Brevet FR3021755A1 — publié le 20151204

DISPOSITIF DE DETECTION DE RADIATIONS ET SYSTEME DE DETECTION ASSOCIE DESCRIPTION Domaine technique et art antérieur L'invention concerne un dispositif de détection de radiations ainsi qu'un système de détection apte à déterminer des radiations présentes dans une installation. Les radiations concernées sont, par exemple, des photons d'énergie comprise entre 50KeV et 6MeV, voire plus, des électrons d'énergie supérieure au MeV, etc. La protection radiologique des personnes qui interviennent en milieu électronucléaire est obligatoire dans le but de minimiser leur exposition. Le respect du principe ALARA (ALARA pour « As Low As Reasonably Achievable », soit « Aussi Bas que Raisonnablement Possible ») a des répercussions réglementaires, économiques et logistiques importantes sur l'organisation du travail. Une dosimétrie individuelle est ainsi déployée à toutes les étapes du cycle d'un combustible, de sa préparation à la surveillance du fonctionnement d'une centrale, jusqu'au suivi de son assainissement en vue de son démantèlement et au stockage des déchets consécutifs à sa déconstruction. Les techniques de démantèlement (i.e. robotique, télé-opération, dosimétrie) ont progressé au cours du temps et permettent de déconstruire les infrastructures au plus tôt après mise à l'arrêt définitif en minimisant l'exposition des travailleurs. Une dosimétrie permet d'optimiser le stockage et la gestion des déchets, d'anticiper l'impact de l'assainissement sur le personnel d'intervention et de mettre au point un scénario de démantèlement optimisé en termes de logistique, coût et maîtrise des risques. En amont du cycle, la dosimétrie concerne le suivi d'activités d'infrastructures en opération (centrales, usines de production, etc.). Le problème de la détection de la contamination existant dans les zones difficiles d'accès telles que, par exemple, les conduites de tuyauterie, est particulièrement important à résoudre. Le brevet US 5 665 972 divulgue des dispositifs qui mesurent la 3021755 2 contamination dans des conduites de tuyauterie. Les mesures relevées sont des mesures à une dimension également nommées mesures 1-D. Dans la suite de la description, les abréviations respectives « 0-D », « 1-D » et « 2-D » seront fréquemment utilisées à la place des termes « ponctuel », « à une dimension » et « à deux dimensions ». 5 Un premier dispositif divulgué dans le brevet US 5 665 972 est représenté en figure 1. Il comprend un élément de détection 1 formé d'une pluralité de dosimètres thermo-luminescents, par exemple quatre dosimètres, insérés dans un support. L'élément de détection 1 est fixé sur ses parois latérales à des câbles métalliques souples 2. Deux disques 3a, 3b percés en leur centre sont disposés de part et d'autre de 10 l'élément détecteur 1, les câbles métalliques souples 2 traversant les disques via leur perçage. Les disques 3a, 3b prennent appui sur la paroi intérieure de la conduite 4 dont la contamination est à mesurer. Les disques 3a, 3b ont pour objectif de maintenir l'élément de détection 1 sensiblement selon l'axe de la conduite à l'aide d'une pré-tension des câbles. Deux demi-tubes intercalaires T1, T2 sont placés en vis-à-vis sur la paroi intérieure 15 de la conduite 4 afin de maintenir une distance minimale entre les deux disques. La détection de la contamination à l'intérieur de la conduite s'effectue par traction, en déplaçant l'élément détecteur 1 à l'intérieur de la conduite. Le dispositif représenté en figure 1 présente des inconvénients. La présence des demi-tubes intercalaires T1, T2 exclut le franchissement de courbures. Ce 20 dispositif ne peut donc être utilisé que dans des conduites rectilignes. Par ailleurs, les dosimètres thermo-luminescents ne permettent pas un usage opérationnel puisqu'ils nécessitent de démonter l'assemblage après chaque exposition, puis, de transmettre les dosimètres à un laboratoire spécialisé pour relever les mesures. Un deuxième dispositif divulgué dans le brevet US 5 665 972 est 25 représenté en figure 2. Il comprend une série de détecteurs 5. Chaque détecteur 5 est constitué d'un détecteur Geiger-Muller miniature inséré dans une coquille de protection. Les coquilles sont reliées les unes aux autres par un câble porteur 6 constitués de deux câbles métalliques souples élémentaires, chaque câble métallique souple élémentaire ayant un diamètre de 1,6mm. Le câble porteur 6 a pour fonction de tracter l'ensemble des 3021755 3 détecteurs dans la conduite 4 dont la contamination est à mesurer. Un câble électrique 7 relie les différents détecteurs 5 entre eux. Le câble électrique 7 a pour fonction d'alimenter les détecteurs Geiger-Muller en haute tension et de véhiculer les signaux de mesure. 5 Le dispositif de la figure 2 présente également des inconvénients. En effet, les détecteurs Geiger-Muller, même miniatures, demeurent relativement volumineux. Il n'est ainsi pas possible d'effectuer des mesures de débit de dose dans des conduites de très faible diamètre telles que, par exemple, des conduites de 8mm de diamètre. Un autre inconvénient des détecteurs Geiger-Muller est qu'ils nécessitent 10 l'apport d'une haute tension et qu'ils sont « éblouis » par des débits de dose importants. Par ailleurs, la transmission d'un signal de mesure est perturbée dès lors que la longueur du câble est trop grande (par exemple, au-delà de 20m) et la résolution d'un détecteur Geiger-Muller miniature déporté par une grande longueur de câble est de l'ordre du mGy/h, ce qui n'est pas suffisant aux stades ultimes de la décontamination où le débit de 15 dose atteint des valeurs de quelques p.Gy/h. Un inconvénient commun des deux dispositifs de l'art antérieur décrit ci-dessus est qu'ils doivent être installés par traction, nécessitant alors la présence d'un accès à chacune des deux extrémités de la conduite à analyser. Un autre inconvénient commun des deux dispositifs est que les conduites concernées ont un diamètre 20 relativement élevé, typiquement compris entre 25mm et 50mm. L'invention ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus. Exposé de l'invention En effet, l'invention concerne un dispositif de détection de radiations comprenant au moins deux détecteurs de radiations distribués en série le long d'un câble 25 support, chaque détecteur comprenant un élément de détection à luminescence stimulée optiquement (« Optically Stimulated Luminescence » ou OSL) couplé optiquement à au moins une fibre optique, chaque élément de détection OSL étant maintenu en vis-à-vis d'une première extrémité de la fibre optique par une pièce mécanique fixée sur le câble support, la pièce mécanique étant maintenue dans un câble flexible par des moyens de 3021755 4 maintien, les deuxièmes extrémités de chaque fibre optique débouchant à une même première extrémité du câble flexible. Selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention, la pièce mécanique qui enserre le câble support comprend un premier alésage taraudé et un 5 deuxième alésage alignés avec le premier alésage, l'élément de détection OSL étant fixé dans une vis elle-même vissée dans le premier alésage et la fibre optique étant fixée dans le deuxième alésage. Selon une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, les moyens de maintien comprennent un cylindre porteur fait d'une matière solide 10 deformable sur lequel les fibres optiques sont enroulées, préférentiellement en hélice. Selon encore une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, une pluralité de fibres optiques sont couplées à un même élément de détection OSL, la pluralité de fibres optiques étant regroupées dans un tuyau capillaire sous la forme d'un faisceau de fibres optiques. 15 Selon encore une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, une fibre optique contenant une pluralité de réseaux de Bragg (« Fiber Bragg Gratings » en langue anglaise) est insérée dans un tuyau capillaire (e.g. polyimide), puis enroulée de la même façon que les autres fibres optiques pour déboucher à la première extrémité du câble flexible. 20 Selon encore une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, la deuxième extrémité du câble flexible, opposée à la première extrémité, est fermée par un embout. Dans un mode de réalisation particulier, l'embout comprend un microphone. Selon encore une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, le câble support est un fil multi-brins. 25 Selon encore une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, le câble flexible est un tube métallique agrafé. L'invention concerne également un système de détection de radiations dans une installation, le système comprenant un dispositif de détection de radiations selon l'invention et des moyens pour introduire par propulsion le dispositif de détection 30 de radiations dans l'installation. 3021755 5 L'objet de l'invention est un câble flexible et de très faible diamètre (typiquement quelques millimètres) qui contient des détecteurs miniatures de taille millimétrique, voire sub-millimétrique, délivrant une cartographie linéaire (1-D), résistant aux radiations de niveaux élevés (typiquement plusieurs dizaines de kGy, voire plus) et 5 pouvant être déportés sur une longue distance (typiquement plusieurs dizaines de mètres, voire plus). Dans le cas des très faibles débits de dose, par exemple inférieurs à 10 uGy/h, il est possible d'intégrer la dose sur une durée d'exposition de plusieurs heures, jours, semaines, voire mois, et ainsi d'obtenir un signal de dose exploitable (i.e. 10 présentant un rapport signal sur bruit satisfaisant) pour en déduire un débit de dose moyen avec l'incertitude recherchée qui est généralement de l'ordre du pourcent. Le mode opératoire qui résulte de l'utilisation du dispositif de détection de l'invention a un impact bénéfique sur l'organisation du travail. Les chantiers étant rarement opérationnels de nuit, la possibilité qu'offre le dispositif de l'invention d'une 15 exposition nocturne permet en effet de réduire les contraintes d'organisation. Par ailleurs, l'intégralité du câble sensible peut être exposée de façon simultanée. A titre d'exemple non limitatif, seize lectures simultanées par jour correspondant à seize détecteurs répartis dans le câble flexible peuvent être effectuées. Il est alors possible de gagner du temps sur l'inspection de la totalité d'une infrastructure (conduite, cuves, 20 bâtiment, etc.) par l'utilisation d'une pluralité de câbles conformes au câble de l'invention. Selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention, le dispositif de détection est constitué de détecteurs à luminescence stimulée optiquement ou détecteurs OSL (OSL pour « Optically Stimulated Luminescence ») couplés optiquement, 25 chacun, à l'extrémité de fibres optiques servant, d'une part, à transmettre une lumière de stimulation optique jusqu'au détecteur OSL et, d'autre part, à collecter la luminescence émise par le détecteur OSL, qui résulte de l'exposition de celui-ci aux radiations. De façon avantageuse, la stimulation optique du détecteur OSL entraine simultanément l'émission de lumière OSL par le détecteur et la remise à zéro du détecteur. 3021755 6 De façon avantageuse également, le dispositif de détection de l'invention permet d'effectuer une mesure opérationnelle durant laquelle le câble peut être laissé en place durant la totalité de l'opération de lecture et de remise à zéro, laquelle s'effectue en ligne et à distance. Le câble flexible équipé d'une pluralité de 5 détecteurs à fibres optiques est déposé à l'endroit où l'on souhaite relever les mesures d'activité (infrastructure, tuyau, cuve, etc.) et laissé en place, pendant une durée fixée par l'utilisateur en fonction de l'activité recherchée, la durée d'exposition étant d'autant plus élevée que le débit recherché est faible. Pour chacun des détecteurs contenus dans le câble flexible, les doses sont déduites des luminescences enregistrées suite à la 10 stimulation optique. Une distribution de débit de dose moyen peut alors être déterminée sur toute la portée sensible du câble en établissant le quotient entre les doses mesurées et la durée d'exposition choisie. Un autre avantage de l'invention est l'absence d'électronique dans le câble, celle-ci étant déportée à l'extérieur du câble, dans un coffret dédié. Par ailleurs, de 15 façon avantageuse également, les détecteurs OSL ne sont pas thermalisés, ce qui conduit à faire l'économie d'une électronique de thermalisation. La mesure optique étant naturellement immune aux perturbations électromagnétiques, le dispositif de l'invention permet de faire l'économie de câbles triaxiaux volumineux. Par ailleurs, la présence de détecteurs OSL miniatures et de 20 faisceaux de fibres optiques de faibles diamètres conduit à optimiser le volume du dispositif de détection, permettant ainsi d'accroître la capacité de mesure pour un même diamètre externe de câble. A volume équivalent, il est alors possible de loger une pluralité de détecteurs OSL dans l'espace occupé par un seul capteur conventionnel de type CZT (CZT pour « Cadmium Zinc Telluride »). 25 Selon l'invention, la dynamique de mesure en termes de débit de dose évolue typiquement de quelques 4y/h à environ 10 Gy/h, soit entre 5 à 7 ordres de grandeur (i.e. équivalent de 17 bits à 24 bits respectivement). Cette gamme de débit de dose est beaucoup plus élevée que celle des détecteurs conventionnels. 3021755 7 Selon un perfectionnement de l'invention, le profil de température le long du câble flexible est déterminé parallèlement au profil de débits de dose. En effet, dans le cas où la température n'est pas connue avec précision, une mesure du profil de température peut être effectuée par une ligne de réseaux de Bragg déployée le long du 5 câble selon les procédés connus (c.f. S. Melle et al., « Practical fiber-optic Bragg grating strain gauge system », Appl. Opt., 32 (19), 1993, pp. 3601-3609). Il est alors possible de corriger l'influence de la température sur la mesure de dose. A titre d'exemple non limitatif, la correction peut être d'environ 0,3 %.1 REVENDICATIONS1. Dispositif de détection de radiations comprenant au moins deux détecteurs (D,) de radiations distribués en série le long d'un câble support (MB), caractérisé en ce que chaque détecteur (D,) comprend un élément de détection à luminescence stimulée optiquement (9) couplé optiquement à au moins une fibre optique (Fi), chaque élément de détection à luminescence stimulée optiquement (9) étant maintenu en vis-à-vis d'une première extrémité de la fibre optique par une pièce mécanique (d) fixée sur le câble support (MB), la pièce mécanique (d) étant maintenue dans un câble flexible (FL) par des moyens de maintien (S, Fk, Fi, Fi), les deuxièmes extrémités de chaque fibre optique débouchant à une même première extrémité du câble flexible (FL). 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la pièce mécanique (d) qui enserre le câble support (MB) comprend un premier alésage et un deuxième alésage alignés l'un avec l'autre, l'élément de détection à luminescence stimulée optiquement (9) étant fixé dans le premier alésage et la fibre optique (F,) étant fixée dans le deuxième alésage. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les moyens de maintien (S, Fk, Fi, Fj) comprennent un cylindre porteur (S) fait d'une matière solide déformable sur lequel les fibres optiques sont enroulées. 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel les fibres optiques sont enroulées en hélice. 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, dans lequel la matière solide déformable est un polymère. 3021755 28 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une pluralité de fibres optiques sont couplées à un même élément de détection à luminescence stimulée optiquement (9), la pluralité de fibres optiques étant regroupées dans un tuyau capillaire (K) sous la forme d'un faisceau de fibres optiques (F,). 5 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une couche de graisse (G) recouvre une paroi intérieure du câble flexible. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, 10 dans lequel une couche de polymère (R) recouvre une paroi extérieure du câble flexible. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une fibre optique monomode contenant une pluralité de réseaux de Bragg (B) est fixée dans la pièce mécanique (d), la fibre optique ayant une extrémité débouchant à 15 la première extrémité du câble flexible (FL). 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le câble support (MB) est un fil multi-brins. 20 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le câble flexible (FL) est un tube métallique agrafé. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le diamètre nominal du câble flexible (FL) est compris entre 4mm et 100 mm. 25 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le diamètre du coeur d'une fibre optique multimode est compris entre 100um et 200um. 3021755 29 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une deuxième extrémité du câble flexible (FL), opposée à la première extrémité, est fermée par un embout (EB). 5 15. Dispositif selon la revendication 14, dans lequel l'embout comprend un microphone (MC). 16. Système de détection de radiations dans une installation (I), le système comprenant un dispositif de détection de radiations et des moyens pour 10 introduire le dispositif de détection de radiations dans l'installation (I), caractérisé en ce que le dispositif de détection de radiations est un dispositif selon l'une quelconque des revendications 14 ou 15 et en ce que les moyens pour introduire le dispositif de détection de radiations dans l'installation (I) comprennent un touret (16) sur lequel le câble flexible (FL) est enroulé, un tube d'injection (13) qui s'ouvre dans l'installation et dans lequel 15 l'embout du câble flexible est engagé et des moyens (14, 15) aptes à propulser le câble flexible (FL) dans l'installation. 17. Système de détection selon la revendication 16, dans lequel les moyens (14, 15) aptes à propulser le câble flexible (FL) dans l'installation comprennent un 20 moteur (14) et des moyens mécaniques (17) reliés au moteur aptes à mettre le touret (16) en rotation dès lors qu'une commande de propulsion est appliquée au moteur. 18. Système de détection selon la revendication 16 ou 17, dans lequel un connecteur multi-fibres (18) fixé sur le touret (16) relie les deuxièmes extrémités des 25 fibres optiques à une instrumentation de mesure (19, 20, 21) apte à stimuler les éléments de détection à luminescence stimulée optiquement (9) et à lire une luminescence qui résulte de l'exposition aux radiations.