Manuel Cours Radio Niveau 2 PDF

RADIOGRAPHIE NIVEAU 2

FORMATION END

Janvier 2009

MP FPE 0011 - Rv. 3 - 28/01/2009

FORMATION PROFESSIONNELLE

Manuel d'accompagnement

RADIOGRAPHIE NIVEAU 2

CONTROLES NON DESTRUCTIFS

Janvier 2009

ATTENTION : TOUTE REPRODUCTION MME PARTIELLE DE CE DOCUMENT SOUS QUELQUE FORME QUE CE SOIT EST STRICTEMENT INTERDITE

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FORMATION Radiographie Niveau 2

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PROFESSIONNELLE MP FPE 0011 Rv. 3 date : 01/09 RDT-ISS-AQ-1202-2000 PC-8010 Rv 1 133

Sommaire

CHAPITRE 1................................................................................................................................................................................ 4

INTRODUCTION, TERMINOLOGIE ET HISTOIRE DE LA RADIOGRAPHIE ................................................................. 4 1.1. INTRODUCTION ............................................................................................................................................................... 4 1.2. HISTORIQUE DE LA MTHODE ......................................................................................................................................... 4 1.3. TERMINOLOGIE DE LA MTHODE .................................................................................................................................... 5 1.4. LES RAPPELS DE MATHEMATIQUES ............................................................................................................................... 11

CHAPITRE 2.............................................................................................................................................................................. 14

LA COFREND ........................................................................................................................................................................... 14 2.1. LORGANISATION.......................................................................................................................................................... 15 2.2 LA CERTIFICATION SELON EN 473 ET ISO 9712 ............................................................................................................. 15 2.3 QUALIFICATIONS ............................................................................................................................................................. 15 2.4 EXIGENCES DE FORMATION NIVEAUX 1, 2 ET 3 ................................................................................................................ 17 2.6 L'EXAMEN COFREND ...................................................................................................................................................... 19 2.7 VALIDITE ET FONCTIONNEMENT ..................................................................................................................................... 20 2.8. NOMBRE MINIMAL ET TYPE DES CHANTILLONS POUR LES EXAMENS PRATIQUES DE NIVEAUX 1 ET 2 .............................. 21

CHAPITRE 3.............................................................................................................................................................................. 22

LES PRINCIPALES METHODES ......................................................................................................................................... 22 3.1. TYPES DE DFAUTS RECHERCHS.................................................................................................................................. 22 3.2. RESSUAGE .................................................................................................................................................................... 23 3.3. MAGNTOSCOPIE.......................................................................................................................................................... 24 3.4. RADIOGRAPHIE ...............................................................................................................ERREUR ! SIGNET NON DEFINI. 3.5. ULTRASONS .................................................................................................................................................................. 25

CHAPITRE 4.............................................................................................................................................................................. 26

PRINCIPE PHYSIQUE DOMAINE DAPPLICATION ......................................................................................................... 26 4.1. LE PRINCIPE DE LA RADIOGRAPHIE ............................................................................................................................... 26 4.2. LE DOMAINE D'APPLICATION......................................................................................................................................... 26 4.3. LA LISTE DES SYMBOLES UTILISS ................................................................................................................................ 27

CHAPITRE 5.............................................................................................................................................................................. 28

RAYONNEMENTS ET ATTENUATION ................................................................................................................................ 28 5.1. L'ATOME ....................................................................................................................................................................... 28 5.2. LES RAYONNEMENTS LECTROMAGNTIQUES .............................................................................................................. 29 5.3. GRANDEURS ET UNITS DE RAYONNEMENTS................................................................................................................. 30 5.4. ATTENUATION DES RAYONNEMENTS PAR LA MATIRE.................................................................................................. 31 5.5. ATTNUATION DES RAYONNEMENTS PAR LA DISTANCE................................................................................................ 36

CHAPITRE 6.............................................................................................................................................................................. 37

LES RAYONS X........................................................................................................................................................................ 37 6.1. LE PRINCIPE D'MISSION/PRODUCTION.......................................................................................................................... 37 6.2. GNRATEUR DE RAYONS X.......................................................................................................................................... 38 6.3. SPECTRE DE RAYONNEMENT ......................................................................................................................................... 40 6.4. LE FOYER OPTIQUE ....................................................................................................................................................... 41 6.5. DIFFRENTS TYPES DE POSTE........................................................................................................................................ 42 6.6. ALIMENTATION LECTRIQUE ........................................................................................................................................ 44 6.7. EVALUATION DES DBITS DE DOSE ABSORBE .............................................................................................................. 46 6.8. PRODUCTION DE RAYONS X DE HAUTE ENERGIE............................................................................................................ 47

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Radiographie Niveau 2

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6.9. DOMAINE D'APPLICATION (SELON EN 444) ................................................................................................................. 48 6.10. TRAVAUX DIRIGS TP N1 ......................................................................................................................................... 49

CHAPITRE 7.............................................................................................................................................................................. 50

LES RAYONNEMENTS GAMMA .......................................................................................................................................... 50 7.1. LE PRINCIPE D'MISSION ............................................................................................................................................... 50 7.2. LACTIVIT .................................................................................................................................................................. 51 7.3. DCROISSANCE RADIOACTIVE ...................................................................................................................................... 51 7.4. ENERGIE / SPECTRE ....................................................................................................................................................... 52 7.5. CONSTANTE SPCIFIQUE ............................................................................................................................................... 53 7.6. CARACTRISTIQUES DES RADIOLMENTS LES PLUS UTILISS ...................................................................................... 53 7.7. APPAREILLAGE ............................................................................................................................................................. 54 7.8. PROJECTEUR DE GAMMAGRAPHIE ................................................................................................................................. 55

CHAPITRE 8.............................................................................................................................................................................. 56

LE SYSTME FILM.................................................................................................................................................................. 56 8.1. SENSITOMTRIE / COURBE CARACTRISTIQUE .............................................................................................................. 56 8.2. IMAGE LATENTE / DVELOPPEMENT.............................................................................................................................. 61 8.3. TRAITEMENT MANUEL DU FILM ......................................................................................................................... 63 8.4. TRAITEMENT AUTOMATIQUE.............................................................................................................................. 64 8.5. ECRANS RENFORATEURS............................................................................................................................................. 65 8.6. FILTRATION .................................................................................................................................................................. 68 8.7. TRAVAUX DIRIGS TP N2............................................................................................................................................. 70 8.8. ETUDE DE CAS : LA COURBE CARACTRISTIQUE............................................................................................................ 71 8.9. ETUDE DE CAS : LE SYSTME FILM ................................................................................................................................ 72

CHAPITRE 9.............................................................................................................................................................................. 76

CONTRASTE ET FACTEURS DE QUALITE DIMAGE .................................................................................................... 76 9.1. LES CONTRASTES .......................................................................................................................................................... 76 9.2. LA DFINITION RADIOGRAPHIQUE................................................................................................................................. 78 9.3. ETUDE DE CAS : LES FACTEURS DE QUALIT D'IMAGE................................................................................................... 81 9.4. ETUDE DE CAS : LE FLOU GOMTRIQUE....................................................................................................................... 82

CHAPITRE 10 ........................................................................................................................................................................... 84

LES INDICATEURS DE QUALITE DIMAGE .................................................................................................................... 84 10.1. RLE DES INDICATEURS DE QUALIT D'IMAGE .......................................................................................................... 84 10.2. INDICATEURS DE QUALIT D'IMAGE FIL.................................................................................................................. 84 10.3. INDICATEURS DE QUALIT D'IMAGE A TROUS ET A GRADINS ..................................................................................... 85 10.4. CHOIX DE L'INDICATEUR DE QUALIT D'IMAGE ......................................................................................................... 87

CHAPITRE 11 ........................................................................................................................................................................... 88

ARITHMETIQUE DU TEMPS DEXPOSITION.................................................................................................................. 88 11.1. RAYONS ................................................................................................................................................................. 88 11.2. RAYONS X ................................................................................................................................................................ 89 11.3. TRAC D'UN ABAQUE DE TEMPS DE POSE................................................................................................................... 90 11.4. ETUDE DE CAS : LE TEMPS D'EXPOSITION .................................................................................................................. 93

CHAPITRE 12 ........................................................................................................................................................................... 94

TECHNIQUES SPECIALES.................................................................................................................................................... 94 12.1. MTHODE DE LA PARALLAXE.................................................................................................................................... 94

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12.2. RADIOSCOPIE ............................................................................................................................................................ 95 12.3. MICRORADIOGRAPHIE............................................................................................................................................... 98 12.4. STRORADIOGRAPHIE ............................................................................................................................................. 99 12.5. XRORADIOGRAPHIE ................................................................................................................................................ 99 12.6. TOMOGRAPHIE.......................................................................................................................................................... 99 12.7. RADIOGRAPHIE CLAIR........................................................................................................................................... 100

CHAPITRE 13 ......................................................................................................................................................................... 101

INSTRUCTION A UN NIVEAU 1 ......................................................................................................................................... 101 INTRODUCTION ....................................................................................................................................................................... 101 ARCHITECTURE DE LINSTRUCTION ........................................................................................................................................ 101 MODLE DINSTRUCTION ........................................................................................................................................................ 102

CHAPITRE 14 ......................................................................................................................................................................... 106

ASPECTS QUALITE .............................................................................................................................................................. 106 14.1. VERIFICATION DES EQUIPEMENTS SUIVANT NF EN 3059 .................................................................................... 106 14.2. PRESENTATION DES NORMES................................................................................................................................. 106

CHAPITRE 15 ......................................................................................................................................................................... 107

CONDITIONS ENVIRONNEMENTALES ET DE SECURITE .......................................................................................... 107 15.1. RADIOPROTECTION................................................................................................................................................. 107 15.2. REGLEMENTATION .................................................................................................................................................. 107 15.3. LES TROIS RGLES DOR DE LA RADIOPROTECTION.................................................................................................. 109 15.4. CLASSIFICATION DES TRAVAILLEURS ...................................................................................................................... 109 15.5. LES DIFFRENTES ZONES ......................................................................................................................................... 110 15.6. EFFETS BIOLOGIQUES CHEZ LHOMME..................................................................................................................... 113 15.7. LIMINATION DES PRODUITS CHIMIQUES................................................................................................................ 113

CHAPITRE 16 ......................................................................................................................................................................... 114

QUESTIONNAIRE COFREND............................................................................................................................................. 114

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CHAPITRE 1

INTRODUCTION, TERMINOLOGIE ET HISTOIRE DE LA RADIOGRAPHIE

1.1. INTRODUCTION L'utilisation de la radiographie comme outil important d'essai non destructif a t bien tablie en 1940. De grandes amliorations ont t faites dans les sources et dtecteurs de rayonnements qui sont maintenant disponibles pour diverses applications. Ce manuel porte sur les mthodes couramment appliques et les techniques utilises quotidiennement dans les domaines de fabrication tels que la construction navale, les rcipients sous pression, les pipelines, les ouvrages dart et les constructions en mer.

On a conu des appareils pour qu'ils mettent des rayons X, afin de vrifier partir d'une image radiographique, l'intgrit de structures ou de composants, on appelle cette technique radiographie non destructive ou radiographie industrielle. On utilise trois types de rayonnement ionisant en radiographie industrielle :

1. les rayons gamma mis par des substances radioactives comme l'iridium 192(192Ir), le csium 137(137Cs) et le cobalt 60(60Co), on parle dans ce cas de gammagraphie.

2. les rayons X mis par des tubes rayons X traditionnels.

3. les neutrons produits dans des racteurs ou par d'autres moyens (acclrateurs, isotopes radioactifs), on parle dans ce cas de radiographie par neutron ou de neutronographie;

1.2. HISTORIQUE DE LA METHODE

Les rayons X ont t dcouverts en 1895 par le physicien allemand Wilhelm Conrad Roentgen lorsqu'il tudiait les rayons cathodiques mis par un tube de Crookes, vers un cran de platino-cyanure de baryum dont ils excitaient la fluorescence.

Ayant recouvert le tube metteur d'un carton noir pour mieux observer l'extrmit du tube sur laquelle se projetaient les rayons cathodiques, Roentgen constata la brillance de l'cran dispos au-del du carton.

Il s'aperut rapidement qu'un rayonnement inconnu, qu'il appela X, pouvait traverser des matires plus denses et plus lourdes que le carton, et il ne lui fallut ensuite que quelques semaines pour russir photographier le squelette de sa main, de celle de sa femme, l'intrieur d'une bote en bois contenant des poids cylindriques, et mme son fusil charg, dans lequel on voit les cartouches garnies de leurs plombs.

Cette innovation s'est rpandue comme une trane de poudre, et a trouv en l'espace de cinq annes l'essentiel de ses applications courantes: la radiographie mdicale (ds 1896), et le contrle industriel.

Seulement trois mois aprs la dcouverte des rayons X, A. Toepler, un ami de Roentgen habitant Dresde compare les transparences respectives de pigments mtalliques et de pigments organiques. La premire radiographie de tableau a t ralise en 1896, en Allemagne, par W. Knig, puis une uvre de Drer a t examine par radiographie en 1897, Londres.

Au cours de la premire guerre mondiale, des mdecins franais ont observ des tableaux grce la radioscopie, et l'intrt manifest envers les radiographies des uvres d'art n'a jamais diminu. De nombreuses institutions dans le monde tudient les uvres de muse au moyen de la radiographie; pour n'en citer que quelques unes en Europe : British Museum (Londres), Institut Royal du Patrimoine Artistique (Bruxelles), Doerner Institute (Mnich), etc...

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1.3. TERMINOLOGIE DE LA METHODE Abaque d'exposition Graphe indiquant les temps d'exposition radiographique pour diffrentes paisseurs d'un matriau spcifi et pour une qualit donne de rayonnement du faisceau. Absorption Processus de rduction du nombre de photons incidents leur passage travers la matire. Acclrateur lectronique linaire (LINAC) Gnrateur d'lectrons haute nergie qui acclre ceux-ci le long d'un guide d'ondes. Les lectrons viennent frapper une cible qui produit des rayons X. Activit Nombre de dsintgrations nuclaires intervenant par unit de temps dans une source radioactive. Activit spcifique Activit d'un radio-isotope par unit de masse. Angle du faisceau Angle form par l'axe du faisceau de rayonnement et le plan du film. Anode lectrode positive d'un tube radiogne. Artefact (Pseudo-image) Indication fallacieuse observe sur un radiogramme qui provient d'un dfaut de fabrication, de manipulation, d'exposition ou de traitement d'un film. Attnuation Diminution du dbit de kerma d'un faisceau de rayonnement X ou gamma cause par l'absorption et la diffusion au cours du passage travers la matire. Angle du faisceau Angle form par l'axe du faisceau de rayonnement et le plan du film. Amlioration de l'image Tout procd augmentant la qualit d'une image en amliorant le contraste et/ou la dfinition. Souvent ralis par un programme informatique, auquel cas on parle de traitement numrique de l'image. Axe du faisceau incident Axe du faisceau conique dfini par la tache focale et la fentre du tube. Btatron Appareil dans lequel les lectrons sont acclrs en orbite circulaire avant d'tre dirigs vers une cible pour produire un rayonnement X haute nergie. Calculateur d'exposition (calculateur de pose) Appareil (par exemple rgle calcul) pouvant servir dterminer le temps d'exposition requis. Cache Dispositif, gnralement en plomb et commande distance, fix sur la gaine du tube, qui sert contrler l'mergence du faisceau de rayon X. Cache de lecture Dispositif fix sur le ngatoscope pour viter l'blouissement. Cale gradins Objet se prsentant sous la forme d'une srie de gradins, de mme matriau. Cassette Conteneur opaque la lumire, rigide ou souple, destin recevoir le film ou le papier, avec ou sans cran renforateur, durant l'exposition. Cassette vide Conteneur opaque la lumire qui, utilis sous vide, maintient le film et l'cran en contact intime pendant l'exposition radiographique. Cathode lectrode ngative d'un tube radiogne. Cible Partie de la surface de l'anode d'un tube radiogne frappe par le faisceau d'lectrons et qui met le faisceau primaire de rayons X. Circuit potentiel constant Circuit conu pour engendrer et maintenir un potentiel relativement constant dans un tube radiogne. Coefficient d'attnuation

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Rapport entre l'intensit (I0) d'un faisceau troit de rayonnement incident d'un ct d'un absorbeur et l'intensit transmise (I) pour une paisseur d'absorption (t); s'exprime sous la forme I = I0exp (-t). Collimateur Dispositif en matriau absorbant comme le plomb ou le tungstne conu pour limiter et dfinir la direction et la section transversale du faisceau de rayonnement. Collimation Limitation de la forme d'un faisceau de rayonnement de dimensions requises l'aide de diaphragmes en matriau absorbant. Conteneur pour source de rayonnement gamma Conteneur en matriau dense, dont l'paisseur de paroi est suffisante pour rduire fortement l'intensit du rayonnement mis par la source et permettre de manipuler celui-ci en toute scurit. Contraste Voir Contraste-image, Contraste rayonnement , Contraste objet et Contraste visuel. Contraste image Diffrence relative de densit optique entre deux zones adjacentes d'une image radiographique. Contraste objet Diffrence relative de transmission du rayonnement entre deux zones donnes de l'objet irradi. Contraste rayonnement Diffrences d'intensit de rayonnement rsultant d'une variation de l'opacit de celui-ci l'intrieur de l'objet irradi. Contraste visuel Diffrence visible de densit entre deux zones adjacentes d'un radiogramme clair. Courant anodique Courant passant dans un tube radiogne. Courbe caractristique (d'un film) Courbe reprsentant la relation entre le logarithme dcimal de l'exposition, log K, et la densit optique, D. Courbe de dcroissance Courbe de l'volution de l'activit d'une source radioactive en fonction du temps, gnralement relation log/ linaire. Dbitmtre de dose Appareil permettant de mesurer le dbit de dose de rayonnement X ou gamma. Dfinition de l'image Nettet des contours d'un dtail d'image radiographique. Densit de voile Terme gnral dnotant la densit optique d'un film trait par autre chose que l'action directe du rayonnement formant l'image. Il peut s'agir du voile de vieillissement, du voile chimique, du voile dichroque, du voile d'exposition ou du voile interne. Densitomtre Appareil mesurant par transmission et/ou par rflexion la densit optique d'un film radiographique ou d'un papier. Dveloppement (d'un film ou d'un papier) Procd chimique ou physique qui transforme une image latente en image visible. Diaphragme du tube Dispositif normalement fix sur la gaine ou la tte pour limiter la largeur du faisceau de rayons X mergent. Diffusion Compton Forme de diffusion rsultant de l'interaction d'un photon de rayonnement X ou gamma avec un lectron et provoquant une diminution de l'nergie, le rayonnement diffus tant mis sous un angle diffrent de celui du rayonnement incident. NOTA : Dans la plage 100 keV 10 MeV, c'est le facteur principal d'attnuation du rayonnement. Dimension de source Dimension d'une source de rayonnement gamma. Dimension du foyer missif Dimension du foyer d'un tube radiogne, mesure paralllement au plan du film ou de l'cran fluorescent. Distance film-objet Distance sparant le ct irradi de l'objet contrl de la surface du film, mesure le long de l'axe central du faisceau de rayonnement. Distance foyer-film (d.f.f.) Plus petite distance entre le foyer missif d'un tube radiogne et un film positionn pour une exposition radiographique.

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Distance source-film (dsf) Distance entre la source du rayonnement et le film, mesure dans le sens du faisceau. Dosimtre Instrument destin mesurer la dose absorbe d'un rayonnement X ou gamma. cran renforateur Matire qui transforme une partie de l'nergie radiographique en lumire ou en lectrons et qui, lorsquelle est en contact avec un milieu radiographique, amliore la qualit de radiogramme, ou rduit la dure d'exposition ncessaire. Voir cran renforateur mtallique, cran renforateur fluoromtallique et cran renforateur fluorescent. cran renforateur fluorescent cran renforateur revtu d'une couche de phosphore qui devient fluorescente quand elle est expose un rayonnement X ou gamma. cran renforateur fluoromtallique cran renforateur compos d'une feuille de mtal (gnralement du plomb) revtue d'un matriau qui devient fluorescent quand il est expos un rayonnement X ou gamma. cran renforateur mtallique cran constitu d'un mtal dense (gnralement du plomb) qui filtre le rayonnement et met des lectrons lorsqu'il est expos des rayons X ou gamma. paisseur (couche) de demi-absorption (CDA) paisseur d'un matriau spcifi qui rduit de moiti l'intensit d'un faisceau de rayons X ou gamma qui le traverse. Exposition Procd par lequel un rayonnement est enregistr par un systme d'imagerie. Exposition panoramique Montage radiographique exploitant les proprits multidirectionnelles d'une source de rayons gamma ou d'un ensemble panoramique rayons X et permettant par exemple de radiographier plusieurs chantillons en mme temps, ou un chantillon cylindrique sur toute sa circonfrence. Facteur d'accumulation, facteur de diffusion Rapport de l'intensit du rayonnement total atteignant un point l'intensit du rayonnement primaire atteignant ce mme point. Facteur de renforcement Rapport du temps d'exposition sans cran renforateur au temps avec cran ncessaire pour obtenir la mme densit optique, toutes les autres conditions tant gales par ailleurs. Fentre du tube Zone d'un tube radiogne par laquelle est mis le rayonnement. Film rayons X Voir Film radiographique. Film avec cran Film radiographique destin tre utilis avec des crans renforateurs fluorescents. Film de rfrence de densits talonnes Morceau de film prsentant une srie de densits optiques diffrentes mesures pour servir de densits de rfrence. Film radiographique Film se composant d'un support transparent gnralement revtu sur les deux faces d'une mulsion sensible aux rayonnements. Filtration inhrente Filtration d'un faisceau de rayonnement par des pices du tube, par un montage ou par une capsule enveloppant la source que le faisceau primaire doit traverser. Filtre Couche uniforme de matriau, gnralement de numro atomique suprieur celui de l'prouvette place entre la source de rayonnement et le film pour absorber de faon prfrentielle les rayonnements plus faibles. Filtre galisateur Filtre utilis pour galiser l'intensit du rayonnement sur toute la largeur du faisceau de rayons X primaire en radiographie haute tension et tendre de ce fait la dimension de la zone utile. Fixage limination par voie chimique des halognures d'argent d'une mulsion photographique aprs le dveloppement. Flou

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Perte de nettet de l'image due une perte de dfinition de celle-ci, rsultant d'une combinaison du flou gomtrique, du flou interne et du flou cintique. Flou cintique Perte de nettet de l'image radiographique ou radioscopique due un dplacement relatif de la source de rayonnement, de l'objet ou du dtecteur. Flou gomtrique Perte de nettet d'une image radiographique due la dimension finie de la source de rayonnement. Sa grandeur dpend galement des distances source-objet et objet-film (galement appel pnombre). Flou interne Perte de nettet d'une image radiographique cause par le rayonnement dlogeant des lectrons de l'mulsion photographique qui permettent le dveloppement des grains d'halognure d'argent. Fluoroscopie Production par des rayons X d'une image visible sur un cran fluorescent pour observation directe sur l'cran. Fonction de transfert par modulation Rponse en frquence spatiale d'un systme d'imagerie. Foyer missif, foyer optique Zone de l'anode d'un tube radiogne, vue de l'appareil de mesure, qui met des rayons X. Gaine du tube Enveloppe d'un tube radiogne qui limite une valeur donne les fuites de rayonnement. Gammagraphie Production de radiogrammes partir d'une source de rayonnement gamma. Gradient du film (G) Pente de la courbe caractristique d'un film une valeur spcifie de densit optique D. Gradient moyen Pente de la droite trace entre deux points spcifis de la courbe sensitomtrique. Granularit Fluctuations stochastiques de densit optique du radiogramme qui se superposent l'image de l'objet. Granulation Aspect visuel de la granularit. Grossissement projectif Degr d'agrandissement de la taille de l'image. Image latente Image invisible produite par le rayonnement dans le film et pouvant tre convertie par le traitement du film en image visible. Indicateur de qualit d'image (IQI) Appareil qui comporte une srie d'lments d'paisseur gradue qui donne une mesure de la qualit d'image obtenir. Les lments des IQI sont gnralement des fils ou des gradins percs. Indicateur de qualit d'image (I.Q.I.) duplex fils I.Q.I. spcialement conu pour estimer le flou global d'une image radiographique, qui se compose d'une srie de fils doubles en mtal haute masse volumique. Indice de qualit d'image Mesure de la qualit d'image requise ou obtenue. Intensificateur d'image, Amplificateur de luminance Appareil lectronique conu pour amliorer la luminance de l'image produite sans autre assistance par le faisceau de rayons X sur un cran fluorescent. Latitude de pose Plage des expositions radiographiques correspondant la plage utile de densit optique de l'mulsion. Masquage Application d'une matire qui limite la surface irradie d'un objet la surface devant subir le contrle radiographique. Matriau de blocage Matriau utilis pour rduire l'effet du rayonnement diffus sur le film ou le dtecteur d'image. Matriau de blocage des bords Matriau, par exemple fine grenaille de plomb, dispos autour d'un chantillon ou l'intrieur de cavits pour obtenir une absorption plus uniforme, rduire le rayonnement diffus parasite et viter les surexpositions locales (voir aussi matriau de blocage. Moutonnement de diffraction

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Perturbation se superposant l'image radiographique due la diffraction du rayonnement incident par la structure de la matire. Ngatoscope Appareil compos d'une source lumineuse et d'un cran translucide, utilis pour observer les radiogrammes. Priode radioactive Temps ncessaire pour que l'activit d'une source radioactive tombe la moiti de sa valeur initiale. Plage de densit utile Plage de densit optique utilisable sur un radiogramme pour l'interprtation de l'image. La limite suprieure est fonction du ngatoscope et la limite infrieure de la perte de sensibilit aux dfauts. Porte-source Dispositif support ou fixation permettant de raccorder la source de rayonnement gamma (source scelle) au conteneur d'exposition ou la tte d'une tlcommande. Produit de contraste Substance approprie, solide ou liquide, applique sur un objet radiographier pour amliorer tout ou partie du contraste rayonnement. Qualit d'image Caractristique d'une image radiographique qui dtermine le degr de dtail. Qualit (d'un faisceau de rayonnement) Pouvoir de pntration du rayonnement, souvent mesur sous forme d'une paisseur de demi-absorption Radiogramme Image visible aprs traitement produite par un faisceau de rayonnement ionisant pntrant sur un film ou un papier radiographique. Le terme est galement utilis pour les images produites par les neutrons, lectrons, protons, etc. Radiographie Production de radiogrammes sur un support permanent d'image. Radiographie microfocale Radiographie utilisant un tube radiogne ayant un foyer optique de trs petite dimension utile (moins de 100 m), communment utilise pour l'agrandissement gomtrique direct de l'image par projection. Radio-isotope Isotope d'un lment qui a la proprit d'mettre spontanment des particules ou des rayonnements gamma ou X. Radiologie industrielle Science et application des rayons X, rayons gamma, neutrons et autres rayonnements pntrants, aux essais non destructifs. Radioscopie Production, sur un dtecteur du type cran fluorescent, par ionisation d'un rayonnement d'une image visuelle affichable sur l'cran d'un moniteur de tlvision. Rayonnement diffus Rayonnement qui, durant son passage dans la matire, a subi un changement de direction associ ou non une variation d'nergie. Rayonnement gamma Rayonnement lectromagntique ionisant mis par certaines substances radioactives. Rayonnement primaire Rayonnement se propageant directement en ligne droite de la source vers le dtecteur. Rayonnement rtrodiffus Partie du rayonnement X ou gamma diffus dont la direction de propagation fait un angle suprieur 90 avec celle du faisceau incident. Rayonnement X, rayons X Rayonnement lectromagntique pntrant, dont la longueur d'onde est comprise approximativement entre 1 nm et 0,0001 nm, produit par l'impact d'lectrons haute vitesse sur une cible mtallique. Repre de pression Variation de la densit d'un radiogramme cause par une pression locale sur le film et qui peut tre d'aspect clair ou sombre selon les circonstances. Rsolution spatiale Distance sparant deux dtails pouvant tre diffrencis sur une image. Sensibilit au contraste ( l'paisseur) Plus petite variation d'paisseur de l'chantillon qui entrane une variation observable de la densit optique d'une image radiographique (ou radioscopique) exprime gnralement en pourcentage de l'paisseur totale de chantillon.

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Sensibilit de dtection des dfauts Plus petite dimension de dfaut dtectable dans des conditions d'essai dtermines. Sensibilit du systme film Mesure quantitative de la rponse d'un systme film l'nergie de rayonnement, dans des conditions spcifiques d'exposition. Source de rayonnement quipement (par exemple tube radiogne ou source de rayonnement gamma) capable d'mettre des rayonnements ionisants. Source de rayonnement gamma Substance radioactive scelle dans une capsule mtallique. Source non scelle Toute source radioactive qui n'est pas enferme dans une capsule. Spectre continu Plage des longueurs d'onde ou des nergies quantiques engendres par un groupe radiogne. Stroradiographie Production de deux radiogrammes pouvant tre observs en stroscopie. Support de film Matriau support sur lequel est couche une mulsion photosensible. Technique grossissement projectif Technique radiographique ou radioscopique permettant d'agrandir l'image de faon primaire en jouant sur la distance entre l'chantillon et le systme d'imagerie (voir Radiographie microfocale). Temps d'claircissement Temps requis pour la premire phase de fixage d'un film, pendant lequel le voile disparat. Temps d'exposition Dure du processus d'exposition d'un milieu enregistrant un rayonnement. Tension de rayonnement X quivalente Tension d'un tube radiogne donnant un radiogramme le plus quivalent possible un radiogramme gamma produit partir d'une source donne de rayons gamma. Tension du tube Haute tension applique entre l'anode et la cathode d'un tube radiogne. Tte du tube Partie d'une installation radiogne qui renferme le tube dans sa gaine. Tomographie informatise (CT) Technique consistant obtenir l'image d'un dtail dans un plan slectionn, perpendiculaire l'axe de l'chantillon, partir d'un grand nombre de mesures d'attnuation des rayons X suivant diffrentes directions perpendiculaires au mme axe. NOTA : Il s'agit ici de tomographie axiale informatise et non d'autres techniques tomographiques. Traitement du film Oprations ncessaires pour transformer l'image latente du film en une image visible permanente et qui consistent normalement dvelopper, fixer, laver et scher le film. Tube anode longue Type de tube radiogne dans lequel la cible est situe l'extrmit d'une anode tubulaire. Ces tubes peuvent produire un rayonnement dit panoramique. Tube double foyer Tube radiogne deux foyers de dimensions diffrentes. Tube radiogne Tube vide, contenant gnralement un filament, qui produit des lectrons qui sont acclrs pour venir frapper une anode la surface de laquelle sont produits les rayonnements X. Voile de vieillissement Augmentation de la densit optique d'un film non irradi, trait, due la dure de sa conservation.

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1.4. LES RAPPELS DE MATHEMATIQUES

1.4.1 FONCTION PUISSANCE (OU EXPOSANT)

a/ Puissance dun nombre quelconque

Elever un nombre a une puissance n revient multiplier a, n fois par lui-mme.

Exemple :

a = a x a

a3 = a x a x a

a1 = a

a0 = 1

b/ Elvation dune fraction une puissance

ab

ab

n n

n

=

c/ Puissance ngative

nn

aa 1=

d/ Puissance fractionnaire

a an

m nm

=

e/ Oprations sur les puissances

Puissance : (an)m = anxm

Multiplication : an x am = an+m

Division : aa

an

mn m=

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f/ Puissance de dix

Grce des puissances de 10, nous allons pouvoir crire simplement de trs grands nombres ou, l'inverse, de trs petits nombres. Exemple : 101 = 10 10-1 = 0,1 102 = 100 10-2 = 0,01 104 = 10 000 10-4 = 0,0001 L'exposant (positif) indique le nombre de zros aprs le premier chiffre. Lexposant (ngatif) indique le nombre de zros avant le premier chiffre. Exprimons les nombres 5000 et 0,00012 d'une autre manire : 5000 = 5 x 1000 0,00012 = 12 x 0,00001 = 5.103 = 12.10-5

Facteur Prfixe Symbole 1012 soit mille milliards 109 soit un milliard 106 soit un million 103 soit un millier 100 soit 1 10-3 soit un millime 10-6 soit un millionime 10-9 soit un milliardime 10-12 soit un millime de milliardime

tra giga mga kilo / milli micro nano pico

T G M k m n p

1.4.2 RACINE CARREE

On appelle racine carre, la valeur particulire d'un nombre qui, multipli par elle-mme donne le nombre initial (au signe prs). La racine carre d'un nombre a est note : a avec : a a a a a a= = = 2 Exemples :

4 = 2 car 2 x 2 = 4 9 = 3 car 3 x 3 = 9 542= 23,2

1.4.3 RELATIONS DANS UN TRIANGLE RECTANGLE

a/ Thorme de Pythagore c2= a2 + b2

b/ Relations trigonomtriques

ct oppos a sin = = hypotnuse c

ct adjacent b cos = =

hypotnuse c ct oppos a

tan = = ct adjacent b

Figure 1 relation dans un triangle rectangle

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1.4.4 RELATION DANS UN TRIANGLE QUELCONQUE

a = b + c - 2 bc cos

1.4.5 FONCTIONS LOGARITHMIQUES

On dfinit deux types de logarithmes de base particulire :

* le logarithme Nprien de base e, not ln, tel que : ln e = 1

* le logarithme Dcimal de base 10, not Log, tel que : Log 10 = 1

Opration sur les logarithmes

Log (x.y) = Log x + Log y

Log xy

Log x - Log y= Log xy = y Log x

Remarque : ces relations s'appliquent aussi au logarithme Nprien (ln).

1.4.6 FONCTIONS EXPONENTIELLES ET 10 X

* On dfinit la fonction Exponentielle note ex comme tant la fonction inverse de la fonction logarithme Nprien.

* On dfinit la fonction 10x comme tant la fonction rciproque la fonction logarithme dcimal.

On en dduit :

elnx = x 10Log x = x

ln ex = x Log 10x = x

Figure 2 : Relation dans un triangle

quelconque

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CHAPITRE 2

LA COFREND

Conseil d'aministration Secrtariat permanent (SP)

(CA) Responsable assurance qualit

Comit de directin certification Dcision Directeur certification

(CDC) validation

groupe groupe

Comits sectoriels de certification qualit coordination

Arospatial (COSAC) technique

Fonderie (CCF)

Maintenance ferroviaire (CFCM)

Sidrurgie/Tibes d'acier (CCPA) candidature

Industriel fabrication Maintenance (CIFM) niveau 3

Centres d'examen agrs Evaluation

des candidats

Chaque comit sectoriel a agr

un ou plusieurs centres d'examen :

CCF : 6

COSAC : 6

CFCM : 3 candidature

CCPA : 5 niveau 1 ou 2

CIFM : 16

Figure 3 : La structure de la certification

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2.1. LORGANISATION

2.1.1 LORGANISATION

Lorganisation de la certification a t revue en 2002 pour respecter les prescriptions de la norme EN 45013. La comptence des comits sectoriels de certification a t largie et le fonctionnement simplifi et rendu plus transparent.

2.1.2 LE COMITE SECTORIEL CIFM

Le comit CIFM : Comit Industriel Fabrication Maintenance est n du regroupement des anciens comits Gros quipements (COSGEM) , Construction mtallurgique et Soudure (COMES) et plurisectoriel (CPSC). Il est oprationnel pour le second semestre 2002.

Il a pour vocation dassurer la certification dans le cadre de la COFREND des agents de contrle intervenant dans les secteurs industriels gnraux de la fabrication et de la maintenance.

2.2 LA CERTIFICATION SELON EN 473 ET ISO 9712 Dcrite par la norme NF EN 473, indice de classement A 09-010, "Qualification et Certification du personnel en contrles non destructifs - Principes Gnraux", l'organisation de la certification est sous la responsabilit de la COFREND.

La certification est la procdure utilise pour dmontrer la qualification d'un agent de contrle non destructif pour une mthode, un niveau et un secteur industriel, et conduisant l'attribution d'une certification ; la qualification rpond elle-mme des critres prcis (formation, exprience).

La COFREND met ainsi la disposition des employeurs un moyen, garanti par elle, de vrifier et d'attester la qualification de leurs agents CND.

Examen visuel : lexclusion des examens visuels directs lil nu et des examens visuels effectus dans lapplication dune autre mthode END.

2.3 QUALIFICATIONS

L'OPERATEUR NIVEAU 1

Il doit tre capable : de procder aux rglages de l'appareillage, d'effectuer les essais, de relever et classer les rsultats par rapport aux critres crits, de consigner les rsultats.

LE CONTROLEUR NIVEAU 2

Il doit tre comptent pour :

choisir la technique dessai non destructif utiliser pour lessai, dfinir les limites d'application du procd,

Symbole

mission acoustique Courant de Foucault Ressuage Magntoscopie Radiographie Ultrasons tanchit Examen visuel

AT ET PT MT RT UT LT VT

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transcrire des normes et spcifications de contrle en instructions dessai non destructif, rgler l'appareillage et vrifier les rglages, raliser et surveiller des essais, interprter et valuer les rsultats en fonction des normes, codes ou spcifications applicables, prparer des instructions crites dessai non destructif, raliser et surveiller toutes les taches dvolues l'agent niveau 1, guider le personnel de niveau infrieur ou gal au niveau 2, structurer et rdiger les rapports d'essai non destructifs.

L'AGENT NIVEAU 3

Il doit tre comptent pour :

assumer l'entire responsabilit d'une installation d'essai non destructif ou dun centre dexamen et du personnel,

tablir et valider les instructions dessai non destructif et procdures, interprter les normes, codes, spcifications et procdures, dsigner les mthodes, procdures et instructions qu'il convient d'utiliser pour un essai non destructif

spcifique, excuter et surveiller toutes les tches de niveau 1 et de niveau 2.

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2.4 EXIGENCES DE FORMATION NIVEAUX 1, 2 ET 3

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2.5 EXPERIENCE INDUSTRIELLE EN CONTROLE NON DESTRUCTIF

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2.6 L'EXAMEN COFREND

EXAMEN GENERAL

L'examen gnral doit comprendre uniquement des questions choisies au hasard dans la collection de questions gnrales approuves par l'organisme indpendant de certification, en vigueur au moment de l'examen.

EXAMEN SPECIFIQUE

L'examen spcifique doit comprendre uniquement des questions choisies au hasard dans la collection de questions spcifiques approuves par l'organisme indpendant de certification, en vigueur au moment de l'examen.

Mthode

Niveau 1 Niveau 2

AT 20 20 ET 20 20 PT 20 20 MT 20 20 RT 20 20 UT 20 20 LT - Mthode par variation de pression - Mthode par gaz traceur

20 20

20 20

VT 20 20 Note : Si l'examen spcifique couvre deux ou plusieurs secteurs industriels, le nombre minimal de questions doit tre au moins de 30, rparties uniformment entre les secteurs concerns.

Mthode

Niveau 1 Niveau 2

AT 40 40 ET 40 40 PT 30 30 MT 30 30 RT 40 40 UT 40 40 LT 30 30 VT 30 30

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EXAMEN PRATIQUE

L'examen pratique doit impliquer la ralisation de lessai sur les chantillons dessais requis, lenregistrement (et pour les candidats niveau 2, linterprtation) des informations rsultantes au niveau requis, et enfin la notation des rsultats sur les documents requis.

Le candidat niveau 1 doit suivre linstruction dessai non destructif fournie par lexaminateur.

Le candidat niveau 2 doit choisir la technique dessai non destructif applicable et doit dterminer les conditions opratoires relatives un code, une norme ou une spcification donne et doit dmontrer son aptitude rdiger les instructions crites pour le niveau 1.

ADMISSIBILITE :

Pour tre admissible la certification, un candidat doit obtenir une note minimale de 70 % dans chacune des parties de l'examen (gnrale, spcifique et pratique). En outre, pour lexamen pratique, une note minimale de 70% doit tre obtenue pour chaque prouvette soumise essai et pour linstruction dessai non destructif, le cas chant.

2.7 VALIDITE ET FONCTIONNEMENT

VALIDITE A L'ISSUE DE L'EXAMEN

La priode de validit de la certification est de 5 ans. La priode de validit doit commencer lorsque toutes les exigences pour la certification (formation, exprience, russite lexamen et contrle de la vision satisfaisant) sont satisfaites.

RENOUVELLEMENT

A l'issue de la premire priode de validit, et par la suite tous les 10 ans, la certification peut tre renouvele par l'organisme de certification pour une nouvelle priode de 5 ans condition que l'agent remplisse les exigences suivantes :

l'agent fournit la preuve qu'il pass avec succs la dernire anne l'examen d'acuit visuelle ; l'agent fournit la preuve qu'il a poursuivi son activit sans interruption notable dans la mthode pour

laquelle il est certifi.

RECERTIFICATION

A l'issue de chaque seconde priode de validit (tous les 10 ans), la certification doit tre renouvele par l'organisme de certification pour une nouvelle priode de 5 ans sur la base de l'exigence suivante :

Pour les niveaux 1 et 2 : l'agent doit satisfaire les deux conditions de renouvellement et passer avec succs un examen pratique organis suivant une procdure simplifie. Si le candidat ne russit pas obtenir une note d'au moins 70 % pour chaque prouvette examine, il doit tre autoris repasser une fois la totalit de l'examen de recertification au plus tt 7 jours et au plus tard 6 mois aprs. En cas d'chec au nouvel examen, le certificat ne doit pas tre renouvel et pour obtenir de nouveau la certification pour le niveau, le secteur et la mthode concerns, le candidat doit suivre les mmes rgles que pour une nouvelle certification.

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2.8. NOMBRE MINIMAL ET TYPE DES ECHANTILLONS POUR LES EXAMENS PRATIQUES DE NIVEAUX 1 ET 2

a/ Niveau 1

Mthode / Niveau Secteurs produits AT1 ET1 LT1 MT1 PT1 RT1 UT1 VT1

Pices moules (c)

2 2 2 2 2 2 2 2

Pices forges (f)

2 2 2 2 2 2 2 2

Assemblages souds

(w)

2 2 2 2 2 2 2 2

Tubes et tuyauteries (t)

2 2 2 2 2 2 2 2

Produits corroys (wp)

2 2 2 2 2 2 2 2

Secteurs industriels (combinaison de 2 secteurs ou plus)

AT1 ET1 LT1 MT1 PT1 RT1 UT1 VT1

Essai avant et en cours dexploitation

dquipements, installation et

structure

1 3 t w

3 3 c/f w

3 c/f w

2 c w

3 c/f w

3 c/f w

b/ Niveau 2

Mthode / Niveau Secteurs produits AT2 ET2 LT2 MT2 PT2 RT2 UT2 VT2

Pices moules (c)

1 + 2 fichiers

2 2 2 2 2 + 12 radiogrammes

2 2

Pices forges (f)

1 + 2 fichiers


2 2

Assemblages souds

(w)

1 + 2 fichiers


2 2

Tubes et tuyauteries (t)

1 + 2 fichiers


2 2

Produits corroys (wp)

1 + 2 fichiers


2 2

Secteurs industriels (combinaison de 2 secteurs ou plus)

AT2 ET2 LT2 MT2 PT2 RT2 UT2 VT2

Essai avant et en cours dexploitation

dquipements, installation et

structure

1 + 2 fichiers

3 t w

3 3 c/f w

3 c/f w

2 c w + 24

radiogrammes

3 c/f w

3 c/f w

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CHAPITRE 3

LES PRINCIPALES METHODES

3.1. TYPES DE DEFAUTS RECHERCHES

3.1.1 RECHERCHE DE DEFAUTS DE SURFACE :

Dfauts dbouchants ou sous-jacents.

3.1.2 RECHERCHE DE DEFAUTS INTERNES :

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3.2. RESSUAGE

3.2.1 PRINCIPE

Cette mthode permet de dceler des dfauts dbouchants sur tout type de matriaux non poreux. C'est une technique simple mettre en uvre et peu coteuse mais qui ncessite tout de mme une qualification des oprateurs de contrle.

Le ressuage exploite les proprits de capillarit des produits utiliss.

Figure 4 : Examen par ressuage

Mthodologie :

Nettoyage de la surface examiner

Application du pntrant color ou fluorescent

Elimination de l'excs de pntrant

Application du rvlateur Examen sous lumire

blanche ou U.V.

Remise en tat de la pice.

3.2.2 DOMAINE DAPPLICATION

Figure 5 : Domaine d'application du ressuage

De part son principe, le contrle par ressuage ne permet que la dtection, l'identification et dans une moindre mesure l'estimation de l'importance des dfauts dbouchants la surface d'une soudure.

Ce procd est utilisable sur tous types de matriaux condition que leur structure ne soit pas poreuse (certaines fontes, matriaux fritts, alliages lgers).

Exemple : Sur les alliages d'aluminium, la prsence d'une fine couche d'alumine poreuse diminue la sensibilit du contrle de part l'importance du bruit de fond qui en rsulte ( diminution du contraste) .

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3.3. MAGNETOSCOPIE Aussi appel "examen par aimantation", ce procd ne s'applique qu'aux matriaux ferromagntiques : les aciers (sauf austnitiques), les fontes, le nickel, le cobalt. La magntoscopie permet de dceler des dfauts dbouchants, voire mme lgrement sous-jacents.

3.3.1 PRINCIPE

Magntisation jusqu saturation

Application d'un rvlateur magntique

Visualisation des indications perpendiculaires au champ magntique par accumulation du rvlateur au droit de ces dfauts.


La magntoscopie s'applique aux matriaux ferromagntiques.

Selon la norme franaise NF A 09 590 (Magntoscopie : Principes gnraux du contrle), un matriau est dit ferromagntique lorsque, soumis un champ de 2400 A/m (Ampre par mtre), il prsente une induction d'au moins 1 T (Tesla). On peut considrer comme tant ferromagntique :

le fer. le nickel. le cobalt. la fonte. les aciers non allis et faiblement allis. les aciers 3, 5, 6 et 9 % de nickel (martensitique et ferritique). les aciers ferritiques 13 % de chrome.

Ne sont pas considrs comme ferromagntiques :

les aciers austnitiques

l'acier 12 %de manganse.

les aciers de teneur en chrome > 13 % et la teneur en nickel > 4 %.

Exemples :

X 120 Mn 12 X2 CrNi 18-8

Figure 6 : Examen par magntoscopie

Figure 7 : Domaine d'application de la magntoscopie

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3.4. ULTRASONS

3.4.1 PRINCIPE

Les ultrasons sont des ondes mcaniques qui se propagent dans les milieux lastiques. Lorsque ces ondes rencontrent une interface entre deux milieux de nature diffrente de celle du milieu de propagation, il y aura rflexion de tout ou partie de l'onde incidente.

L'nergie rflchie est capte en surface par l'lment (traducteur) qui lui a donn naissance.

Cette nergie mcanique transforme en signal lectrique, engendrera sur un oscilloscope, une dflexion de la trace horizontale. La position de la dflexion de la trace va permettre de localiser l'interface rflchissante.


a/ Matriaux contrlables

Si tous les matriaux sont susceptibles de propager des vibrations mcaniques, leurs structures et notamment l'amortissement interne, l'htrognit et l'anisotropie qu'elles induisent peuvent rduire les possibilits d'utiliser les mthodes de contrle ultrasonore.

Les aciers non allis et faiblement allis ne prsentent pas ces inconvnients. De par l'tendue de leurs emplois comme constituant de structure, ils font l'objet de la majorit des recherches de dfauts dans les soudures.

Le contrle des alliages lgers, des fontes, des alliages cuivreux, des aciers allis et plus particulirement des aciers inoxydables austnitiques est dlicat en raison de la structure grossire de ces matriaux. L'emploi de techniques et de matriel spcifique est souvent ncessaire.

Les matriaux composites sont difficilement contrlables de par l'htrognit de leurs constituants.

b/ Recherche et caractrisation des dfauts dans les soudures

La recherche de l'adquation entre la scurit et le cot du contrle d'une structure conduit rduire le champ d'investigation. Ainsi, par exemple, la recherche des dfauts transversaux n'est pas systmatique. Ce sont les normes, codes et spcifications qui fixent les modalits du contrle et son tendue.

La localisation des dfauts et la dtermination de leurs longueurs sont des oprations relativement aises et prcises.

L'identification d'une anomalie et l'estimation de sa hauteur, constituent, lors d'un contrle manuel classique, des oprations dont le rsultat peut tre entach d'erreurs importantes.

Des techniques rcentes sont susceptibles de faire voluer favorablement la situation dans ces deux derniers domaines.

Figure 8 : Principe de l'examen par ultrasons

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CHAPITRE 4

PRINCIPE PHYSIQUE DOMAINE DAPPLICATION

4.1. LE PRINCIPE DE LA RADIOGRAPHIE La radiographie est une mthode d'essai non destructif qui permet d'analyser et de visualiser les dfauts internes d'une pice.

L'intensit du rayonnement incident issu d'un gnrateur de rayons X ou d'un radiolment artificiel est modifie lors de son passage travers un matriau par les discontinuits qu'il renferme ; ce phnomne est appel "absorption diffrentielle".

Un rcepteur radiographique plac sous l'objet examin fixe le rayonnement mergent, ce qui se traduit par une diffrence de noircissement (densit) sur le film dvelopp par voie chimique. Cette diffrence de densit fixe le contraste de limage radiographique. Ce contraste permet l'interprte de distinguer les zones dabsorption diffrentes et den dduire la prsence ou non de dfauts.

La qualit d'image radiographique est prpondrante pour la dtection des dfauts.

Remarque :

Pour des applications bien spcifiques, le film peut tre avantageusement remplac par un systme convertissant le rayonnement X mergent en une image vido ; cette technique s'appelle la radioscopie.

4.2. LE DOMAINE D'APPLICATION Le contrle radiographique par rayons X ou Gamma s'applique toutes sortes de matriaux de nature trs diffrente (papier, matires plastiques, matriaux mtalliques). Il permet de dceler les dfauts de compacit volumiques ainsi que les dfauts plans orients favorablement par rapport au rayonnement incident.

Les paramtres qui influent sur la probabilit de la dtection des discontinuits dans la matire sont principalement:

l'paisseur et la forme du matriau radiographi, la nature de ce matriau, la forme et la nature des discontinuits affectant le matriau, la position de ces dfauts dans l'paisseur contrle, la nature de la source de rayonnement (nergie) et le type de film utilis, les conditions opratoires dorientation du faisceau et de distance focale.

Lorsqu'un dfaut est mis en vidence par radiographie, il est possible d'en dterminer la nature ainsi que la dimension apparente sur le film.

Figure 9 : Principe de la radiographie

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En revanche, l'apprciation de la profondeur du dfaut constitue une opration longue et dlicate. Ainsi, les techniques usuelles ne permettent pas de mesurer la hauteur des dfauts qui est l'un des paramtres caractrisant leur nocivit.

L'utilisation des rayonnements ionisants ne peut tre confie, au regard de la rglementation, qu' du personnel apte mdicalement et titulaire du CAMARI (Certificat d'Aptitude Manipuler les Appareils de Radiographie et de Radioscopie Industriels).

4.3. LA LISTE DES SYMBOLES UTILISES

SYMBOLE DEFINITION H

dbit dquivalent dose absorbe

D

dbit de dose absorbe coefficient d'absorption linique constante spcifique densit optique frquence 1/10 paisseur de deci-transmission 1/2 paisseur de demi-transmission A activit de la source As activit spcifique B build up factor c clrit de la lumire Cd coefficient de dcroissance d dimension source ou foyer D dose absorbe E nergie e paisseur cran f flou gomtrique Fa facteur de conversion FQ facteur de qualit H quivalent de dose absorbe i intensit K coefficient de rapidit des films l distance R coefficient de rduction T priode ou priode radioactive ou coefficient de

transmission t temps U tension Z n atomique

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CHAPITRE 5

RAYONNEMENTS ET ATTENUATION

5.1. L'ATOME L'atome, systme solaire miniature est compos d'un noyau autour duquel gravitent des lectrons (not e-), rpartis en couches (ou niveaux d'nergie) successives K, L, M... Le nombre d'lectrons maximal par couche rpond la relation 2n2, n tant le numro d'ordre de la couche. K : 2 lectrons maxi L : 8 lectrons maxi M : 18 lectrons maxi Le noyau contient un ensemble de charges lectriques positives, quilibres par autant de charges ngatives dont sont porteurs les lectrons. Sur l'orbite qui lui est propre, un lectron donn est li au noyau par une nergie dite nergie de liaison. Elle prend une valeur ngative, le signe ngatif exprimant la liaison. Il semble vident que l'lectron le plus proche du noyau sera galement le plus fortement li. Pour que l'lectron quitte son orbite, il faudra donc lui communiquer une nergie extrieure naturellement suprieure l'nergie de liaison. Les composants du noyau portent le nom de nuclons. Il y a deux types de nuclons : les protons et les neutrons. La cohsion du noyau est assure par la force forte ou force nuclaire. Le vecteur de cette interaction est une particule virtuelle appele Mson . L'atome tant lectriquement neutre, comporte autant de protons (charge lectrique positive) que d'lectrons (charge lectrique ngative). Dans le cas o cet quilibre n'existe plus, l'atome s'appellera ion. Ioniser un atome consiste soit lui retirer un lectron, auquel cas, on se trouve en prsence dun ion positif (cation); soit lui rajouter un lectron, auquel cas, lion est ngatif (anion).

Figure 10 : Latome

Figure 11 : Composition de la matire

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En rsum : Particule Masse en kg Charge en Coulomb Electron Proton Neutron

0, 91 .10-30 1,673. 10-27 1,674. 10-27

- 1,6.10-19 + 1,6.10-19 0

A

X avec X : Symbole chimique Z Z : Numro atomique = nombre de charges

A : Masse atomique = nombre de nuclons

Exemple :

59 Co Co signifie Cobalt

27 Cet atome comporte : 27 lectrons 27 protons 32 neutrons (59 - 27)

5.2. LES RAYONNEMENTS ELECTROMAGNETIQUES Les rayonnements lectromagntiques se distinguent entre eux par leur origine et leur nergie. Parmi eux, nous pouvons citer :

les ondes hertziennes ou ondes radio la lumire blanche compose de 7 couleurs : violet, indigo, bleu,

vert, jaune, orange, rouge les ultraviolets, les infrarouges les rayons X et Gamma.

5.2.1 ASPECT ONDULATOIRE DE LA LUMIERE Une onde lectromagntique est compose d'un champ lectrique associ un champ magntique en rgime sinusodale se dplaant en mme temps et la mme vitesse. Elle se propage dans le vide la clrit c = 3.108 m/s. L'aspect ondulatoire de la lumire se manifeste le plus clairement dans l'exprience de Young. Young divise, au moyen de deux fentes microscopiques, un faisceau lumineux issu d'une source ponctuelle. L'clairement sur l'cran d'observation passe par des minima et des maxima. Ces franges d'interfrence s'interprtent facilement si lon considre que la lumire est une onde : - Opposition de phase Annulation des ondes, donc pas dclairement. - En phase Superposition des ondes donc clairement

On peut reprsenter cette onde en fonction du temps ou de la distance. L'onde est caractrise par la longueur d'onde : distance sparant deux points en un mme tat. On appelle T la priode : temps mis par une particule pour parcourir une longueur d'onde la clrit c.

do c = T

or la frquence = 1T

ainsi la frquence est relie la longueur

donde par = c

Figure 12: Exprience de Young

Figure 13 : Amplitude de londe en fonction du temps

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5.2.2 ASPECT CORPUSCULAIRE DE LA LUMIERE

L'effet photolectrique a permis de montrer que la lumire est capable de provoquer l'extraction d'lectrons d'un mtal ; toutefois, l'aspect ondulatoire n'explique pas ce phnomne.

Ainsi, les physiciens admettent que la lumire est forme d'un ensemble de grains d'nergie : les photons. Cette particule de masse nulle est caractrise par l'nergie E qu'elle transporte.

E = h. o h = constante de Planck = 6,62.10-34 J.s 5.2.3 DUALITE ONDE CORPUSCULE DE LA LUMIERE La lumire prsente un double aspect. Elle est la fois un flux de photons et une onde. Bien que complmentaires, l'un de ces aspects peut se renforcer au dpend de l'autre. Cette dualit onde-corpuscule s'exprime par une relation entre l'nergie et la longueur d'onde du rayonnement lectromagntique.

E = h. = h c. on obtient la relation E =

1 24,

Avec E : nergie en keV

: longueur d'onde en nm 1 eV = 1,6 10-19 Joule

Remarque :

Un lectronvolt (eV) correspond l'nergie cintique acquise par un lectron soumis une diffrence de potentiel de 1 V.

5.3. GRANDEURS ET UNITES DE RAYONNEMENTS

5.3.1 EXPOSITION (X)

C'est la quantit de rayonnement ncessaire pour produire dans 1 kg d'air sec, un nombre d'lectrons portant une charge globale de 1 Coulomb. L'exposition est une grandeur facilement mesurable. Unit Systme International : Coulomb/kg (C/kg) Unit Hors Systme : Rontgen (R)

1 R = 2,58.10-4 C/kg

Dbit dexposition ( )X

Unit SI : C/kg.s = A/kg Unit HS : R/h L'exposition et le dbit d'exposition ne figurent pas dans le dcret 82203 du 26 fvrier 1982.

5.3.2 DOSE ABSORBEE(D) OU KERMA

C'est l'nergie fournie par des rayonnements ionisants la matire. Cette quantit d'nergie dpendra du rayonnement incident et de la nature du milieu. Unit SI : Gray (Gy) avec 1 Gy = 1 J/kg Unit HS : rad 1 Gy = 100 rads

Dbit de dose D

Unit SI : Gy/s ou W/kg Unit HS : rad/h La mesure de la dose absorbe est trs dlicate effectuer ; de ce fait, on la dtermine partir de la mesure de l'exposition.

D = Fa.X On admet que le facteur de conversion Fa = 1 dans l'air et ceci dans une trs large bande d'nergie.

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5.3.3 EQUIVALENT DE DOSE ABSORBEE (H)

Il rend compte des effets biologiques des rayonnements chez l'homme. Il dpend du type de rayonnement. Unit SI : Sievert (Sv) Unit HS : rem 1 Sv = 100 rems Dbit d'quivalent de dose : Unit SI : Sv/s Unit HS : rem/h A dose absorbe gale, tous les rayonnements ne provoquent pas les mmes effets dans l'organisme. Ces effets sont quantifis grce au facteur de qualit FQ ; ce dernier tant fonction de la densit linique d'ionisation, c'est dire de la capacit d'un type de rayonnement d'arracher des lectrons sur une distance donne. Ainsi H = FQ . D avec FQ = 1 pour rayons X et FQ = 10 pour neutrons FQ = 20 pour rayonnements 5.3.4 CONCLUSION

Dans l'air, une exposition de 2,58.10-4 C/kg (1 R) correspond une dose absorbe de 10- Gy (1 rad) et un quivalent de dose absorbe de 10-2 Sv (1 rem) pour les rayons X et . 5.4. ATTENUATION DES RAYONNEMENTS PAR LA MATIERE

5.4.1 INTERACTION RAYONNEMENT MATIERE

Les rayonnements x et peuvent communiquer tout ou partie de leur nergie des lectrons. Si cette nergie est suprieure lnergie de liaison, llectron quittera son orbite. Latome se retrouvera alors ltat dion positif.

Les rayonnements X et sont dits rayonnements ionisants. Nous allons voir prsent suivant quels processus s'effectuent ces ionisations. Il est noter que le type d'interaction ne pourra se prvoir que de faon statistique. L'interaction Rayonnement/Matire est un phnomne probabiliste. Il y aura toujours des rayonnements directement transmis, nayant subi aucune interaction.

a/ Effet photolectrique

Le photon X ou incident communique toute son nergie un lectron orbital.

Ce dernier, se trouvant en excdant d'nergie est ject dans une direction alatoire.

Un lectron d'une couche plus externe viendra prendre place dans la lacune cre. La diffrence entre les nergies de liaison donnera naissance un photon X dont l'nergie, dans notre cas est gale :

l EK - EL l Ce photon s'appelle rayonnement X caractristique ou rayonnement X de fluorescence.

Remarque :

Il peut arriver qu'un photon X de fluorescence rencontre sur son parcours un lectron plus externe et appartenant au mme atome ; si son nergie est suffisante pour lui permettre de l'expulser, un autre effet photolectrique pourra alors se produire.

Ce phnomne est appel EFFET AUGER.

Figure 14 : Effet photolectrique

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b/ Effet Compton

Un photon X ou d'nergie Eo peut entrer en collision avec un lectron libre ou faiblement li. Un choc lastique rsultant de cette collision aura pour effet une augmentation de la longueur d'onde du photon initial, donc une perte d'nergie. Cette nergie perdue aura t communique l'lectron qui se dplacera vers lavant.

Le photon diffus aura pour nergie et direction :

E = 1

1 11

12 12Eo m c Eoo

+ =

+ cos ( cos )

car : moc 0,5 MeV tant l'nergie de l'lectron au repos. L'angle peut varier de 0

Si = 0 alors E = Eo Si =

2 alors E < 0,5 MeV

Si = alors E < 0,25 MeV (photon rtrodiffus) Il est noter que l'lectron Compton ne peut aller que dans la direction du photon incident.

c/ Effet de paires

Ce phnomne ne peut avoir lieu que pour des photons d'nergie initiale suprieure ou gale 1,02 MeV. Le photon incident, pntrant dans le champ lectrique existant proximit du noyau, peut disparatre totalement en donnant naissance deux particules lmentaires : un lectron e- et un positon e+. Le positon est une particule instable. Ds qu'il va perdre son nergie cintique, il va se combiner avec un lectron. Les deux vont s'annihiler pour donner naissance deux photons d'nergie gale 0,511 MeV mis dans deux directions opposes. Il est noter que parmi les radiolments d'usage courant seul le cobalt est susceptible d'entraner ce phnomne.

Figure 15 : Effet Compton

Figure 16 : Effet de paires

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d/ Importance relative des interactions

La figure ci-contre nous montre la rpartition des effets en fonction de lnergie du rayonnement et du numro atomique de llment travers.

5.4.2 LOI D'ATTENUATION

a/ Loi d'attnuation en gomtrie canalise

Soit : x : paisseur de l'cran tD

: dbit de dose

absorbe incident.

D D etx

= 0. : dbit de dose absorbe transmis.

Si l'on considre que D0

est issu d'une source de

rayonnement monochromatique et que Dt

reprsente les photons n'ayant subi aucune interaction dans la matire, on dmontre :

D D etx

= 0. avec : coefficient d'absorption linique. Le coefficient reprsente la probabilit dinteraction d'un photon dans la matire qu'il traverse, il englobe les trois phnomnes (effet Photolectrique, effet Compton et effet de paires) susceptibles de s'y produire.

Dans le cas d'un rayonnement monochromatique, on peut dire que :

= f (, 3, Z3) c'est dire que est proportionnel la masse volumique , au cube du numro atomique Z du matriau ainsi qu'au cube de la longueur d'onde l du rayonnement.

Remarques :

dans certains ouvrages, on utilise parfois la notion de coefficient d'absorption massique m avec : m = la loi d'attnuation, telle que nous l'avons nonce est l'image d'une situation parfaite, pour laquelle le

rayonnement diffus n'interfre pas. Or, ce dernier est une ralit omniprsente quelque que soit le couple rayonnement/matire.

Figure 17 : Importance relative des interactions

Figure 18 : Loi d'attnuation en gomtrie canalise

masque

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b/ Loi dattnuation : Prise en compte du rayonnement diffus

D B D et x = . .0

Avec B : Built up factor ou facteur de renforcement du rayonnement diffus (B > 1).

Des interactions rayonnement/matire tant purement probabilistes, seule l'exprience permet de dterminer les coefficients B, lesquels rendent compte de la quantit de rayonnement diffus. Notons tout de mme, que B sera toujours suprieur 1 et que B augmente, pour un matriau donn, avec l'accroissement de l'paisseur et/ou la baisse de l'nergie des photons.

c/ Attnuation des rayons Le coefficient d'absorption linique s'avre trs difficile valuer en pratique.

Ainsi, on va dfinir, par exprience et par mesure, des paisseurs de demi-attnuation : ce sont des paisseurs particulires de matire qui rduisent de moiti le dbit de dose absorbe. Elles sont fonction de la nature du matriau et de la source de rayonnements. Elles sont notes X1/2

Soit D0

: dbit de dose absorbe initial

Dt

: dbit de dose absorbe derrire l'cran

X1/2 : paisseur de demi-attnuation

On peut donc crire que DD

t

= 02

Loi dattnuation

D D e D D etx x

= =0 0 01 2. ( ) .

, pour x = X1/2 cette relation scrit:

12

1 2= e X / or, In 1 - In 2 = -.x1/2

do = InX2

1 2/

Figure 19 : Prise en compte du rayonnement diffus

Figure 20 : Attnuation des rayons gamma

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Reportons cette valeur de dans la relation (1) :

D D ex

Xt = 0

1 2

2ln

/

ainsi Dt

= D0

. 0,5x/x1/2

D0

: dbit de dose absorbe initial

Dt

: dbit de dose absorbe derrire l'cran

x : paisseur de l'cran X1/2 : paisseur de demi-transmission

On cite, dans le tableau ci-dessous, quelques valeurs de X1/2 pour des radiolments et des matriaux usuels.

Matriau Source Plomb Acier Bton

Iridium Cobalt

4 mm 13 mm

13 mm 20 mm

60 mm 100 mm

d/ Attnuation des rayons X

Lnergie des rayons X pouvant tre module convenance, il sera difficile de quantifier par calcul laide dune formule de base lattnuation des rayons X.

Il a donc t tabli exprimentalement des abaques qui permettront dvaluer soit un coefficient de transmission T, soit un coefficient de rduction R.

RDoDt

=

Figure 21 : Cofficient de rduction

Figure 223 : Cofficient de transmission

Dt Do T =

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5.5. ATTENUATION DES RAYONNEMENTS PAR LA DISTANCE Soit une source de rayonnement X ou ponctuelle. Aux distances L1 et L2, on dfinit les dbits de dose absorbe D1

et D2

. On appelle S1 et S2 les surfaces (cercles de rayons r1 et r2) interceptant le faisceau aux distances L1 et

L2.

Le flux de photons tant conservatif, c'est dire qu'il y a le mme nombre de photons qui traverse S1 et S2, on respecte toujours la relation :

D S D S1 1 2 2 =

Comme S1 = r12 et S2 = r22 alors D

D

rr

1

2

22

12

=

Ainsi : D

D

LL

LL

1

2

22

12

2

1

2.

. = =

Le dbit de dose absorbe varie en fonction inverse du rapport des distances au carr.

Cette notion s'applique aussi bien aux rayons X qu'aux rayons .

Figure 23 : Attnuation des rayonnements part la distance

D

D

LL

LL

1

2

22

12

2

1

2

= =

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CHAPITRE 6

LES RAYONS X

6.1. LE PRINCIPE D'EMISSION/PRODUCTION Les rayons X rsultent de la brusque dclration d'lectrons pralablement acclrs sur une cible.

6.1.1 RAYONNEMENT DE FREINAGE

Les lectrons qui passent proximit du noyau d'un atome constituant la cible subissent une force d'attraction coulombienne, ils sont dvis et soumis de ce fait une dclration. La perte d'nergie cintique a lieu progressivement ; il y a rcupration d'nergie sous forme de photons X d'nergies varies. Ce rayonnement polychromatique appel rayonnement de freinage constitue le spectre

continu.

6.1.2 RAYONNEMENT CARACTERISTIQUE

Un lectron peut rencontrer et cder tout ou partie de son nergie un lectron d'une couche orbitale ; ce dernier est ject. Ainsi, une lacune a t cre, un lectron d'une autre couche prendra sa place. La diffrence entre les nergies de liaison donnera naissance un rayonnement que l'on appellera : rayonnement X caractristique ou rayonnement X de fluorescence.

Figure 24 : Emission des rayons X

Figure 25 : Spectre des rayons X

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6.2. GENERATEUR DE RAYONS X 6.2.1 TUBE RADIOGENE

Les lectrons sont mis l'intrieur d'une ampoule (de cramique ou de verre), o rgne un vide pouss, et ceci, pour viter que les lectrons ne soient arrts. Cette ampoule porte le nom de tube de Coolidge. Les lectrons, acclrs grce une diffrence de potentiel trs importante, vont venir heurter grande vitesse une cible gnralement en tungstne. L'nergie mise et rsultant de cet impact, apparatra sous deux formes distinctes : 99 % sous forme d'nergie calorifique 1 % sous forme de rayons X Ceci explique la ncessit d'un refroidissement efficace de l'appareil, d'une part, d'autre part, d'utiliser une cible point de fusion lev. La production des lectrons rsulte d'un phnomne appel effet thermoonique. Un filament de tungstne aliment en basse tension, est chauff lorsqu'il est travers par un courant de quelques ampres. La chauffe du filament aura pour consquence de produire un nuage lectronique et ce sont ces lectrons qui, focaliss et acclrs serviront la production des rayons X.

6.2.2 ISOLATION ELECTRIQUE

Elle est assure par la gaine (qui assure galement la protection contre les chocs et les rayonnements de fuite) dans laquelle on peut trouver soit de l'huile minrale, soit du gaz (SF6). La rglementation en vigueur demande une mise la terre pour l'ensemble de l'appareillage.

6.2.3 REFROIDISSEMENT

- Par convection, c'est l'anode en cuivre et l'isolant lectrique qui vont dissiper les calories. Ce mode de refroidissement tant limit, il faut utiliser l'appareil par intermittence (facteur de marche de 50 %). - Forc, c'est dire par adjonction d'une circulation d'un fluide ou d'un gaz (eau, air) ce qui autorise un rythme de travail environ deux fois plus lev.

Figure 26 Le tube radiogne

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6.2.4 SYSTEME AUTO-REDRESSE-DIRECTIONNEL MONOBLOC

1 BLOC RADIOGENE 11 Isolant (gaz ou huile) 12 Collimateur

2 POSTE DE COMMANDE 21 Fiche d'alimentation 22 Cl pour marche-arrt 23 Kilovoltmtre 24 Rglage de la haute tension 25 Milliampremtre 26 Rglage du dbit 27 Minuterie 28 Voyant de mise sous tension 29 Voyant d'mission de

rayonnement X 210 Voyant d'anomalie

3 CABLE DE LIAISON POSTE DE COMMANDE-BLOC RADIOGENE (Basse tension)

4 BALISE CLIGNOTANTE

5 DIAPHRAGME

6 TUBE A RAYONS X 61 Filament 62 Cupule de concentration 63 Anode en cuivre 64 Cible en tungstne 65 Faisceau d'lectrons

7 BLINDAGE EN PLOMB (Gaine)

8 TRANSFORMATEUR

Ds que la temprature de l'isolant atteint sa valeur de consigne (60-70C), une scurit thermique interrompt l'mission. La dure ncessaire pour remettre l'appareil en service peut atteindre une heure.

Figure 27 Systme auto-redress directionnel monobloc

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6.3. SPECTRE DE RAYONNEMENT

6.3.1 DEFINITION

Cette courbe est appele le spectre de rayonnement. Il est constitu d'un spectre continu (rayonnement de freinage) sur lequel se superpose des raies caractristiques propres la nature de la cible.

L'allure de ce spectre rev

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