Brevet FR2652909A1 — publié le 19910412

La présente invention concerne un dispositif de localisation en temps réel de sources de rayonnement. Elle s'applique notamment à la localisation de sources de rayonnement susceptibles d'être contenues dans un local tel qu'une cellule à haute activité par exemple, ou présentes accidentellement dans un local. L'invention est un perfectionnement du dispositif décrit dans la demande de brevet français n 8500088 du 4 janvier 1985 (voir également le brevet US-A-4797701). Le dispositif décrit dans la demande mentionnée ci-dessus utilise, pour la localisation de sources de rayonnement, une chambre à sténopé dans laquelle sont placés un film sensible au rayonnement et un film sensible à la lumière visible de la zone dans laquelle sont susceptibles de se trouver les sources de rayonnement; l'obturateur, dont l'ouverture permet la prise de vue en lumière visible, est transparent au rayonnement des sources. Après développement de ces films et superposition de ces derniers, on peut localiser les sources de rayonnement dans leur environnement. Le dispositif décrit dans la demande mentionnée ci-dessus présente l'inconvénient de ne pas permettre la localisation des sources de rayonnement en temps réel; il oblige donc à travailler en aveugle quant aux sources détectées et à la durée de prise de vue nécessaire et il nécessite un délai de ement avant d'obtenir les résultats. développement avant d'obteni r Les résultats. La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient. A cet effet, la présente invention utilise, non plus deux films, mais un écran luminescent qui convertit le rayonnement des sources en un rayonnement lumineux et qui est transparent à la lumière de la zone observée, ainsi qu'une caméra qui est optiquement coupLée à l'écran et qui permet d'obtenir, sous forme de signaux électriques, une image de la zone et une image des sources. De façon précise, la présente invention a pour objet un dispositif de localisation de sources de rayonnement, susceptibles de se trouver dans une zone, ce dispositif comprenant une chambre à sténopé,dont les parois forment un blindage vis-à-vis du rayonnement des sources, et des moyens d'obturation de la chambre à sténopé, ces moyens d'obturation étant aptes à empêcher la lumière de la zone d'atteindre l'écran tout en étant transparents au rayonnement des sources, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend en outre dans la chambre à sténopé, en regard de ce sténopé, un écran luminescent, transparent dans le domaine lumineux et apte à convertir Le rayonnement des sources en un rayonnement lumineux, et en ce que le dispositif comprend aussi une caméra qui est optiquement couplée à l'écran et qui est apte à fournir, sous forme de signaux électriques, une image des sources, grâce au rayonnement lumineux qu'eLle reçoit de l'écran, et une image de la zone, grâce à la lumière qu'elle reçoit de 3 cette zone à travers l'écran lorsque les moyens d'obturation sont ouverts, la sensibilité de la caméra étant suffisante pour que l'on obtienne une image acceptable des sources, pour une efficacité donnée de l'écran quant à la détection du rayonnement, les images étant superposables et visibles grâce à des moyens de traitement et de visualisation des signaux électriques. Selon un premier mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention, la caméra est placée dans la chambre à sténopé et comporte une fenêtre d'entrée qui est placée contre l'écran. Selon un deuxième mode de réalisation particulier, la caméra est placée en dehors de la chambre à sténopé, et optiquement couplée à l'écran par l'intermédiaire d'un faisceau de fibres optiques dont une extrémité est placée dans la chambre à sténopé, contre l'écran. Dans une réalisation particulière de l'invention, la chambre à sténopé comporte un collimateur délimité par une paroi en forme de cône dont la partie la plus étroite constitue le sténopé. La chambre à sténopé peut comporter un collimateur délimité par une paroi en forme de double cône formé de deux cônes de même ouverture, opposés par le sommet, ce dernier constituant le sténopé. Le sténopé peut constituer un double diaphragme, à savoir un petit diaphragme permettant le passage de rayonnement radioactifs et de la lumière et un grand diaphragme permettant seulement le passage des rayonnements radioactifs. La caméra est de préférence une caméra de type à transfert de charges, à double étage d'intensification. Une telle caméra est particulièrement appropriée à la présente invention. En effet, un écran luminescent, qui est en outre transparent dans le domaine visible, est généralement peu efficace vis-à- vis d'un rayonnement tel que le rayonnement gamma, ce qui nécessite de lui associer une caméra très sensible. Le dispositif objet de la présente invention rendre en outre des moyens d'atténuation peut comprendre en outre des moyens d'atténuation escamotables, ces moyens d'atténuation étant prévus pour atténuer Le rayonnement des sources avant que celui-ci n'atteigne L'écran. Ces moyens d'atténuation permettent de déterminer l'énergie du rayonnement d'une source que L'on a Localisée, par comparaison de l'image de la source (relative au rayonnement émis par celle-ci) lorsque les moyens d'atténuation sont escamotés et de l'image de la source lorsque Les moyens d'atténuation ne sont pas escamotés. Enfin, le dispositif objet de l'invention peut aussi comprendre un télémètre orientable, disposé à proximité de la chambre à sténopé et apte à déterminer la distance de chaque source de rayonnement au dispositif. IL peut alors comprendre en outre une source de lumière orientable, solidaire du télémètre et prévue pour éclairer chaque source de rayonnement dont le télémètre doit mesurer la distance; de préférence, la Lumière correspondante appartient au domaine de sensibilité de la caméra. Dans une réalisation particulièrement intéressante, on utilise un télémètre comportant un laser, jouant simultanément le rôLe de source de lumière d'éclairage. Les informations de distance de chaque source de rayonnement au dispositif sont utilisées pour déterminer l'activité de ces sources. Le rayonnement des sources peut être un rayonnement gamma. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement Limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention, comportant une caméra placée dans la chambre à sténopé, et la figure 2 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention, comportant une caméra placée en dehors de la chambre à sténopé. Le dispositif conforme à l'invention, qui est schématiquement représenté sur la figure 1, est par exemple destiné à localiser des sources 2 de rayonnement gamma qui sont susceptibles de se trouver dans une zone telle qu'un local. Comme dans la demande qui est mentionnée plus haut et à laquelle on se référera, le dispositif représenté sur la figure 1 comprend une chambre 4 à sténopé, formée dans un corps 6 qui constitue un blindage de la chambre 4 vis-à-vis du rayonnement gamma. Ce corps 6 peut être fait d'un alliage approprié à base de tungstène, tel que l'alliage connu sous le nom "DENAL". La densité élevée de cet alliage lui confère un bon pouvoir d'atténuation des rayonnements; l'utilisation de ce matériau permet donc de réduire l'épaisseur du blindage et, par voie de conséquence, l'encombrement du dispositif et son poids. Le corps 6 peut comporter une partie périphérique 8 amovible, dans laquelle est insérée le reste 10 du corps, ce qui permet de choisir un blindage périphérique 8 de plus ou moins grande épaisseur suivant que l'activité des sources 2 environnantes est plus ou moins importante. On voit également sur la figure 1 des moyens portant la référence 12, qui symbolisent un support orientable du corps 6 et donc du dispositif. Le reste 10 du corps 6 comporte un collimateur 14 en regard de la chambre 4. La paroi du collimateur 14 est constituée de deux cônes de même angle d'ouverture, opposés par leur sommet commun qui est percé pour former Le sténopé 16. Comme dans la demande mentionnée plus haut, le collimateur 14 peut comporter, au niveau et autour du sténopé 16, une partie 18 opaque à la lumière (visible) qui provient de la zone examinée mais perméable au rayonnement gamma, pour tenir compte d'une éventuelle insuffisance d'activité des sources 2 de rayonnement gamma que l'on veut localiser (sténopé à double diaphragme). De plus, le collimateur 14 peut être interchangeable, ce qui permet de choisir un collimateur à simple ou double diaphragme d'ouverture adaptée à l'activité supposée des sources gamma 2 que l'on veut localiser. Le dispositif comprend en outre un obturateur mécanique 20 prévu pour empêcher la lumière visible de la zone de pénétrer dans la chambre 4, tout en laissant passer le rayonnement gamma. Cet obturateur 20 est un iris de type appareil photo, ou, par exemple, une plaque métallique qui est perpendiculaire à l'axe 22 du corps 6, située à proximité du sténopé 16, du côté de la chambre 4, et escamotable. Les mouvements de la plaque formant l'obturateur 20 sont télécommandés par des moyens électromécaniques 24 qui sont eux-mêmes commandés par un boîtier de télécommande 26. Ce dernier peut être placé à grande distance du dispositif si l'activité des sources est importante. Le dispositif comprend aussi, dans la chambre 4, en regard du sténopé 16, un écran luminescent 28 qui repose contre un épaulement circulaire interne du corps 6, au niveau de la base de la paroi conique du collimateur 14, paroi qui va en s'évasant vers la chambre 4. L'écran luminescent 28 est transparent dans le domaine visible et apte à convertir le rayonnement gamma des sources 2, qui lui parvient à travers le collimateur 14, en un rayonnement visible par une caméra 30 que le dispositif comprend en outre, dans la chambre 4, et qui est prévue pour fournir, sous forme de signaux électriques, une image de la scène que cette caméra observe à travers le sténopé 16 (lorsque l'obturateur 20 est ouvert). La fenêtre d'entrée 32 de la caméra 30 est plaquée contre l'écran 28, ce dernier étant ainsi placé entre le sténopé 16 et la caméra 30. L'écran 28 permet de détecter les photons gamma émis par chaque source 2 observée. L'interaction des photons gamma avec l'écran donne lieu à une émission de lumière visible qui tombe normalement sur la fenêtre d'entrée de la caméra. L'intensité de cette lumière visible dépend bien entendu de l'activité de la source et de la distance de celle-ci au dispositif mais également de l'efficacité de l'écran Luminescent 28 vis-à-vis du rayonnement gamma. Afin d'avoir une grande probabilité d'interaction entre les photons gamma et le matériau scintillateur dont est constitué l'écran, ce matériau est de préférence dense et a un bon rendement lumineux. De plus, il est préférable que l'écran soit mince (quelques mm d'épaisseur) pour que l'on ait une bonne résolution spatiale. De préférence, la caméra 30 est très sensible pour permettre l'utilisation d'un écran mince, fait d'un matériau scintillateur transparent dans le domaine visible, et a une bonne sensibilité de détection du rayonnement gamma à distance. IL est également préférable que la caméra 30 ait une bonne tenue en ambiance gamma et une bonne fiabilité, permettant des mesures quantitatives. mesures quantitatives. Le choix du matériau de l'écran dépend de l'activité des sources à localiser. Si l'activité est très faible, on peut utiliser un écran en NaI; si elle n'est pas trop forte, on peut utiliser un écran en germanate de bismuth (BGO) et si elle est forte, on peut utiliser un écran en matière plastique scintillante, suffisant pour la détection de rayonnements X, bêta,.... C'est ainsi qu'en 10 secondes, avec un écran en BGO de 3 mm d'épaisseur, on peut obtenir l'image d'une source de rayonnement gamma de Co de 2 Ci, placée à 3 m du dispositif avec une caméra du type à transfert de charges (CCD), à double étage d'intensification. A titre purement indicatif et nullement limitatif, on utilise une caméra 30 du genre de celle qui est commercialisée par la société LHESA, dont la sensibilité est de 107 Lux et qui comprend une fenêtre d'entrée 32 comportant des tronçons de fibres optiques, cette fenêtre étant suivie par un intensificateur d'image de première génération 34 qui est lui-même suivi par une caméra à transfert de charges LH 5038 qui porte la référence 36 sur la figure 1. Des moyens de couplage à tronçons de fibres optiques 38 relient la caméra 36 à l'intensificateur 34. Une telle caméra 30, contituée par les éléments 32 à 38 et protégée des rayonnements gamma par le blindage que constitue le corps 6, est suffisamment petite pour que le dispositif blindé dans lequel elle se trouve soit portable et puisse être introduit dans les ouvertures classiques ("canaux") des cellules de haute activité (ouvertures de passage de téLémanipulateur de 170 mm de diamètre par exemple). Le boîtier 26 est également prévu pour a caméra 30 et notamment pour remettre à commander la caméra 30 et notamment pour remettre à zéro le gain de cette caméra Lorsque l'obturateur 20 s'ouvre, compte tenu de La grande sensibilité de la caméra (cette remise à zéro pouvant aussi être asurée par une sécurité automatique). Le dispositif représenté sur la figure 1 est associé à des moyens 40 d'acquisition en temps réel, de traitement et de visualisation des signaux électriques fournis par la caméra 30. Ces moyens 40 d'acquisition, de traitement et de visualisation sont par exemple du genre de ceux qui sont commercialisés par la société ICAP sous le nom VISICAP. On peut leur associer des moyens 42 de recopie de l'écran qu'ils comportent à des fins d'archivage des images visualisées; de tels documents sont utilisables sur chantier, dans la présentation de rapports. Lorsque l'obturateur 20 est fermé, on obtient au bout d'un certain temps (quelques secondes, par..DTD: exemple 10 s) l'image des sources de rayonnement gamma. Cette image est stockée dans une première zone de mémoire des moyens 40. Ensuite, en commandant L'ouverture de l'obturateur 20 pendant une fraction de seconde, on obtient, de façon quasi-instantanée, une image (en 2 5 L5 umière visible) de la zone observée, dans laquelle sont les sources 2. Cette seconde image est également stockée dans une seconde zone de mémoire des moyens 40, distincte de la première zone de mémoire. Après traitement des images et notamment coloration des "taches" dues à l'activité des sources 2 afin de bien repérer ces sources et distinguer leur "luminosité gamma" de la luminosité (en lumière visible) d'objets qui sont présents dans la zone observée mais n'émettent aucun rayonnement gamma, la première et la seconde images sont affichées superposées sur l'écran des moyens 40, ce qui permet le repérage des sources de rayonnement gamma. Le dispositif représenté sur la figure 1 peut comporter en outre des moyens escamotables 44 d'atténuation des rayonnements gamma avant que ceux-ci n'atteignent l'écran 28. Les moyens 44 sont par exemple constitués par un écran en tungstène dont l'épaisseur peut être de l'ordre de 1 à 3 mm et qui est perpendiculaire à l'axe 22 du dispositif et placé à proximité du sténopé 16, du côté du cône du collimateur 14, cône qui est ouvert vers l'extérieur du dispositif. L'écran en tungstène et la plaque 20 peuvent être mobiles dans un logement approprié, ménagé dans le corps 6, ou disposés à l'entrée du collimateur. Des moyens électromécaniques 46 sont prévus dans le corps 6 pour commander l'escamotage et la mise en place de l'écran 44. Ces moyens 46 sont eux-mêmes commandés à partir du boîtier 26 prévu à cet effet. L'écran 44 permet d'évaluer l'énergie des photons gamma par transmission, l'intensité de la tache, relative à une source de rayonnement gamma, sur l'image des sources, étant plus faible lorsque l'écran 44 en tungstène obture le collimateur 14 que lorsqu'il est escamoté, et ceci, d'autant plus que l'énergie du rayonnement est faible. On peut également utiliser le dispositif lorsqu'on souhaite faire des mesures d'activité des sources 2. Pour faciliter et automatiser ce calcul, on munit le dispositif d'un télémètre laser 48 orientable, dont l'orientation est télécommandée au moyen d'un boîtier 50 prévu à cet effet. Un tel télémètre est commercialisé par la société ARIES. Le télémètre laser 48 est utilisé pour mesurer la distance de chaque source au dispositif. Sa rice est disposée par exempe dans e même zone émettrice est disposée par exemple dans le même plan que l'écran luminescent 28, ce dernier étant également choisi de façon à pouvoir convertir en un rayonnement visible par la caméra, le rayonnement qui est émis par le laser et qui se réfléchit sur les divers objets présents dans la zone et notamment les sources 2 (barreaux métalliques radioactifs par exemple). C'est ainsi qu'un écran en BGO est sensible à un faisceau laser infrarouge. Les sources 2 étant localisées grâce au dispositif et visualisées grâce aux moyens 40, on règle le gain de la caméra 30 à un niveau très faible et on déplace le faisceau du laser du télémètre 48 jusqu'à ce que ce faisceau tombe sur l'une des sources dont on veut calculer l'activité (l'activité reçue variant en fonction inverse du carré de la distance à laquelle on se trouve de la source), le déplacement du faisceau réfléchi étant suivi sur l'écran des moyens 40. L'ensemble VISICAP, muni d'une carte spéciale et relié au télémètre laser, fournit alors la distance cherchée et l'on peut alors déterminer l'activité de la source. A cet effet, on réalise au préalable un étalonnage avec des sources-étaLons dont on connaît l'activité et dont on mesure l'intensité lue par la caméra à une distance donnée et pour un réglage donné. Le dispositif conforme à l'invention, qui est schématiquement et partiellement représenté sur la figure 2, diffère de celui qui est représenté sur la figure 1 par le fait que la caméra 30 n'est plus dans la chambre 4 mais à l'extérieur du corps 6, dont elle peut être très éloignée, ce qui permet de la placer en dehors du local à contrôler, de la cellule à haute activité par exemple. Un faisceau de fibres optiques 52, aptes à conduire le rayonnement visible émis par l'écran et la lumière visible de la zone, relie l'écran 28 à la caméra 30 en traversant le corps 6. Une extrémité du faisceau de fibres aboutit normalement à l'écran et recouvre la surface de celui-ci. L'autre extrémité du faisceau aboutit normalement à la fenêtre d'entrée 32 de la caméra et recouvre cette fenêtre. La description précédente concerne la visualisation de sources gamma et met en oeuvre une caméra classique, sensible au rayonnement visible. L'invention n'est pas limitée à ce cas de figure et englobe notamment la détection de sources X et bêta (à l'aide d'un écran en matière plastique scintillante par exemple, comme on l'a déjà vu en page 8 de la présente description), ainsi que l'utilisation d'une caméra infrarouge enregistrant une image infrarouge de l'environnement. Outre son application à la recherche de sources radioactives, présentes accidentellement dans un local et qu'il permet de retrouver sans dommage pour les opérateurs, le dispositif de l'invention facilite considérablement les opérations d'intervention dans les cellules à haute activité. Il permet en effet d'identifier les objets actifs indépendants que l'on pourra déplacer, les éléments fixes qu'il faudra blinder ou découper, les zones contaminées qu'il faudra nettoyer. On pourra ainsi protéger le personnel d'intervention et définir la suite à donner au conditionnement des déchets radioactifs. REVENDICATIONS 1. Dispositif de localisation de sources (2) de rayonnement, susceptibles de se trouver dans une zone, ce dispositif comprenant une chambre (4) à sténopé, dont les parois forment un bLindage vis-à-vis du rayonnement des sources, et des moyens (20) d'obturation de la chambre à sténopé, ces moyens d'obturation étant aptes à empêcher la lumière de la zone d'atteindre l'écran tout en étant transparents au rayonnement des sources, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend en outre dans la chambre à sténopé, en regard de ce sténopé (16), un écran luminescent (28), transparent dans le domaine lumineux et apte à convertir le rayonnement des sources en un rayonnement lumineux, et en ce que le dispositif comprend aussi une caméra (30) qui est optiquement couplée à l'écran et qui est apte à fournir, sous forme de signaux électriques, - une image des sources, grâce au rayonnement lumineux qu'elle reçoit de l'écran, et une image de la zone, grâce à la lumière qu'elle reçoit de cette zone à travers l'écran lorsque les moyens d'obturation sont ouverts, la sensibilité de la caméra étant suffisante pour que l'on obtienne une image 2 5 acceptable des sources, pour une efficacité donnée de l'écran quant à la détection du rayonnement, les images étant superposables et visibles grâce à des moyens (40) de traitement et de visualisation des signaux électriques. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la caméra (30) est placée dans la chambre à sténopé et comporte une fenêtre d'entrée (32) qui est placée contre l'écran (28). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la caméra (30) est placée en dehors de la chambre à sténopé et optiquement couplée à l'écran (28) par l'intermédiaire d'un faisceau de fibres optiques (52) dont une extrémité est placée dans la chambre à sténopé, contre l'écran (28). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la chambre à sténopé (4) comporte un collimateur délimité par une paroi en forme de cône dont la partie la plus étroite constitue le sténopé (16). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la chambre à sténopé (4) comporte un collimateur (14) délimité par une paroi en forme de double cône formé de deux cônes de même ouverture, opposés par le sommet, ce dernier constituant le sténopé (16). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le sténopé (16) constitue un double diaphragme, à savoir un petit diaphragme permettant le passage de rayonnements radioactifs et de la lumière et un grand diaphragme permettant seulement le passage des rayonnements radioactifs. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la caméra (30) est une caméra de type à transfert de charges, à double étage d'intensification. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens d'atténuation escamotables (44), ces moyens d'atténuation étant prévus pour atténuer le rayonnement des sources (2) avant que celui-ci n'atteigne l'écran (28). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un télémètre orientable (48), disposé à proximité de la chambre (4) à sténopé et apte à déterminer La distance de chaque source de rayonnement au dispositif. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend une source de lumière orientable, solidaire du télémètre et prévue pour éclairer chaque source de rayonnement dont le télémètre doit mesurer la distance. 11. Dispositif selon les revendications 9 et 10, caractérisé en ce que ledit télémètre comporte un laser jouant simultanément le rôle de source d'éclairage des sources de rayonnement. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le rayonnement des sources est un rayonnement gamma.