Brevet FR2568379A1 — publié le 19860131

i La présente invention concerne un matériau analytique à base de feuilles de polymère pour la dosimétrie dans des installations de production de rayonnements ionisants. Ces dernières années, on a constaté une augmentation très nette de la mise au point et de l'application d'accélé- rateurs d'électrons et d'installations d'irradiation par les rayons X et gamma. Ces installations sont employées dans de nombreuses formes d'applications en fabrication et en recherche. Le traitement chimique sous rayonnement de produits de différentes espèces offre, en raison des gains de qualité très nets, qui souvent sont obtenus sans formation de sous-produits nuisibles, d'énormes avantages, qui par ailleurs la plupart du temps ne peuvent être obtenus que par cette voie. Le développement des propriétés avanta- geuses et leur régulation reproductible permanente supposent la connaissance de la dose d'énergie et la répartition de celle-ci ou bien respectivement, outre cette information, son contrôle permanent dans les processus de fabrication continus. Alors qu'on peut constater aujourd'hui que des conditions performantes ont été créées concernant la concep- tion d'installations d'irradiations, et que l'on dispose d'une technologie moderne des rayonnements, le domaine important des problèmes de mesure, donc la dosimétrie fiable des rayonnements n'a donné lieu qu'à des développements insuffisants. Dans les matériaux analytiques peu nombreux connus jusqu'à maintenant, la plupart du temps, on emploie les feuilles de polymère les plus diverses, qui peuvent aussi comprendre des colorants (Kaindl, K. u. Graul, E.H. "Strahlenchemie-Grundlagentechnik und Anwendung" (chimie sous rayonnement, techniques de base et applications), Hâthig-Verlag, Heidelberg 1967; Boag. J.W. Radiation Res., volume 9 (1958, page 559). La molécule de colorant est détruite par action par exemple de rayonnements électroni- ques, de sorte que la diminution de la densité du colorant permet de dire quelle est la dose de rayonnement. (brevet CH-491 394, brevet DD 124 082). Ces matériaux sont fabriqués par exemple par emploi du colorant acide diméthoxydiphényl- bis-azo-8 amino-1-naphtol-5,7-disulfonique et du polymère acétate de cellulose (Faterparker, S.A., Patnis S.P., Angew, Makromol. Chem. 90 (1980), 69-81). L'hétérogénéité de la répartition du colorant dans le polymère et l'insuffisance des propriétés physiques de ces feuilles ne permettent pas d'applications étendues. On ne peut pas mesurer de dose de rayonnement élevé car la détérioration de la feuille qui intervient la rend inuti- lisable. On a aussi décrit des feuilles d'acétate de cellulose qui ne contiennent pas de colorants. Leurs propriétés sont telles qu'elles ne donnent pas satisfaction pour les doses de rayonnement relativement élevées, par exemple dans l'emploi pour les accélérateurs de haute performance. Ainsi la géométrie de ces feuilles varie nettement et les sollicitations dues aux rayonnements détruisent le squelet- te du polymère, ce qui fait que les feuilles deviennent très fragiles et donc inutilisables. Cette fragilisation marquée pourrait être évitée par emploi de feuilles de polyéthylène (Grânewald, Th, Rumpf G., Atompraxis 11 (1965) 2, pages 95-98; KUgler, I. et al, Atomenergie 4 (1959) 1, page 23). Mais ces feuilles non plus ne peuvent pas être em- ployées pour les doses d'irradiation très élevées. En outre, ces feuilles ont une dureté superficielle insuffisante, ce qui peut entraîner des détériorations mécaniques au cours du processus de mesure. D'autres feuilles pour dosi- mètres ne peuvent pas être employées à la lumière du jour sinon il se produirait une destruction ou une activation prématurée de l'agent de détection, ceci étant une condi- tion de manipulation qui s'oppose à un emploi universel. Pour cette raison, on fabrique des feuilles pour dosimètres en polyamide qui contiennent comme substances colorantes des dérivés aminotriphényliques radiochromes (brevet DD 045). Outre les inconvénients déjà décrits, l'emploi n'est possible que dans l'intervalle de O à 300 kGy. Un autre inconvénient de la plupart des feuilles connues jus- qu'à maintenant est leur sensibilité à l'humidité trop élevée, qui provoque des phénomènes de gonflement d'o résultent des variations de la géométrie et par conséquent de la précision de mesure. Le brevet US 3 450 878 décrit un procédé de dosimé- trie dans lequel la mesure de la dose se fait par déter- mination des variations de viscosité de feuilles de poly- esters irradiées et comparaison avec une courbe d'étalonnage. Les inconvénients de cet élément analytique sont le travail considérable exigé pour la détermination de la viscosité et l'erreur relativement grande dont est- entachée la mesure de viscosité de feuilles de polyester irradiées: en effet, sous l'influence d'un rayonnement de haute énergie, outre la dégradation de la chatne du polymère de base, il y a formation de groupes fonctionnels, qui sont capables d'in- téractions inter ou intramoléculaires et ainsi peuvent influ- encer la valeur de la viscosité d'une façon qui n'est pas définie. Ainsi actuellement, à l'échelle mondiale, on en est - arrivé à la situation suivante: alors qu'on assiste à un développement rapide de la construction et de l'emploi d'ins- tallations d'irradiation de hautes performances, pour les doses d'irradiation relativement élevées, on dispose de dosimétres à feuilles peu utilisables par suite du manque d'éléments analytiques appropriés. Le but de l'invention est la création de matériaux analytiques appropriés à la dosimétrie de rayonnements élec- troniques et bêta ainsi que de rayonnements X et gamma jusqu'à des doses d'énergie de 2500 kGy. L'objet de l'invention est la création et l'emploi de feuilles pour dosimètres pour la dosimétrie dans des installations d'irradiation, ces feuilles étant utilisables dans un intervalle étendu pour des valeurs les plus diverses, lesquelles feuilles conservent au cours des opérations de mesure leur géométrie, leur transparence et leurs bonnes propriétés physico-mécaniques. Selon l'invention, le matériau analytique pour la dosimétrie de rayonnements ionisants à base de feuilles de polymère consiste en des feuilles de téréphtalate de polyéthylène ayant une densité de 1,393 à 1, 397 g/cma, une épaisseur de feuille de 99 + 1 pm, une résistance à la traction de 200 + 10 N/mm2, un allongement de 100 + %, une cristallinité de 55 + 1,5 % et un retrait thermique inférieur ou égal à 1,5 %. Ces feuilles peuvent être employées dans un domaine de mesure non accessible jusqu'à maintenant, de 0 à 2500 kGy. Au cours des mesures, ces feuilles ne perdent pas leur transparence et leur géométrie n'est pas modifiée. Cet avantage d'une bonne stabilité géométrique persiste même à des humidités de l'air et des températures différentes. Avec ces feuilles, il n'y a pas de conditions res- trictives importantes d'utilisation. Un autre avantage est la très bonne résistance superficielle, qui supprime les éraflures dues aux essais mécaniques. Même dans le domaine de 300 à 2500 kGy qui n'était pas exploitable jusqu'à maintenant avec les feuilles de dosimètre, les avantages décrits sont conservés. Il est surprenant aussi que les feuilles fabriquées suivant un régime technologique et chimique rigoureux conser- vent dans une large mesure leurs bonnes caractéristiques physicomécaniques et ne deviennent pas cassantes sous l'effet des sollicitations par les rayonnements. L'exploi- tation de ces feuilles se fait grâce à la variation de leur transparence, qui est mesurée avantageusement à 340 nm. Il est aussi inattendu que les variations de la transparence des feuilles obtenues par suite de l'irradia- tion restent constantes dans les conditions climatiques les plus diverses et qu'il ne se produise pas de décalage des valeurs mesurées en fonction du temps. Ceci permet une exploitation sans problème même après les durées les plus diverses. Ces feuilles peuvent être archivées sans problème et présentent des valeurs mesurées inchangées même au bout de plusieurs mois, ce qui est un avantage considérable dans le cas de processus de fabrication et de mesure qui se déroulent sur des laps de temps assez importants. Un autre avantage est que même à des doses de rayonnement élevées, il ne se forme pas de produits de décomposition qui par exemple souillent la feuille et ainsi influent sur l'exploitation. Un autre avantage important des feuilles selon l'invention est leur possibilité d'exploitation uni- verselle avec les photomètres les plus divers, grâce à la longueur d'onde de mesure et à la préparation fossile des échantillons pour mesure par exemple par découpage. L'invention est expliquée plus en détail ci-après au moyen d'exemples. Exemple de réalisation Exemple 1 On prépare une feuille de téréphtalate de polyéthylène dont les paramètres physiques sont donnés dans le tableaul. Tableau 1 Paramètre Valeur Densité g/cm3 1,395 Epaisseur pm 99 Résistance à la traction N/mm2 204,5 Allongement % 108 Cristallinité % 55,8 Retrait thermique % * dans les deux directions inférieur ou égal à 0,8 * obtenu au bout de 30 minutes à 150 C. Exemple 2 Une feuille de téréphtalate de polyéthylene préparée conformément à l'exemple 1, est coupée à la dimension cor- respondant à la zone d'irradiation d'un accélérateur d'électrons, disposée de façon fixe dans le champ du rayon- nement et irradiée pendant une durée d'irradiation de secondes, à une intensité de dose dans le plan de mesure 8,3 kGy/s.. Par une mesure ponctuelle simple des diffé- rences entre les valeurs de la transmission, on détermine la répartition exacte de l'intensité de la dose dans l'ensemble du champ du rayonnement de l'accélérateur d'électrons. Pour la détermination, on prépare des échantillons de la feuille par poinçonnage ou découpage. Dans le tableau 2 est présentée la répartition de l'intensité de la dose d'un champ de rayonnement de 2,0 x 0,5 m. Les valeurs numériques montrent la dose relative au point de mesure. La grande régularité de la feuille permet d'analyser sans problème des champs de rayonnement relativement grands avec une seule feuille de dimensions correspondantes. Exemple 3 On découpe, dans la feuille pour dosimètre selon l'invention conforme à l'exemple 1 des morceaux de 2 cm x 2 cm et on en fait un paquet de 120 morceaux de feuil- les superposés. Après l'irradiation de courte durée (durée d'irradiation 4 s, intensité de la dose dans le plan de mesure de 8,3 kGy/s) de ce paquet de feuilles, d'après les diffé- rences entre les valeurs de la transmission des différentes feuilles, on obtient la répartition en profondeur de la dose qui dépend de l'énergie des électrons. Le tableau 3 et la figure 1 illustrent les résul- tats d'une installation d'irradiation à 3 MeV. Exemple 4 Dans une feuille de téréphtalate de polyéthylène préparée et irradiée conformément à l'exemple 2, on découpe des échantillons et on les soumet à différentes humidités de l'air et différentes températures. Jusqu'à 95 % d'humidité relative et jusqu'à 100 C, on n'observe pas de variations des résultats de mesure. D'autres échantillons de feuilles font l'objet de mesures sur une durée de 6 mois à des inter- valles de temps de 10 jours. Ces résultats non plus ne pré- sentent pas d'écarts par rapport aux valeurs obtenues dans l'exemple 2. Ceci confirme les excellentes propriétés de la feuille pour dosimètre. Tableau 2 Répartition de l'intensité de la dose du champ de rayonnement 2,0 m 0 0 0 0_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _i0_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ o o o o o o o o o oo 9 31 57 58 55 53 54 57 53 27 8 74 108 115 105 100 102 111 107 63 18 0,5 m 11 31 57 58 55 53 54 57 53 29 12 00 0 0 0 0 0 0 0 0 Vo Tableau 3 Répartition en profondeur de la dose obtenue à 3 MeV Masse superficielle ms Dose en profondeur relative g/m2 D % P 0 60,14 1 000 72,78 2 000 83,93 3 000 92,61 4 000 98,11 000 100,00 6 000 98,65 7 000 94,11 8 000 87,07 9 000 78,07 000 67,40 11 000 55,13 12 000 41,58 13 000 27,87 14 000 15,82 000 6,98 16 000 1,91 17 000 0,80 REVENDICATION Matériau analytique pour la dosimétrie de rayon- nements ionisants à base de feuilles de polymère, caracté- risé en ce qu'il consiste en des feuilles de téréphtalate de polyéthylène ayant une densité de 1,393 à 1,397 g/cm3 une épaisseur de feuille de 99 + 1 pm, une résistance à la traction de 200 + 10 N/mm2, un allongement de 100 + 10%, une cristallinité de 55 + 1,5 % et un retrait thermique à 1,5 %.