Brevet FR3053476A1 — publié le 20180105

DISPOSITIF DE VISUALISATION DE NIVEAU D'IRRADIATION L'invention a pour objet un dispositif de visualisation de niveau d'irradiation d'un élément soumis à un rayonnement ionisant. Les rayonnements ionisants sont dangereux pour la santé et il convient de limiter au maximum l'exposition à ces rayonnements de tout matériel et de tout intervenant humain, afin de réduire au maximum les risques radiologiques induits. Ces rayonnements sont invisibles par nature. Il est connu, pour chaque circonstance, de déterminer un niveau seuil de tolérance d'irradiation, ou dose absorbée seuil. Actuellement, pour contrôler qu'un élément n'est pas soumis à un niveau d'irradiation supérieur au niveau seuil, c'est-à-dire qu'une dose absorbée est inférieure à la dose seuil, on a recours à une mesure via une instrumentation dédiée qui permet de détecter les rayonnements, d'en caractériser la nature et l'intensité et d'en quantifier la dangerosité pour le corps humain ou la dégradation pour le matériel. Ainsi, en cas de dépassement du niveau seuil et si la mesure se fait en temps réel, il peut être prévu de déclencher une alarme pour évacuer toute personne de la zone à risque. Toutefois, ce type d'instrumentation dédiée, du fait qu'il nécessite la mesure du niveau d'irradiation, présente une structure complexe. En effet, ce type d'instrumentation nécessite une alimentation externe et ne permet que de réaliser des mesures ponctuelles. En outre, il présente un seuil de dose cumulé plus bas que celui de dispositifs de mesure passifs, du fait que s'il reçoit des doses trop faibles elles ne peuvent être comptées, les doses devant dépasser un seuil pour être comptées. Il existe aussi des dispositifs de mesure de type dosimètre passif portés par une personne sur une durée cumulée, qui compte par cumul la dose reçue par la personne. Mais pour que la mesure de la dose cumulée soit connue, elle doit faire l'objet d'un développement a posteriori. 3053476 2 Le but de l'invention est de proposer un dispositif de prévention de risque radiologique simple, tout en étant fiable et permettant de prévenir en temps réel un intervenant dans la zone d'irradiation. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de visualisation de dépassement d'un niveau d'irradiation d'un élément soumis à un rayonnement ionisant, comprenant une structure de détection de radiations, dite structure radiosensible, dans un intervalle donné de doses absorbées, dit intervalle de fonctionnement, comprenant au moins une couche radiochromique. Ainsi, grâce au dispositif selon la présente invention, un intervenant, par le changement de couleur de la couche radiochromiqueune vérifie que le niveau d'irradiations dans une zone irradiée dans laquelle il se trouve en présence de l'élément reste acceptable. De plus, le dispositif selon la présente invention est simple et permet en outre de s'affranchir de la mise en oeuvre d'un moyen de mesure, bien plus complexe par nature. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comprend un moyen non radiosensible comprenant au moins une teinte d'indication visuelle d'un niveau d'irradiations dans ledit intervalle de fonctionnement de la structure de détection de radiations. Ainsi, un intervenant, par une simple comparaison visuelle de la couleur de la couche radiochromique et la teinte du moyen non radiosensible, vérifie que le niveau d'irradiations dans une zone irradiée dans laquelle il se trouve en présence de l'élément reste acceptable. Selon une autre caractéristique de l'invention, la structure radiosensible comprend au moins une couche réflectrice. Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite au moins une couche réflectrice est transparente. Selon une autre caractéristique de l'invention, la structure radiosensible comprend au moins une couche de génération de rayonnement secondaire. Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite au moins une couche de 3053476 3 génération de rayonnement secondaire est transparente. Selon une autre caractéristique de l'invention, la structure radiosensible comprend une couche réflectrice et une couche de génération de rayonnement secondaire disposées de part et d'autre de la couche radiochromique. Selon une autre caractéristique de l'invention, la couche radiochromique comprend un gel de monomères. L'invention a également pour objet un élément configuré pour être soumis à un rayonnement d'un rayonnement ionisant, muni d'un dispositif de visualisation tel que décrit précédemment. L'invention a également pour objet une application d'un dispositif de visualisation tel que décrit précédemment à un mur d'une pièce, tel qu'un plafond, soumis à une irradiation d'un rayonnement ionisant, le dispositif de visualisation étant disposé sur ledit mur. L'invention a également pour objet une application d'un dispositif de visualisation tel que décrit précédemment à un vêtement soumis à une irradiation nucléaire, le dispositif de visualisation étant disposé sur ledit vêtement. L'invention a également pour objet une application d'un dispositif tel que décrit précédemment à un suivi de tenue sous irradiation d'un élément, tel qu'un câble. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre une vue de face d'un dispositif de visualisation de niveau d'irradiation selon la présente invention ; - la figure 2 illustre une vue en coupe du dispositif de la figure 1 à une application sur un support non réflecteur ; - la figure 3 illustre une évolution d'une opacité en fonction d'une dose absorbée d'un dispositif de l'art antérieur (en trait plein) et du dispositif de la figure 1 (en traits discontinus) ; - la figure 4 illustre une vue en coupe du dispositif de la figure 1 dans une 3053476 4 application sur un sol ; - la figure 5 illustre une vue en coupe du dispositif de la figure 1 dans une application pour un suivi de vieillissement d'un câble ; et - la figure 6 illustre une vue en coupe du dispositif de la figure 1 dans une application à un gant ou vêtement recouvrant tout ou partie du corps humain. Dispositif de visualisation de niveau d'irradiation Comme visible sur les figures 1 à 6, l'invention a pour objet un dispositif de visualisation 1 d'un dépassement de niveau d'irradiation d'un élément 2 soumis à un rayonnement ionisant R incident. Par rayonnement ionisant, on entend un rayonnement capable de déposer assez d'énergie dans la matière de sorte que ses rayons peuvent transformer les atomes de l'élément 2 qu'ils traversent en ions, rendant la matière de l'élément 2 instable. Par élément, on entend par exemple un vêtement, un sol ou un matériel, comme il sera détaillé ultérieurement. Le rayonnement ionisant R est issu d'une source, non illustrée, telle que notamment un objet irradiant. Le dispositif de visualisation 1 comprend une structure 3 de détection de rayonnement dans un intervalle donné de doses absorbées, dite structure radiosensible, comprenant au moins une couche radiochromique 4. Par couche radiochromique 4, on entend que la couche 4 subit un changement de couleur en fonction de la dose absorbée par la couche 4. L'intervalle donné de doses absorbées est autrement appelé intervalle de fonctionnement. La dose absorbée est la quantité d'énergie déposée par unité de masse dans l'élément 2. Le dispositif de visualisation 1 comprend également un moyen non radiosensible 5, encore appelé étalon, comprenant au moins une teinte d'indication visuelle du 3053476 dépassement d'un niveau d'irradiation dans l'intervalle de fonctionnement de la structure 3. Selon un premier mode de réalisation, l'étalon a la même couleur que celle de la couche 4 non irradiée ; la couleur de la couche 4 irradiée doit alors présenter un contraste suffisant avec celle de l'étalon pour fournir une indication d'alerte à l'utilisateur. Selon un deuxième mode de réalisation, la couleur de l'étalon est choisie comme correspondant à un seuil fixé, la couleur de la couche 4 non irradiée ayant un fort contraste avec la couleur de l'étalon puis évoluant sous irradiation vers la couleur de l'étalon. Du fait qu'au moins une teinte d'indication visuelle de l'étalon 5 est incluse dans l'intervalle de fonctionnement de la structure 3, il y a coopération entre la structure 3 et l'étalon 5 qui donne une indication colorée du niveau de dose absorbée par l'élément 2. De préférence, la structure 3 est disposée sur une surface irradiée de l'élément 2, ce qui assure que l'exposition radiologique de la couche 4 est sensiblement égale à celle de l'élément 2, comme il sera détaillé ultérieurement ; pour autant la dose absorbée par la couche 4 peut être volontairement amplifiée par rapport à celle absorbée par l'élément 2. Avantageusement, la couche radiochromique 4 comprend une matière radiosensible. La matière radiosensible est de préférence un gel. Le gel radiosensible, utilisé dans les films Gafchromic (marque déposée) et commercialisés par l'entreprise Ashland comporte un ensemble de monomères qui initient une réaction de polymérisation sous irradiation. Avantageusement, le gel radiosensible comporte notamment un diacetylène : RC=C-C=C-R' avec, de préférence R et R' : -CH2-O-CONH-(CH2)5CH3. Le gel radiosensible est de préférence encapsulé dans la couche radiochromique 4. 3053476 6 La densité optique, devant être comprise comme une modification de couleur n'allant pas nécessairement vers le noir, de la couche 4 évolue progressivement avec la réaction de polymérisation. De préférence, la densité optique de la couche 4 augmente progressivement avec la réaction de polymérisation, et donc avec la dose absorbée. Par exemple, la couche 4 présente une couleur orange quand elle n'est pas irradiée, puis, sous irradiation, s'assombrit jusqu'à devenir noire pour une dose absorbée pré-déterminée. Dans ce cas, on détermine un niveau de seuil tolérable entre la couleur orange et la couleur noire, au-delà duquel un intervenant doit quitter la zone irradiée. Par exemple, l'étalon 5 présente une pastille noire, ce qui indique à l'intervenant que, lorsque la structure 3 est noire, le seuil a été dépassé. Selon une variante, l'étalon 5 présente une pluralité de couleurs, chaque couleur correspondant à une dose absorbée donnée. Selon une autre variante, la couche radiochromique 4 prend une forme générale d'une trace telle qu'un écrit, un mot ou un dessin. La trace est par exemple invisible sans rayonnement, puis, une fois le seuil atteint, apparaît à l'oeil de l'intervenant. Le changement de couleur au seuil est choisi de sorte à être perceptible à l'oeil humain. Dans ce cas, l'étalon 5 est constitué par une représentation de la trace visible. On note que l'invention ne se limite pas à une couche radiochromique à gel sensible mais que d'autres types de couche sont tout à fait envisageables. Avantageusement, la couche radiochromique comprend également une substance colorante, afin de renforcer le contraste visuel par un utilisateur entre la couleur initiale et la couleur de la couche 4 irradiée. Structure radiosensible Comme visible sur la figure 2, la structure radiosensible 3 comprend la couche 3053476 7 radiochromique 4. La structure radiosensible 3 comprend également au moins une couche réflectrice. Sur le mode de réalisation de la figure 2, la structure radiosensible 3 comprend une couche réflectrice, référencée 6. La couche réflectrice 6 est constituée à partir d'une matière présentant des propriétés de rétro-diffuser le rayonnement ionisant auquel est soumis l'élément 2. La couche réflectrice 6 permet de ramener dans la couche 4 une partie du rayonnement incident R qui a traversé la couche 4 en y ayant déposé un peu de son énergie. La couche réflectrice 6 est par exemple constituée à base d'un métal, tel que du plomb ou de l'acier, ou à base de béton. Avantageusement, la couche réflectrice 6 est transparente à la lumière, afin de ne pas réduire le contraste du changement de couleur de la couche radiochromique 4. La structure radiosensible 3 comprend également au moins une couche de génération de rayonnement secondaire. Sur le mode de réalisation de la figure 2, la structure radiosensible 3 comprend une couche de génération de rayonnements secondaires, référencée 7. La couche de génération de rayonnement secondaire 7 permet de convertir le rayonnement incident, d'une valeur d'énergie donnée, en une pluralité de rayonnements de plus faible énergie qui se déposent dans la couche radiochromique 4. Autrement dit, la couche 7 permet d'augmenter le dépôt d'énergie dans la couche radiochromique 4 pour une dose absorbée donnée, puisque certains rayonnements, qui traverseraient la couche 4 en y déposant peu d'énergie, sont transformés en des rayonnements de plus faible énergie qu'ils déposent dans la couche 4 en contribuant à la réaction de polymérisation (dans le cas où la couche radiochromique 4 comprend le gel radiosensible). Ainsi, la couche 7 permet d'augmenter la sensibilité de la structure radiosensible 3053476 8 3. La couche 7 comporte des éléments chimiques favorisant la diffusion des rayonnements, par exemple du fer ou du plomb. Avantageusement, la couche 7 est transparente à la lumière, afin de ne pas réduire le contraste du changement de couleur de la couche radiochromique 4. Sur la figure 2, on constate que la structure 3 prend la forme générale d'un empilement des couches superposées 4, 6 et 7, les couches de génération de rayonnement secondaire 7 et réflectrice 6 étant disposées de part et d'autre de la couche radiochromique 4. Comme visible sur la figure 2, la couche 4 est délimitée par deux faces opposées 8, 9. La face 8 constitue la face d'entrée du rayonnement incident R dans la couche 4. La face 9 constitue la face de sortie du rayonnement incident R hors de la couche 4. En d'autres termes, la face 8 est disposée en amont relativement à la face 9 vis-à-vis du rayonnement incident R. La couche de génération de rayonnement secondaire 7 est disposée en contact de la face d'entrée 8 de la couche radiochromique 4. La couche réflectrice 6 est disposée en contact de la face de sortie 9 de la couche radiochromique 4. Comme visible sur la figure 2, la structure 3 est posée sur une surface 10 de l'élément 2. Le rayonnement R traverse successivement la couche de génération de rayonnement secondaire 7, la couche radiochromique 4 et la couche réflectrice 6, avant d'atteindre la surface 10. De préférence, chacune des couches 4, 6 et 7 présente une épaisseur de l'ordre de quelques dizaines de micromètres ou de quelques centaines de micromètres, en particulier une épaisseur comprise entre 10 pm et 20 pm ou entre 100 pm et 200 pm. 3053476 9 Cet intervalle de valeurs permet de ne pas trop atténuer le rayonnement incident et de favoriser le dépôt d'énergie par le rayonnement incident et les rayonnements secondaires. Bien entendu, l'invention ne se limite pas au mode de réalisation illustré, et, en particulier, selon la nature et l'énergie du rayonnement incident, il est possible de ne prévoir que la couche réflectrice 6 et pas la couche de génération de rayonnement secondaire 7 ou au contraire la couche de génération de rayonnement secondaire 7 et pas la couche réflectrice 6. Par exemple, pour un rayonnement de faible énergie (de l'ordre de l'eV) ou peu pénétrant, on peut ne prévoir que la couche 4, voire la couche 4 et la couche réflectrice 6 sans couche de génération de rayonnement secondaire 7. A partir d'une énergie moyenne (de l'ordre du keV), il est avantageux d'ajouter les couches réflectrices 6 et de génération de rayonnements secondaires 7. On note qu'il faut atteindre un certain niveau de densité optique pour que le contraste entre la couleur de la couche 4 sans irradiation puis sous irradiation soit visible, ce qui correspond à un temps donné pour une dose donnée. Comme visible sur la figure 3, les couches 6 et/ou 7 permettent d'atteindre un point de visibilité plus tôt, ce qui revient à augmenter un coefficient directeur d'une tangente à l'origine de la courbe d'évolution de l'opacité du dispositif 1 en fonction de la dose absorbée. Application à un mur d'une pièce L'invention a également pour objet une application du dispositif 1 à un mur d'une pièce. Les références numériques restent inchangées pour les éléments identiques au mode de réalisation déjà décrit. Sur la figure 4, le mur est un sol 11. Comme visible sur la figure 3, la structure 3 est accolée à la surface 10 du sol 11. Depuis la surface 10, la structure 3 comprend la couche réflectrice 6, la couche radiochromique 4 et la couche de génération de rayonnement secondaire 7. 3053476 La couche de génération de rayonnement secondaire 7 est avantageusement transparente, afin de ne pas opacifier la couche radiochromique 4. Le rayonnement incident R provenant de la pièce pénètre la structure 3 en traversant successivement la couche de génération de rayonnement secondaire 7, la couche radiochromique 4, la couche réflectrice 6 puis le sol 11. L'étalon 5, non illustré, permet, comme déjà indiqué de contrôler en temps réel si la dose absorbée est inférieure à la valeur seuil ou au contraire si elle est dépassée. Application à un suivi de tenue sous irradiation L'invention a également pour objet une application du dispositif 1 à un suivi de tenue sous irradiation d'un objet, tel qu'un câble. Les références numériques restent inchangées pour les éléments identiques aux modes de réalisation déjà décrits. Sur la figure 5, le câble 12 est irradié sur une surface externe 10. Comme visible sur la figure 4, la structure 3 est accolée à la surface externe 10 du câble 12. Depuis la surface 10, la structure 3 comprend la couche de génération de rayonnement secondaire 7, la couche radiochromique 4 et la couche réflectrice 6. La couche de génération de rayonnement secondaire 7 est avantageusement transparente à la lumière, afin de ne pas opacifier la couche radiochromique 4. Le rayonnement incident R provenant de la pièce pénètre la structure 3 en traversant successivement la couche de génération de rayonnement secondaire 7, la couche radiochromique 4 et la couche réflectrice 6, puis le câble 12. L'étalon 5, non illustré, permet, comme déjà indiqué de contrôler en temps réel si la dose absorbée est inférieure à la valeur seuil ou au contraire si elle est dépassée. Application à un vêtement L'invention a également pour objet une application du dispositif 1 à un vêtement, tel qu'un gant, à des fins de radioprotection d'un intervenant. Les références numériques restent inchangées pour les éléments identiques aux 3053476 11 modes de réalisation déjà décrits. Sur la figure 6, le gant 13 est irradié par un objet irradiant 14 sur une surface externe 10 couvrant une paume de main de l'intervenant. La structure 3 est accolée à la surface externe 10 du câble 12. Depuis la surface 10, la structure 3 comprend la couche réflectrice 6, la couche radiochromique 4 et la couche de génération de rayonnement secondaire 7. La couche réflectrice 6 est avantageusement transparente, afin de ne pas opacifier la couche radiochromique 4. Le rayonnement incident R provenant de l'objet irradiant 14 pénètre le gant 13 puis la structure 3 en traversant successivement la couche de génération de rayonnement secondaire 7, la couche radiochromique 4 et la couche réflectrice 6. L'étalon 5, non illustré, disposé également sur le gant, permet, comme déjà indiqué de contrôler en temps réel si la dose absorbée est inférieure à la valeur seuil ou au contraire si elle est dépassée. L'invention a également pour objet le gant 13 muni du dispositif 1. Avantages Le dispositif 1 présente de nombreux avantages, en particulier en radioprotection car il permet à un opérateur de visualiser le risque radiologique encouru et de réagir en conséquence et donc de limiter son exposition aux rayonnements ionisants. De plus, le dispositif 1 est passif, ce qui permet de s'affranchir des problèmes d'alimentation. Sous forme de pastilles, de capsules, ou de revêtement, le dispositif 1 peut être placé bien plus facilement et couvrir une plus grande surface qu'une instrumentation de l'art antérieur et à moindre coût, en particulier pour le suivi de matériel. Le dispositif 1 permet en outre de s'affranchir de la mise en oeuvre d'un moyen de mesure qui est complexe et nécessite de s'approcher de la source de rayonnement. Le dispositif 1 présente un large champ d'application puisqu'il permet une visualisation du risque radiologique, tout intervenant exposé aux rayonnements 3053476 12 ionisants pouvant être concerné car soit il pourrait porter le dispositif 1 directement sur son vêtement de travail soit il pourrait utiliser le dispositif 1 pour estimer le risque de certaines zones qui en seraient munies, telles que des sols ou des murs. Dans le cas d'une utilisation sur du matériel, le champ peut être assez large car le suivi de la tenue sous irradiation de matériel concerne beaucoup d'acteurs, par exemple les personnels des industries nucléaires, aéronautiques, spatiales, agroalimentaires chargés de la maintenance et de l'inspection des matériels soumis aux rayonnements. REVENDICATIONS1. Dispositif de visualisation de dépassement de niveau d'irradiation d'un élément soumis à un rayonnement ionisant, comprenant une structure de détection de radiations (3), dite structure radiosensible, dans un intervalle donné de doses absorbées, dit intervalle de fonctionnement, comprenant au moins une couche radiochromique (4). 2. Dispositif de visualisation selon la revendication 1, comprenant un moyen non radiosensible (5) comprenant au moins une teinte d'indication visuelle d'un niveau d'irradiations dans ledit intervalle de fonctionnement de la structure de détection de radiations (3). 3. Dispositif de visualisation selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la structure radiosensible (3) comprend au moins une couche réflectrice (6). 4. Dispositif de visualisation selon la revendication précédente, dans lequel ladite au moins une couche réflectrice (6) est transparente. 5. Dispositif de visualisation selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la structure radiosensible (3) comprend au moins une couche de génération de rayonnement secondaire (7). 6. Dispositif de visualisation selon la revendication précédente, dans lequel ladite au moins une couche de génération de rayonnement secondaire est transparente. 7. Dispositif de visualisation selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la structure radiosensible (3) comprend une couche réflectrice (6) et une couche de génération de rayonnement secondaire (7) disposées de part et d'autre de la couche radiochromique (4). 8. Dispositif de visualisation selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la couche radiochromique (4) comprend un gel de monomères. 9. Elément configuré pour être soumis à un rayonnement ionisant, muni d'un dispositif de visualisation (1) selon l'une des revendications précédentes. 10. Application d'un dispositif de visualisation selon l'une des revendications 1 à 8 à un mur d'une pièce, tel qu'un plafond, soumis à une irradiation d'un rayonnement 3053476 14 ionisant, le dispositif de visualisation (1) étant disposé sur ledit mur (11). 11. Application d'un dispositif de visualisation selon l'une des revendications 1 à 8 à un vêtement soumis à une irradiation d'un rayonnement ionisant, le dispositif de visualisation (1) étant disposé sur ledit vêtement (13). 12. Application d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 8 à un suivi de tenue sous irradiation d'un élément (12), tel qu'un câble, soumis à une irradiation d'un rayonnement ionisant.