Brevet FR2680009A1 — publié le 19930205

PROCEDE POUR LA SURVEIINCE DE RADIATIONS ET DISPOSITIF POUR SA ALISE EN OEUVRE Pour déterminer l'existence de radiations et pour en mesurer la valeur, on utilise actuellement des témoins sensibles (ou échantillons) que l'on place dans des zones à risque pendant une durée plus ou moins longue, puis que l'on retire pour les soumettre à des opérations de mise en évidence et de mesure. On agit, par conséquent, de manière discontinue puisque les témoins restent sur place pendant une certaine durée, puis sont transportés loin de la zone à risque, sont éventuellement conservés, puis sont examinés dans des lo- caux non exposés, au moyen d'appareils. I1 existe actuellement deux méthodes essentielles pour la mise en évidence et la mesure des radiations ayant affecté un témoin sensible. La première repose sur le phénomène de la thermoluminescence, selon lequel de nombreux matériaux ayant été soumis à des radiations émettent ensuite une quantité de lumière proportionnelle à l'énergie totale cumulée reçue par radiation quand on les porte à une température relativement élevée. Pour cette méthode, il faut donc disposer de moyens de chauffage associés à des moyens optiques et il est impossible, en pratique, de réaliser ces moyens sous forme d'appareils légers et portatifs. Cette méthode est utilisée avec des témoins de faibles dimensions tels que des badges portés par le personnel-exposé puis remis à un service de contrôle disposant en laboratoire des appareils voulus. La seconde méthode repose sur un autre phénomène selon lequel un corps ayant été irradié émet aussi une quantité de lumière proportionnelle à l'énergie totale cumulée reçue, quand on les soumet à une illumination dite "de stimulation". Le corps est soumis à un rayonnement lumineux d'une certaine longueur d'onde et l'on observe que le corps émet un rayonnement lumineux d'une longueur d'onde inférieure, la différence étant significative d'une plus grande énergie mobilisée et, donc, de la présence d'une énergie accumulée par radiation. En mesurant la quantité de lumière émise, on déduit la "dose" d'irradiation cumulée. Cette méthode est plus récente que la première et présente l'avantage d'être mise en oeuvre par des moyens moins agressifs pour les témoins que ne l'est le chauffage, surtout quand il est appliqué de manière répétitive sur des témoins recyclés par économie. Cependant, on agit toujours de manière discontinue puisque l'on doit d'abord placer les témoins sensibles, puis les collecter, les transporter, éventuellement les conserver, et enfin les placer dans des appareils de mesure. Si la collecte des témoins est irrégulière et/ou si l'irradiation augmente plus rapidement que prévu, on ne connaît les résultats des mesures qu'avec un retard plus ou moins grand, retard qui peut avoir des conséquences graves sur le personnel exposé. A ces trois inconvénients importants : discontinuité, transfert des témoins et retard des résultats, les méthodes connues ajoutent celui d'une quasi impossibilité de contrôles in situ (c'est-à-dire sans déplacer les témoins sensibles) puisque l'on ne peut pas sérieusement imaginer d'utiliser des appareils portatifs, transportés sur les sites exposés et mis en oeuvre sur place, ne serait-ce qu'en raison du nombre élevé d'appareils et de personnes qui seraient nécessaires et du danger permanent d'irradia tion pour le personnel de contrôle. La présente invention s'écarte de toutes les méthodes connues, tout en s'appuyant sur des principes scientifiques connus et éprouvés, et remédie à tous les inconvénients énumérés ci-dessus. A cette fin, l'invention a pour objet un procédé pour la surveillance de radiations, notamment ionisantes, du type selon lequel on stimule un élément au moyen d'une illumination et l'on recueille, en vue d'une mesure, la luminescence éventuelle de l'élément résultant de son irradiation acquise soit depuis l'origine, soit depuis la dernière illumination, caractérisé en ce que l'on place dans un site exposé à des radiations, des capteurs immobiles permanents comprenant un élément sensible, que l'on place à distance du site exposé un appareil de stimulation optique de l'élément sensible des capteurs et un appareil de mesure de luminescence dudit élément sensible, que l'on transfère de l'énergie lumineuse de l'appareil de stimulation à au moins un capteur sur site, que l'on transfère corrélativement la luminescence éventuelle du capteur à l'appareil de mesure de luminescence et que l'on renouvelle ces opérations pour chaque capteur, sans déplacer les capteurs. Selon d'autres caractéristiques de ce procédé - on filtre la luminescence éventuelle à recueillir pour en éliminer la part qui provient de l'illumination de stimulation; - on effectue l'illumination de stimulation dans une zone du spectre de rayonnement moins énergétique que celle dans laquelle on mesure la luminescence éventuelle; - on effectue l'illumination dans une zone du spectre de rayonnement située hors de celle correspondant à la sensibilité de l'appareil de mesure; - on effectue l'illumination dans une zone du spectre de rayonnement de l'ordre de mille nanomètres et l'on effectue la mesure de la luminescence éventuelle dans une zone du spectre de rayonnement d'au plus neuf cents nanomètres;; - on transfère l'énergie lumineuse de stimulation au moyen d'au moins un guide de lumière du genre fibre optique, spécifique à cette fonction et l'on transfère la luminescence éventuelle au moyen d'au moins un autre guide de lumière du genre fibre optique, spécifique à cette fonction; - on transfère l'énergie lumineuse de stimulation et la luminescence éventuelle au moyen d'au moins un guide de lumière du genre fibre optique affecté aux deux transferts;; L'invention a également pour objet une installation pour la surveillance de radiations, notamment ionisantes, du type comprenant un appareil de stimulation émetteur de rayonnement et un appareil de mesure de luminescence auxquels doit être associé un élément susceptible d'avoir été soumis à des radiations, caractérisée en ce que l'installation comprend plusieurs éléments constituant des capteurs immobiles disposés durablement dans au moins un site exposé et reliés chacun individuellement et en permanence à au moins un organe de transfert à distance d'énergie lumineuse qui s'étend de chacun desdits capteurs à un dispositif de contrôle groupant des appareils de stimulation et de mesure de luminescence. Selon d'autres caractéristiques de cette installation - chaque organe de transfert à distance d'énergie lumineuse est relié en permanence au dispositif de contrôle; - des organes de transfert à distance d'énergie lumineuse sont reliés sélectivement à un même dispositif de contrôle; - chaque capteur est relié à deux organes distincts de transfert à distance d'énergie lumineuse, l'un étant destiné à l'illumination issue de l'appareil de stimulation et l'autre à la luminescence issue du capteur; - chaque capteur est relié à un seul organe de transfert à distance d'énergie lumineuse, organe qui est connecté à un coupleur directionnel associé au dispositif de contrôle et possédant deux liaisons, l'une avec l'appareil de stimulation et l'autre avec l'appareil de mesure de luminescence;; - les organes de transfert à distance d'énergie lumineuse sont constitués par des fibres optiques; - l'élément sensible de l'un au moins des capteurs est un corps solide monolithique; - le solide est un corps cristallin; - l'élément sensible de l'un au moins des capteurs est un corps pulvérulent; - l'élément sensible de l'un au moins des capteurs est constitué par un enroulement d'au moins une fibre optique; - l'élément sensible est une couche mince déposée sur un support; - l'appareil de mesure de la luminescence comprend un détecteur constitué par un photomultiplicateur; - l'appareil de mesure de la luminescence comprend un détecteur constitué par une diode. L'invention sera mieux comprise par la description détaillée ci-après faite en référence au dessin annexé. Bien entendu, la description et le dessin ne sont donnés qu'à titre d'exemple indicatif et non limitatif. La figure 1 est une vue schématique d'ensemble, illustrant une installation conforme à l'invention comprenant un appareil de contrôle et un seul témoin. La figure 2 est une vue schématique d'un appareil de contrôle conforme à l'invention, destiné à être raccordé sélectivement à plusieurs témoins. La figure 3 est une vue schématique d'ensemble d'une installation conforme à l'invention et utilisant une seule fibre optique pour la stimulation et pour la détection. En se reportant à la figure 1, on voit une installation conforme à l'invention qui comporte d'une part un capteur 100 et d'autre part un dispositif de contrôle 200, tous deux reliés par des fibres optiques 300 et 301. Le capteur 100 comprend une poudre luminescente 101 fixée sur un support 101a et des jonctions 102 et 103 pour les fibres 300 et 301. Le dispositif de contrôle 200 groupe un appareil 201 de commande, de mesure, un appareil 202 pour l'émission d'un rayonnement lumineux de stimulation et un ensemble 203 pour la réception et l'amplification d'une luminescence éventuelle de la poudre luminescente 101. Le dispositif de contrôle 200 présente des jonctions 204 et 205 pour les fibres optiques 300 et 301, la première, 300, devant recevoir le rayonnement lumineux de stimulation pour le conduire au corps cristallin 101, tandis que la seconde, 301, doit recevoir la luminescence éventuelle du corps cristallin 101 pour la conduire à l'appareil de mesure 201, via l'ensemble 203. Le dispositif de contrôle 200 comprend un bloc d'alimentation 206 devant être relié à une source de courant par un conducteur 207 et une fiche 208. L'émission du rayonnement de stimulation est avantageusement obtenue à partir d'une diode laser 209 alimentée par une ligne 210 provenant de l'appareil de commande 201. L'émission est pilotée par l'appareil de commande 201, grâce à un contrôleur d'intensité 211 qui reçoit le rayonnement d'illumination en retour et qui est relié à l'appareil 201 par une ligne 212. L'ensemble 203 comprend essentiellement une optique de réception 215, une unité de filtrage 216 et un photomultiplicateur 217 dont la sortie est reliée à l'appareil de commande et de mesure 201 par une ligne 218. Le fonctionnement d'une telle installation est le suivant Le capteur 100 est installé dans un site exposé à des radiations ionisantes symbolisées par deux flêches ondulées désignées par la lettre T. Ce site peut être d'accès difficile, dangereux ou être pratiquement inaccessible. L'élément sensible 101 constitue un témoin et sa nature est choisie en fonction de sa propension à absorber l'énergie des radiations T reçues et à en révéler l'existence par stimulation optique, ainsi qu'on l'a expliqué plus haut. Lorsque l'on veut mesurer l'irradiation du témoin, on génère un rayonnement lumineux dans la fibre optique 300 au moyen de la diode laser 209, ce rayonnement cheminant dans la fibre 300 selon les flêches F1, ce qui illumine l'élément sensible 101. Celui-ci émet alors, s'il a effectivement été irradié de manière sensible, une luminescence qui est captée par la fibre optique 301 et conduite par elle selon les flêches F2 jusqu'à l'entrée de l'optique 215, puis à l'unité de filtrage 216 destinée à éliminer le rayonnement de stimulation en retour, c'est-à-dire qui revient par la fibre 301, additionné à la luminescence étudiée et qui constituerait évidemment un facteur parasite dénaturant les résultats de mesure. Comme ce rayonnement est déterminé et connu, il est facile à éliminer par un calibrage approprié de l'unité de filtrage 216. A la sortie de l'unité de filtrage 216, le rayonnement capté et filtré aboutit au photomultiplicateur 217 qui génère un signal électrique correspondant, conduit à l'appareil 201 qui le mesure et affiche les valeurs obtenues, à destination du personnel de contrôle. Les mesures de doses d'irradiations cumulées se font pratiquement en temps réel et il est facile de les renouveler aussi souvent que les circonstances le nécessitent et, cela, sans aucune contrainte extérieure : pas de déplacement du témoin, pas de démontage, pas de remontage, pas de perte de temps et pas de risques pris par le personnel. Quand le corps luminescent a émis complètement sa luminescence sous l'effet du rayonnement de stimulation, il est remis dans son état initial et est donc régénéré, prêt pour un nouvel emploi. I1 devient alors possible de modifier considérablement les méthodes de contrôle. Le témoin restant en place et étant vérifié à distance, il est possible de contrôler en permanence et de manière efficace des sites actuellement négligés tels que des dépôts de déchets radioactifs, en surface, en sous-sol, dans des mines et des carrières désafectées, ou même sous l'eau. Actuellement, on procède de temps à autre à des prélévements plus ou moins cohérents, laissés à l'appréciation d'un personnel d'exécution qui n'est pas toujours enclin à effectuer un travail qui, pour être efficace, est dangereux, pénible et long. Grâce à l'invention, on peut déterminer de manière rationnelle les emplacements les plus significatifs d'une zone donnée pour y placer des témoins installés durablement selon des coordonnées précises et connues, ces témoins pouvant être consultés à tout instant, sans aucun danger et même sans aucun dérangement du personnel. I1 est d'ailleurs facile de coupler le dispositif de contrôle 200 et un appareil d'enregistrement et/ou de vérification automatique, éventuellement combiné à un système d'alarme, de sorte qu'il devient possible de rendre automatique le fonctionnement de l'installation et de libérer le personnel de surveillance pour l'affecter à d'autres tâches. Comme on le sait, les fibres optiques permettent le transport de rayonnement lumineux sur de longues distances avec des pertes relativement faibles puisqu'elles peuvent n'être que de deux pour cent pour une longueur d'un kilomètre. L'invention s'applique donc à la surveillance de témoins éloignés. Nais il ne s'agit pas que de distance car il arrive fréquemment que les contraintes soient plus physiques que géographiques ou spatiales. Ainsi, par exemple, il est utile de vérifier les radiations présentes à proximité d'un réacteur ou d'un appareil de physique nucléaire, ou encore dans des enceintes protégées par d'épaisses parois de béton, et, d'une manière générale, dans les zones où un danger radiatif est latent, tous lieux auxquels le personnel doit accéder périodiquement en prenant de grandes précautions pour sa protection. Afin de minimiser les risques encourus par le personnel, on est obligé, actuellement, d'accepter d'espacer les missions de contrôle, au prix de la sécurité générale, ou alors de supporter des frais d'exploitation très importants. L'invention élimine totalement ces inconvénients puisqu'elle rend possible de placer un ou plusieurs témoins dans les endroits les plus sensibles, les plus dangereux, et de les relier par des fibres optiques à des dispositifs de contrôle situés dans des locaux non exposés, ne seraitce qu'en faisant traverser les boucliers de protection, sur quelques mètres, par les fibres optiques. Sur la figure 2, on a représenté une variante de réalisation de l'invention selon laquelle une pluralité de capteurs sont reliés à un seul dispositif de contrôle. Les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références. Un moyen simple et peu coûteux consiste à prévoir sur le dispositif de contrôle 200 d'une part et à l'extrémité des fibres optiques 300 et 301 d'autre part des connecteurs respectivements 220-221 et 222-223 afin de pou voir débrancher les fibres optiques 300 et 301 d'un capteur 100 donné et de les remplacer par celles d'un autre capteur. Cette opération de permutation ne prend que quelques instants et permet, par conséquent, de réaliser des installations très économiques comprenant de nombreux capteurs 100 et un très petit nombre de dispositifs de contrôle, voire un seul. Les différentes fibres optiques destinées à la stimulation des capteurs sont symbolisées par des flêches 302 et les différentes fibres optiques destinées à conduire la luminescence sont symbolisées par des flêches 303. Naturellement, il est encore plus pratique de prévoir un montage plus élaboré, tel qu'un systeme optique à multiplexage permettant "d'interroger" les capteurs 100 sans modifier les branchements. Sur la figure 3, on a représenté un mode de réalisation selon lequel chaque capteur 100 ne comprend qu'une seule fibre optique 304 destinée aussi bien au transfert de l'illumination de stimulation selon les flêches F1 qu'à la luminescence selon les flêches F2. Pour cela, le dispositif de contrôle 200 est équipé d'un coupleur directionnel 225 qui reçoit l'extrémité de la fibre optique 304 et deux lignes 226 et 227 provenant respectivement de l'appareil 202 et de l'ensemble 203. I1 est impératif de réaliser l'illumination de stimulation selon une longueur d'ondes plus grande que celle de la luminescence. Par exemple, l'illumination peut se faire selon une longueur d'onde de l'ordre de 1.000 nanomètres tandis que la luminescence est mesurée dans une plage de 600 à 900 nanomètres. Dans ce cas, on peut se passer du filtrage entre rayonnement de stimulation en retour et luminescence puisque les longueurs d'ondes différentes sont exclusives l'une de l'autre et que le photomultiplicateur 217 ne détecte pas une longueur d'onde supérieure à 900 nanomètres environ. L'illumination est donc réalisée dans une zone du spectre de rayonnement située hors de celle correspondant à la sensibilité du photomultiplicateur 217. On remarque ici que le capteur 100 comprend un élément sensible 105 placé dans un boîtier 106 muni d'une fenêtre 107 et l'on a voulu montrer par là que l'élément sensible peut être de différents types et pas seulement une poudre luminescente 101, comme on l'a décrit en regard de la figure 1. I1 peut s'agir de monocristaux, de feuilles, de couches minces, etc. et même d'un enroulement d'une fibre optique, le tout conditionné de manière appropriée : boîtiers, capsules et autres contenants ad hoc. L'intérêt de choisir une fibre optique est que celle-ci occupe un faible volume tout en présentant unegrande longueur exposée aux radiations et offre, donc, une très grande sensibilité tout en ayant l'avantage d'être en soi un conducteur de lumière. Il est donc facile de raccorder l'enroulement de la fibre optique constituant l'élément sensible à une fibre "d'entrée" 300 et à une fibre "de sortie" 301. La fibre peut être choisie en raison de sa sensibilité et, afin d'accroître cette sensibilité, on peut la doper selon des procédés connus de l'homme de métier. On profite ainsi à la fois d'une grande surface sensible et d'une section de passage réduite et précise pour l'illumination et la luminescence. L'élément sensible est avantageusement, dans lsétat actuel de la technique, constitué de sulfures alcalino-terreux, convenablement dopés par des terres rares séléniure de strontium, sulfure de magnésium, sulfure de calcium par exemple. Quant à la détection de la luminescence, on peut faire appel à différents éléments sensibles connus de l'homme de métier et que l'on ne décrira donc pas en détail. Selon une formule intéressante, l'élément sensible peut être une diode au silicium, refroidie par effet Peltier, car elle est plus facile à mettre en oeuvre qu'un photomultiplicateur, ne serait-ce que par son encombrement bien moindre et sa robustesse supérieure. REVENDICATIONS 1- Procédé pour la surveillance de radiations, notamment ionisantes, du type selon lequel on stimule un élément au moyen d'une illumination et l'on recueille, en vue d'une mesure, la luminescence éventuelle de l'élément résultant de son irradiation acquise soit depuis l'origine, soit depuis la dernière illumination, caractérisé en ce pue l'on place dans un site exposé à des radiations, des capteurs (100) immobiles permanents comprenant un élément sensible (101105), que l'on place à distance du site exposé un appareil de stimulation optique (202) de l'élément sensible (101-105) des capteurs (100) et un appareil (201) de mesure de luminescence dudit élément sensible (101105), que l'on transfère de l'énergie lumineuse de l'appareil de stimulation (202) à au moins un capteur (100) sur site, que l'on transfère corrélativement la luminescence éventuelle du capteur (100) à l'appareil de mesure de luminescence (201) et que l'on renouvelle ces opérations pour chaque capteur (100), sans déplacer les capteurs (100). 2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce crue l'on filtre la luminescence éventuelle à recueillir pour en éliminer la part qui provient de l'illumination de stimulation. 3- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce crue l'on effectue l'illumination de stimulation dans une zone du spectre de rayonnement moins énergétique que celle dans laquelle on mesure la luminescence éventuelle. 4- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce crue l'on effectue l'illumination dans une zone du spectre de rayonnement située hors de celle correspondant à la sensibilité de l'appareil de mesure. 5- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce crue l'on effectue l'illumination dans une zone du spectre de rayonnement de l'ordre de mille nanomètres et l'on effectue la mesure de la luminescence éventuelle dans une zone du spectre de rayonnement d'au plus neuf cents nanomètres. 6- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce pue l'on transfère l'énergie lumineuse de stimulation au moyen d'au moins un guide de lumière du genre fibre optique (300), spécifique à cette fonction et l'on transfère la luminescence éventuelle au moyen d'au moins un autre guide de lumière du genre fibre optique (301), spécifique à cette fonction. 7- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce crue l'on transfère l'énergie lumineuse de stimulation et la luminescence éventuelle au moyen d'au moins un guide de lumière du genre fibre optique (304) affecté aux deux transferts. 8- Installation pour la surveillance de radiations, notamment ionisantes, du type comprenant un appareil de stimulation émetteur de rayonnement et un appareil de mesure de luminescence auxquels doit être associé un élément susceptible d'avoir été soumis à des radiations, caractérisée en ce crue l'installation comprend plusieurs éléments constituant des capteurs (100) immobiles disposés durablement dans au moins un site exposé et reliés chacun individuellement et en permanence à au moins un organe de transfert à distance d'énergie lumineuse (300 à 304) qui s'étend de chacun desdits capteurs (100) à un dispositif de contrôle (200) groupant des appareils de stimulation (202) et de mesure de luminescence (201). 9- Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce pue chaque organe de transfert à distance d'énergie lumineuse (300-301 et 304) est relié en permanence au dispositif de contrôle (200). 10- Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce crue des organes de transfert à distance d'énergie lumineuse (302 et 303) sont reliés sélectivement à un même dispositif de contrôle (200). 11- Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce pue chaque capteur (100) est relié à deux organes distincts de transfert à distance d'énergie lumineuse (300 et 301), l'un (300) étant destiné à l'illumination issue de l'appareil de stimulation (202) et l'autre (301) à la luminescence issue du capteur (100). 12- Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce crue chaque capteur (100) est relié à un seul organe de transfert à distance d'énergie lumineuse (304), organe (304) qui est connecté à un coupleur directionnel (225) associé au dispositif de contrôle (200) et possédant deux liaisons (226 et 227), l'une (226) avec l'appareil de stimulation (202) et l'autre (227) avec l'appareil de mesure de luminescence (221). 13- Installation selon la revendication 8, caractérisé en ce aue les organes de transfert à distance d'énergie lumineuse sont constitués par des fibres optiques (300 à 304). 14- Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce crue l'élément sensible de l'un au moins des capteurs est un corps solide monolithique. 15- Installation selon la revendication 14, caractérisée en ce crue le solide est un corps cristallin. 16- Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce pue l'élément sensible de l'un au moins des capteurs est un corps pulvérulent (101). 17- Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce pue l'élément sensible de l'un au moins des capteurs est constitué par un enroulement d'au moins une fibre optique. 18- Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce pue l'appareil de mesure de la luminescence comprend un détecteur constitué par un photomultiplicateur (217). 19- Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce pue l'appareil de mesure de la luminescence comprend un détecteur constitué par une diode.