Brevet FR2389126A1 — publié le 19781124

'invention serapporte au contrôle non destructif de pièces. Elle concerne plus particulièrement l'examen des fissures que peuvent présenter certaines pièces, par exemple, des éléments de turbines à vapeur, d'alternateurs, ayant des formes et des dimensions telles que le recours aux méthodes courantes (gammagraphie, échographie par ultra-sons) est pratiquement exclu quand il s'agit de déterminer avec précision (résolution de l'ordre du mm par exemple) la forme et la position de la fissure. Bes techniques de détection au rayonnement gamma émis par un traceur radioactif injecté dans des volumes bien déterminés d'un corps sont bien connues, et appliquées notamment en électronique médicale nucléaire. Elles ne fourniraient toutefois pas une résolution suffisante dans le genre d'application envi sagée. L'invention a pour objet un appareil comportant des organes détecteurs du rayonnement gamma émis par un traceur radioactif injecté dans le volume occupé par la fissure à analyser et des organes de traitement des signaux en vue de déterminer la position de chaque point dudit volume, caractérisé par-au : moins deux détecteurs collimatés de façon à capter le rayonnement provenant de volumes élémentaires quasi-ponctuels et sensibles aux deux photons d'énergie différente semis is en cascade quasi- simultanément par un radio-élément approprié et par des circuits de coïncidence agencés pour sélectionner les signaux détectés provenant des photons- émis par lesdits volumes. élémentaires. Suivant un mode d'exécution préféré, les détecteurs sont deux scintillateurs à monocristal d'halogénure alcalin associés à un photomultiplicateur, sensibles aux deux photons gamma, d'énergie respectives 1,37 et 2,76 Mev, émis par le sodium 24, et les circuits de coïncidence comportent une voie lente sur l'une des dynodes du photomultiplicateur et une voie rapide sur l'anode. Bes diverses particularités, ainsi que les avantages de l'invention apparaîtront clairement à l'aide de la description ci-après : Au dessin annexé La figure n est un schéma de principe d'un appareil conforme à un mode d!exécution préféré de l'invention et La figure 2 représente la disposition relative des détecteurs. A la figure 1, on a représenté deux scintillateurs 1 et2 munis de collimateurs 3 et 4 et respectivement associés à deux photomultiplicateurs 5 et 6. Bes scintillateurs sont avantageusement constitués par des cristaux d'iodure de sodium EaI (Ul) de 7,6 cm d'épaisseur, qui détectent les photons'{1 de 1,37 Mev et j 2 de 2,76 Mev, avec des rendements dEbsorption de 74 % et 64 % respectivement.les photons multipliateurs sont du type Amperex 56 DVP/03, à réponse rapide et ayant des fluctuations extrêmement faibles sur les temps de transit.Beur alimentation à haute tension est faite par une chaîne potentiométrique classique en 7 et 8 respectivement. Bes sorties d'anode 9 et 10 sont respectivement reliées à des discriminateurs Il et 12, tandis que les sorties 13 et 14 sur la dixième dynode sont respectivement reliées à des préamplificateurs 15 et 16 respectivement. Ces préamplificateurs sont constitués par un transistor monté en suiveur d'émetteur et jouant le rôle d'un adaptateur d'impédance. lis sont suivis d'amplificateurs 17 et 18 respectivement, eux-mêmes reliés à des sélecteurs monocanaux 19 et 20, qui sélectionnent les impulsions en fonction de leur hauteur, laquelle est proportionnelle à l'énergie des photons respectifs 1 et Y 2. Becsélecteur 19 transmet une impulsion calibrée chaque fois qu'il reçoit un signal correspondant à 1, tandis que le sélecteur 20 transmet une impulsion calibrée chaque fois qu'il reçoit un signal correspondant à d 2.La 10ème dynode des photomultiplicateurs a été choisie du fait que la linearité de la relation entre hauteur des impulsions et énergie des photons incidents, y est particulièremenonne, ce qui facilite la sélection. Bes discriminateurs Il et 12 sont des circuits aptes à engendrer une impulsion calibrée aux instants où le front de montée de l'impulsion délivrée à l'anode du photomultiplicateur correspondant dépasse un seuil d'amplitude prédéterminé. Ce seuil est choisi un peu supérieur au bruit de fond duphotomultiplica- teur et, par conséquent, l'instant de déclenchement ne dépend pas sensiblement de l'amplitude de crête de l'impulsion. On sait par ailleurs J1-uedeux photons y 1 et j 2 émis par le sodium 24 se succèdent un temps très court, de l'ordre de la picoseconde, tout à fait négligeable vis à vis de la constante de temps du scintillateur.L'une de ces impulsions a une amplitude plus grande que l'autre, Si bien que les discriminateurs introduisent un décalage supplémentaire. Cependant, ces décalages sont très petits. Un détecteur à colndicence21 est agencé pour fournir une impulsion calibrée chaque fois qu'il reçoit, sur ses deux entrées respectives, des impulsions séparées par un intervalle de temps maximum très faible, d'ailleurs réglable (entre 5pO et 100 nanosecondes par exemple). Ce détecteur fournit donc une impulsion à chaque fois que les photons 1 et X 2 d'une même palpe sont res- pectivement captés par les deux scintillateurs. On remarquera que cette impulsion ne sera pas fournie si un seul des photons 1 et g 2 a été capté. Si l'on se référe à la figure 2, on voit que les détecteurs sont disposés de façon que leurs axe6 forment entre eux un certain angle, soit A leur point d'intersection.On peut montrer que la probabilité d'émission des photons j 1 et t dans deux directions faisant entre elles un certain angle, varie en fonction de cet angle, d'une valeur maximum à une autre-valeur maximum obtenues pour des anges O et 180 , en passant par un minimum pour un angle de 90 . Be minimum n'est situé qu'à 13 % en dessous du maximum pour le sodium 24. il en résulte que l'on peut choisi,pour les axes des détecteurs, les directions imposées par la forme de la pièce analysée, sans risquer de manquer la détection d'un point d'émission. En effet, la cadence d'émission des paires # 1 et # 2 est très rapide, si bien qu'une coïncidence sera, dans tous les cas ohtenue en un temps très court. On soulignera que si l'un des scintillateurs capte un photon autre que celui de la paire qui comporte le photon capté par l'autre scintillateur, la probabilité pour que les deux photons soient émis quasi-simultanément sera pratiquement nulle et, par conséquent, aucune coïncidence ne sera détectée. Autrement dt la coincidence ne peut résulter que de l'émission quasi-simultane de deux photons auroint À d'intersection des deux axes détecteur La position du point A est définie par des organes qui permettent de faire effectuer aux détecteurs un balayage de l'espace. De préférence, les deux détecteurs, montés sur un support commun, seront déplacés suivant deux directions rectangulaires X et Y définissant un plan de coupe de la pièce, au moyen de moteurs pas à pas et associés à des capteurs de position. On connaîtra ainsi, par chaque pas, la position du point A dans le plan de coupe, un troisème moteur pas à pas assurera un déplacement dans une direction Z perpendiculaire aux deux précédentes, de façon à déterminer des coupes successives. Pour chaque point A ainsi parfaitement repéré, l'appareil fournit un signal de coïncidence ou une absence de signal qui signifie que ce point fait partie ou non du volume marqué. Le marquage se fait en injectant dans la fissure une solution radioactive à l'aide d'un agent mouillant et pénétrant marqué par le radio-élément, selon des techniques bien connues. Bes informatBns de position et de coïncidence sont mises en mémoireMet traitées de manière connue (analyseur multicanaux ou ordinateur travaillant en ligne). L'impulsion de sortie émise par le détecteur 21 est retardée dans un organe de retard réglable 22/ appliquée à un autre détecteur à comncidences 23. Le retard ci=dessus est réglé à une valeur égale à la somme des retards que subissent les impulsions engendrées sur les 10èmes dynodes dans les amplificateurs (15-17- ou 16-18) et lesélecteur monocanal (19 ou 20). Ces retards sont de l'ordre de la microseconde, donc beaucoup plus considérables que ceux qui interviennent dans la voie anodique (9, 11 ou 10-12), laquelle qe comprend pas d'amplificateur et travaille sur le front de monel des signaux, donc est-rapide. Le sélecteur monocanal (19 ou 20) n'émet une impulsion que lorsque le signal qu'il reçoit -a atteint sa valeur de crête, si bien que la voie 45-17-19 ou- 16-18-20 est une voie lente. Le détecteur à coïncidence 23 émet un signal lorsqu'il reçoit une impulsion sur ses trois entrées simultanément, autrement dit lorsqu'il y a coïncidence à la fois sur les voies rapides et sur les voix lentes. On notera que la coïncidence sur les voies lentes ne peut intervenir que si les signaux fournis par les détecteurs ont l'amplitude requise,donc correspondent bien rades photons #1 et #2, tandis que la coïncidence sur les voies rapides exige une grande précision dans la simultanéité des signaux. La conjugai- son de deux sortes de voies réduit donc notablement la probabilité d'engendrer un signal de coïncidence ne correspondant pas à l'émission d'une paire # 1 # 2 à partir d'un même point. Bien entendu,pour une position donnée et repérée du point d'intersection des axes des détecteurs, ces derniers peuvent capter une émission provenant d'un point quelconque du volume d'intersection des deux angles solides délimités par leur collimateurs. L'erreur qui peut en résulter sur la position du point dtémission est inférieure au pas des déplacements, qui définit finalement la résolution spatiale. Bien que divers radio-éléments, -émettant deux photons gamma en cascade, peuvent être utilisés, le sodium 24 a été retenu de préférence, du fait que les photonsgu'il émet ont une énergie suffisante pour traverser les parties métalliques entre rant la fissure, que sa durée de vie est courte (15 heures), ce qui supprime rapidement la contamination et permet d'utiliser des activités élevées (quelques dizaines de millicuries), que l'intervalle qui sépare les émissions 1 et Y 2 est très court et que, comme on l'a expliqué ci-dessus, la probabilité de réception des deux photons dans deux directions décalées angulairement reste élevée pour l'angle le plus défavorable. il vs de soi que le circuit de coïncidence décrit et représenté pourra faire l'objet de variantes, sans s'écarter de l'esprit de l'invention. On pourra, en particulier, doubler chacune des voies lentes et rapides par une deuxième voie en parallèle. La deuxième voie lente sélectionne l'autre photon.- En ce qui concerne les voies rapides, il est possible, par réglage des seuils de déclenchement des discriminateurs de favoriser les deux photons respectifs sur les deux chaînes respectives. Bes deux chaînes de coïncidence sont reliées à une porte OU fournissant le signal logique de sortie de l'appareil. L'intérêt de cette variante est d'obtenir une coincidence quel que soit lue scintillateur qui capte un photon donné Y 1 et Y 2, donc de réduire le temps d'acqui -sition de l'appareil. Les organes du circuit sont d'un type connu. A titre d'exemple, on pourra utiliser les circuits commercialisés par la Société OR C, sur les numéros de référence 113 (pour les préamplificateurs), 490 B (pour les amplificateurs et les sélecteurs monocanaux), 414 A (pour le détecteur de coïncidences rapides), 416 A (pour l'organe de retard), 473 A (pour les discriminateurs), et 418 A (pour le détecteur de coincidences lentes). REvENDICAION 1. Appareil de contrôle non destructif, comportant des organes détecteurs du rayonnement gamma émis par un traceur radio actif injecté dans le volume occupé par un défaut dont il s'agit de repérer la position et les dimensions, et des organes de traitement des signaux en vue de déterminer la position de chaque point dudit volume, caractérisé par au moins deux détecteurs colli -matés de façon à capter le rayonnement provenant de volumes élémentaires quasi-ponctuels et sensibles aux deux photons d'énergie différente émis en cascade quasi-simultanément par un radio-élément approprié et par des circuits de coïncidence agencés pour sélectionner les signaux détectés provenant des photons émis par lesdits volumes élémentaires. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les détecteurs sont deux scintillateurs à monocrlstaldhalo- génure alcalin associé à un photomultiplicateur, sensibles aux deux photons gamma, d'énergies respectives 1,37 et 2,76 Mev, émis par le sodium 24, et les circuits de colncidence comportent une voie lente sur l'une des dynodes du photomultiplicateur et une voie rapide sur l'anode. 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé mn ce que les deux détecteurs sont orientés dans deux directions qui se coupent en un point d'exploration et par les moyens de -déplacer pas à pas ledit point d'exploration suivant trois coordonnées rectangulaires et d'en repérer la position à chaque pas. 4. Appareil selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la voie lente comporte des moyens de séparer, en fonction de leur amplitude, les signaux correspondant aux deux photons respectifs et d'effectuer une coïncidence sur leurs valeurs de crête, tandis que la voie rapide comporte des moyens d'effectuer une coïncidence sur les fronts de montée des signaux engendrés par les deux détecteurs.