Réalisation d’un mannequin anthropomorphe pourvu de détecteurs afin d’évaluer la dose efficace aux postes de travail soumis à des champs photoniques : étude expérimentale

Julien DARREON, thèse de doctorat de l'université Paris-Sud XI - Orsay, spécialité physique, discipline radiophysique, physique nucléaire, école doctorale "sciences et technologies de l'information des télécommunications et des systèmes", 215 p., soutenue le 7 décembre 2009

La dose efficace, E, est la grandeur de référence en protection radiologique, elle permet d’estimer la nocivité des effets des rayonnements ionisants reçus par l’ensemble des organes et tissus d’un individu. La dose E est employée, d’un point de vue règlementaire, pour définir les limites de doses annuelles des travailleurs et du public. La protection radiologique a pour objectif de veiller au respect de ces limites par la surveillance dosimétrique, mais doit également contribuer à la mise en oeuvre de dispositions conduisant à la diminution des doses reçues par les individus.
La dose E n’étant pas directement mesurable, puisqu’elle nécessite la connaissance des doses absorbées par chaque organe, un travail de thèse précédemment mené au laboratoire a permis de conclure sur la faisabilité théorique d’un mannequin anthropomorphe, instrumenté de capteurs, offrant une estimation de la dose efficace à partir de mesures ponctuelles.
Suite aux conclusions de l’étude théorique, le travail de thèse présenté ici se propose d’étudier la faisabilité pratique de la réalisation de cet instrument d’expertise qui sera utilisé par le Laboratoire de Dosimétrie des Rayonnements Ionisants pour l’étude des postes en radioprotection.
Le travail se divise en deux aspects principaux : le premier concerne, le système de dosimétrie dont les détecteurs seront insérés dans le mannequin et le deuxième étudie (par simulation à l’aide d’un code de calcul Monte Carlo) les précisions des estimations de E pour différentes configurations d’irradiation que l’on pourrait obtenir avec notre instrument de mesure, en prenant en considération toutes les contraintes expérimentales. La caractérisation du détecteur a permis d’obtenir une mesure de la dose approchant à ±30 % la dose déposée dans le tissu-mou dont est constitué le mannequin pour la gamme d’énergie entre 60 keV et 4 MeV. Les simulations numériques Monte Carlo, ont été réalisées à partir de la voxelisation d’un mannequin physique existant dans lequel ont été modélisés les capteurs placés aux positions déterminées lors de l’étude théorique, adaptées à notre géométrie. Ainsi, pour des irradiations homogènes, hétérogènes et typiques d’un poste de travail, le mannequin instrumenté permettrait l’estimation de la dose efficace E à ±25 % pour la gamme d’énergie de 50 keV à 4 MeV. Cette estimation est donnée dans le cas d’une correction parfaite de la réponse des détecteurs par rapport au tissu-mou. De plus, la plus value du mannequin instrumenté sur la précision de l’estimation de E a été démontrée par comparaison aux valeurs obtenus pour l’équivalent de dose individuel Hp(10) pour les configurations étudiées.
A la suite de cette étude, la précision de l’estimation pourra être améliorée en modifiant les positions des détecteurs par rapport aux doses déposées dans les futurs fantômes de référence de la Commission Internationale de Protection Radiologique. Une adaptation du projet aux champs mixtes photon-neutron pourra également être menée.