Brevet FR2618555A1 — publié le 19890127

Améliorations concernant un procédé de formation d'image radio-isotopique La présente invention concerne des améliorations à un procédé de formation d'image radio-isotopique, et la présente invention concerne en particulier la techniqu- connue sous le nom de "tomographie par émission de positons", qui est habituellement désignée par son abréviation anglaise "PET". Pour certains radio-isotopes, l'émission de positons est une partie caractéristique de leur processus naturel de désintégration. Lorsqu'un positon rencontre un électron dans un intervalle de temps très court après avoir été émis par un noyau désintégré, les deux particules s'annihilent mutuellement en libérant deux photons à des niveaux d'énergie caractéristique de 511 keV. Les deux photons sont émis dans des directions opposées, et ils sont détectés sur d2s côtés opposés de l'objet en cours d'investigation. Le niveau d'énergie du photon de 511 keV est suffisant pour traverser une épaisseur raisonnable de métal, telle que celle qui est susceptible d'être rencontrée dans un moteur d'avion à turbine à gaz par exemple. Au cours de la période d'exposition, une image est progressivement formée, laquelle enregistre la distribution et la densité de la source d'émission des positons. La technique de base a été décrite précédemment, par exemple dans la demande de brevet britannique GB-2159380A, "Analyse de Flux Fluidiques dans des corps creux", lorsqu'un flux fluidique, tel que de l'huile de lubrification, a été ensemencé d'un indicateur radio-isotopique. Les parties métalliques de la structure sont effectivement invisibles, même si une certaine atténuation du rayonnement se produit là o le métal est plus épais entre la source et un détecteur. C'est pourquoi des modèles informatiques ont été mis au point pour générer des facteurs de correction permettant de compenser les degrés variables d'atténuation que connaît le rayonnement. Dans-ces images "PET", les pièces métalliques sont invisibles, et seuls les fluides ensemencés apparaissent sur l'image de sortie du système de détection, révélant la densité et la présence du fluide, même si, afin d'aider à l'interprétation de ces images, un dessin des contours ou autre image similaire du mcteur est superposé(e). La présente inven ion fournit une amélioration des techniques précitées en permettant de produire des images des pièces du moteur, comme par exemple des dents d'engrenages, afin d'étudier l'usure, relever et fournir un cadre ou encore une image des contours par rapport auquel/à laquelle les flux de fluide marqués par le radio-isotope peuvent être étudiés. Selon la présente invention, un procédé de formation d'image radioisotopique d'une structure mécanique est caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à munir d'une couche superficielle, contenant un matériau radio-isotopique, au moins une partie de la structure, dans une zone d'intérêt. Comme on l'a exposé plus haut, dans les applications connues de tomographie par émission de positons utilisant des flux de fluide ensemencé à l'intérieur de structures métalliques, les pièces métalliques sont pour l'essentiel invisibles, et même si leur présence et leur forme peuvent dans certains cas être déduites de la forme des images du fluide, elles n'ont jusqu'à présent pas pu être directement observées. Afin d'étudier directement ces pièces dans des conditions de fonctionnement d'essai, on applique une couche superficielle au moins sur la zone d'intérêt, dentures d'engrenages par exemple. Les pièces en question, ou leurs parties qui sont ainsi enduites, produisent alors des émissions de positons auxquels les détecteurs de positons réagissent en produisant directement des images des pièces elles-mêmes. Les images ainsi obtenues peuvent être utilisées pour étudier l'usure, relever et fournir un cadre par rapport auquel les flux marqués par le radio-isotope peuvent être analysés. En faisant appel à des techniques d'appariement d'images, il est possible de superposer sur les images de la p'èce des dessins à l'échelle précis du moteur, afin d'étudier tant les pièces que les flux de fluide. Le marquage radio-isotopique des pièces peut être effectué en appliquant sur la zone d'intérêt une couche de vernis ou peinture ou similaire contenant le matériau radio-isotopique sous une forme liquide ou particulaire. Si l'on souhaite fournir une couche superficielle solidaire de la surface de la pièce, une autre possibilité est de bombarder la pièce d'ions adéquatement énergétiques à partir d'un accélérateur de particules, afin d'induire une réaction nucléaire appropriée dans une couche superficielle. Selon un autre procédé de revêtement superficiel, les isotopes actifs peuvent être intégrés dans une couche superficielle par un processus de deôp6t ou par un processus de recouvrement. Une couche active peut éga'ement être recouverte d'une couche métallisée, par métallisation sous vide par exemple, afin de protéger une couche active délicate de l'abrasion et de la dissolution, et afin également de fournir une couche retardatrice afin de ralentir ou arrêter les positons, réduisant ainsi la longueur du trajet libre avant que se produisent l'annihilation et l'émission de photons. Une gamme préférentielle d'isotopes adéquats, émettant des positons, qui peuvent être utilisés dans un vernis ou similaire de revêtement superficiel appliqué sur les pièces à étudier, comprend les isotopes indiqués à titre d'exemple au tableau 1. On a indiqué la période radioactive de chaque isotope. TABLEAU 1 Isotope Période radioactive Rb 82 1,3 minutes C 11 20 minutes Ga 68 68 minutes F 18 110 minutes I 124 4,2 jours Na 2 2,6 années Ti 45 3,1 heures Co 58 71 jours Zn 65 245 jours Parmi les isotopes énumérés à titre d'exemple dans le tableau ci-dessus, le Rubidium 82 est à même d'être produit en quantités importantes, bien que sa période radioactive soit relativement courte. Le Carbone 1i1 possède une période radioactive utilement plus longue, mais cependant encore suffisamment courte pour permettre une manipulation rapide des composants, ce qui peut être parfois un avantage. Dans la pratique, les isotopes du fluor, de l'iode, du sodium, du titane, du cobalt et du zinc sont susceptibles d'être intégrés dans la surface d'une pièce par des procédés de dépôt. Les isotopes ou la substance initiale de démarrage pour produire un isotope sélectionné (voir tableau 2 ci-dessous) peuvent être introduits par dépôt dans ou sur la surface d'une pièce, par exemple par un processus de métallisation sou, vide ou par un processus de recouvrement. Le tableau 2 indique des réactions adéquates pour fournir des couches superficielles, émettant des positons, solidaires de la surface de la pièce. A nouveau, on a indiqué dans chaque cas la période radioactive de l'isotope obtenu. TABLEAU 2 Réaction Période radioactive du produit Il B(p,n) 11 C 20,3 minutes 16 O(3He,p) 18 F 110 minutes Cu(p,n) 65 Zn 245 jours 56 Fe(p,n) 56 Co 77 jours 52 Cr(p),n) 52 Mn 2,7 jours 59 Co(p,3n) 57 Ni 33 heures 24 Mg ',dû 22 Na 2,6 années Les isotopes initiaux ou de départ pour les réactions énumérees au tab'eau 2 se trouvent communément dans les métaux et alliages industriels, même si la présence et la proportion d'une substance donnée dépend de la composition d'un alliage donné. Les réactions indiquées peuvent être produites en 5ombardant un objet contenant l'isotope de démarrage sélectionné par les particules citéee en premier lieu -notées entre parenthèses-, produites par un accélérateur de particules. Le niveau d'énergie exact des particules requis pour produire la réaction notée varie d'un cas particulier à l'autre, mais de tels niveaux sont bien connus et répertoriés dans les ouvrages spécialisés adéquats. D'une manière générale, des niveaux d'énergie de l'ordre de 10 à 20 MeV seront trouvés utiles, mais cette valeur ne peut être donnée que comme guide, et le niveau d'énergie exact doit être déterminé empiriquement, même si, étant donné qu'il n'est normalement pas possible de modifier le niveau d'énergie de sortie d'un accélérateur, on ne peut sélectionner que le meilleur niveau d'énergie disponible. Les exem;ples fournis aux tableaux I et 2 ne veulent en aucun cas être exhaustifs. On pourra trouver d'autres isotopes adéquats en plus de la gamme d'isotopes indiquée au tableau 1, et d'autres réactions en plus de celles indiquées au tab'eau 2, qui seront compatibles avec des techniques "PET" dans des applications industrielles en vue de former directement des images de p;èces et de structures. REVENDICATIONS 1. Procédé de formation d'image radio-isotopique d'une structure mécanique, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à munir d'une couche surperficielle, contenant un matériau radio-isotopique, au moins une partie de la structure, dans une zone d'intérêt. 2. Procédé selon la revendication l, caractérisé en ce que la couche superficielle consiste en une pellicule de vernis ou similaire contenant le matériau radio-isotopique. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau radio-isotopique est appliqué sous une forme liquide. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau radio-isotopique est appliqué sous une forme particulaire. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendication 2 à 4, caractérisé en ce que le matériau radio-isotopique est choisi dans le groupe comprenant le$ isotopes suivants:.Ga 68, F 18, I 124, Na 22, Ti 45, Co 58 et Zn 65. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche superficielle de matériau radio-isotopique est formée en bombardant la pièce en question d'ions adéquatement énergétiques. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le matériau radio-isotopique est produit par une réaction appartenant à un groupe comprenant les réactions 65 Cu(p,n) 65 Zn, 56 Fe(p,n) 56 Co, 52 Cr(p,n) 52 Mn, 59 Co(p,3n) 57 Ni, et 24 Mg (dA 22 Na. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche superficielle est produite par un processus de dépôt. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le processus de dépôt comprend la fourniture d'une couche métallisée.