Détermination de La ZoDétermination de la zone opératoire lors des contrôles sous Gamma-Proxne Opératoire Lors Des Contrôles Sous Gamma-Prox

45 I JANVIER-FÉVRIER 2013 I SOUDAGE ET TECHNIQUES CONNEXES

ÉTUDES ET RECHERCHE

RADIOPROTECTION : LA GAMMAGRAPHIE DE PROXIMITÉ (SUITE)

ALEXIS BLETTNER1

(INSTITUT DE SOUDURE)

L’article précédent a porté sur l’aspect théorique de la substitution de l’iridium par du sélénium. Cet article est la mise en pratique de la théorie afi n de déterminer les distances de la zone d’opération en fonction du sélénium ou de l’iridium et du collimateur ou g-Prox. L’étude des faisceaux de rayonnement est également abordée en fonction des techniques radiographiques appliquées.

1. INTRODUCTION : ÉTUDE DE POSTE - IRIDIUM, SÉLÉNIUM, COLLIMATEUR, g-PROX

Cette étude a consisté à évaluer les distances de balisage à appliquer afin de respecter l’arrêté zonage. L’étude a porté sur 2 techniques de prise de vues avec de l’iridium, du sélénium, le collimateur et le g-Prox.Les techniques de prise de vues sont les suivantes :• La technique de prise de vues en plan/planC’est la technique mise en œuvre pour l’examen de soudure circulaire sur des tuyauteries de faible diamètre. La source est placée à distance de la soudure. La cassette radiographique est placée à plat sur la soudure du côté opposé à la source.

Pour cette technique, 3 prises de vues décalées de 60° ou 120° sont réalisées successivement afi n d’examiner la totalité de la soudure.• La technique de prise de vues au contactC’est la technique mise en œuvre pour l’examen de sou-dure circulaire sur des tuyauteries de diamètre moyen. La source est placée au contact de la tuyauterie. La cas-sette radiographique est placée sur la soudure du côté opposé à la source en épousant la tuyauterie.

MISE EN PRATIQUE DE LA THÉORIEVISANT À DÉTERMINER LES DISTANCES DE LA ZONE D’OPÉRATION EN FONCTION DU SÉLÉNIUM OU DE L’IRIDIUM ET DU COLLIMATEUR OU g-PROX

(1) Institut de Soudure, 90, rue des Vanesses, 93420 Villepinte.Tél. : +33 (0)1 49 90 37 34 - e-mail : [email protected]

Technique de prise de vues en plan/plan - Contrôle en double traversée, interprétation en double images. La source S émet un faisceau de rayonnement qui projette sur la cassette C l’image de la soudure O.

Cassette radiographique

Soudure circulaire

Technique de prise de vues -Contrôle en double traversée, interprétation simple image.

Pour cette technique, 4 à 5 expositions sont réalisées successivement afi n d’examiner la totalité de la soudure.

1301_0062_P__ETUDES.indd 451301_0062_P__ETUDES.indd 45 29/01/13 10:0029/01/13 10:00

46 SOUDAGE ET TECHNIQUES CONNEXES I JANVIER-FÉVRIER 2013 I

CONJONCTURE ÉTUDES ET RECHERCHE2. CONFIGURATION

La confi guration d’examen retenue est celle que l’on peut rencontrer lors de toutes opérations de contrôles réalisées lors d’un chantier de fabrication. Les para-mètres de cette confi guration sont listés ci-après :➣ Une source d’iridium 192 de 1,85 TBq (50 Ci).

192 (courbe en rouge) pour un faisceau large en tenant compte des phénomènes de diffusé (Build-up factor).La réduction des angles d’ouverture du faisceau de rayonnement permet de réduire l’intensité des rayonnements diffusés (diminution du facteur Build-up factor) et ainsi d’augmenter l’effi cacité de l’atté-nuation des rayonnements par le plomb. La courbe g-Prox doit s’approcher de celle correspondante à un faisceau étroit. Nota : La réduction de l’intensité du rayonnement dif-fusé améliore également la sensibilité du contrôle par une amélioration du rapport signal sur bruit du radio-gramme, le bruit étant en partie lié au rayonnement diffusé. C’est une des raisons de la filtration par un écran imposée par les codes, normes et spécifi cations.Par exemple, la mise en œuvre d’une source iridium non collimatée (le cas du collimateur 120° avec un faisceau large) nécessite un écran atténuant en plomb d’épaisseur 12 mm pour atténuer le débit de rayonnement d’un facteur 5. La même source avec un faisceau étroit va nécessiter une épaisseur de plomb réduite à 8 mm. Le g-Prox du fait de son angle réduit du faisceau de rayonnement permet d’aug-menter l’effi cacité de l’écran atténuant et ainsi de s’approcher d’une épaisseur de 8 mm pour un fac-teur d’atténuation de 5. La différence d’efficacité des écrans atténuants en faveur du g-Prox va en s’accroissant dès lors que les épaisseurs des écrans augmentent. Nota : Les courbes obtenues sont établies à partir de formules simplifi ées relevées dans la littérature et demandent pour être confi rmées une campagne de mesure sur site en tenant compte notamment de l’environnement.

4. ÉTUDE DES DISTANCES DE BALISAGE

Les distances de balisage sont établies suivant l’arrêté zonage du 15 mai 2006. Il faut respecter en limite de la zone d’opération un débit équivalent de dose moyen maximum de 0,0025 mSv/h. Ces calculs ont été établis pour les deux natures de source soit le Se75 et l’Ir 192 avec le collimateur et le g-Prox.

4.1 DONNÉES D’ENTRÉE

Les données d’entrée sont reportées ci-après et complétées dans le tableau suivant :➣ Une source d’iridium 192 de 50 Ci.➣ Une source de sélénium 75 de 50 Ci.➣ Une épaisseur de 4 mm du composant.➣ Un écran atténuant en plomb de 6 mm.➣ Un écran de blocage de 2 mm de plomb.➣ La mise en œuvre d’un collimateur 120°.➣ La mise en œuvre d’un g-Prox.➣ Une durée d’intervention de 6 h.

2.1 LA TECHNIQUE MISE EN ŒUVRE EST RAPPELÉE CI-APRÈS :

Atténuateur DNDiamètre

(mm)Epaisseur

(mm)Technique de prises de vue

Nombre de vues

* Temps d’exposition

Collimateur 50 60,3 4 Plan/plan 3 à 60° 7’

g-Prox 50 60,3 4 Plan/plan 3 à 60° 8’

Collimateur 400 406,4 4 Contact 4 3’

g-Prox 400 406,4 4 Contact 4 3’30

* Pour une activité de source de 1,85 TBq (50 Ci). La différence de temps d’exposition pour une technique donnée entre le collimateur et le g-Prox est liée à la réduction du diffusé (cf. article précédent).

2.2 CARACTÉRISTIQUES DU COLLLIMATEUR 120° ET DU g-PROX

Atténuateur Matière DensitéDébit de fuite

de l’atténuateurAngle d’ouverture

Collimateur Uranium appauvri 19 10 µSv/h contact* 120° par 60°

g-Prox plan/plan Matériau inerte non radioactif 17 0 µSv/h 24° par 15°

g-Prox contact Matériau inerte non radioactif 17 0 µSv/h 68° par 15°

* Ce débit de fuite est engendré par la matière radioactive constituant la masse atténuante (uranium appauvri) du collimateur.

➣ Une source de sélénium 75 de 1,85 TBq (50 Ci).➣ Une épaisseur traversée d’acier de 8 mm.➣ Un écran de blocage de 2 mm de plomb.➣ Un écran atténuant en plomb de 6 mm.➣ Une durée d’intervention de 6 h.➣ La mise en œuvre d’un collimateur 120°.➣ La mise en œuvre d’un g-Prox.

3. SOURCE IR 192, SE 75

Pour une activité identique, la source sélénium dont la constante spécifique est de 54,8 mGy/h délivre 2,5 fois moins de rayonnement qu’une source iridium (constante spécifi que 135 mGy/h). La distance de bali-sage pour un débit de rayonnement identique sera donc diminuée de racine (2,5) soit 1,6 en faveur du sélénium. Pour une même classe de système film, le sélénium nécessite de multiplier approximativement par deux les temps d’exposition en comparaison avec ceux de l’iri-dium. Du fait de la différence des énergies moyennes du sélénium (230 keV) par rapport à celles de l’iridium

1 (400 keV), la qualité d’image obtenue avec le sélé-nium d’après les IQI à fils est améliorée (un gain de 2 fi ls peut être constaté). Le déclassement du système fi lm d’un indice pour le sélénium permet d’obtenir des temps d’exposition similaire à ceux de l’iridium tout en conservant une qualité d’image à minima au moins égale à celle obtenue avec l’iridium (voir meilleure). L’effi cacité des écrans atténuants en plomb est supé-rieure avec le sélénium. Le graphe suivant explicite l’effi cacité des écrans plomb en fonction de la nature de la source. Par exemple, 6 mm de plomb atténue d’un facteur 11 les rayonnements émis par le sélénium 75 (courbe en vert) et seulement 2,5 dans le cas de l’iridium



Atténuateur DNDiamètre

(mm)Epaisseur

(mm)Technique de prises de vue

Nbre de vues

* Temps d’exposition

Collimateur 50 60,3 4 Plan/plan 3 à 60° 7’

g-Prox 50 60,3 4 Plan/plan 3 à 60° 8’

Collimateur 400 406,4 4 Contact 4 3’

g-Prox 400 406,4 4 Contact 4 3’30

Nota : Il est observé lors de la mise en œuvre du g-Prox une augmentation des temps d’exposition de l’ordre de 10 à 15% du fait de la diminution des rayonne-ments diffusés par la matière qui engendre une diminution de la densité relevée sur les radiogrammes. Dans le cadre de cette étude, la valeur conservatrice de 15 % est retenue. L’application de l’arrêté zonage nous permet de calculer le débit de dose instantané admissible à ne pas dépasser. Cette valeur conditionne la dis-tance minimale établie suivant la loi du carré de l’inverse des distances.

4.2 CALCUL DU DÉBIT INSTANTANÉ EN LIMITE DE BALISAGE

4.2.1 Calcul des temps d’exposition cumulés :

Atténuateur DNTechnique de prises

de vue

Nbre de vues

* Temps d’expo-sition

Nbre d’expo-sitions

Temps d’exposition

cumulé

Collimateur 50 Plan/plan 3 à 60° 7’ 18 126’

g-Prox 50 Plan/plan 3 à 60° 8’ 18 144’

Collimateur 400 Contact 4 3’ 20 60’

g-Prox 400 Contact 4 3’30 20 70’

4.2.2 Débit de dose instantané max pour une durée d’opération de 6 h soit 360’ :

Atténuateur DNDébit de dose

instantané max.

Collimateur 50 0,00714 mSv/h

g-Prox 50 0,00625 mSv/h

Collimateur 400 0,01500 mSv/h

g-Prox 400 0,01286 mSv/h

4.3 DISTANCE DE BALISAGE MAX - SOURCE NUE

Atténuateur Source DNDébit de dose

instantané max.

Distance de balisage source nue

Collimateur

Ir 192

500,00714 mSv/h 187 m

g-Prox 0,00625 mSv/h 200 m

Collimateur400

0,01500 mSv/h 129 m

g-Prox 0,01286 mSv/h 139 m

Collimateur

Se 75

500,00714 mSv/h 119 m

g-Prox 0,00625 mSv/h 127 m

Collimateur400

0,01500 mSv/h 82 m

g-Prox 0,01286 mSv/h 89 m

4.4 DISTANCE DE BALISAGE MAX SOURCE NUE AVEC 6 MM DE PLOMB

4.4.1 Efficacité du plomb d’épaisseur 6 mm (cf. chapitre 2)

Source Atténuateur Coeffi cient d’atténuation

Ir 192Collimateur 2,5

g-Prox 3,3

Se 75Collimateur 11,2

g-Prox 15,8

4.4.2 Calcul de la distance de balisage source nue avec un écrande 6 mm de plomb


instantané max. Distance de balisage source nue + 6 mm Pb

Collimateur

Ir 192

500,00714 mSv/h 118 m

g-Prox 0,00625 mSv/h 110 m

Collimateur400

0,01500 mSv/h 82 m


Collimateur

Se 75

500,00714 mSv/h 36 m


Collimateur400

0,01500 mSv/h 25 m


4.5 DISTANCE DE BALISAGE MAX SOURCE AVEC ATTÉNUATEUR

4.5.1 Efficacité des atténuateurs

Le collimateur 120° rapport 1/250 compte tenu des rayonnements diffusés a une atténuation en face arrière de 1/150 et de 1/100 sur les côtés avec de l’iridium 192 Avec du sélénium 75 l’atténuation en face arrière est de 1/600 et de 1/400 sur les côtés. Le g-Prox du fait de la réduction des rayonnements diffusés à une atténuation hors faisceau (face arrière et côté) de 1/250 avec de l’iridium 192. Avec du sélénium 75, l’atténuation est de 1/1000 hors faisceau de rayonnement.

4.5.2 Distance de balisage max source nue sans atténuateur en plomb face arrière et côté


instantané max.

Distance de balisage

source sans Pb sur le côté

Distance de balisage

source sans Pb

sur l’arrière

Collimateur

Ir 192

50 0,00714 mSv/h 18,7 m 15,3 m

g-Prox 0,00625 mSv/h 12,6 m 12,6 m

Collimateur 400 0,01500 mSv/h 12,9 m 10,5 m

g-Prox 0,01286 mSv/h 8,8 m 8,8 m

Collimateur

Se 75

50 0,00714 mSv/h 6,0 m 4,9 m

g-Prox 0,00625 mSv/h ,0 m 4,0 m

Collimateur 400 0,01500 mSv/h 4,1 m 3,4 m

g-Prox 0,01286 mSv/h 2,8 m 2,8 m

4.5.3 Distance de balisage max source avec atténuateur sans plomb face avant

Nota : Pour la technique contact, on considère que l’ensemble du faisceau de rayonnement (ce qui n’est pas vrai avec le collimateur sur une tuyauterie DN100) est atténué en partie par la tuyauterie. L’épaisseur traversée prise en compte est de 2 x 4 mm. Dans le cas de la tech-nique plan/plan, on considère qu’une grande partie du faisceau de rayonnement avec le collimateur 120° n’est pas atténué par la tuyauterie. Dans le cas du g-Prox, du fait d’un faisceau de rayonnement incident limité à l’écran de blocage Pb de 2 mm, le faisceau est atténué par cet écran mais n’est pas également atténué par la tuyauterie.

GAMMAGRAPHIE DE PROXIMITÉ


48 SOUDAGE ET TECHNIQUES CONNEXES I JANVIER-FÉVRIER 2013 I

CONJONCTURE ÉTUDES ET RECHERCHE4.5.4 Calcul des distances de balisage dans l’axe de la source avec atténuation tuyauterie (cas du contact) et de l’écran Pb 6 mm


instantané max.

Distance de balisage source dans l’axe

sans écran Pb avec atténuationde la tuyauterie

Distance de balisage source dans l’axe

avec écran de plomb 6 mm

+ atténuation 8 mm Fe

Collimateur

Ir 192

500,00714 mSv/h 187 m 118,3 m

g-Prox 0,00625 mSv/h 155 m* 85,5 m*

Collimateur400

0,01500 mSv/h 104 m 66,0 m

g-Prox 0,01286 mSv/h 113 m 62,1 m

Collimateur

Se 75

500,00714 mSv/h 119 m 35,6 m

g-Prox 0,00625 mSv/h 72 m* 18,2 m*

Collimateur400

0,01500 mSv/h 58 m 17,4 m

g-Prox 0,01286 mSv/h 63 m 15,8 m

* + Atténuation de 2 mm de Pb écran de blocage.

4.5.5 Distance de balisage max. face avant, côté et arrière Le tableau suivant récapitule les distances de balisage en respect de l’arrêté zonage dans la direction du tir :• avec un écran atténuant de 6 mm d’épaisseur en plomb, d’une atténuation de la tuyauterie de 8 mm d’épaisseur en acier (cas du contrôle avec la source au contact) ;• sans écran atténuant en plomb sur le côté ;• sans écran atténuant en face opposé du tir.Nota : Compte tenu de la focalisation du faisceau de rayonnement avec le g-Prox sur l’écran de blocage 2 mm Pb lors des tirs en plan/plan, le rayonnement est atténué par 2 mm de Pb supplémentaire contrairement au collimateur 120°.

Atténuateur Source DN

Distance de balisage source

dans l’axe avec écran de plomb 6 mm +

atténuation 8 mm Fe

Distance de balisage sur le côté sans écran

de plomb 8 mm

Distance de balisage en face arrière

sans écran de plomb 8 mm

Collimateur

Ir 192

50118,3 m 18,7 m 15,3 m

g-Prox 85,5 m* 12,6 m 12,6 m

Collimateur400

66,0 m 12,9 m 10,5 m

g-Prox 62,1 m 8,8 m 8,8 m

Collimateur

Se 75

50 35,6 m 6,0 m 4,9 m

g-Prox 18,2 m* 4,0 m 4,0 m

Collimateur400

17,4 m 4,1 m 3,4 m

g-Prox 15,8 m 2,8 m 2,8 m

* En prenant en compte les 2 mm de plomb de l’écran de blocage.

5. ORIENTATION DES FAISCEAUX - OUVERTURE DES FAISCEAUX

5.1 COLLIMATEUR 120° - g-PROX

La fi gure suivante schématise le faisceau de rayonnement issu du collimateur et du g-Prox. L’angle d’ouver-ture réduit du faisceau de rayonnement issu du g-Prox permet de limiter les risques d’irradiation d’une personne par la diminution du volume irradié lors des expositions. Dans un plan, la réduction angulaire est de 80 %.

5.2 COLLIMATEUR 120°

L’angle du faisceau de rayonnement du collimateur est dans un plan de 120°. L’étude graphique pour le technique plan/plan montre un recouvrement des faisceaux de rayonnement.

120°

Source gammaCollimateur 120°

Soudure DN50

24°

Source gammaY-Prox

Soudure DN50

La personne A n’est pas impactée par le faisceau de rayonnement directe contrairement à la personne B.

120°

120°

120°

Technique perpendiculaire.Collimateur 120° - 3 expositions à 120°.



5.2.1 3 expositions à 60°Si une personne se situe dans l’axe du faisceau de rayonnement de la source en position T2, celle-ci va être impactée par les 3 expositions successives T1, T2 et T3 du fait de l’angle de 120° du collimateur. Par contre si cette personne se situe à l’opposé de l’axe du faisceau de rayonnement de la source T2, celle-ci ne sera pas impactée par les 3 expositions. Cette technique est mise en œuvre dès lors qu’il est sou-haitable de protéger une zone restreinte particulière.

5.2.2 3 expositions à 120°Quelle que soit la position de la personne, celle-ci sera impactée par deux expositions.

5.3 g-PROX

de l’angle réduit du g-Prox. Du point de vue radio-protection, le g-Prox réduit d’un facteur 2 à 3 les risques d’irradiation. L’étude des faisceaux de rayon-nement lors du contrôle avec la source au contact abouti à la même conclusion.

6. SYNTHÈSE DE L’ÉTUDE

L’ensemble de ces calculs sont établis à partir de formules simplifi ées pour déterminer les distances de balisage afin de respecter en limite de la zone d’opération un débit équivalent de dose moyen de 0,0025 mSv/h. La mise en œuvre du sélénium avec un déclassement du système fi lm permet de réduire les distances de balisage de la zone d’opération du fait de l’augmentation significative de l’effica-cité des atténuateurs, de l’amélioration du pouvoir d’atténuation de l’écran de plomb, et dans le cas du g-Prox d’une diminution des rayonnements diffusés du fait de la réduction des largeurs des faisceaux de rayonnement et de la réduction du volume irradié lors de chaque exposition. Le g-Prox bien que néces-sitant une légère augmentation des temps d’expo-sitions, celle-ci est largement compensée par les gains obtenus en terme de réduction des distances de balisage qui restent bien inférieures à celles obtenues avec le collimateur 120°. La distance obte-nue en prenant en compte les changements d’orien-tation des tirs et justifi és avec le g-Prox sont suivant la nature du radioélément et de l’atténuateur mis en œuvre de :➣ Collimateur + iridium 192

• Plan/plan : 52 m• Contact : 26 m

➣ Collimateur + sélénium 75• Plan/plan : 15 m• Contact : 7,2 m

➣ g-Prox + iridium 192• Plan/plan : 37 m (1)• Contact : 22 m

➣ g-Prox + sélénium 75• Plan/plan : 8,7 m• Contact : 6 m

La surface des écrans atténuants en plomb doit être suffisante pour couvrir tout le faisceau de rayon-nement issu du collimateur 120°. A 0,5 mètre de distance, la largeur de l’écran doit être de 2 mètres environ afi n de couvrir l’angle de 120° du faisceau de rayonnement du collimateur. Dans le cas du g-Prox en configuration plan/plan, cet écran doit avoir une largueur de 15 cm.La mise en œuvre du g-Prox par son mode de fi xa-tion (cerce ou bras avec mâchoires) limite les risques de désorientation des faisceaux de rayonnement en dehors des écrans atténuants. Le risque de chute du g-Prox est également inexistant du fait de la fi xa-tion mécanique contrairement au collimateur avec une fi xation sur le composant à examiner à l’aide de tendeurs. La chute du collimateur lors d’une prise de vues peut entrainer la perte de maîtrise de la source. Les photographies ci-dessous représentent le g-Prox dédié pour l’examen des soudures de diamètre infé-rieur à 88,4 mm et le g-Prox dans sa mallette de transport.

GAMMAGRAPHIE DE PROXIMITÉ

Technique perpendiculaire – g-Prox 24°.

(1) : La mise en œuvre de deux matelas de plomb (2 x 6 mm) dans le faisceau de rayonnement du g-Prox avec une source iridium 192 en plan/plan permet de réduire la distance de balisage de 37 m à 26 m.

Si une personne se situe dans l’axe du faisceau de rayonnement, la source en position T2, celle-ci ne va être impactée que par une seule exposition du fait

g-Prox DN50. g-Prox malette.


Documents

Détermination de La ZoDétermination de la zone opératoire lors des contrôles sous Gamma-Proxne Opératoire Lors Des Contrôles Sous Gamma-Prox