Le dosimètre de retombées de Kearny : la précision sans électronique

Cet article s’appuie sur le document ORNL-5040 (version corrigée), « Le KFM, un compteur de retombées artisanal, mais précis et fiable », par Cresson H. Kearny, Paul R. Barnes, Conrad V. Chester et Margaret W. Cortner, publié par l’Oak Ridge National Laboratory en janvier 1978. Le document complet, y compris les schémas à l’échelle exacte, est dans le domaine public et peut être reproduit librement.

Il existe un équipement de survie si efficace que le Laboratoire national d’Oak Ridge a passé des années à le tester, l’a validé entre les mains de familles sans formation particulière, puis l’a distribué gratuitement. Il mesure les retombées radioactives avec une précision comparable à celle des instruments commerciaux de l’époque, qui coûtaient 600 dollars. Pas de piles. Pas d’électronique. Une durée de vie de plusieurs décennies.

Vous pouvez en fabriquer un à partir d’une boîte de Pringles vide, d’un peu de papier d’aluminium, d’une bande de plaque de plâtre et d’un rouleau de ruban adhésif.
C’est le « Kearny Fallout Meter », ou KFM. Cresson Kearny et son équipe l’ont mis au point à l’ORNL dans les années 1970 pour résoudre un problème concret : en cas d’urgence nucléaire, presque personne ne disposerait d’un dosimètre en état de marche. Le matériel de défense civile restait entreposé dans les villes. Les bulletins radio ne communiquaient que des moyennes mesurées à plusieurs miles de distance. Les personnes qui avaient le plus besoin de connaître le niveau de rayonnement autour de leur propre abri se retrouvaient donc à tâtons. Le KFM résout ce problème. Vous pouvez en fabriquer un en un après-midi. Je l’ai fait, et je vais vous faire part des écueils que j’ai rencontrés, pour que vous n’ayez pas à les subir.

Comment ça marche

Le KFM est un électroscope, l’un des plus anciens instruments de détection des rayonnements qui soient. Le principe est simple. À l’intérieur d’une boîte hermétique, deux minuscules lamelles de papier d’aluminium superposées sont suspendues côte à côte à des fils isolants. On charge ces lamelles d’électricité statique, la même charge que l’on obtient en frottant un ballon contre ses cheveux. Comme les deux lamelles portent la même charge, elles se repoussent et s’écartent l’une de l’autre. Plus la charge est importante, plus l’écart est grand.
Lorsque des rayons gamma traversent l’air à l’intérieur de la boîte, ils arrachent des électrons aux molécules d’air. Ces particules chargées dissipent la charge des lamelles, qui se rapprochent alors les unes des autres. Plus elles se referment rapidement, plus le niveau de rayonnement est élevé.

Pour lire le compteur, il faut regarder verticalement à travers un couvercle transparent vers une échelle millimétrique. Mesurez l’écart entre les lames avant et après une exposition chronométrée, soustrayez les valeurs, puis repérez le résultat sur un tableau. Vous obtenez ainsi le débit de dose en roentgens par heure. Pas d’alimentation électrique, pas d’étalonnage par rapport à une source de rayonnement. Conçus selon des spécifications précises, la géométrie et le poids des lamelles définissent l’étalonnage de manière permanente.

Oubliez la boîte de conserve

Les instructions d’origine préconisent une boîte en acier standard de 8 onces, d’un diamètre intérieur d’environ 29⁄16 pouces. Bonne chance. Les boîtes sont devenues plus grandes depuis 1978, et les dimensions indiquées dans l’ancien rapport ne correspondent plus à aucun produit disponible en rayon.

Voici ma solution : une boîte de Pringles en portion individuelle. Son diamètre est proche des spécifications d’origine, et ce qui m’a convaincu, c’est que le couvercle en plastique transparent correspond exactement au couvercle rigide et transparent dont le modèle a besoin. Pas besoin d’étirer un film alimentaire sur le dessus (le film alimentaire est bien trop fragile), ni de chercher un bout de plexiglas, ni de sacrifier un Tupperware. L’intérieur de la boîte, recouvert de papier d’aluminium, fait office de paroi métallique ; il n’est donc pas nécessaire de la doubler. Un seul récipient résout deux des problèmes d’approvisionnement les plus épineux de la construction.

Ce dont vous avez besoin

La plupart de ces éléments se trouvent déjà chez vous.
Pour le compteur :
• Une boîte de Pringles individuelle, vidée et nettoyée — couvercle compris
• Environ 2 pieds carrés de papier d’aluminium standard. Du papier d’aluminium ordinaire, pas du papier d’aluminium épais
• 6 pouces de fil de sonnette ou de tout autre fil fin isolé
• Environ 3 pieds du fil le plus fin et le plus propre que vous puissiez utiliser. Du nylon fin torsadé ou du fil dentaire en nylon non ciré est idéal. (Plus d’informations sur le fil ci-dessous — j’ai appris cela à mes dépens.)
• Un morceau de plaque de plâtre (plaque de gypse), d’environ un demi-pied carré, à cuire avec votre agent dessiccatif
• Du ruban adhésif : du ruban adhésif en tissu ou du ruban de masquage pour l’assemblage, ainsi qu’un rouleau de ruban adhésif transparent Scotch Magic pour la charge. Un peu de ruban adhésif de type « Band-Aid » ou tout autre ruban fin et souple pour les petits joints.
• Un crayon en bois, un cure-dent et deux élastiques résistants
• De la colle, si vous en avez. Une colle époxy à prise rapide (une heure) est idéale ; la colle pour maquettes d’avions convient également.
• Des gants en nitrile ou en latex

Pour le remplissage : un rouleau de ruban adhésif Scotch, du ruban d’emballage large ou un morceau de plastique rigide (règle, équerre de dessinateur, plexiglas, etc.) ainsi que du papier d’imprimerie sec.

Outils : une règle de 12 pouces, des ciseaux, une grosse aiguille à coudre, un petit couteau bien aiguisé, un marteau, une pince et un petit clou que vous pouvez aiguiser pour le rendre pointu. Vous pouvez également utiliser un petit foret à la place du marteau et du clou pour percer les trous.

Étape 1 : Fabriquer l’agent dessiccatif

Commencez par là. C’est l’étape la plus longue, et c’est la plus importante de toute la fabrication. Ne me croyez pas sur parole. Lorsque j’ai assemblé mon compteur pour la première fois, j’ai essayé de charger les feuilles avant d’ajouter le moindre agent dessiccatif. Il ne s’est rien passé. Pas le moindre scintillement. J’ai alors fait cuire une fournée de gypse, je l’ai versée dans la boîte, j’ai attendu 15 minutes pour qu’elle absorbe toute l’humidité, puis j’ai réessayé. Les feuilles se sont brisées dès le premier passage. C’est dire à quel point c’est important.

Voici pourquoi : les feuilles d’aluminium doivent rester parfaitement sèches. L’humidité conduit l’électricité et dissipe la charge des feuilles avant même que le rayonnement n’ait eu le temps de les atteindre. La solution, c’est l’anhydrite, un dessiccant que l’on fabrique en faisant cuire le gypse contenu dans les plaques de plâtre.

Découpez un morceau de plaque de plâtre d’environ 12 pouces sur 6 pouces. Retirez le revêtement en papier en le décollant ou en le trempant. Cassez le noyau de gypse blanc en morceaux ne dépassant pas un demi-pouce. Répartissez-les en une seule couche sur une poêle ou un plateau en aluminium plié, puis faites-les cuire à la température maximale de votre four, soit 400 degrés F ou plus, pendant une heure. (Vous n’avez pas de four ? Faites-les chauffer dans une poêle au-dessus d’une flamme jusqu’à ce que celle-ci devienne rouge mat.)

Dès qu’ils sont retirés de la source de chaleur, les morceaux se transforment en anhydrite et absorbent rapidement l’humidité. Scellez-les dans un bocal Mason tant qu’ils sont encore chauds — chaque minute d’exposition à l’air vous fait perdre du pouvoir absorbant. N’utilisez jamais de chlorure de calcium à la place ; il est corrosif et ronge le papier d’aluminium.

Étape 2 : Préparation de la boîte

Nettoyez la boîte et séchez-la. Vous n’avez pas besoin de la doubler ni de l’envelopper : l’intérieur de la feuille d’aluminium constitue la paroi de votre chambre. Vous devez percer quatre petits trous pour les fils d’arrêt : il s’agit de fils isolants tendus à l’intérieur de la boîte qui empêchent les feuilles chargées de se balancer contre la paroi et de décharger leur charge lorsque le compteur subit un choc. Placez-les symétriquement autour de la boîte, à environ un pouce sous le bord supérieur. Deux trous opposés l’un à l’autre pour un fil, deux autres à 90 degrés pour le second. L’ancien rapport comprend des gabarits à l’échelle exacte, qui vous permettront de vous en approcher, mais sur une boîte de Pringles, j’ai renoncé au gabarit enveloppant et j’ai simplement estimé l’emplacement à l’œil nu. Ce n’est pas très difficile.

Percez chaque trou à l’aide d’un clou aiguisé ou d’une perceuse, en calant un bâton ou un manche en bois à l’intérieur de la boîte pour ne pas l’écraser. Faites des trous juste assez grands pour y passer une aiguille, puis passez l’aiguille tout autour pour rabattre les bords tranchants vers l’intérieur. Faites passer un fil propre à travers les quatre trous pour former deux fils d’arrêt qui se croisent. Attachez de minuscules tiges en bois (des lamelles de 3⁄8 de pouce) aux extrémités à l’extérieur pour bloquer la tension, puis recouvrez les trous de ruban adhésif pour empêcher l’air de pénétrer.
Une règle s’applique tout au long de cette fabrication : ne touchez jamais les parties du fil situées à l’intérieur de la boîte. Le sébum de la peau détruit les propriétés isolantes du fil et épuise votre charge.

Étape 3 : Réaliser les feuilles en papier d’aluminium

C’est la partie la plus délicate, et c’est là que la plupart des premières tentatives échouent. Lisez tout avant de toucher au papier d’aluminium.
Il vous faut deux feuilles identiques, chacune composée de huit couches de papier d’aluminium standard. Découpez un morceau d’environ 4 pouces sur 8 pouces. Pliez-le en deux pour obtenir un rectangle de 4 pouces sur 4 (deux couches), puis à nouveau pour obtenir un rectangle de 2 pouces sur 4 (quatre couches), et encore une fois pour obtenir un carré de 2 pouces sur 2 (huit couches), en alignant parfaitement les bords lors de ce dernier pli afin qu’un coin soit parfaitement carré. Aplatissez la pile avec vos doigts jusqu’à ce qu’elle ressemble à une seule feuille.
Posez votre patron de feuille sur le papier d’aluminium en plaçant un coin sur ce coin carré, tracez-le avec un crayon bien taillé, puis découpez-le. Le long de la ligne de couture en haut, repliez le bord vers le haut à la verticale, puis redescendez-le pour former un ourlet plat. C’est dans cet ourlet que passe le fil de suspension.

Passons maintenant au fil, et c’est là que je vais vous épargner bien des tracas. J’ai utilisé les brins intérieurs d’une corde paracord 550 pour la mienne et je l’ai regretté. Ces petits brins s’emmêlent les uns aux autres et vous donnent du fil à retordre tout au long de l’opération. Utilisez le fil le plus fin possible. Du nylon fin torsadé ou du fil dentaire non ciré. Plus c’est fin, mieux c’est dans ce cas.
Coupez un morceau de 8,5 pouces, posez-le le long de la ligne de fil et fixez-le avec de minuscules morceaux de sparadrap ou une petite goutte de colle époxy sur un cure-dent. Le fil doit ressortir des deux coins supérieurs. Ne touchez pas le pouce de fil situé de chaque côté de la feuille. Répétez l’opération pour la deuxième feuille.

Étape 4 : Fixez les feuilles

Suspendez chaque feuille à l’intérieur de la boîte en faisant passer son fil par-dessus le rebord jusqu’au côté opposé. Le côté ourlé est tourné vers le mur ; les côtés lisses des deux feuilles se font face.
Sans tension, les lamelles doivent pendre côte à côte et se toucher, leurs bords supérieur et inférieur étant au même niveau. Regardez droit vers le bas : vous devez voir une seule ligne fine, sans espace ni ondulation. Si elles ne semblent pas correctes, refaites-les. C’est cette étape qui détermine si l’instrument fonctionne.

Fixez les fils avec du ruban adhésif uniquement à l’extérieur du rebord — jamais à l’intérieur. Ensuite, fabriquez le « support » : coupez un morceau de crayon d’une longueur de 1 pouce et fixez-le avec du ruban adhésif sur le côté de la boîte, juste en dessous de l’endroit où le couvercle s’emboîte, en veillant à ce que son extrémité supérieure se trouve à environ ¾ de pouce sous le bord supérieur de la boîte. Voilà votre support de règle pour effectuer des mesures reproductibles.

Étape 5 : Recouvrir la règle graduée et le fil de charge

C’est là que la boîte de Pringles prend tout son sens. Le couvercle fait office de cache : pas besoin d’étirer de film ni de découper de jupe. Découpez l’échelle millimétrique en papier à partir du patron et collez-la avec du ruban adhésif sur le dessus du couvercle, centrée sur les feuilles et perpendiculaire à celles-ci, la marque zéro se trouvant directement au-dessus du point de contact entre les feuilles. Cette échelle s’est transférée sur le couvercle sans aucun problème. (Le tableau des débits de dose ne s’enroulera pas proprement autour d’une boîte de Pringles comme c’était le cas sur l’original. Il suffit de l’imprimer et de le fixer avec du ruban adhésif sur le côté ou de le garder à côté du compteur.)

Fabriquez le fil de charge à partir de vos 6 pouces de fil isolé : dénudez les deux extrémités et formez un petit coude à angle droit à l’extrémité inférieure. Attachez deux fils de réglage de 2,5 pouces à un point situé à environ 2 pouces du haut. L’un doit être dénudé, l’autre muni d’un petit bout de ruban adhésif. Percez un trou dans le couvercle à ½ pouce du bord, directement au-dessus de la ligne médiane entre les feuilles, et enfilez le fil jusqu’à ce que son extrémité inférieure dénudée pende à environ 1⁄16 de pouce au-dessus des feuilles.
Enfin, déposez votre anhydrite à l’intérieur. Une seule couche au fond, sans empiler les morceaux, et aucun ne doit être assez haut pour toucher les lamelles. Refermez le couvercle. Lorsque vous n’utilisez pas l’appareil de mesure, rangez-le dans un bocal hermétique avec un agent dessiccatif supplémentaire ; l’humidité s’infiltre avec le temps.

Charger le compteur

Deux méthodes. Le ruban adhésif est plus rapide.

Méthode du ruban adhésif : Positionnez le fil de charge de manière à ce que son extrémité inférieure se trouve à environ 1⁄16 de pouce au-dessus des feuilles, maintenue par le fil de réglage adhésif. Déroulez un rouleau de ruban adhésif Scotch Magic de son dévidoir et tenez-le à un ou deux pouces du compteur. Déroulez rapidement 10 à 12 pouces de ruban. En maintenant le ruban déroulé bien tendu et perpendiculaire au fil, balayez lentement des deux mains sur le côté, au-delà du fil, pendant environ 2 secondes. La charge statique franchit un éclateur pour atteindre le fil et se propage jusqu’aux feuilles. Vous pouvez voir ou entendre une légère étincelle, et les feuilles s’écartent. Visez une distance d’au moins 15 mm.
Après la charge, soulevez le fil à l’aide des fils de réglage afin qu’il vienne se loger près de la face inférieure du couvercle. Cet espace empêche la charge de s’échapper. Ne touchez pas le fil.

Méthode du plastique et du papier : Pliez environ 20 feuilles de papier sec pour former un carré de 4 pouces de côté. Pincez fermement l’extérieur et frottez vigoureusement un morceau de plexiglas ou une règle en plastique sur le pli intérieur, en évitant de poser vos doigts sur les bords. Passez lentement l’extrémité chargée près du fil, à une distance de ¼ à ½ pouce. Répétez l’opération jusqu’à ce que les feuilles s’écartent. Cette méthode perd de son efficacité au-delà d’environ 85 % d’humidité. La méthode du ruban adhésif fonctionne jusqu’à environ 90 %. Au-delà, vous aurez besoin d’un seau sec.

Le seau sec

Un seau sec est un grand seau recouvert de plastique, contenant une tasse d’anhydrite au fond et muni de deux ouvertures pour les mains doublées de sacs, dans lesquelles on peut passer les mains sans rompre le joint étanche. Il permet de charger le compteur lorsque l’humidité extérieure vous en empêcherait autrement. Sa fabrication prend environ une heure. Le rapport original de l’ORNL explique en détail la procédure.

Lecture et utilisation

Placez l’appareil de mesure sur une surface plane. Posez une règle de 12 pouces sur le siège, posez votre sourcil contre le haut de celle-ci et regardez droit vers le bas. Repérez la position du bord inférieur de chaque feuille sur l’échelle et additionnez les deux chiffres : vous obtenez ainsi votre mesure. Ne relevez jamais une feuille touchant un filet d’arrêt et n’utilisez jamais une mesure inférieure à 5 mm.

Pour mesurer un débit de dose : chargez le compteur et notez la valeur indiquée. Exposez-le pendant l’un des intervalles indiqués dans le tableau, puis relevez à nouveau la valeur. Soustrayez la valeur post-exposition de la valeur pré-exposition, repérez cette différence dans le tableau et lisez la valeur correspondante à votre temps d’exposition. Vous obtenez ainsi votre débit de dose en roentgens par heure.

Exemple : Avant l’exposition : 17 mm. Après une exposition d’une minute : 5 mm. Une différence de 12 mm en une minute équivaut à 9,2 R/h.

À l’extérieur, tenez le compteur à environ 3 pieds du sol. Si la différence est inférieure à 2 mm, rechargez l’appareil et utilisez un intervalle plus long. Si la lecture après exposition descend en dessous de 5 mm, rechargez l’appareil et utilisez un intervalle plus court.

Signification des chiffres

Quelques repères tirés des recommandations de l’ORNL pour un adulte en bonne santé n’ayant pas subi d’exposition significative auparavant :
• Une dose de 6 R par jour peut être tolérée pendant deux mois maximum sans perte de capacité de travail.
• Une dose de 100 R en une semaine ou moins a peu de chances de provoquer une maladie grave.
• Une dose de 350 R en quelques jours est probablement mortelle en l’absence de soins médicaux.
• Une dose de 600 R en une semaine ou moins entraînera presque à coup sûr la mort en quelques semaines.

Le point encourageant souligné par les chercheurs : les retombées radioactives s’estompent rapidement. Un niveau local de 2 000 R/h une heure après une catastrophe nucléaire à proximité chute à environ 200 R/h sept heures plus tard et passe sous la barre des 20 R/h en l’espace de deux jours. Un abri recouvert de 2 à 3 pieds de terre peut réduire suffisamment votre exposition pour que la plupart des personnes se trouvant dans les zones les plus touchées puissent tenir le coup pendant les deux premières semaines, puis sortir à des niveaux tolérables. Le KFM est l’outil qui vous indique quand cette fenêtre s’ouvre et combien de temps vous pouvez y rester.

Quelques rappels essentiels

Votre agent dessiccant remplit sa fonction si le compteur chargé, laissé au repos, ne perd pas plus de 1 mm en 3 heures. Au-delà de cette valeur, remplacez l’anhydrite.

Veillez à ce que tous les filets restent propres et ne touchez jamais les parties internes de la boîte. Des filets contaminés épuisent la charge et donnent des mesures erronées. Préférez toujours des filets fins aux filets épais. Encore une fois, évitez d’utiliser du paracorde à l’intérieur.
Fabriquez-en un dès maintenant, dans des conditions calmes, et entraînez-vous à le charger et à le lire avant d’en avoir besoin. Ensuite, fabriquez-en un deuxième. Lors des essais sur le terrain menés par l’ORNL, les familles qui ont réussi sont celles qui s’étaient entraînées.

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