Brevet FR2463420A1 — publié le 19810220

La présente invention concerne un convertisseur de photons non lumineux, dits photons d'entrée tels que photons X ou Y, en photons lumineux, du type comportant une couche de luminophore disposée sur le trajet desdits photons non visibles. L'invention concerne aussi une installation pour le contrôle non destructif de matériau tel que le béton armé ou précontraint. Les systèmes de radioscopie ou gaîmmascopie exis- 1O tant dans le domaine médical et industriel fonctionnent à poste fixe; c'est en effet la pièce à contrôler qui se déplace devant le système de contrôle, et ces systèmes utilisent des rayonnements-X de basse et moyenne énergie de 10 keV à 200 keV. Ces systèmes utilisent la plupart du temps comme convertisseur photons x/photons lumineux, un intensificateur d image (ou amplificateur de brillance), Un tel élément est relativement lourd et encombrant, quoique de faible dianètreet nécessite une alimentation haute tension. L'image formée, disponible à la sortie de cet intensificateur est analysée par une caméra de télévision et affichée à distance sur un écran de télé- vision. Ce type d'appareillage ne donne des images de très bonne qualité que si le rayonnement utilisé est de faible ou moyenne énergie et que si le matériau contrô- lé est de faible densité et peu diffusant. En revanche, ce même appareillage ne donne pas de résultat satisfaisant si le rayonnement utilisé est un rayonnement X ou e de forte énergie (jusqu'à 10 MeV), l'efficacité de conversion de l'intensificateur n'étant pas alors assez élevée, et si le matériau contrôlé est dense et très diffusant (cas du béton). C'est pourquoi la présente invention a d'abord pour but de proposer un convertisseur ayant une efficaci- té satisfaisante pour des photons d'entrée d'énergie supérieure à 200 keV. La présente invention a aussi pour but de propo- ser un dispositif - ou installation - de contrôle non destructif par radioscopie ou gammascopie donnant des images de bonne qualité sur des épaisseurs de bétons aussi importantes que possible, tout en pouvant utiliser les mêmes sources de rayonnement qu'en gammagraphie classique (Ir 192 et Cobalt 60). De plus, le disposi- tif proposé étant destiné à un emploi sur chantier, on doit s'attacher à sélectionner des composants de faible p poids, faibles dimensions et de très bonne résistance mécanique, avec le minimum de servitudes quant aux alimentations électriques nécessaires à son fonctionne- ment. Le convertisseur conforme à l'invention est caractérisé en ce que qu'il comprend en outre, en amont de ladite couche de luminophore, relativement au sens de déplacement des photons non lumineux d'entrée, une feuille métallique dans laquelle lesdits photons non lumineux sont convertis en photons non lumineux d'éner- gie inférieure, par collision Compton desdits photons de haute énergie sur des électrons de ladite feuille métallique. Avantageusement, l'énergie des phqtons non lu- mineux d'entrée est sensiblement comprise entre 200 keV et 10 MeV. Avantageusement, l'épaisseur de la feuille métallique est comprise entre 100 et 500)zn. Avantageusement, la feuille métallique comprend au moins l'un des métaux suivants: le plomb, l'or. Avantageusement, impnédiatement en amont de la couche de luminophore se trouve une couche réflectrice de la lumière. Avantageusement, la couche réflectrlce de la lumière est en oxyde de titane, L'installation de contrôle non destructif con- forme à l'invention est caractérisée en ce que qu'elle comprend: une source de rayonnement photonique non lumi- neux dirigeant un flux dudit rayonnement sur le matériau à contrôler, un filtre au plomb disposé en aval de ce matériau pour arrêter le rayonnement de basse énergie provenant de la diffusion dans ledit matériau du rayonnement issu de la s o u r c e, u n c o n - vertisseur tel que décrit plus haut, pour transformer les photons issus dudit filtre en photons lumineux,un miroir incliné par rapport au trajet desdits photons lumineux pour recevoir ces photons et les diriger sur l'objectif d'entrée d'une caméra de télévision, et un dispositif de visualisation d'image recevant le signal vidéo fourni par ladite caméra. Avantageusement, la source contient au moins l'une des substances radioactives suivantes Iridium 192 et Cobalt 60. Avantageusement, la source, d'une part, et l'ensemble de détection comprenant le convertisseur, le miroir et la caméra de télévision, d'autre part, sont chacun associés à des moyens de déplacement respectifs pourles déplacer dans au moins deux directions spatiales, ces moyens de déplacement étant commandables à distance. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réa- lisation et en se référant aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est un schéma d'une installation de contrôle non destructif selon un mode de réalisation de l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe transversale du convertisseur utilisé par l'installation de la figure 1; la figure 3 est un schéma d'un premier mode de mise en oeuvre de l'installation de la figure 1; - la figure 4 est un schéma d'un deuxième mode de mise en oeuvre de l'installation de la figure 1; - la figure 5 est un schéma d'un troisième mode de mise en oeuvre de l'installation de la figure 1; et - la figure 6 est un schéma d'un quatrième mode de mise en oeuvre de l'installation de la figure 1. L'installation représentée comprend: une sour- ce de rayonnement X ou, 1 dirigeant un faisceau de rayonnement de forte énergie 2 vers une masse en béton armé ou précontraint à inspecter 3. un filtre en plomb 4 ar- rêtant le rayonnement de basse énergie provenant de la diffusion dans le matériau 3 du rayonnement 2 issu de la source 1, un convertisseur 5 transformant les photons X ou tissus du filtre 4 en photons lumineux 6 formant une image de format convenable, par exemple de 30 cm x 40 cm, un miroir 7 disposé à 450 par rapport au plan 5a du con- vertisseur 5, ce miroir recevant la lumière 6 fournie par le convertisseur 5 et ayant un coefficient de ré- flexion élevé, par exemple de 0,97, pour la longueur d'onde d'émission du convertisseur 5, une caméra de té- lévision 8 analysant ligne par ligne l'image réfléchie par le miroir 7, cette caméra 8 étant, de préférence, à bas niveau de lumière, et étant équipée d'un objectif optique 8a de grande luminosité et de grande ouverture, par exemple ouvrant à f/0,95, et un dispositif de visualisation - ou moniteur - 9 visualisant l'image obtenue à partir du signal vidéo qui est fourni par la caméra 8 et qui est, le cas échéant, préalablement traité dans une unité de mémorisation-intégration 10 pour améliora- tion du rapport signal/bruit. Cette image peut égale- ment être enregistrée soit sur un magnétoscope 11, soit sur un enregistreur graphique d'image vidéo 12. Le rayonnement fourni par la source 1 est, de préférence, d'énergie comprise entre 200 keV et 10 MeV. Cette source 1 peut être une source au Cobalt 60 ou à l'Iridium 192; alternativement, cette source peut être du type comportant un accélérateur dirigeant un flux de particules chargées électriquement sur une cible. Les convertisseurs visible,ou X - visible connus ont généralement une efficacité - ou un rende- ment - très faible dès que l'énergie des photons X ou dépasse 200 keV. il était donc exclu d'utiliser un de ces convertisseurs dans l'installation d'inspection et/ou de contrôle présentement décrite. Le convertisseur représenté sur la figure 2 présente l'avantage de donner, à partir de photons X ou de haute énergie une image de qualité suffisante pour la recherche de défauts dans le btonoEn outre, un tel convertisseur n'est pas fragile, il est simple d'emploi et, notamment, il ne nécessite pas d'équipement électronique compliqué, et il est peu épais, léger, et disponible ou facile à réaliser - dans des dimensions identiques à celles des films radiographiques couramment employés 30 cm x 40 cm. Ce convertisseur comprend de façon jointive et de gauche à droite sur la figure 2: un support en carton 13, une feuille métallique de plomb ou d'or, 14 d'environ 250,pm d'6paisseur, disposée sur une face dudit support 13, une couche réflectrice en oxyde de titane TiO2, 15, d'environ 10 pm d'épaisseur, une couche fluorescente en ZnS Cd. Ag, 16 d'environ 1000 pm d'épaisseur et une couche protectrice 17 d'en- viron 10 pm d'épaisseur. Le fonctionnement de l'ipstallation d'inspec- tion - ou contrôle - qui vient d'être décrite est le suivant: Les photons X - ou X - issus du matériau à con- trôler 3 sont transformés en lumière visible par le con- vertisseur 5: l'image ainsi formée sur ce convertis- seur est reprise par le miroir 7 de coefficient de réflexion élevé (0,97), pour la longueur d'onde d'émis- sion du convertisseur 5, et analysée par la caméra de télévision à bas niveau de lumière 8. Le signal vidéo issu de la caméra 8 forme,à distance,l'image cherchée sur l'écran de télévision 9. Cette image peut être enregistrée soit sur le magnétoscope 11, pour examen ultérieur, soit sur l'enregistreur graphique d'images vidéo 12 pour archivage ou insertion dans un dossier. La qualité de l'image obtenue peut être améliorée à la sortie de la caméra 8 par l'unité de mémorisation- intégration 10 (amélioration du rapport signal/bruit, c'est-à-dire du contraste). Le fonctionnement du convertisseur 5 représenté à la figure 2 est le suivant: Le rayonnement U - ou X - 18 issu du matériau à contrôler 3 pénètre dans la feuille métallique de plomb ou d'or 14, disposée sur le support en carton 13 qui lui confère une rigidité suffisante. La feuille métal- lique 14 crée par diffusion Compton, des électrons et des photons diffusés d'énergie moindre, dont la somme est sensiblement égale a l'énergie primaire. Ces élec- trons et photons diffusés émergent de la feuille métal- lique 14 et pénètrent dans la couche fluorescente en Zn SCd Ag,16 d'épaisseur 1020 jm. Cette dernière émet alors une lumière visible de fluorescence. Une partie de la lumière ainsi créée étant dirigée vers l'arrière, une couche réflectrice en oxyde de titane 3 d'épaisseur 10 piu, renvoie la lumière vers l'avant et améliore donc la luminosité du convertisseur. Enfin la couche protectrice 17 de 10 pm assure àce conver- tisseur une bonne tenue aux poussières, rayures, etc. Ce type d'écran-convertisseur présente typique- ment une amélioration de luminosité de 12,8 %, par rapport à un écran fluorescent médical connu utilisé dans les mêmes conditions. Le contraste est augmenté de 12 %. D'autres mesures ont montré également que la luminosité de cet écran est produite en majeure partie par le rayonnement primaire issu du matériau à contrôler alors que dans le cas de l'écran médical connu, cette luminosité est due principalement au rayonnement diffu- sâ. La résolution limite de la chaîne complète de la figure 1 est celle du convertisseur, soit 1 pl/mm à 4 % de contraste. La chaîne dite de radioscopie télévisée ainsi constituée donne typiquement des images parfaitement exploitables jusqu'à une épaisseur de béton traversé de 45 cm pour une source de Cobalt 60 de 250 Ci, et lm d'épaisseur pour un accélérateur linéaire déli- vrant 700 rad/mn à lm sous 10 iqeV. Cette chaîne de radioscopie télévisée est avan- tageusement appliquée au contrôle de la qualité des in- jections de béton et au positionnement des câbles de précontraintes dans le béton. Pour effectuer ce contrôle, la source 1 et l'en- semble détecteur 4 et 5, 7 et 8, désigné ci-après sous la référence 19, doivent se déplacer en synchronisme de part et d'autre de la paroi en béton 30 à inspecter. Ceci sera réalisé par un "pilotage à vue" de l'ensemble suivant le principe de la figure 3. Selon le schéma de la figure 3, la source 1 et le sous-ensemble de détection 19 sont chacun associés à des moyens, respectivement 20 et 21, pour leur dépla- cement en X, et Z ou en X, Y et Z; les moyens 20 et 21 sont chacun commandés à distance par un dispositif de commande manuelle respectif 22 et 23. L'utilisation de la chaîne d'inspection sur les trois principaux types d'ouvrages en béton est illustrée aux figures 4 (pont caisson), 5 (pont poutre) et 6 (pont dalle). Pour ce dernier type d'ouvrage, la source 1 est, de préférence, un accélérateur linéaire. Sur les figures 3 à 6 les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références. La figure 6 montre, sur ses moitiés de droite et de gauche,deux modes de disposition de la chaîne d'inspection. Il est à noter que, selon les figures 3 et 4, les moyens de déplacement 20 et 21 sont mécaniquement indépendants l'un de l'autre, tandis que, selon la fi- gure 5, ces moyens sont solidarisés entre eux par un élé- ment de structure 24. Selon la figure 6, un seul moyen de déplacement 20 assure le déplacement des unités 1 et 19. L'installation dite de radioscopie télévisée en haute énergie qui vient d'être décrite est principalement destinée au contrôle des ouvragea d'art en béton précontraint, à partir d'un rayonnement X ou de forte énergie (de préférence de 200 keV à 10 MeV). Elle met en oeuvre un convertisseur spécial fluométallique spécialement étudié et fabriqué pour cette installation. Cependant, l'utilisation ci-dessus donnée de cette installation n'est nullement limitative. La chaî- ne de radioscopie télévisée décrite peut également trouver son application & chaque fois qu'une visualisation quasi instantanée de défauts internes à un matériau plus ou moins dense est nécessaire, à partir de rayonnement X ou 6 de forte énergie (par exemple dans l'industrie du bftiment, du bois, la métallurgie, etc.) et là o une ré- solution limite de 1 pl/mm a 4 % de contraste est suffisante. R E i E N D I C A T I ONS S 1. Convertisseur de photons non lumineux, dits photons d'entrée tels que photons X ou Y en photons lumineux, du type comportant une couche de luminophore disposée sur le trajet des- dits photons non lumineux, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, en amont de ladite couche de luminophore, relativement au sens de déplacement des photons non lumineux d'entrée, une feuille métallique dans laquelle lesdits photons non lumineux sont convertis en photons non lumineuc d'énergie inférieure, par collision Compton desdits photons d'entrée sur des électrons de ladite feuille matalliqueo 2. Convertisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'énergie des photons non lumineux d'entrée est sensible- ment comprise entre 200 keV et 10 MeV. 3. Convertisseur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'épaisseur de la feuille métallique est comprise entre 100 et 500 pm. 4. Convertisseur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la feuille métallique comprend au moins l'un des métaux suivants: le plomb, l'or. 5. Convertisseur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'immédiatement en amont de la couche lumino- phore se trouve une couche réflectrice de la lumière. 6. Convertisseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la couche réflectrice de la lumière est en oxyde de titane. 7. Convertisseur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la couche de luminophore est en ZnS Cd: Ag d'épaisseur comprise entre 600 et 1500 pm et, de préférence, d'environ 1 000 pm. 8. Installation de contrôle non destructif d'un matériau faisant application du convertisseur selon l'une des revendica- tions 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend: une source de rayonnement photonique non lumineux dirigeant un flux dudit rayonnement sur le matériau à contrôler, un filtre au plomb dis- posé en aval de ce matériau pour arrêter le rayonnement de basse énergie provenant de la diffusion dans ledit matériau du rayonnement issu de la source, un convertisseur selon l'une des revendications 1 à 7, pour transformer les photons issus dudit filtre en photons lumineux, un miroir incliné par rapport au trajet desdits photons lumineux pour recevoir ces photons et les diriger sur l'objectif d'entrée d'une caméra de télévision, et un dispositif de visualisation d'image, recevant le signal vidéo fourni par ladite caméra. 9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que la source contient au moins l'une des substances radio- actives suivantes: Iridium 192 et Cobalt 60. 10. Installation selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisée en ce que la source, d'une part, et l'ensemble de détection comprenant le convertisseur, le miroir et la caméra de télévision, d'autre part, sont chacun associés à des moyens de déplacement respectifs pour les déplacer dans au moins deux directions spatiales, ces moyens de déplacement étant commanda- bles à distance.