Autres propriétés des scintillateurs plastiques

Dépendance au débit de dose

Beddar et al. ont caractérisé la réponse d’un scintillateur plastique BC-400 à des débits de dose de 80, 160, 240, 320 et 400 cGy/min avec un faisceau de photons d’énergie 6 MV et ont observé une réponse stable à l’intérieur de ± 0.05 % [51]. Archambault a aussi caractérisé la réponse d’une fibre scintillante plastique BCF-12 à des débits de dose allant de 200 à 560 cGy/min en variant la dose par pulse et il a observé un comportement linéaire avec un coefficient de régression de 0.99986 [52].

Dépendance à la température

Wootton et al. ont caractérisé les effets des variations de température sur les doses mesurées par des détecteurs à fibres scintillantes plastiques et sur les spectres optiques associés aux différentes composantes (fibre scintillante, agent de couplage, fibre optique) pour l’intervalle entre 15 et 40◦C [53]. Les résultats obtenus à l’aide d’un spectromètre

ont montré des changements non-uniformes des spectres d’émission des fibres scin- tillantes plastiques BCF-60 et BCF-12 (St-Gobain Crystals, Hiram, OH, USA). Ces changements sont caractérisés respectivement par une diminution maximale de la scin- tillation émise de 0.6 % pour la longueur d’onde 510 nm et de 0.3 % pour la longueur d’onde 410 nm par degré Celsius d’augmentation. L’intensité totale du spectre lumineux décroît de 0.32 %/◦C pour la fibre scintillante BCF-60 et de 0.13 %/◦C pour la fibre scintillante BCF-12. Les résultats ont aussi montré que l’atténuation de la fibre optique plastique Eska GH-4001 (Mitsubishi Rayon Co., Ltd., Tokyo, Japan) n’est pas affec- tée par les changements de température puisque la distribution spectrale et l’intensité totale du rayonnement Čerenkov demeurent constantes. Par contre, il fût observé que l’efficacité de transmission de l’agent de couplage (colle cyanoacrylate) est caractérisée par une diminution d’environ 0.2 %, localisée principalement dans la région spectrale entre 500 et 600 nm, par degré Celsius d’augmentation.

Selon Wootton et al., la différence de comportement entre les fibres BCF-60 et BCF- 12 serait attribuable à la présence du soluté scintillant secondaire (wavelength shifter) dans la fibre BCF-60. Ceci est cohérent avec les travaux de Rozman et al. qui ont montré que la dépendance en température des scintillateurs à base de polystyrène varie fortement selon le type de soluté scintillant utilisé [54]. La dépendance en tempéra- ture des scintillateurs plastiques est donc un facteur important à considérer lors de la conception d’un détecteur. Par exemple, Beddar et al. ont caractérisé la réponse du scintillateur plastique BC-400 et leurs résultats ont montré que l’intensité lumineuse varie moins de ± 0.5 % entre 10◦C et 50◦C et demeure constante entre 17 ◦C et 27◦C. Par ailleurs, Wootton et al. ont déterminé que les doses mesurées avec les détecteurs à fibres scintillantes plastiques diminuent d’environ 0.5 %/◦C pour une fibre scintillante BCF-60 et de 0.09 %/◦C pour la fibre scintillante BCF-12 lorsque la température aug- mente [53,55]. Ces variations sont caractérisées par une relation linéaire dans le cas de la fibre BCF-12 et par une relation non-linéaire dans le cas de la fibre BCF-60. Une méthode de discrimination spectrale (voir section 2.3) a été utilisée pour corriger la contribution du rayonnement Čerenkov et ainsi déterminer les doses.

Dommages causés par la radiation

Il est connu que l’efficacité de scintillation diminue en fonction de la dose reçue par les scintillateurs plastiques [49]. Ce phénomène est attribuable aux dommages causés par la radiation au solvant, aux molécules scintillantes et à la gaine du guide optique pour les fibres scintillantes. Parmi ceux-ci, l’effet dominant est la dégradation de la trans- 32

mission optique du solvant, dont l’importance s’accentue lorsque la longueur d’onde diminue [56]. Ceci cause un jaunissement apparent du plastique. Dépendamment de la taille des scintillateurs, l’altération du solvant affectera l’efficacité de scintillation selon une combinaison des deux mécanismes suivants : (1) la diminution de la transmission de la scintillation émise, et (2) la diminution de l’efficacité des transferts d’énergie entre le solvant et le scintillateur primaire et entre le scintillateur primaire et le scintilla- teur secondaire pour les systèmes à trois composés. Les dommages causés au solvant peuvent être de nature temporaire ou permanente. Pour les faibles doses, Wick et al. ont observé que l’atténuation des fibres scintillantes augmentait dans le spectre visible d’environ 0.25 % pour un parcours optique de 1 cm et une dose déposée de 60 Gy. Ils ont aussi observé que les dommages étaient principalement permanents et augmentaient linéairement avec la dose entre 0 et 2000 Gy [57]. Bross et al. ont, quant à eux, étudié les dommages causés aux molécules scintillantes et à la gaine des fibres optiques [58]. Pour une dose déposée d’environ 105 _{Gy par une source de cobalt-60, ils ont trouvé que}

le changement de la luminosité intégrée du spectre d’émission du scintillateur primaire, p-terphényle, était limité à 2 % et qu’aucun effet significatif associé aux dommages causés à la gaine optique des fibres n’était observable. Beddar et al. ont caractérisé l’effet total des dommages radiatifs sur un scintillateur plastique BC-400, de 1 mm de diamètre et de 4 mm de long, en mesurant l’intensité lumineuse en fonction de la dose déposée par une source de césium-137 [59]. Les résultats ont montré une réponse stable à l’intérieur de 1 % jusqu’à 1 kGy et une baisse de la scintillation de 2.8 % pour une dose cumulée de 10 kGy. Comme comparaison, les résultats montrent aussi une baisse de signal de 9 % pour une diode à photons et une baisse de 25 % pour une diode à électrons pour une dose cumulée de 10 kGy. Dans la pratique, l’effet des dommages radiatifs peut être corrigé en étalonnant au besoin le signal mesuré du scintillateur.