Brevet FR2922656A1 — publié le 20090424

PROCEDE DE DETERMINATION DE DOSE DE RAYONNEMENT ET PROCEDE DE DETERMINATION DE COURBE ISODOSE ASSOCIE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTERIEUR L'invention concerne un procédé de détermination de dose de rayonnement ainsi qu'un procédé de détermination de courbe isodose à partir de doses déterminées par le procédé de l'invention. Les courbes isodoses sont, pour un rayonnement donné, des lignes ou des surfaces fictives au niveau desquelles une dose de rayonnement est sensiblement constante. Dans la suite de la description, le terme � rayonnement � sera compris comme un rayonnement gamma, une émission de neutrons ou une émission de particules alpha. Les installations qui contiennent de la matière fissile présentent un risque d'accident de criticité malgré toutes les dispositions mises en oeuvre pour limiter ce risque. Les conséquences d'un accident de criticité sont, entre autres, le risque d'une exposition externe importante à des rayonnements émis et le risque d'une exposition interne par dispersion de produits radioactifs dans l'installation et/ou dans l'environnement. L'invention s'applique à la gestion du risque d'exposition externe. Lorsqu'un accident de criticité survient dans une installation, il est important, pour des raisons de sécurité, de déterminer comment se répartissent les rayonnements nocifs qui résultent de l'accident. Selon l'art connu, les doses de rayonnement sont calculées manuellement, à l'aide d'abaques. Ces calculs à l'aide d'abaques sont effectués dans des plans horizontaux de l'installation. Si les calculs dans le plan de la source (plan horizontal de l'installation qui contient la source émettrice des rayonnements nocifs) conduisent à une bonne description de la répartition des doses de rayonnement, les calculs dans les plans parallèles au plan de la source conduisent à une description plus complexe de cette répartition. Par ailleurs, du fait du caractère manuel des calculs, les risques d'erreur ne sont pas négligeables et les durées de calcul peuvent être longues. L'invention ne présente pas ces inconvénients. EXPOSÉ DE L'INVENTION En effet, l'invention concerne un procédé de détermination de dose de rayonnement émis par une source de matière fissile dans une installation caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : ù détermination d'un nombre de fissions qui se produisent, en fonction du temps, dans la matière fissile de la source, ù détermination de coefficients d'atténuation de matériaux qui constituent les parois verticales et les planchers de l'installation et, plus généralement, tout écran susceptible d'être placé sur la trajectoire du rayonnement émis, ù détermination, à partir de données géométriques descriptives de l'installation, entre un plan source sensiblement perpendiculaire aux parois verticales de l'installation et qui contient un point source représentatif de la source de rayonnement et un plan de visualisation parallèle au plan source, d'un ensemble de plans caractéristiques perpendiculaires au plan source et contenant, chacun, le point source et au moins une arête de jonction entre deux parois verticales de l'installation ; ù balayage angulaire des plans caractéristiques autour d'un axe perpendiculaire au plan source et passant par le point source pour définir au moins un plan de calcul ; ù détermination, pour le plan de calcul, d'un ensemble de droites caractéristiques, chaque droite caractéristique passant par le point source et par au moins un point situé à la jonction de deux arêtes de jonction ; sur une droite de calcul située à l'intersection du plan de visualisation et du plan de calcul, détermination de positions de points d'intersection entre la droite de calcul et les droites caractéristiques ; ù parmi les points d'intersection présents sur la droite de calcul, sélection des points d'intersection 0 situés dans des zones à l'air libre de l'installation ; ù calcul de la dose de rayonnement d(0i) présente en chaque point Ai, à partir du nombre de fissions en fonction du temps, d'une distance qui sépare le point source du point 0 et des coefficients d'atténuation des matériaux constitutifs des parois verticales et/ou des planchers et/ou de tout écran qui séparent le point source du point Ai. L'invention concerne également un procédé de détermination de courbe isodose d'un rayonnement émis par une source de matière fissile dans une installation, caractérisé en ce qu'il comprend successivement : un procédé de détermination de dose selon l'invention, et une comparaison des doses d(0i) déterminées par le procédé de l'invention avec des intervalles de doses prédéterminés de telle sorte que : - si deux doses calculées d (Ai) et d (0i+1) pour deux points d'intersection sélectionnés consécutifs 0 et 0 +1 appartiennent à un même intervalle de doses, une même zone d'appartenance est affectée entre les deux points calculés ; et sinon, il est recherché, par dichotomie, un ou des points Ak dont la dose d(Ak) est une limite d'intervalle de doses, une même zone d'appartenance étant affectée entre deux points consécutifs appartenant au même intervalle de doses, une formation de la courbe isodose le long de la droite de calcul, en fonction des zones d'appartenance affectées aux doses de rayonnement calculées. A la conception d'une installation devant contenir de la matière fissile, une mise en oeuvre du procédé de l'invention permet avantageusement d'effectuer une analyse des conséquences d'un éventuel futur accident de criticité afin de : - définir les chemins d'évacuation de l'installation, - déterminer des points de regroupement dans l'installation, - positionner les sondes de détection d'accident de criticité, - baliser les zones à risque d'exposition externe aux abords de l'installation, si celles-ci existent. Lorsqu'un accident de criticité survient dans une installation, le procédé de l'invention permet avantageusement d'effectuer, en temps réel : une évaluation des risques potentiels d'exposition externe des travailleurs situés dans l'installation ou à proximité de celle-ci, une mise en place de moyens ou de procédures nécessaires à la gestion de la crise au niveau de l'installation en complément des actions liées au plan d'urgence, Les procédés de l'invention sont préférentiellement mis en oeuvre par un ordinateur. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préférentiel décrit en référence aux figures jointes, parmi lesquelles : -la figure 1 représente, de façon symbolique, un exemple d'installation contenant de la matière fissile dans laquelle est susceptible de se produire un accident de criticité ; - la figure 2 représente un synoptique du procédé de détermination de dose de l'invention ; - la figure 3 représente un synoptique du procédé de détermination de courbe isodose de l'invention ; - la figure 4 représente une vue en coupe d'un volume de l'installation dans lequel les doses sont calculées selon le procédé de l'invention ; - la figure 5 représente un ensemble de plans caractéristiques utiles pour le calcul de dose selon le procédé de l'invention ; - la figure 6 représente un ensemble de droites caractéristiques utiles pour le calcul de dose selon le procédé de l'invention ; - la figure 7 représente un exemple de répartition de courbes isodoses obtenues, dans un plan de visualisation, selon le procédé de l'invention. Sur toutes les figures, les mêmes repères désignent les mêmes éléments. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS La figure 1 représente, de façon symbolique, un exemple d'installation dans laquelle est susceptible de se produire un accident de criticité. L'installation est constituée, par exemple, d'un immeuble de plusieurs étages, chaque étage comprenant plusieurs pièces. Différents capteurs de mesure Cnm sont répartis dans les différentes pièces de l'installation. Les capteurs Cnm sont destinés, dans le cas d'un accident de criticité réel, à effectuer des mesures de rayonnement qui permettent d'identifier la source émettrice des rayonnements nocifs. Les capteurs Cnm sont, par exemple, des chambres d'ionisation, des capteurs proportionnels, etc. L'installation est repérée dans un trièdre direct (x, y, z) tel que l'axe z est l'axe vertical selon lequel est définie la hauteur de l'installation et le plan (x, y) est un plan horizontal pour l'installation. La figure 2 représente un synoptique des différentes étapes du procédé de détermination de dose de l'invention (étapes 1-9). Le procédé de l'invention commence par trois étapes de lecture de données, à savoir une étape 1 de lecture de données de géométrie de l'installation, une étape 2 de lecture de données de source et une étape 3 de lecture de données de tracé. L'ordre dans lequel les étapes de lecture 1 à 3 sont effectuées est indifférent, ces trois étapes pouvant être effectuées simultanément. Les données géométriques de l'installation G lues à l'étape 1 sont représentatives de la configuration volumique du bâtiment (les différentes pièces du bâtiment, l'enveloppe du bâtiment) et de la configuration géométrique des écrans de protection qui sont présents dans le bâtiment. Les données de source S lues à l'étape 2 sont des données relatives à la source qui émet les rayonnements. Elles sont constituées du nombre de fissions qui se produisent, en fonction du temps, au niveau de l'accident, de données géométriques qui décrivent la géométrie de la cuve dans laquelle l'accident s'est produit (source ponctuelle ou source volumique) et de données de milieu qui caractérisent le milieu dans lequel s'est produit l'accident (milieu liquide, poudre, métal). Ces données sont obtenues d'une part à partir de mesures de rayonnement délivrées par les capteurs qui ont détecté l'accident de criticité et, d'autre part, à partir d'informations pré-enregistrées relatives aux différents produits présents dans l'installation. Les données de tracé T comprennent : des données de seuil qui définissent des intervalles de dose prédéterminés dans lesquels les doses calculées seront réparties, et des données géométriques relatives aux points de l'installation où il est souhaité que les doses soient calculées (plan(s) de visualisation, zone(s) particulière(s) ou point(s) particulier(s) de l'installation). Les étapes de lecture 1, 2 et 3 sont suivies d'une étape 4 d'évaluation des coefficients d'atténuation K(Mk) (k=1, 2, ..., n) des différents matériaux Mk (k=1, 2, ..., n) qui composent l'installation et de données théoriques Do(P) qui représentent les doses de rayonnement qui seraient présentes, en l'absence de toute paroi ou écran, en différents points P de l'installation. L'étape de calcul 4 des coefficients K(Mk) et des données Do (P) est effectuée à partir des données G et S, de données T et de données internes I qui comprennent un modèle mathématique de coefficient d'atténuation pour chaque type de matériau. De façon préférentielle, un coefficient d'atténuation se présente sous la forme d'une équation polynomiale. A titre d'exemple non limitatif, un coefficient d'atténuation K(Mk) d'un matériau Mk traversé par un rayonnement s'écrit sous la forme : K(Mk) = aX + bY + cXY + dX2 + eY2 + fZ + gW Les coefficients a, b, c, d, e, f et g sont des paramètres connus de valeur fixe qui sont caractéristiques du matériau Mk dont on cherche à évaluer le coefficient d'atténuation. Les grandeurs X, Y, Z sont des variables caractéristiques de la source de rayonnement et la grandeur W est une variable qui représente l'épaisseur du matériau Mk traversé (W sera précisée ultérieurement). De façon plus précise, la variable X dépend du type de source (liquide, poudre, métal), la variable Y dépend du volume de la source et la variable Z dépend du temps qui s'est écoulé entre l'accident et le moment où le coefficient est déterminé. Les coefficients a, b, c, d, e, f et g sont des données qui appartiennent à l'ensemble de données I mentionné précédemment. Les données X, Y, Z sont des données qui appartiennent à l'ensemble de données S et la donnée W est calculée à partir des données géométriques G et de données de tracé T. Pour un type de source donnée, la quantité aX + bY + cXY + dX2 + eY2 + fZ est un terme constant Ko. Ainsi, la grandeur K(Mk) s'exprime-t-elle sous la forme d'une fonction de la seule variable W, à savoir : K(M = gx W+Ko façon plus générale, les données comprennent, outre les équations des coefficients d'atténuation et les a, b, c, d, e, f, g, les données dans lesquelles on souhaite que les doses soient calculées (dose dans l'air Gy ou équivalent de dose Sv), et les conditions du calcul des coefficients d'atténuation (coefficients de correction de distance entre la source et les points de calcul). En parallèle à l'étape de calcul 4 sont effectuées quatre étapes de calcul élémentaires 5, 6, 7 et 8. L'étape 5 est une étape de détermination de plans caractéristiques utiles pour le calcul de dose. A titre d'exemple non limitatif, un ensemble de plans caractéristiques Pi est représenté en figure 5. La figure 5 représente une vue en coupe de l'installation selon le plan horizontal PE qui contient le point E auquel est assimilée la source émettrice des rayonnements nocifs. Les plans caractéristiques sont construits entre le plan PE et un plan de visualisation Pv. Le plan de visualisation Pv est un plan parallèle au plan PE dans lequel les doses sont calculées (cf. figure 4). Le plan de visualisation Pv est une donnée fixée par les données de tracé T. Chaque plan caractéristique Pi est un plan vertical, c'est-à-dire un plan perpendiculaire aux plans horizontaux PE et Pv, qui contient le point E auquel est assimilée la source émettrice des rayonnements nocifs et au moins une arête de jonction entre deux parois verticales comprises De internes I mathématiques coefficients suivantes . les unités entre les plans PE et Pv. L'ensemble de tous les plans qu'il est possible de construire selon la règle précisée ci-dessus constitue les plans caractéristiques de l'invention. En conséquence, toutes les arêtes de toutes les pièces comprises entre PE et Pv et qui sont perpendiculaires aux plans PE et Pv sont concernées. L'ensemble des plans caractéristiques est sélectionné à partir des données géométriques G. A l'étape 6 du procédé de l'invention, un balayage est ensuite effectué entre les plans caractéristiques Pi afin de déterminer différents plans de calcul Pc. Les plans de calculs Pc sont alors obtenus par rotation, avec un pas angulaire e, des plans caractéristiques Pi autour d'un axe Zp perpendiculaire aux plan PE et Pv et passant par le point source E. Chaque plan de calcul Pc est un plan dans lequel un calcul de dose est effectué, selon une direction donnée, comme cela va maintenant être décrit, à titre d'exemple non limitatif, dans un plan de calcul particulier, en référence à la figure 6. A l'étape 6 de détermination des plans de calcul succède une étape 7 de détermination de droites caractéristiques Qi dans chaque plan de calcul. Pour un plan de calcul donné, une droite caractéristique Qi passe par le point source E et par au moins un point situé à la jonction de deux arêtes situées dans le plan de calcul. Toutes les droites qu'il est possible de construire selon la règle précisée ci-dessus constituent l'ensemble des droites caractéristiques Qi de l'invention pour le plan de calcul considéré. Par construction, un plan de calcul Pc se divise en deux demi-plans symétriques l'un de l'autre par rapport à l'axe vertical Zp. L'ensemble des droites caractéristiques relatives à un plan de calcul se divise donc en deux demi-ensembles de droites caractéristiques. La figure 6 illustre, à titre d'exemple non limitatif, un demi-ensemble de droites caractéristiques pour le plan de calcul Pc de la figure 5. Le demi-plan de calcul coupe le plan de visualisation Pv selon une droite D de vecteur unitaire û. Un ensemble de points caractéristiques 0 appartenant à la droite D est alors déterminé (étape 8 du procédé de l'invention). Un point caractéristique 0 est obtenu par l'intersection d'une droite caractéristique Qi et de la droite D. La figure 6 représente, à titre d'exemple, une succession de points caractéristiques Do, Al, Oz, L. Les points caractéristiques 0 ont une position géométrique connue dans l'installation. La structure de l'installation entre le point source E et chacun des points 0 est également connue (cf. figure 6). Ainsi, à partir des données calculées précédemment Do(P) et K(Mk), de la position connue des points 0 par rapport à la source émettrice E et de la structure connue de l'installation entre la source E et les points Ai, la dose de rayonnement d ( 0 i ) présente en chaque point 0 peut-elle être calculée (étape 9 du procédé de l'invention). La droite de calcul D est constituée de zones à l'air libre et de zones de mur ou d'écran. Le calcul des doses ne présente de réel intérêt que dans les zones à l'air libre. Le calcul des doses d(0i) n'est donc effectué, préférentiellement, que pour les points 0 situés dans les zones à l'air libre. Le calcul de la dose en un point A est obtenu par l'équation suivante : d(A.)_Do(P)xCdxEK(Mk) k -Do(P) est la dose calculée, en l'absence de murs et d'écrans, en un point arbitraire prédéterminé P situé, sur le trajet du rayonnement, à une distance Io du point source E (dans le cas d'une source volumique, le point E est le centre du volume de la source), - Cd est un coefficient de correction de distance tel que : 12 C _ d 12, où lo est la distance mentionnée précédemment et 1 la distance du point source E au point Ai, et K(Mk) est le coefficient d'atténuation du matériau Mk mentionné ci-dessus. Le coefficient d'atténuation K(Mk) va maintenant être précisé. Comme cela a été mentionné précédemment, le coefficient d'atténuation d'un matériau Mk traversé par le rayonnement s'écrit : K(Mk) = gx W+ Ko où la grandeur W représente la distance parcourue par le rayonnement au travers du matériau Mk. De façon préférentielle, la grandeur W est définie en fonction de l'angle a que fait la direction du rayonnement qui traverse le mur ou l'écran de matériau Mk avec la normale au plan de ce mur ou de cet écran : Pour un angle a compris entre 0° et une valeur limite prédéterminée alun (O d'appartenance étant affectée entre deux points consécutifs appartenants au même intervalle de doses. Il est alors possible d'obtenir, pour une même droite de calcul D, une courbe d'isodoses C (Zi) en fonction de différentes zones Zi (étape 10 du procédé). Obtenues pour l'ensemble des droites de calcul, c'est-à-dire pour l'ensemble des plans de calcul, les courbes isodoses C(Zi) constituent une surface d'isodoses dans l'ensemble du plan de visualisation Pv. A titre d'exemple non limitatif, la figure 7 illustre une répartition des doses calculées dans cinq zones Z1-Z5. Dans le cas particulier où le plan de visualisation est le plan horizontal PE qui contient le point source E, tous les murs et écrans sont traversés perpendiculairement à leur surface (a = 0). Les valeurs des coefficients d'atténuation sont alors des valeurs constantes K. Les calculs se trouvent ainsi être très avantageusement simplifiés. Si les doses d (Ai) et d (A +i) n'appartiennent pas au même intervalle [di, di+l], la distance 1 qui sépare le point source E d'un point A où la dose de rayonnement d(A) correspond à une limite d'intervalle s'exprime simplement par l'équation : 1ùfox Do(P)x K(Mk) dk k REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination de dose de rayonnement émis, de façon réelle ou simulée, par une source de matière fissile dans une installation, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : détermination du nombre de fissions qui se produisent, en fonction du temps, dans la matière fissile de la source, détermination de coefficients d'atténuation de matériaux qui constituent les parois verticales et les planchers de l'installation et plus généralement, tout écran susceptible d'être placé sur la trajectoire du rayonnement émis, détermination, à partir de données géométriques descriptives de l'installation, entre un plan source (PE) sensiblement perpendiculaire aux parois verticales de l'installation et qui contient un point source (E) représentatif de la source de rayonnement et un plan de visualisation (Pv) parallèle au plan source, d'un ensemble de plans caractéristiques (Pi) perpendiculaires au plan source et contenant, chacun, le point source (E) et au moins une arête de jonction entre deux parois verticales de l'installation ; balayage angulaire (e) des plans caractéristiques autour d'un axe (Zp) perpendiculaire au plan source et passant par le point source (E) pour définir au moins un plan de calcul (Pc) ; détermination, pour le plan de calcul, d'un ensemble de droites caractéristiques (Qi), chaque droite caractéristique passant par le point source (E) etpar au moins un point situé à la jonction de deux arêtes de jonction ; sur une droite de calcul (D) située à l'intersection du plan de visualisation et du plan de calcul, détermination de positions de points d'intersection entre la droite de calcul et les droites caractéristiques ; parmi les points d'intersection présents sur la droite de calcul, sélection des points d'intersection 0 situés dans des zones à l'air libre de l'installation ; calcul de la dose de rayonnement d(0i) présente en chaque point Ai, à partir du nombre de fissions en fonction du temps, d'une distance qui sépare le point source ( E ) du point 0 et des coefficients d'atténuation des matériaux constitutifs des parois verticales et/ou des planchers et/ou de tout écran qui séparent le point source (E) du point Ai. 2. Procédé de détermination de courbes isodoses d'un rayonnement émis, de façon réelle ou simulée, par une source de matière fissile dans une installation, caractérisé en ce qu'il comprend successivement : un procédé de détermination de doses selon la revendication 1, et une comparaison des doses d(0i) déterminées par le procédé de la revendication 1 avec des intervalles de doses prédéterminés de telle sorte que : - si deux doses calculées d (Ai) et d (0i+1) pour deux points d'intersection sélectionnésconsécutifs 0 et 0 +1 appartiennent à un même intervalle de doses, une même zone d'appartenance (Zi) est affectée entre les deux points calculés ; et sinon, une dose de rayonnement d((0i+0i+1) /2) est calculée au point milieu situé entre les deux points consécutifs 0 et 0 + 1 et il est recherché, par dichotomie, un ou des points Ak dont la dose d(Ak) est une limite d'intervalle de doses, une même zone d'appartenance étant affectée entre deux points consécutifs appartenant au même intervalle de doses, une formation de la courbe isodose le long de la droite de calcul, en fonction des zones d'appartenance affectées aux doses de rayonnement calculées. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le balayage angulaire est effectué sur 360 degrés de telle sorte qu'un ensemble de courbes isodoses établies le long d'un ensemble de droites de calcul sont rassemblées pour constituer une représentation des isodoses dans l'ensemble du plan de visualisation. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la dose de rayonnement présente au point d'intersection sélectionné est donnée par l'équation : d(AJ)=Do(P)xCdxEK(Mk), où k- Do(P) est la dose calculée, en l'absence de tout écran et d'écrans, en un point arbitraire prédéterminé (P) situé, sur le trajet du rayonnement qui se propage entre le point source (E) et le point Ai, à une distance lo du point source (E), - Cd est un coefficient de correction de distance tel que : où lo est la distance mentionnée précédemment et 1 la distance du point source (E) au point Ai, et - K(Mk) est le coefficient d'atténuation calculé d'un matériau Mk traversé par un rayonnement qui se propage entre le point source (E) et le point Ai. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le coefficient d'atténuation K(Mk) est donné par la formule : K(Mk) = gx W+ Ko , où - W est une grandeur qui représente l'épaisseur 20 traversée du matériau Mk, -g est un coefficient connu caractéristique du matériau Mk, est un terme connu qui dépend de la source de rayonnement et du matériau Mk. 25 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la grandeur W est définie en fonction de l'angle a que fait la direction du rayonnement avec la normale 20 à la paroi verticale de matériau Mk de telle sorte que : - pour un angle a compris entre 0° et une valeur limite prédéterminée alim (0 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le rayonnement émis est un rayonnement gamma ou une émission de neutrons ou une émission de particules alpha.