standard for the calibration of thoron measurement instruments, Radiat Prot Dosimetry 167 (1-3), 70-74 (2015)
– B. Sabot, S. Pierre, N. Michielsen, S. Bondiguel, P. Cassette, A new thoron atmosphere reference measurement system, Appl Radiat Isot. 109, 205-209 (2016)
– B. Sabot, Calibration of thoron (²²⁰Rn) activity concentration monitors, PhD Thesis NNT 2015SACLS122 (2015) lien