DROID project: Development of a distributed fiber optic dosimeter
Projet DROÏD : Développement d'un dosimètre distribué à fibre optique
Résumé
For many years, fiber optics have been increasingly used in the field of dosimetry. Whether for medical or nuclear applications, scientists have developed various techniques of fiber-optic sensors, in which the fiber can either be the sensitive element [1], or serve only as a waveguide to interrogate a sensor placed At its end [2]. The 2011 incidents in Fukushima have motivated the development of new tools to improve the safety and monitoring of nuclear installations. The DROÏD project, financed by the investment program for the future, aims to improve the control of sensitive sites by developing a distributed dosimetry. For this purpose, a technology based on the radiation-induced attenuation (ARI) of an optical fiber is used, which will be measured along the fiber by a high-resolution reflectometer. It is thus sought to develop a sensor whose sensitivity will allow a dose measurement over a length of between ten meters and one kilometer. This distance makes it possible to move the interrogator away from the irradiated zone. There is currently only one such system developed by the Fraunhofer Institute [3] and installed at the DESY particle accelerator in Hamburg. It uses a phosphorus doped fiber whose ARI is read using a commercial reflectometer. This system, which is 140 m long, is capable of detecting a minimum dose of 3 Gy over 1.50 m of fiber. For applications targeted by DROID, the minimum detectable dose is lowered to 0.1 Gy over a shortest fiber length. For this purpose, it is necessary to develop a fiber whose sensitivity to radiation is considerably higher than the current fibers. We present here a comparative study of some sixty specially chosen optical fibers. The LPMC laboratory in Nice provided samples using the MCVD method. The various compositions tested involve combinations of rare earths, metals or more conventional dopants (P, Ge). The ARI of each fiber was measured, in situ, for one hour at a rate of 10 Gy / hr, as well as for one hour after the end of the irradiation. These characterizations were mainly performed at 4 wavelengths (850 nm, 1064 nm, 1300 nm and 1550 nm), at ambient temperature and with an injected optical power of less than 10 nW to minimize photobleaching phenomenon. The rare earth doped fibers, in particular with lanthanum, have a very high radiation sensitivity. Numerous parameters influence the response of fibers, such as coupling effects between dopants. The difficulty lies in analyzing these effects in order to optimize the composition of the radiation sensor. The most interesting results will be presented at the conference.
Depuis de nombreuses années, les fibres optiques sont de plus en plus utilisées dans le domaine de la dosimétrie. Que ce soit pour des applications médicales ou nucléaires, les scientifiques ont développé différentes techniques de capteurs à fibre optique, dans lesquelles la fibre peut soit être l'élément sensible [1], soit servir uniquement de guide d'onde pour interroger un capteur placé à son extrémité [2]. Les incidents de 2011 à Fukushima ont motivé le développement de nouveaux outils pour améliorer la sécurité et la surveillance des installations nucléaires. Le projet DROÏD, financé par le programme d'investissement d'avenir, vise ainsi à perfectionner le contrôle des sites sensibles en développant une dosimétrie distribuée. On a, pour cela, retenu une technologie basée sur l'atténuation radio-induite (ARI) d'une fibre optique qui sera mesurée le long de la fibre par un réflectomètre haute résolution. On cherche ainsi à développer un capteur dont la sensibilité permettra une mesure de dose sur une longueur comprise entre la dizaine de mètres et le kilomètre. Cette distance permet d'éloigner l'interrogateur de la zone irradiée. Il existe, à l'heure actuelle, un seul système de ce type développé par le Fraunhofer institute [3] et installé à l'accélérateur de particules DESY à Hambourg. Il utilise une fibre dopée phosphore dont l'ARI est lu à l'aide d'un réflectomètre commercial. Ce système, long de 140 m, est capable de détecter une dose minimale de 3 Gy sur 1,50 m de fibre. Pour les applications visées par DROÏD, la dose minimale détectable est abaissée à 0,1 Gy sur une longueur de fibre la plus courte possible. Il faut donc pour cela développer une fibre dont la sensibilité aux radiations est nettement plus élevée que les fibres actuelles. Nous présentons ici une étude comparative d'une soixantaine de fibres optiques spécialement choisies. Le laboratoire LPMC de Nice a assuré la fabrication des échantillons par méthode MCVD. Les compositions testées, très diverses, impliquent des combinaisons de terres rares, de métaux ou de dopants plus classiques (P, Ge). L'ARI de chaque fibre a été mesurée, in situ, durant une heure à un débit de 10 Gy/h, ainsi que pendant une heure après la fin de l'irradiation. Ces caractérisations ont été principalement faites à 4 longueurs d'onde (850 nm, 1064 nm, 1300 nm et 1550 nm), à température ambiante et avec une puissance optique injectée inférieure à 10 nW pour minimiser le phénomène de photoblanchiment. Les fibres dopées terres rares, notamment avec du lanthane, présentent une très grande sensibilité aux radiations. De nombreux paramètres influent sur la réponse des fibres, comme les effets de couplages entre les dopants. La difficulté réside dans l'analyse de ces effets afin d'optimiser la composition du capteur de radiation. Les résultats les plus intéressants seront présentés lors de la conférence.
Domaines
Optique / photonique
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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