Brevet FR2596192A1 — publié le 19870925

DISPOSITIF INDUSTRIEL POLYVALENT POUR TRAITEMENT PAR IRRADIATION GAMMA Domaine technique L'invention concerne un dispositif industriel polyvalent d'irradiation gamma, à l'aide en particulier de sources de cobalt 60. Ce dispositif permet d'irradier simultanément une pluralité de produits homogènes ou hétérogènes, en particulier des produits directement chargés sur leur palette de manutention d'origine. Etat de la technique Une grande variété de produits peuvent être soumis à irradiation gamma: 10 produits ou matériels alimentaires, produits chimiques,particulièrement les polymères,ou métallurgiques, emballages, produits ou matériels hospitaliers, médicaux ou pharmaceutiques, etc... dans différents buts: stérilisation, destruction de micro-organismes, modification de propriétés chimiques ou de surface, initiation et conduite de réactions 15 chimiques, catalyse, activations... Dans chacun de ces cas, le corps soumis à irradiation doit avoir reçu à l'issue du traitement une dose comprise entre un minimum et un maximum qui permet d'avoir l'effet recherché tout en évitant sa dégradation. Ce ratio dose mini exprimé en dose maxi gray (ou en rad) est déterminé pour chaque corps en fonction du but poursuivi. Les doses absorbées dépendent de l'épaisseur du corps, de sa densité, de la durée d'irradiation, mais aussi de sa position en distance par rapport à la source, de la présence d'écran le séparant de la source, etc... Elles dépendent également de la nature de la source 25 (cobalt, cesium...) de sa taille, de sa puissance ou de son intensité, de son âge, de sa forme, etc... L'irradiation se déroule à l'intérieur d'une enceinte formant écrap de protection biologique, appelée par la suite la cellule. Celle-ci abri30 te la (ou les) source(s) gama qui rayonne(nt) dans tout l'espace et se présente(nt) sous la forme d'une pluralité de crayons contenant la matière active, assemblés habituellement soit dans un cylindre, soit dans un ou plusieurs panneaux parallèles. Les produits à traiter défilent devant la (ou les) source(s), par exemple de chaque côté du pan35 neau ou même entre les panneaux en un ou plusieurs passages, à la même - 2 ou à différentes hauteurs et sous différentes orientations. Le transport des produits de l'extérieur de la cellule vers l'intérieur se fait par l'intermédiaire d'un labyrinthe et leur passage devant la (ou les) source(s) est assuré par un dispositif appelé convoyeur. Les convoyeurs doivent être équipés de telle façon qu'ils puisent accepter des colis de produits très divers en densité et. en spécification de traitement. Les convoyeurs à terre ou aériens transportent les charges à irradier disposées sur 2 ou 3 hauteurs dans des praticables ou des balancelles. Pour assurer l'homogénéité d'irradiation, l'épaisseur horizontale de la charge ne dépasse pas en général 60 cm, et le convoyeur peut assurer un ou plusieurs passages dans la cellule, les produits étant permutés d'étages entre chacun d'eux. Le chargement et le déchargement de ces petits conteneurs représentent des frais de manutention importants qui peuvent devenir dissuasifs quand la matière à irradier est elle-même peu coûteuse. Un système n'acceptant que des petits colis ne convient donc pas pour un traitement économique de charges épaisses. Il faut donc viser à traiter des char20 ges de plus grande épaisseur en lots rassemblés n'ayant pas à subir d'éclatement pour être chargés dans les convoyeurs. Le circuit du convoyeur à l'intérieur de la cellule est continu et tel que les charges y rentrant font deux ou trois trajets parallèlement au 25 panneau source s'en approchant à chacun d'eux, passent ensuite de l'autre coté du panneau, ou entre les deux panneaux avant de passer de l'autre c8té du deuxième panneau, et font de nouveau deux ou trois trajets parallèlement à cette deuxième face, mais cette fois s'en éloignant à chacun d'eux. Elles ressortent de la cellule par le labyrinthe. Dans 30 certaines réalisations, les charges peuvent changer d'étage après chaque passage devant la source. Ce défilement continu permet de présenter successivement les deux faces du praticable ou de la balancelle au rayonnement. La figure 1 donne la vue schématique en plan d'un exemple de réalisation de cellule selon l'art antérieur. Elle contient une seule source (1) 2596 1 92 - 3 sous forme d'un panneau plan; le convoyeur (2) introduit les charges (1l1) par un labyrinthe (3), dans la cellule délimitée par son enceinte (4) et passe par exemple trois fois (5, 6, 7 puis 8, 9, 10) devant chaque face de la source avant de ressortir. Avec un dispositif de ce genre, on voit qu'une charge déterminée passe systématiquement d'une zone peu exposée (5) par exempre, car éloignée de la source et protégée par l'écran formé par les rangs- (6) et (7), à une zone très exposée (7) au contact direct de la source et inverse10 ment. Ainsi, si on veut charger les conteneurs du convoyeur de produits hétérogènes en densité et/ou doses requises, on voit qu'il sera très difficile de régler les doses reçues en respectant les limites des ratios dose mini; de même la dispersion des doses reçues peut se montrer dose maxi très importante, la vitesse de défilement étant la même pour tous les produits et les effets d'écrans variables du fait de la diversité des produits. Dans le cas de charges homogènes, le dispositif est mieux adapté ou plus facilement exploitable, a condition de faire varier à la demande la vitesse de défilement et/ou l'intensité du rayonnement en changeant la composition de la source. Pour éviter les chargements et déchargements de produits dans les praticables ou balancelles, on peut envisager de les traiter directement sur leur palette d'origine servant habituellement à leur livraison et/ou manutention. Une telle charge unitaire présente alors une épaisseur horizontale de l'ordre du mètre, ce qui oblige à les irradier successi30 vement sur plusieurs faces de façon à ce que le produit situé au centre de la palette ait aussi reçu sa dose dans les limites prévues. L'irradiation des palettes est pratiquée par exemple, dans une réalisation connue, en utilisant une source cylindrique autour de laquelle un 35 convoyeur fait circuler les palettes à l'aide d'un système à carrousel comportant des dispositifs individuels assurant la rotation des palettes, 2 596 1 9 2 - 4 de façon à ce que toutes les faces des palettes soient irradiées, et assurant leur position en hauteur par rapport à la source. Un tel systeme présente l'inconvénient d'être complexe, peu productif, et de ne pas utiliser en permanence la source avec un bon rendement; en effet, d'une part, il est nécessaire de placer des écrans aux coins des palettes, qui sont des zones très exposées, pour éviter des surdosages, d'autre part, du fait de la complexité mécanique, la quantité totale de produits entourant la source est faible. L'objet de l'invention est de traiter une pluralité de produits de toutes dimensions, mais préférentiellement des produits sur palettes ou en autres conditionnements standards (caisses, palettes, conteneurs, bidons.. ) ou autres objets non fractionnables de grandes dimensions désignés par la suite sous le vocable de colis volumineux, en résolvant les problèmes dûs à la grande épaisseur horizontale des charges individuelles en même temps qu'à leur diversité (densité, rapport des doses mini acceptables, tout en améliorant le rendement maxi..DTD: d'utilisation du rayonnement de la source. Un autre objet est d'améliorer la productivité du traitement des colis de toutes dimensions, mais de préférence volumineux. Un autre objet est de traiter simultanément des produits soit identiques, soit différents par les densités et/ou les doses requises et/ou les 25 rapports de doses mini/maxi acceptables. Il est aussi, en cas de lots hétérogènes, d'accroître la souplesse de fonctionnement et de faciliter la gestion technique du traitement. Un autre objet est d'augmenter l'homogénéité des doses reçues par'lés 30 produits, autrement dit de diminuer l'écart entre les doses mini/maxi effectivement reçues. Un autre objet est d'augmenter le rendement d'utilisation de la source en évitant l'emploi d'écran absorbant. 2596 1 92 Description de l'invention L'invention est un dispositif simple destiné à irradier simultanément par rayonnement gamma une charge constituée d'une pluralité de colis de produits de toutes dimensions, volumineux ou non, fractionnables ou non, livrés en petits colis ou cartons, ou en conditionnement de plus grandes dimensions tels que palettes, caisses, conteneurs, bidons ou autres.... dans le but d'éviter au maximum les manutentions ou fractionnements de charges, de traiter des charges homogènes ou hétérogènes tout en facilitant la gestion technique du procédé, c'est-à-dire le contrôle de la dose recue par chacun des colis, et tout en augmentant l'homogénéité d'irradiation et le rendement d'utilisation de la source. Il comporte des convoyeurs de liaison équipés de praticables, qui in15 troduisent et évacuent les colis chargés sur un ou plusieurs niveaux (en général 3) dans la cellule par l'intermédiaire d'un labyrinthe, ladite cellule contenant les sources de rayonnement assemblées sous forme d'un ou plusieurs panneaux parallèles. Il est caractérisé en ce que le dispositif de convoyage est disposé à l'intérieur de la cellule, quand elle comporte un seul panneau source, selon: a) plusieurs lignes destinées au traitement par irradiation, indépendantes les unes des autres, parallèles et de part et d'autre du pan25 neau source, et plus longues que lui, de préférence trois de chaque côté. b) deux lignes de transfert des colis perpendiculaires à la direction du panneau source, situées de chaque côté de ce mur au droit des lignes a), qui alimentent et évacuent en produits à traiter lesdites 30 lignes a) individuellement, qui fonctionnent dans les deux sens et qui sont elles-mêmes alimentées et déchargées respectivement par les lignes d'alimentation ou d'évacuation des convoyeurs de liaison communiquant avec l'extérieur à travers le labyrinthe. Quand la cellule comporte deux ou plusieurs panneaux-sources paraleles, le dispositif de convoyage, en plus des éléments décrits ci-dessus, 2596 1 9 2 -6 peut comporter aussi une ou plusieurs lignes d'irradiation indépendantes situées entre les panneaux-sources et parallèles à eux. Le dispositif peut être illustré par la figure 2 qui représente une application particulière qui n'est pas limitative. En particulier, la cellule comporte deux panneaux-sources(1). L'alimentation de la cellule en colis se fait par un convoyeur de liaison (2), l'évacuation des colis par le convoyeur de liaison (3). Ces deux convoyeurs aboutissent dans le cas de la figure à un seul convoyeur de transfert (4); mais ils pourraient tout aussi valablement aboutir à l'autre (5), ou par des jeux d'aiguillage et de dérivation aboutir aux deux (2a) (3a), ou encore le convoyeur (1) pourrait aboutir seul au convoyeur de transfert 4 et/ou le 2 au 5, ou vice-versa. Parmi les branches de convoyeurs destinées au traitement (6) à (12), une seule (9) se trouve entre 15 les deux sources, mais il pourrait y en avoir plusieurs. Les convoyeurs peuvent être aériens ou implantés au sol, leur vitesse peut être constante; par contre, il est avantageux pour améliorer le rendement de la source, la productivité et profiter pleinement des 20 avantages du dispositif selon l'invention, d'avoir des vitesses variables en valeur et direction sur les convoyeurs de traitement et/ou de transfert. Un perfectionnement du dispositif consiste à pouvoir régler individuellement la distance séparant chaque ligne de traitement du (ou des) pan25 neau(x)-source. Le réglage peut être automatique ou manuel. Le dispositif selon l'invention, bien qu'il puisse être utilisé comme cela a été déjà dit, pour irradier une grande variété de produits de toutes dimensions, est préférentiellement utilisé pour traiter des pro30 duits volumineux et particulièrement chargés sur palettes. Pour les transporter, le convoyeur peut véhiculer des dispositifs individuels, sorte de racks ou praticables, non décrits, dans lesquels prennent place une ou plusieurs palettes superposées sur plusieurs niveaux, en général 3, le tout formant un colis. 35 Le passage des praticables d'une branche de convoyeur à une autre se -7 fait par un dispositif quelconque connu, tel que vérin, aiguillage, chariots de transfert..., non décrit ici. Les dispositifs pour changer de niveau les palettes ne sont pas décrits. 5Pour une utilisation optimale du dispositif selon l'invention, assurant ainsi la sécurité de l'opération et l'allègement de son coût, et en particulier pour effectuer les transferts, les changements de niveaux et autres manutentions des colis à distance, il est avantageux de commander ces mouvements à distance par microprocesseurs et ordinateurs. En cas 10 de besoin, des écrans absorbeurs peuvent être mis en place entre la ou les sources et les produits à irradier, mais, en règle générale, ce sont les produits situés sur les lignes de traitement intermédiaires, par exemple (8) et (10), qui jouent le r8le d'écran pour les autres, ce qui contribue à l'amélioration du rendement d'utilisation de la source 15 et à sa souplesse d'utilisation. Principe de fonctionnement Les convoyeurs destinés au traitement sont utilisés séparément les uns des autres.Ces files peuvent fonctionner: en défilement continu, c'est-à-dire qu'uncolis utilisera successivement 20 toutes les lignes. en défilement parallèle, c'est-à-dire qu'on fait circuler simultanément des produits identiques ou différents sur chacune des lignes utilisées en parallèle. en défilement mixte, certaines lignes pouvant servir à du défilement 25 continu, d'autres étant utilisées en parallèle. Les lignes 8 et 10 sont, en principe, réservées aux produits acceptant des doses élevées; s'ils sont absorbants, on peut alors traiter sur les lignes (7) - (11) et (6) - (12) des produits n'ayant pas besoin ou 30 ne supportant pas de doses élevées; s'ils sont peu absorbants, cela permet au contraire de mettre sur les lignes (7) - (11) et/ou (6) (12) des xbduits nécessitant des doses plus élevées que dans le cas précédent. Sur les lignes (7) - (11), il peut ne subsister que 8 % du rayonnement initial, et sur les lignes (6)-(12) que 1 %. 35 Les vitesses variables de ces convoyeurs permettent aussi d'ajuster les temps d'exposition, donc les doses reçues en tenant toujours compte 2 596192 -- 8 -des effets d'écran dus aux produits présents sur les lignes intermédiaires. Dans le cas de la figure 2, les praticables arrivant par le convoyeur (2), passent un par un sur le convoyeur de transfert (4) qui a reçu l'ordre d'acheminer chacun d'eux vers la ligne de traitement qu'il doit emprunter, déterminée par sa nature, la dose qu'il doit recevoir, et éventuellement l'absorption faite par les produits faisant écrans situés sur la ou les lignes entre le panneau-source et la ligne choi10 sie. En général, le praticable commence par passer sur une des lignes (6), (7) ou (8) puis, pour irradier son autre face, passe sur la ligne de transfert (5) qui l'amène sur la ligne de traitement (10), (11) ou (12) 15 symétrique de la prédédente. Il passe ensuite sur le convoyeur de transfert (4) qui l'envoie sur le convoyeur d'évacuation (3). On peut aussi faire passer un même praticable sur plusieurs lignes en allant de la moins exposée à la plus exposée, par exemple en passant successivement sur les lignes 6-12 - 7 - 11 - 8 - 10 - 9 - avant d'être éva20 cué. C'est ce qui peut se passer lorsque la charge traitée dans la cellule est homogène. Ce cycle peu être raccourci en ne le commençant par exemple qu'à la ligne (7). Ces cycles de traitement n'ayant été donnés qu'à titre illustratif, 25 on voit bien qu'un très grand nombre d'autres circuits peuvent être organisés selon les besoins, et qu'ainsi le dispositif selon l'invention donne une très grande souplesse d'exploitation. En particulier, grâce à leur éloignement de la source, les lignes (6), (7), (11), (12) permettent de traiter des produits denses ne tolérant que des doses mini faibles qui correspondent en général à des ratios doses mlnl faibles. maxi On voit que l'on peut traiter simultanément des charges hétérogènes, c'est-à-dire que sur chacun des couples de lignes (6) - (12) ou (7) (11) ou (8) - (10) les produits peuvent être différents. La charge 35 peut être aussi homogène sur toutes ces lignes de la cellule. -9 Ce dispositif permet, grâce à sa souplesse, de traiter des produits de toutes dimensions, mais préférentiellement des produits volumineux et en particulier des palettes complètes de produits; il supprime les manutentions de chargement et déchargement des praticables ou balan5 celles de petites dimensions utilisés habituellement, et autorise l'irradiation de colis non divisibles de grandes dimensions. Par ce biais, le champ d'application de l'irradiation peut être étendu à des produits peu coûteux. Cette amélioration de productivité est obtenue par un moyen simple faisant appel à des moyens élémentaires de manutention disponibles aisément sur le marché. Par ailleurs, le rendement d'utilisation du rayonnement de la source 15 peut être en permanence maximum en utilisant judicieusement sur les lignes de traitement des produits plus ou moins absorbants et/ou acceptant des doses plus ou moins élevées. Le dispositif selon l'invention permet aussi de traiter des produits de forte densité, de même que des produits ne supportant que des doses mini faibles (inférieures à 0,01 Mrad) avec une source puissante (supérieure à 3 x 106 Curie). - 10 REVENDICATIONS 1. Dispositif simple destiné à irradier simultanément par rayonnement gamma une charge constituée d'une pluralité de produits de toutes dimensions, homogènes ou hétérogènes, fractionnables ou non, chargés sur des praticables, permettant une amélioration de la productivité et du ren5 dement d'utilisation de la source, caractérisé en ce que le dispositif de convoyage des praticables est constitué, à l'intérieur d'une cellule d'irradiation contenant un seul panneau-source: a) de plusieurs lignes dites d'irradation indépendantes les unes des autres, parallèles, et de part et d'autre du panneau-source d'irradia10 tion; b) de lignes de transfert des praticables perpendiculaires à la direction du panneau-source, situées de chaque côté de ce panneau au droit des lignes d'irradiation (a) et les alimentant et les évacuant en produits à traiter, lesdites lignes de transfert étant elle-mêmes alimen15 tées ou déchargées par des lignes de convoyeurscommuniquant avec l'extérieur de la cellule. 2. Dispositif simple destiné à irradier simultanément par rayonnement gama une charge constituée d'une pluralité de produits de toutes dimensions,.homogènes ou hétérogènes, fractionnables ou non, charges sur des praticables, permettant une amélioration de la productivité et du rendement d'utilisation de la source, caractérisé en ce que la cellule contient deux ou plusieurs panneaux-source parallèles et que le dispositif de convoyage des praticables est constitué à l'intérieur 25 de la cellule: a) de plusieurs lignes dites d'irradiation indépendantes les unes des autres, parallèles et de part et d'autre des panneaux-sources, une ou plusieurs lignes d'irradiation se situant entre les panneaux-sources. b) de lignes de transfert des praticabbes perpendiculaires à la direc30 tion des panneaux-sources,situées de chaque c8té de ces panneaux au droit des lignes d'irradiation (a) et les alimentant et les évacuant en produits à traiter, lesdites lignes de transfert étant elles-mêmes alimentées ou déchargées par des lignes de convoyeurs communiquant avec l'extérieur de la cellule. 2596 192 - il 3. Dispositif simple destiné à irradier simultanément par rayonnement gamma une charge constituée d'une pluralité de produits de toutes dimensions, selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé èn ce que le dispositif de convoyage est implanté au sol. 4. Dispositif simple destiné à irradier simultanément par rayonnement gamme une charge constituée d'une pluralité de produits de toutes dimensions, selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif de convoyage est aérien. 5. Dispositif simple destiné à irradier simultanément par rayonnement gamma une charge constituée d'une pluralité de produits de toutes dimensions, selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on peut régler individuellement les distances de chacune 15 des lignes d'irradiation aux panneaux-sources. 6. Dispositif simple destiné à irradier simultanément par rayonnement gamma une charge constituée d'une pluralité de produits de toutes dimensions, selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caracté20 risé en ce que les lignes d'irradiation et/ou de transfert ont une vitesse constante. 7. Dispositif simple destiné à irradier simultanément par rayonnement gamma une charge constituée d'une pluralité de produits de toutes dimensions, selon l'une quelconque des revendications 'i à 5, caractérisé en ce que les lignes d'irradiation et/ou de transfert ont une vitesse variable. 8. Dispositif simple destiné à irradier simultanément par rayonnement 30 gamma une charge constituée d'une pluralité de produits de toutes dimensions, selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les lignes d'irradiation et/ou de transfert fonctionnent dans deux sens. 9. Dispositif simple destiné à irradier simultanément par rayonnement gamma une charge constituée d'une pluralité de produits de toutes dimensions, selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caracté- - 12 risé en ce qu'il s'applique préférentiellement à des charges palettisées 10. Dispositif simple destiné à irradier simultanément par rayonnement gamma une charge constituée d'une pluralité de produits de toutes dimensions, selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il s'applique préférentiellement à des colis de petites dimensions. 11. Dispositif simple destiné à irradier simultanément par rayonnement 10 gamma une charge constituée d'une pluralité de produits de toutes dimensions, selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les charges irradiées simultanément sont homogènes. 12. Dispositif simple destiné à irradier simultanément par rayonnement 15 gamma une charge constituée d'une pluralité de produits de toutes dimensions, selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les charges irradiées simultanément sont hétérogènes. 13. Dispositif simple destiné à irradier simultanément par rayonnement 20 gamma une charge constituée d'une pluralité de produits de toutes dimensions, selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que ledit dispositif est piloté à l'aide de microprocesseurs ou ordinateurs.