Brevet FR2824950A1 — publié le 20021122

en ce que ledit émetteur est un émetteur à ultrasons (301). 1 2824950 La présente invention concerne un nouveau matériau radio-atténuateur applicable en particulier pour la réalisation de blindage(s), dans le domaine de l'imagerie médicale ou industrielle utilisant les rayonnements électromagnétiques X ou gamma, ou dans le cadre de la préparation, de I'utilisation ou du stockage de produits radioactifs émetteurs de rayonnements électromagnétiques X ou gamma. Le matériau radio-atténuateur le plus couramment employé est le plomb, en particulier en raison de son faible coût, de sa facilité de mise en _uvre par moulage, et de ses bonnes qualités de radio-atténuation. On utilise quelquefois également d'autres matériaux denses tels que le tungstène, I'étain, le bismuth ou autres..., mais de manière relativement limitée. Ainsi, des enveloppes de plomb sont largement utilisées dans le domaine de l'imagerie médicale ou industrielle utilisant les rayonnements électromagnétiques X ou gamma (par exemple, blindage du tube radiogène, d'amplificateur de brillance ou de détecteur plan associé, dans les installations de radiologie; blindage des gamma-caméras et des scanners; blindage des installations de contrôle non destructif telles que les installations de contrôle des bagages dans les aéroports, ou autres...). On utilise aussi de telles enveloppes de plomb pour protéger les seringues assu rant l'injection de prod uits radioactifs, ou encore pour protéger les conteneurs ou les flacons dans lesquels sont conditionnés ces produits radioactifs. Cependant l'usage de plomb est de plus en plus réglementé, en raison de sa toxicité et des problèmes environnementaux ou écologiques qu'il pose; la manipulation de ce métal présente des risques sanitaires, et il est très souvent nécessaire de lui associer un revêtement du genre peinture ou coque de matière plastique, ce qui complique sensiblement la fabrication et aussi la maintenance du blindage. Un premier but de la présente invention est de proposer un nouveau matériau radio-atténuateur permettant de remplacer les parois de plomb pour la fabrication de ces blindages, et permettant ainsi de remédier aux inconvénients précités des structures connues jusqu'à présent. 2 2824950 Un autre objectif de l'invention est d'obtenir un matériau dont les caractéristiques de radio-atténuation sont améliorées par rapport aux structures de protection existantes. Conformément à la présente invention, ce nouveau matériau radio atténuateur est constitué d'une matière plastique comprenant une charge de particules métalliques constituée d'une combinaison d'au moins deux (et de préférence trois) métaux eVou dérivés de métaux (oxydes ou alliages) de nature différente, à l'exception du plomb, choisis en fonction des discontinuités de la courbe d'absorption des rayonnements X ou gamma desdits métaux ou dérivés de métaux, lesquelles discontinuités sont dues aux interactions sur les différentes couches électroniques K, L, M Cette association de particules de métaux, à l'exception du plomb que l'on veut absolument éviter, permet d'obtenir d'excellentes caractéristiques de radio atténuation. Les types et proportions des métaux eVou oxydes de métaux utilisés sont choisis en fonction de la complémentarité de leur courbe d'absorption des rayonnements X ou gamma sur la plage énergétique des rayonnements que l'on désire absorber ou atténuer, de manière à optimiser la radioprotection sur cette plage énergétique. Ce matériau particulier est très simple à transformer en pièces de forme, en particulier par les techniques de moulage-injection, après mélange homogène de la base plastique avec la charge métallique. Cette technique permet d'obtenir facilement toute forme de produit chimiquement stable, la charge métallique incluse dans la base plastique étant rendue absolument inerte. Le produit moulé obtenu présente de très bonnes qualités de finition; on notera également qu'il est possible d'adapter sa couleur à volonté au moyen de colorants appropriés associés à la base plastique. Tout type de matière plastique peut étre utilisé comme support de base, telles les matières thermodurcissables (par exemple la bakélite), les matières élastomères (par exemple le fluoropropylène, les élastomères de silicone...), le caoutchouc ou les résines. Les matières thermoplastiques du genre polyamide, polypropylène ou polycarbonate sont néanmoins préférées du fait de leur faible coût et de leur facilité de mise en _uvre, notamment par les techniques de moulageinjection. Pour obtenir de bonnes caractéristiques de radio-atténuation, la charge métallique constitue entre 70 et 95 % du poids du matériau final. Cette charge métallique peut se présenter sous la forme de paillettes ou de fibres, mais on l'utilise de préférence sous la forme d'une poudre. Dans cette poudre, les dimensions de particules sont avantageusement comprises entre 1 et 50,um. Pour les raisons évoquées ci-dessus, la charge métallique associée à la base plastique est choisie parmi les métaux denses. On peut ainsi par exemple utiliser des particules de tungstène, d'étain, de bismuth, de baryum, d'antimoine, de tantale ou de lanthanide, ou encore des dérivés de ces différents métaux (oxydes ou alliages en particulier). La base plastique, la ou les charges utilisées, la taille des particules de charge(s), le taux de particules de charge(s) dans la base plastique, ainsi que les épaisseurs finales de parois, sont adaptés au cas par cas, en fonction de I'application envisagée et en fonction du taux de radioatténuation désiré. De préférence on cherche à atteindre au moins les caractéristiques de radio atténuation du plomb métal. Exemples de comPosition de moulanes: Exemple 1 (M1) Base plastique: polyéthersulfone à raison de 5 % en poids Charge (sous forme de poudre dont la taille des particules est comprise entre 1 et 50 um): - bismuth (bi): 20 % en poids - antimoine (sb): 28 % en poids tungstène (w): 28 % en poids - trioxyde de Lanthane (La2 03): 19 % en poids L'équivalence-plomb de cette composition est obtenue avec une épaisseur massique (en g/cm2) 25 % plus faible que celle du plomb métal, pour une tension de générateur X au plus égale à 100 keV. La figure 1 annexée montre les courbes d'atténuation massique du bismuth (bi), de l'antimoine (Sb), du tungstène (w), du trioxyde de Lanthane (La2 O3) et d'un mélange (M1) de ces éléments selon les proportions définies ci-dessus. Cette figure montre les discontinuités des courbes dues aux effets des différentes couches électroniques extérieures des atomes de ces éléments, dans la gamme d'énergie 20-120 KeV. On remarque que pour une certaine gamme d'énergie, on obtient une courbe moyenne grâce au mélange des éléments. La figure 2 montre les courbes de transmission d'écrans de plomb (pb) et du mélange composite (M1), en fonction de l'épaisseur massique de l'écran opposé à un rayonnement de générateur X de tension maximale 100 KeV. La fluence correspond au nombre de photons/sec./cm2 qui traversent l'écran; on vérifie sur ces courbes que le mélange (M1) est nettement plus absorbant que le plomb pour l'énergie maximale considérée (100 KeV). Exemple 2 (M2) Base plastique: polyamide à raison de 26 % en poids Charge (sous forme de poudre dont la taille des particules est comprise entre 1 et 50 m): trioxyde de Bismuth (Bi2 O3): 15 % en poids - trioxyde de Lanthane (La2 O3): 44 % en poids - trioxyde d'antimoine (Sb2 03): 15 % en poids L'équivalence-plomb de cette composition est obtenue avec une épaisseur massique (en g/cm2) 25 % plus faible que celle du plomb métal, pour une tension de générateur X au plus égale à 80 keV. La figure 3 annexée est une représentation en trois dimensions de la fluence relative transmise d'un spectre de rayons X de 80 KeV à travers un écran d'épaisseur massique 0,57 g/cm2 composé de différents pourcentages de trioxyde de Bismuth (Bi2 03) de trioxyde de Lanthane (La2 03) et de trioxyde d'antimoine (Sb2 03) Le pourcentage de Sb2 O3 est calculable par: 1-% Bi2 O3-%La2 O3. Sur cette figure, I'absorption est d'autant plus grande que la fluence relative transmise est faible. Une teUe reprdsentston permet de doing les pourcentages des Dais oxydes qui donnent lo meiNeur compromise: eMicac#6 d'absorpton - pax caradsdques physico-chImiques du composTe. - REVENDICATIONS 1.- Matériau radio-atténuateur, en particulier pour la réalisation de structures de blindage, dans le domaine de l'imagerie médicale ou industrielle utilisant les rayonnements électromagnétiques X ou gamma, ou dans le cadre de la préparation, de l'utilisation ou du stockage de produits radioactifs émettant des rayonnements électromagnétiques X ou gamma, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une matière plastique comprenant une charge de particules métalliques, laquelle charge est constituée d'une combinaison d'au moins deux métaux et/ou dérivés de métaux de nature différente, à l'exception du plomb, choisis en fonction des discontinuités de la courbe d'absorption des rayonnements X ou gamma desdits métaux ou dérivés de métaux. 2.- Matériau radio-atténuateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une charge métallique constituée d'une combinaison d'au moins trois métaux ou dérivés de métaux. 3.- Matériau radio-atténuateur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend une base en matière thermoplastique du genre polyamide, polypropylène ou polycarbonate. 4.- Matériau radio-atténuateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend une charge constituée de poudre métallique. 5.- Matériau radio-atténuateur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend une charge constituée de poudre métallique dont ies dimensions de particules sont comprises entre 1 IJm et 50 m. 6.- Matériau radio-atténuateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une charge métallique présente dans des proportions comprises entre 70 % et 95 % du poids du matériau final. 7.- Matériau radio-atténuateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une charge métallique choisie parmi le tungstène, I'étain, le bismuth, le baryum, I'antimoine, les lanthanides, le tantale