Brevet FR2939906A1 — publié le 20100618

PROCÉDÉ DE DÉTERMINATION DE DISTRIBUTION SPECTRALE ET SPATIALE DE PHOTONS DE FREINAGE ET DISPOSITIF ASSOCIE DESCRIPTION Domaine technique et art antérieur L'invention concerne un procédé de détermination de distribution spectrale et spatiale de photons de freinage et le dispositif associé. L'invention s'applique, par exemple, dans le domaine de la radiographie, de l'imagerie médicale, de la tomographie, de la caractérisation non destructive d'objets radioactifs, du contrôle de matières illicites, de la production de flux de neutrons d'intensités élevées, etc.. La production de neutrons au moyen d'un accélérateur d'électrons est une technique connue qui permet d'atteindre des flux de neutrons élevés. La production de neutrons à partir d'électrons s'effectue via un faisceau de photons : les électrons issus de l'accélérateur sont dirigés vers une première cible, dite cible de freinage, qui émet des photons et les photons ainsi émis sont alors dirigés vers une deuxième cible, dite cible de conversion, qui émet les neutrons. Dans le cadre des techniques de mesures utilisant de tels accélérateurs d'électrons, il est nécessaire d'avoir une bonne connaissance de la distribution spectrale et spatiale des photons émis ainsi que du comportement de l'ensemble formé du détecteur et de l'électronique d'acquisition. Le procédé de l'invention répond à ce besoin. Exposé de l'invention En effet, l'invention concerne un procédé de détermination de distribution spectrale et spatiale, selon au moins un axe, d'un flux de photons de freinage qui résultent de l'interaction d'impulsions d'électrons avec une cible de freinage, caractérisé en ce que le procédé comprend : en un premier point de l'axe, une mesure de neutrons qui résulte d'une intégration de signaux de détection et de comptage de neutrons, chaque signal de détection et de comptage de neutrons résultant de l'impact de photons de freinage sur une cible de conversion centrée en ledit premier point, les neutrons qui participent à la formation d'un signal de détection et de comptage étant détectés et comptés sur une plage temporelle comprise entre deux impulsions successives d'électrons, et des déplacements successifs de la cible de conversion en différents points de l'axe, une mesure de neutrons conforme à la mesure de neutrons effectuée en le premier point de l'axe étant effectuée en chacun des différents points de l'axe. L'invention concerne également un dispositif de détermination de distribution spectrale et spatiale, selon au moins un axe, d'un flux de photons de freinage qui résultent de l'interaction d'impulsions d'électrons avec une cible de freinage, caractérisé en ce qu'il comprend : û un ensemble de conversion et de détection de neutrons constitué d'une cible de conversion qui génère des neutrons induits sous l'action de photons de freinage et d'un bloc de mesure qui comprend un ou plusieurs détecteurs à Hélium 3He pour détecter et compter les neutrons induits générés par la cible de conversion, les détecteurs à Hélium 3He étant contenus dans un ralentisseur de neutrons, le ralentisseur de neutrons étant enveloppé dans un absorbant de neutrons thermiques, la cible de conversion étant positionnée sur une face de l'absorbant de neutrons thermiques qui fait face à la cible de freinage, û un circuit électronique de traitement qui traite les signaux délivrés par l'ensemble de conversion et de détection de neutrons, le circuit électronique de traitement comprenant des moyens pour commander la détection et le comptage des neutrons sur des plages temporelles comprises entre deux impulsions d'électrons successives, et û des moyens pour déplacer l'ensemble de conversion et de détection de neutrons selon l'axe. Un avantage du procédé de l'invention est de donner la possibilité de connaître et de vérifier, en ligne, le bon fonctionnement et la non dérive de l'accélérateur d'électrons. La mesure des neutrons permet avantageusement d'avoir une connaissance de la stabilité du faisceau de photons au moins sous son aspect intégral, c'est-à-dire son intensité et son énergie (i.e. sa puissance). Le procédé de l'invention permet également, de façon avantageuse, d'accéder aux caractéristiques de la composante photonique à l'aide de la mesure d'une composante neutronique induite (gain en contraste). La bonne caractérisation spatiale du flux de photons obtenue par le procédé de l'invention permet également d'optimiser la cible de conversion destinée à produire les neutrons. Par ailleurs, il est connu que l'interrogation directe, à l'aide d'un faisceau de photons de freinage, d'un matériau à caractériser présente un grand intérêt. La bonne caractérisation des faisceaux de photons de freinage que permet le procédé de l'invention permet avantageusement l'obtention de meilleurs résultats pour la caractérisation des matériaux. Cela permet, notamment, d'optimiser les performances et de réduire la durée des mesures et, en conséquence, de réduire les coûts. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préférentiel fait en référence aux figures jointes parmi lesquelles : - la figure 1 représente un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention ; - la figure 2 représente une vue en perspective d'un bloc de mesure neutronique utilisé dans le dispositif de l'invention représenté en figure 1 ; - la figure 3 représente un exemple de banc 30 de déplacement utilisé pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention ; - la figure 4 représente un exemple de distribution spectrale et spatiale de photons de freinage obtenue par le procédé de l'invention ; et - la figure 5 représente, pour différentes énergies de rayonnement de photons de freinage, un rapport R formé, pour différentes valeurs normalisées du signal mesuré, par le procédé de l'invention. Sur toutes les figures, les mêmes références représentent les mêmes éléments. Description détaillée du mode de réalisation préférentiel de l'invention La figure 1 représente un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Le dispositif comprend des moyens pour créer des photons de freinage et des moyens pour mesurer, selon au moins un axe de l'espace, la distribution spectrale et spatiale des photons de freinage ainsi créés. Les moyens pour créer des photons de freinage sont constitués d'un accélérateur d'électrons 1 et d'une cible de freinage 2 placée dans un porte-cible 3. L'accélérateur 1 émet les électrons e- sous forme d'impulsions. La fréquence des impulsions est comprise, par exemple, entre 10Hz et 300Hz et la largeur des impulsions est, par exemple, égale à 4,5ps. Les électrons ont une énergie égale, par exemple à 6MeV, 9MeV ou 11MeV. En interférant avec la cible de freinage 2, par exemple une cible de tungstène, les électrons produisent des photons de freinage ph. Le dispositif de mesure de la distribution spectrale et spatiale du faisceau de photons est constitué d'un ensemble de conversion et de détection de neutrons 6 et d'un circuit électronique de traitement 9. L'ensemble de conversion et de détection de neutrons 6 comprend une cible de conversion 5 qui génère des neutrons induits sous l'action des photons de freinage ph et un bloc de mesure 10 qui mesure les neutrons induits générés par la cible de conversion 5. Le bloc de mesure 10 est constitué de un ou plusieurs détecteur(s) à Hélium 3He 8 contenu(s) dans un ralentisseur de neutrons 7, lui-même enveloppé dans un absorbant 4 qui absorbe les neutrons thermiques (neutrons de très basse énergie). Le bloc détecteur ainsi conçu n'est alors sensible qu'aux neutrons rapides et n'est, de ce fait, que très peu affecté par l'environnement et les effets modérateurs de celui-ci sur les neutrons. La cible de conversion 5 est placée sur une face de l'absorbant 4 qui fait face à la cible de freinage 2. Comme cela est illustré en figure 2, la cible de conversion 5 est positionnée de façon centrée sur la face de l'absorbant 4 afin d'optimiser la détection des photons ph. La normale à la surface de la face 4 au point central de la cible de conversion 5 définit un axe x. Selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention, les détecteurs à Hélium 8 sont regroupés deux par deux et forment trois voies de mesure, une voie avant et deux voies arrière. Le circuit électronique de traitement 9 est un circuit d'électronique rapide qui comprend, pour chaque voie de mesure i (i=1, 2, 3), un amplificateur de type ADSF Ai (i=1, 2, 3)(ADSF pour � Amplificateur Discriminateur Seuil Fenêtre �). Les mesures neutroniques sont effectuées dans des intervalles de temps qui permettent de s'affranchir des photons de freinage émis durant les impulsions électroniques. De façon préférentielle, ces intervalles de temps sont également choisis afin de laisser assez de temps aux détecteurs neutroniques et aux circuits électroniques de traitement pour que ces détecteurs et ces circuits recouvrent toutes leurs propriétés de détection. En effet, les photons de freinage sont produits quasi-instantanément lors de l'interaction des électrons avec la cible de freinage 2. Des photons de freinage sont ainsi émis avec la même distribution temporelle que les électrons, à savoir la même largeur d'impulsion et la même fréquence de répétition. Ces photons de freinage sont donc présents durant toute la largeur des impulsions électroniques qui varie, typiquement, de quelques microsecondes à quelques dizaines de microsecondes. Durant les impulsions électroniques, les détecteurs de neutrons sont complètement aveuglés par les impulsions photoniques qui en résultent et sont, en conséquence, inopérants. Ce n'est que quelques dizaines de microsecondes après l'arrêt d'une impulsion photonique que les détecteurs de neutrons recouvrent toutes leurs propriétés. La mesure de la composante photoneutronique induite ne se fait donc qu'entre les impulsions photoniques et, préférentiellement, dans des plages de temps adaptées pour que aussi bien les détecteurs de neutrons que l'électronique de traitement aient recouvré leurs propriétés de détection. A cette fin, le circuit électronique de traitement 9 comprend des moyens de commande M qui délivrent une commande C qui, appliquée aux circuits électroniques de détection, inhibe la détection et le comptage des neutrons en dehors de ces plages de temps A une position donnée de l'ensemble de conversion et de détection de neutrons 6, un cycle de mesures est constitué par l'intégration d'une succession de signaux de détection et de comptage de neutrons mesurés entre les impulsions d'électrons successives. A titre d'exemple non limitatif, les mesures sont réalisées pour une fréquence des impulsions d'électrons égale à 90Hz, 5400 cycles de mesures sont effectués et le temps d'acquisition par canal de mesure est égal à 10us. Des moyens permettent de déplacer l'ensemble de conversion et de détection de neutrons 6 selon au moins un axe de l'espace. Le déplacement s'effectue, par exemple, selon au moins une parmi les trois directions perpendiculaires de l'espace défini par le trièdre direct (x, y, z), l'axe x étant l'axe défini précédemment. La figure 3 représente, à titre d'exemple, un banc de déplacement B commandé à distance qui déplace l'ensemble de conversion et de détection de neutrons 6 selon l'axe y par pas de 50mm entre une première position extrême A située à -500mm par rapport à une position centrale d'abscisse y=0 et une deuxième position extrême U située à +500mm par rapport à la position centrale. La cible de conversion 5 est constituée d'un matériau apte à générer des neutrons induits au-delà d'un certain seuil d'énergie du faisceau de photons ph et, en conséquence, au-delà d'un certain seuil d'énergie des électrons e-. Ainsi, différentes cibles adaptées à différents seuils d'énergie des électrons sont-elles successivement choisies pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention, conduisant alors à déterminer la distribution du flux de photons sur une large gamme d'énergie. La cible 5 peut être, par exemple, une cible d'uranium 238U pour les énergies d'électrons supérieures à 6 Mev et une cible de Béryllium Be pour les énergies d'électrons supérieures à 1,67 Mev. La figure 4 représente un exemple de distribution spectrale et spatiale obtenue par le procédé de l'invention. Un détecteur à Hélium 3H muni d'une cible de conversion en uranium 238U est déplacé devant la cible de freinage selon l'axe y, celui-ci étant sensiblement distant de 1m de la cible de freinage 2. Le déplacement de la cible est effectué entre les cotes -500mm et +500mm, par pas de 50mm (voir figure 3). La cible est constituée d'une pastille d'uranium de forme circulaire dont le rayon est sensiblement égal à 50mm et l'épaisseur sensiblement égale à 3mm. L'énergie des électrons est sensiblement égale à 9 MeV. La figure 4 représente le nombre de coups détectés par le détecteur à Hélium en fonction de l'angle e d'ouverture du faisceau (angle entre l'axe x et l'axe défini par la cible de freinage 2 et la cible 5) . La figure 5 représente, pour différentes énergies des électrons, un rapport R formé par les différentes valeurs normalisées du signal mesuré par le procédé de l'invention, en fonction du déplacement de la cible de mesure. A une position donnée du dispositif de mesure, le rapport R est égal à la valeur du signal mesuré à la position donnée divisée par la valeur de signal maximale mesurée sur l'ensemble des positions. Le déplacement de la cible de mesure est effectué selon l'axe y, celui-ci étant sensiblement distant de 1 mètre de la cible de freinage 2. Le déplacement de la cible est effectué entre les cotes -80mm et +80mm, par pas de 10mm. Les courbes Cl, C2 et C3 correspondent, respectivement, à une énergie des électrons égale à 6 MeV, 9 MeV et 11 MeV. Le profil obtenu est remarquablement régulier à toutes les énergies. Les résultats représentés sur les figures 4 et 5 concernent le cas où la cible de mesure 5 est une cible d'Uranium 238U. Comme cela a déjà été mentionné précédemment, une telle cible est préférentiellement utilisée pour des énergies d'électrons supérieures ou égale à 6 MeV qui est l'énergie seuil de l'isotope 238U. Pour des valeurs d'énergie inférieures à 6 MeV, d'autres cibles sont utilisées, par exemple des cibles de Béryllium Be. Le signal neutronique mesuré qui résulte de l'interaction des photons avec la cible de conversion est noyé dans un signal neutronique inhérent au fonctionnement de l'accélérateur. Il est donc souhaitable d'effectuer un comptage des neutrons en l'absence de cible afin de mesurer le bruit que représente le signal neutronique de fonctionnement de l'accélérateur, ce bruit étant ensuite soustrait du signal utile. A cette fin, le circuit électronique de traitement qui est relié au bloc de mesure 6 comprend des circuits aptes à mémoriser les mesures effectuées et à calculer la différence entre les signaux mesurés respectivement en présence et en absence de cible de conversion. REVENDICATIONS1. Procédé de détermination de distribution spectrale et spatiale, selon au moins un axe, d'un flux de photons de freinage qui résultent de l'interaction d'impulsions d'électrons sur une cible de freinage (2), caractérisé en ce que le procédé comprend : en un premier point de l'axe, une mesure de neutrons qui résulte d'une intégration de signaux de détection et de comptage de neutrons, chaque signal de détection et de comptage de neutrons résultant de l'impact de photons de freinage (ph) sur une cible de conversion (5) centrée en ledit premier point, les neutrons qui participent à la formation d'un signal de détection et de comptage étant détectés et comptés sur une plage temporelle comprise entre deux impulsions successives d'électrons, et des déplacements successifs de la cible de conversion (5) en différents points de l'axe, une mesure de neutrons conforme à la mesure de neutrons effectuée en le premier point de l'axe étant effectuée en chacun des différents points de l'axe. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la cible de conversion (5) est sensible à des photons d'énergie sensiblement supérieure à un seuil d'énergie et en ce que plusieurs cibles de mesure sensibles à plusieurs seuils d'énergie différents sont utilisées en chaque point de l'axe pour effectuer la mesure de neutrons. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel une première cible de conversion est une cible de Béryllium ayant un premier seuil d'énergie et une deuxième cible de conversion est une cible d'Uranium 238U ayant un deuxième seuil d'énergie de valeur supérieure à la valeur du premier seuil. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un signal neutronique inhérent au fonctionnement d'un accélérateur d'électrons (1) qui crée les photons de freinage par interaction des électrons avec la cible de freinage (2) est mesuré, en l'absence de cible de conversion, sur la plage temporelle et en chaque point de l'axe et la mesure du signal neutronique inhérent au fonctionnement de l'accélérateur d'électrons est soustraite du signal de détection et de comptage de neutrons mesuré en présence de la cible de conversion. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les signaux de détection et de comptage sont mesurés par un bloc détecteur à Hélium 3He. 6. Dispositif de détermination de distribution spectrale et spatiale, selon au moins un axe, d'un flux de photons de freinage qui résultent de l'interaction d'impulsions d'électrons sur une cible de freinage (2), caractérisé en ce qu'il comprend : ù un ensemble de conversion et de détection de neutrons (6) constitué d'une cible de conversion (5) quigénère des neutrons induits sous l'action de photons de freinage et d'un bloc de mesure (10) qui comprend un ou plusieurs détecteurs à Hélium 3He (8) pour détecter et compter les neutrons induits générés par la cible de conversion, les détecteurs à Hélium 3He (8) étant contenus dans un ralentisseur de neutrons (7), le ralentisseur de neutrons (7) étant enveloppé dans un absorbant de neutrons thermiques (4), la cible de conversion (5) étant positionnée sur une face de l'absorbant de neutrons thermiques (4) qui fait face à la cible de freinage (2), un circuit électronique de traitement (9) qui traite les signaux délivrés par l'ensemble de conversion et de détection de neutrons (6), le circuit électronique de traitement (9) comprenant des moyens pour commander la détection et le comptage des neutrons sur des plages temporelles comprises entre deux impulsions d'électrons successives, et des moyens (B) pour déplacer l'ensemble de conversion et de détection de neutrons (6) selon l'axe. 7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel les moyens (B) pour déplacer l'ensemble de conversion et de détection de neutrons (6) selon l'axe sont constitués par un banc de déplacement(B) commandé à distance. 8. Dispositif selon l'une des revendications 6 ou 7, dans lequel la cible de conversion (5) est sensible à des photons d'énergie sensiblement supérieure à un seuil d'énergie. 9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel la cible de conversion est une cible de Béryllium ayant un premier seuil d'énergie ou une cible d'Uranium 238U ayant un deuxième seuil d'énergie de valeur supérieure à la valeur du premier seuil.