Brevet FR3024242A1 — publié le 20160129

Dispositif et procédé de mesure de la radioactivité d'un matériau La présente invention concerne le domaine de la mesure de radioactivité d'un matériau. Lors de l'exploitation d'une mine de minerai radioactif ou pour le tri de terres contaminées, il est souhaitable d'analyser la radioactivité du matériau considéré. Pour ce faire, il est possible de réaliser en laboratoire des mesures de radioactivité sur des échantillons prélevés dans le matériau. Néanmoins, ces mesures ponctuelles ne permettent pas d'analyser l'ensemble du matériau (minerai, matériau issu d'un démantèlement ou de l'assainissement d'installations nucléaires, terres contaminées par différents types de radionucléides). En outre, l'obtention des résultats d'analyse peut prendre un certain temps. GB2017294A divulgue un dispositif de tri de minerai comprenant une bande convoyeuse pour transporter le minerai, un dispositif de comptage propre à réaliser une mesure de comptage du nombre de rayonnements gamma émergeant du minerai et en déduire un niveau de radioactivité total du matériau, et un dispositif d'aiguillage pour trier les différentes zones du minerai en fonction de leur niveau de radioactivité. Néanmoins, ces mesures permettent uniquement de mesurer le niveau de radioactivité total du matériau mais ne permettent pas d'identifier les radionucléides présents dans le matériau, ni de déterminer l'origine ou la répartition de la radioactivité totale du matériau s'il y a plusieurs radionucléides présents dans le matériau. Un des buts de l'invention est de proposer un dispositif de mesure de radioactivité permettant d'identifier et quantifier les radionucléides présents au sein d'un matériau transporté sur un convoyeur, notamment dans le cas d'un minerai radioactif. A cet effet, l'invention propose un dispositif de mesure de radioactivité d'un matériau lors de son transport par un convoyeur, le dispositif de mesure de radioactivité comprenant un dispositif de spectrométrie gamma possédant au moins un détecteur de spectrométrie gamma et prévu pour être disposé sur le trajet du convoyeur pour réaliser des mesures de spectrométrie sur le matériau lors de son transport par le convoyeur, ces mesures étant réalisées par la détection des photons émergeant du flux de matériau transporté, et une unité de traitement pour traiter des signaux de mesure fournis par le dispositif de spectrométrie gamma. Selon des modes de réalisations particuliers, le dispositif de mesure de radioactivité comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - il est configuré pour calculer l'activité, la masse et/ou la teneur d'au moins un radionucléide présent dans le matériau en fonction d'une mesure de spectrométrie ; 3024242 2 - il est configuré pour la réalisation de plusieurs mesures de comptage gamma sur le matériau lors de son transport par le convoyeur, pendant une mesure de spectrométrie ; - il est configuré pour calculer l'activité, la masse et/ou la teneur d'au moins un 5 radionucléide en fonction d'une mesure de comptage et de la teneur de ce radionucléide calculée en fonction d'une mesure de spectrométrie précédente ; - il comprend un dispositif de mesure de la hauteur de matériau sur le convoyeur au droit du dispositif de spectrométrie gamma ; - il comprend un dispositif de pesage pour mesurer la masse du matériau 10 transporté par le convoyeur ; - il est configuré pour calculer l'activité, la masse et/ou la teneur d'au moins un radionucléide en fonction d'une efficacité de détection de photons par le dispositif de spectrométrie gamma en fonction de l'énergie de ces photons, de la hauteur de matériau sur le convoyeur au droit du ou de chaque détecteur de spectrométrie gamma et/ou de la 15 masse du matériau transporté par le convoyeur ; - la hauteur de matériau sur le convoyeur est comprise entre 5 cm et 60 cm ; - le dispositif de spectrométrie gamma comprend plusieurs détecteurs de spectrométrie gamma. L'invention propose également un système de mesure de radioactivité, 20 comprenant un convoyeur pour le transport d'un matériau et un dispositif de mesure de radioactivité tel que défini ci-dessus, dont le dispositif de spectrométrie gamma est disposé sur le trajet du convoyeur. Selon des modes de réalisation particuliers, le système comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : 25 - le convoyeur est un convoyeur à bande comprenant une bande sans fin pour le transport du matériau. - la hauteur de matériau sur le convoyeur est comprise entre 5 cm et 60 cm ; - le dispositif de spectrométrie gamma comprend plusieurs détecteurs de spectrométrie gamma. 30 L'invention propose également un procédé de mesure de radioactivité d'un matériau transporté par un convoyeur, notamment un convoyeur à bande sans fin, comprenant la réalisation de mesures de spectrométrie gamma sur le matériau lors de son transport par le convoyeur, à l'aide d'un dispositif de spectrométrie gamma comprenant au moins un détecteur de spectrométrie gamma agencé sur le trajet du 35 convoyeur pour détecter les photons émis par un flux de matériau lors de son transport par le convoyeur. 3024242 3 Selon des modes de mise en oeuvres particuliers, le procédé peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - il comprend le calcul de l'activité, de la masse et/ou de la teneur d'au moins un radionucléide présent dans le matériau en fonction d'une mesure de spectrométrie ; 5 - il comprend la réalisation de mesures de comptage gamma sur le matériau lors de son transport par le convoyeur, à l'aide du dispositif de spectrométrie gamma utilisé pour les mesures de spectrométrie ; - plusieurs mesures de comptage sont réalisées pendant une mesure de spectrométrie ; 10 - il comprend le calcul de l'activité, de la masse et/ou de la teneur d'au moins un radionucléide en fonction d'une mesure de comptage et de la teneur de ce radionucléide calculée en fonction d'une mesure de spectrométrie précédente ; - il comprend la mesure de la hauteur de matériau sur le convoyeur au droit du dispositif de spectrométrie gamma ; 15 - il comprend la mesure de la masse du matériau transporté par le convoyeur ; - il comprend le calcul de l'activité, de la masse et/ou de la teneur d'au moins un radionucléide en fonction d'une efficacité de détection de photons par le dispositif de spectrométrie gamma en fonction de l'énergie de ces photons, de la hauteur de matériau au droit du ou de chaque détecteur de spectrométrie gamma, et/ou de la mesure de la 20 masse du matériau transporté par le convoyeur ; - il comprend la vérification d'une mesure de spectrométrie et/ou de calculs effectués à partir de cette mesure de spectrométrie par comparaison d'activité, de masse et/ou de teneur d'au moins un radionucléide, en particulier le bismuth 214 (Bi214), calculées en fonction de raies spectrales principales d'énergies caractéristiques de ce 25 même radionucléide ; - il comprend le calcul de l'activité, de la masse et/ou de la teneur d'uranium 235 (U235) et/ou d'uranium 238 (U238) en fonction des résultats d'une mesure de spectrométrie pour le protactinium 234 (Pa234) ; - il comprend le calcul de l'activité, de la masse et/ou de la teneur en protactinium 30 234, le calcul de l'activité, de la masse et/ou de la teneur en bismuth 214 (Bi214) et/ou le calcul de l'activité, de la masse et/ou de la teneur en radium 226 (Ra226), en fonction d'une mesure de spectrométrie ; - il comprend le calcul de l'activité, de la masse et/ou de la teneur en uranium 235 (U235) et/ou le calcul de l'activité, de la masse et/ou de la teneur en en fonction d'une 35 mesure de spectrométrie ; 3024242 4 - il comprend le calcul de l'activité, de la masse et/ou de la teneur en uranium 235 et/ou le calcul de l'activité, de la masse et/ou de la teneur en uranium 238 est effectué à partir de l'activité, de la masse et/ou de la teneur calculées pour le protactinium 234, le bismuth 214 et/ou le radium 226 ; 5 - la hauteur de matériau sur le convoyeur est comprise entre 5 cm et 60 cm ; - le dispositif de spectrométrie gamma comprend plusieurs détecteurs de spectrométrie gamma. L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux 10 dessins annexés, sur lesquels : La Figure 1 est une vue schématique de côté d'un système de mesure de radioactivité comprenant un convoyeur et un dispositif de mesure de radioactivité ; La Figure 2 est une vue schématique en coupe transversale du système de la 15 Figure 1, selon Il-Il sur la Figure 1 ; La Figure 3 est une vue schématique du dispositif de mesure de radioactivité de l'ensemble des Figures 1 et 2 ; et La Figures 4 est un graphique illustrant un spectre résultant d'une mesure de spectrométrie gamma. 20 Le système 2 de mesure de radioactivité des Figures 1 et 2 comprend un convoyeur 4 prévu pour convoyer un matériau, par exemple un minerai radioactif extrait d'une mine, et un dispositif de mesure de radioactivité 5 adapté pour mesurer la radioactivité du flux de matériau lors du transport du matériau par le convoyeur 4, en réalisant notamment des mesures de spectrométries. 25 Le convoyeur 4 comprend un organe de convoyage sans fin pour transporter le matériau. Le convoyeur 4 est ici un convoyeur à bande, dont l'organe de convoyage est une bande 6 convoyeuse sans fin. Le dispositif de mesure de radioactivité 5 est adapté pour réaliser à la fois des mesures de spectrométrie au cours desquelles le dispositif de mesure de radioactivité 5 30 identifie et quantifie les différents radionucléides contenus dans le matériau lors de son transport par le convoyeur 4, et des mesures de comptage au cours desquelles le dispositif de mesure de radioactivité 5 compte les photons émis par le matériau lors de son transport par le convoyeur pour déterminer la radioactivité totale du matériau. Le dispositif de mesure de radioactivité 5 comprend un dispositif de spectrométrie 35 gamma 7 adapté pour détecter les photons gamma émis par le matériau lors de son transport par le convoyeur 4 et mesurer l'énergie des photons détectés, et une unité de 3024242 5 traitement de données 8 pour traiter des signaux de mesure correspondants fournis par le dispositif de spectrométrie gamma 7. Le dispositif de spectrométrie gamma 7 est disposé sur le trajet du convoyeur 4 de façon à pouvoir détecter les photons gamma émis par le matériau lors de son transport par le convoyeur 4. 5 Le dispositif de spectrométrie gamma 7 comprend au moins un détecteur de spectrométrie gamma, ou spectromètre gamma 9, pour réaliser des mesures de spectrométrie gamma sur le matériau lors de son transport par le convoyeur 4. Le dispositif de spectrométrie gamma 7 comprend de préférence plusieurs spectromètres gamma 9, typiquement deux à quatre spectromètres gamma, ici trois spectromètres 10 gamma 9 (Figure 1). Chaque spectromètre gamma 9 détecte des photons émis par le matériau situé sur la bande 6 et émergeant de ce matériau, et mesure l'énergie de chaque photon détecté. Chaque spectromètre gamma 9 fournit en sortie un signal représentatif du nombre de photons émis et de l'énergie associée à chaque photon détecté. Un tel signal 15 permet ensuite de déterminer un spectre gamma indiquant, sur une période de temps donnée, le nombre de photon détecté en fonction de l'énergie. Le dispositif de spectrométrie gamma 7 comprend un blindage 10 entourant les spectromètres gamma 9 et agencé pour permettre aux photons émergeant du matériau transporté par le convoyeur 4 et situé au droit des spectromètres gamma 9 d'atteindre les 20 spectromètres gamma 9, tout en protégeant les spectromètres gamma 9 des photons émis par d'autres sources de photons. Le blindage 10 est réalisé dans un matériau atténuant fortement les rayonnements, par exemple en plomb ou en tungstène. En option, le dispositif de mesure de radioactivité 5 comprend un capteur de hauteur 12 pour mesurer la hauteur du matériau transporté par le convoyeur 4 au droit du 25 dispositif de spectrométrie gamma 7. Le capteur de hauteur 12 est par exemple un télémètre laser disposé au-dessus de la bande 6 pour mesurer la distance entre le télémètre et la surface supérieure du matériau transporté par la bande 6, et calculer la hauteur de matériau en fonction de la distance du télémètre au convoyeur 4 en l'absence de matériau sur le convoyeur 4. 30 La hauteur du matériau transporté par la bande 6 est typiquement comprise entre 5 cm et 60 cm. En option, le système 2 comprend un gabarit pour niveler le niveau du matériau sur la bande 6. La hauteur du matériau sur la bande 6 est alors sensiblement constante. En option, le dispositif de mesure de radioactivité 5 comprend un dispositif de 35 pesage 14 pour mesurer la masse du matériau transporté par le convoyeur 4 au droit du dispositif de spectrométrie gamma 7 pendant une période de temps donnée. 3024242 6 Le capteur de hauteur 12 et le dispositif de pesage 14 sont disposés au droit du dispositif de spectrométrie gamma 7 ou décalé en amont ou en aval par rapport au dispositif de spectrométrie gamma 7 le long du convoyeur 4. Dans le cas d'un décalage en amont ou en aval, la connaissance du déplacement du convoyeur 4 permet ensuite 5 d'associer chaque mesure de hauteur et/ou de masse à la mesure de spectrométrie correspondante. La bande 6 possède un brin de transport 6A assurant le transport du matériau et (circulant vers la gauche sur la Figure 1) et un brin de retour 6B (circulant vers la droite sur la Figure 1). 10 Le dispositif de spectrométrie gamma 7 est disposé de manière à effectuer des mesures sur le matériau transporté par la bande 6, plus spécifiquement par le brin de transport 6. Le dispositif de spectrométrie gamma 7 est de préférence disposé au-dessous du brin de transport 6A, en étant de préférence accolé au brin de transport 6A. En variante, le dispositif de spectrométrie gamma 7 est disposé au-dessus ou sur les 15 côtés du brin de transport 6A. Le convoyeur 4 comprend des ensembles de guidage 16 à rouleaux répartis sous le brin de transport 6A pour le guider et le supporter. Le dispositif de spectrométrie gamma 7 est disposé entre deux ensembles de guidage 16 adjacents, de manière à être placé au plus près de la bande 6. Les ensembles de guidage 16 comprennent en option 20 des rouleaux de guidage 17 qui sont agencés pour relever les parties latérales du brin de transport 6A. La bande 6 est enroulée sur deux rouleaux de renvoi 18, de sorte que le brin de transport 6A et le brin de retour 6B circulent chacun d'un rouleau 18 à l'autre, en sens opposés. Au moins un des rouleaux de renvoi 18 est motorisé pour l'entraînement de la 25 bande 6. En option, dans le cas de températures ambiantes excessives, le dispositif de mesure de radioactivité 5 comprend un système de ventilation et/ou de climatisation agencé pour maintenir le dispositif de spectrométrie (spectromètres) dans des conditions de fonctionnement standard pour ce type de matériel (-10°C REVENDICATIONS1.- Dispositif de mesure de la radioactivité d'un matériau lors de son transport par un convoyeur, le dispositif de mesure de radioactivité comprenant un dispositif de spectrométrie gamma (7) possédant au moins un détecteur de spectrométrie gamma (9) et prévu pour être disposé sur le trajet du convoyeur pour réaliser des mesures de spectrométrie sur le matériau lors de son transport par le convoyeur (4), ces mesures étant réalisées par la détection des photons émergeant du flux de matériau transporté, et une unité de traitement (8) pour traiter des signaux de mesure fournis par le dispositif de spectrométrie gamma (7). 2.- Dispositif de mesure de radioactivité selon la revendication 1, dans lequel l'unité de traitement (8) est programmée pour le calcul de l'activité, de la masse et/ou de la teneur d'au moins un radionucléide présent dans le matériau en fonction d'une mesure de spectrométrie. 3.- Dispositif de mesure de radioactivité selon la revendication 1 ou 2, configuré pour la réalisation de plusieurs mesures de comptage gamma sur le matériau lors de son transport par le convoyeur (4), pendant une mesure de spectrométrie. 4.- Dispositif de mesure de radioactivité selon la revendication 3, configuré pour calculer l'activité, la masse et/ou la teneur d'au moins un radionucléide en fonction d'une mesure de comptage et de la teneur de ce radionucléide calculée en fonction d'une mesure de spectrométrie précédente. 5.- Dispositif de mesure de radioactivité selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un dispositif de mesure de la hauteur de matériau sur le convoyeur (4) au droit du dispositif de spectrométrie gamma (7) et/ou un dispositif de pesage (14) pour mesurer la masse du matériau transporté par le convoyeur (4). 6.- Dispositif de mesure de radioactivité selon l'une quelconque des revendications précédentes, configuré pour calculer l'activité, la masse et/ou la teneur d'au moins un radionucléide en fonction d'une efficacité de détection de photons par le dispositif de spectrométrie gamma (7) en fonction de l'énergie de ces photons, de la hauteur de matériau sur le convoyeur (4) au droit du ou de chaque détecteur de spectrométrie gamma (7), et/ou de la masse du matériau transporté par le convoyeur (4). 7.- Système de mesure de radioactivité, comprenant un convoyeur (4) pour le transport d'un matériau et un dispositif de mesure de radioactivité (5) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dont le dispositif de spectrométrie gamma est disposé sur le trajet du convoyeur (4). 3024242 17 8.- Système selon la revendication 7, dans lequel le convoyeur est un convoyeur à bande comprenant une bande sans fin (6) pour le transport du matériau. 9.- Procédé de mesure de radioactivité d'un matériau transporté par un convoyeur (4), notamment un convoyeur à bande sans fin, comprenant la réalisation de mesures de 5 spectrométrie gamma sur le matériau lors de son transport par le convoyeur, à l'aide d'un dispositif de spectrométrie gamma (7) comprenant au moins un détecteur de spectrométrie gamma (9) agencé sur le trajet du convoyeur (4) pour détecter les photons émis par un flux de matériau lors de son transport par le convoyeur (4). 10.- Procédé de mesure selon la revendication 9, comprenant le calcul de 10 l'activité, de la masse et/ou de la teneur d'au moins un radionucléide présent dans le matériau en fonction d'une mesure de spectrométrie. 11.- Procédé de mesure selon la revendication 9 ou 10, comprenant la réalisation de mesures de comptage gamma sur le matériau lors de son transport par le convoyeur (4), à l'aide du dispositif de spectrométrie gamma (7) utilisé pour les mesures de 15 spectrométrie. 12.- Procédé selon la revendication 11, dans lequel plusieurs mesures de comptage sont réalisées pendant une mesure de spectrométrie. 13.- Procédé selon la revendication 12, comprenant le calcul de l'activité, de la masse et/ou de la teneur d'au moins un radionucléide en fonction d'une mesure de 20 comptage et de la teneur de ce radionucléide calculée en fonction d'une mesure de spectrométrie précédente. 14.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, comprenant la mesure de la hauteur de matériau sur le convoyeur (4) au droit du dispositif de spectrométrie gamma (7) et/ou la mesure de la masse du matériau transporté par le 25 convoyeur (4). 15.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 14, comprenant le calcul de l'activité, de la masse et/ou de la teneur d'au moins un radionucléide en fonction d'une efficacité de détection de photons par le dispositif de spectrométrie gamma (7) en fonction de l'énergie de ces photons, de la hauteur de matériau au droit du ou de chaque 30 détecteur de spectrométrie gamma (9), et/ou de la mesure de la masse du matériau transporté par le convoyeur (4). 16.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 15, comprenant la vérification d'une mesure de spectrométrie et/ou de calculs effectués à partir de cette mesure de spectrométrie par comparaison d'activité, de masse et/ou de teneur d'au 35 moins un radionucléide, en particulier le bismuth 214 (Bi214), calculées en fonction de raies spectrales principales d'énergies caractéristiques de ce même radionucléide. 3024242 18 17.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 16, comprenant le calcul de l'activité, de la masse et/ou de la teneur d'uranium 235 (U235) et/ou d'uranium 238 (U238) en fonction des résultats d'une mesure de spectrométrie pour le protactinium 234 (Pa234). 5 18.- Procédé de mesure selon l'une quelconque des revendications 9 à 17 précédentes, comprenant le calcul de l'activité, de la masse et/ou de la teneur en protactinium 234, le calcul de l'activité, de la masse et/ou de la teneur en bismuth 214 (Bi214) et/ou le calcul de l'activité, de la masse et/ou de la teneur en radium 226 (Ra226), en fonction d'une mesure de spectrométrie. 10 19.- Procédé de mesure selon l'une quelconque des revendications 9 à 18, comprenant le calcul de l'activité, de la masse et/ou de la teneur en uranium 235 (U235) et/ou le calcul de l'activité, de la masse et/ou de la teneur en en fonction d'une mesure de spectrométrie. 20.- Procédé de mesure selon les revendications 18 et 19, dans lequel le calcul de 15 l'activité, de la masse et/ou de la teneur en uranium 235 et/ou le calcul de l'activité, de la masse et/ou de la teneur en uranium 238 est effectué à partir de l'activité, de la masse et/ou de la teneur calculées pour le protactinium 234, le bismuth 214 et/ou le radium 226.