I LA RADIOGRAPHIE INDUSTRIELLE

I.1 DEFINITION

La radiographie est la technique de production de radiogramme. Le radiogramme est une image sur une

émulsion sensible d’un objet traversé par un rayonnement ionisant.

Le principe de la formation de l’image est en fonction de l’absorption des rayonnements aux différentes

épaisseurs et densités du matériau à contrôler. Donc pour un matériau donné (densité donnée) l’absorption sera

d’autant plus forte que la matière à traverser sera épaisse.

Tout défaut, tout manque, ou surplus de matière aura une action sur cette absorption.

I.2 PRINCIPE DE LA TECHNIQUE

Une source d’émission de rayonnement est placée d’un coté de la pièce à contrôler et un film

radiographique est mis de l’autre coté (fig. 4).

Plusieurs paramètres vont intervenir dans la prise de clichés afin de pouvoir déterminer le temps

d’exposition de la pièce aux rayonnements afin d’obtenir une image.

La nature de l’ouvrage à contrôler ainsi que la norme ou code de référence vont imposer et fixer certains

paramètres, tel que la classe de films a utiliser, les dimensions de la source de rayonnement, le flou

géométrique, la densité du cliche, le contraste etc...

A partir de ces paramètres le temps d’exposition est établi et la pièce est irradiée

.Le film obtenu est développé et traité en chambre noire, une fois sec ce cliché est lu sur un négatoscope et les

résultats de cette interprétation sont consignés sur un rapport de contrôle.

Toute fois l’interprétation reste soumise aux recommandations du code ou la norme de référence qui

définira l’acceptabilité ou le refus de la pièce à contrôler.

Figure 4

Pièce à contrôler Défaut

Film

Source de rayonnement

2

II APPAREILLAGE II.1 LES PROJECTEURS :

Les projecteurs sont des appareils de radiographie gamma généralement dénommé « TIF » (fig.5).

FIGURE 5

Ces projecteurs contenant des produits radioactifs doivent être conformes aux règles de radioprotection qui sont

imposées par une norme de référence.

II.2 DESCRIPTION DE L’APPAREIL :

Figure 7

Un bloc de protection en uranium appauvri, en forme de poire, de rayon moyen 49mm

contenant un conduit droit axial pour le porte isotope de 7mm de diamètre.

3

Un barillet d’obturation en uranium appauvri, ouvre et ferme le conduit d’éjection. Il est

commandé a la main du coté commande, et son blocage est munit d’une clef. Une coque

enveloppe l’ensemble et comporte une poignée sur la partie supérieure, et une surface plane

de support à la base.

Cette coque comprend deux flasques (à chaque extrémité) sur lesquels seront fixés les

embouts qui reçoivent les câbles d’éjection et de commande. Le système de télécommande est

fait à partir d’une gaine souple contenant un câble de type téléflex entraîné par une poulie-

manivelle.

La gaine d’éjection est souple dans laquelle coulisse le porte source et son câble de

commande.

II.3 LES DISPOSITIFS DE SECURITE

Les dispositifs de sécurité seront les suivants:

Le système de verrouillage :

Impossibilité d’éjection de la source qu’après ouverture du barillet, qui lui

même est commande par une clef.

Une sécurité complémentaire est réalisée par le ressort de blocage du porte

isotope qui n’est mis hors service que par la fixation de la gaine de

commande.

Les dispositifs de signalisation :.

Sur le barillet des marques de peinture visible permettant de définir la

position de l’appareil ( couleur verte : appareil en position de stockage ,

couleur rouge appareil en position d’émission).

Ces marques doivent être visibles à 5 mètres.

II. 4 LE CONTROLE DU DEBIT D’EXPOSITION

Le contrôle se fait avec des dosimètres correctement étalonnés, et en deux étapes :

A) Le contrôle sur l’appareil vide et ce pour définir l’influence du bloc uranium appauvri sur

les mesures.

B) Le second contrôle se faire avec l’appareil chargé au maximum en position de fermeture

Les résultats obtenus devront être de l’ordre de

à 1 mètre : 10 mRh

à 5 cm : 50 mRh

au contact : 100 mRh.

4

II.5 LE GENERATEUR A RAYONS X

Les générateurs a rayons X traditionnels utilisés pour les applications nécessitant une énergie comprise

entre 30 et 400 kV , comportent généralement des transformateurs élévateurs de tension couplés à de grands

condensateurs et redresseurs

Le tube a rayons X se connecte à la sortie du transformateur par des câbles H.T. et des bagues .

En général le poste se compose de trois parties :

A) Le pupitre de commande Sur lequel on trouve les potentiomètres qui règlent le kilovoltage , l’ampérage , la

minuterie, les abaques de temps de pose et les voyants de mise sous tension et émission de

rayonnements .

B) Les câbles de liaisons Ce sont des câbles souples renforcés permettant d'avoir une distance conséquente entre

le pupitre de commande et le tube.

C) Le tube à rayons X Le tube à rayon X classique se compose d'une capsule de verre dans laquelle sont logés

sous vide une électrode positive (ANODE) et une électrode négative (CATHODE) La

Cathode comporte un filament qui libère des électrons lorsqu’il est porté à incandescence par

un courant de quelques ampères (fig.10).

Figure 10

Le refroidissement de ces postes se fait, par huile, par gaz, par eau ou par combinaison de deux.

5

III LES PRORPRIETE FONDAMENTALES DES

RADIATIONS

III .1 PROPRIETES DES RAYONS IONISANTS

Les rayons X et Gamma sont de même nature physique c'est a dire des radiations électromagnétiques,

mais ils ne sont pas produits de la même façon, en effet si pour les rayons X ils sont produit à partir

d'appareillages électriques, les rayons gamma proviennent de la désintégration noyaux atomiques d'un élément

radioactif.

L'énergie du rayonnement n'est pas réglable, elle dépend de la nature de la source radioactive.

L'intensité n'est pas aussi réglable non plus car il est impossible de modifier le taux de désintégration

d'une matière radioactive.

Les rayons x et gamma sont invisibles

Ils se propagent en ligne droite à la vitesse de lumière.

Ils ne peuvent être déviés au moyens d'une lentille ou d'un prisme, mais le sont par réseau cristallin (par

diffraction).

Ils traversent la matière et sont partiellement absorbés au cours de la transmission. Le degré de pénétration

dépend de la matière et de l'énergie des rayons.

Il s’agit de radiations ionisantes, en d'autre termes, ils libèrent des électrons dans la matière qu'ils traversent.

Ils peuvent endommager ou détruire les cellules vivantes.

III 2 CARACTERISTIQUE DES RAYONS X ET GAMMA

Le pouvoir de pénétration des rayons augmente proportionnellement à leur énergie, sauf pour les énergies très

élevées. La relation entre l'énergie et leur pouvoir de pénétration est très complexe, parce qu'il existe différents

mécanismes susceptibles d'influer sur l'absorption des rayons. L'on utilise habituellement le concept de

coefficient d'absorption ( ).

Les rayonnements X et γ prennent naissance dans l'atome.

6

L'ATOME : est la plus petite partie d'un corps; elle est constituée d’un noyau formé de deux types de

particules : les «protons (charges positives)» et les «neutrons (charges nulles)»et d’un cortège électronique qui

se déplacent sur des orbites, appelées couches, il ne peut y avoir au maximum que 2 n2 électrons sur une

couche, où «n» est le numéro de la couche.

SYMBOLE DE L’ATOME

L’écriture du symbole de l’atome permet de saisir du premier coup d’œil le nombre de particules dont il est

composé :

7

III .2.1 ABSORPTION ET DIFFUSION

La diminution d'intensité du rayonnement est, par conséquent, la valeur ( ) et le pouvoir de pénétration

de la radiation est déterminé par quatre types d'interaction avec la matériau.

Diffusion de Raleigh

Effet photoélectrique

Effet Compton

Formation de paires

III. 2.2 DIFFUSION DE "RALEIGH" Ce processus n'est sensible qu'aux très faibles niveaux d'énergie; le photon x est diffusé par les électrons

de l'atome, mais sans libération d'électron, le photon est alors dévié mais conserve la même énergie.

III . 2.3 EFFET PHOTOELECTRIQUE Lorsqu'un rayonnement x d'une énergie relativement faible traverse un matériau et qu'un photon touche

un atome de ce matériau, l'énergie totale du photon peut entraîner l'expulsion d'un électron appartenant aux

couches internes de l'atome (fig.11).

Figure 11

III.2.4 EFFET "COMPTON"

Pour des rayons à un niveau d'énergie supérieur , lors de l'interaction de photons et d'électrons libres ou

présentant une faible liaison de leurs couches électronique externes, une partie de l'énergie est transférée à ces

électrons, qui sont expulsés ( fig. 12)

La déviation des photons incidents de leur direction initiale , perdent une partie de leur énergie.

Il en résulte une diffusion et une diminution de l'énergie du rayonnement.

8

Figure 12

Rayonnement de 100KeV à 10 MeV

La diffusion et la perte d'énergie subie par le faisceau incident du rayon dépend du matériau composant

l'objet irradié et de l'énergie de rayonnement. Entre 100 KeV et 100 MeV,

l'absorption est du principalement à l'effet Compton. L'effet photoélectrique est moindre importance dans ce

domaine d'énergie .

III.2.5 FORMATION DE PAIRES

la formation de paires d'ions ne se produit qu'à des énergies très élevées ( à partir de 1,02 Mev ).Les

photons à niveau d'énergie élevé peuvent entraîner une interaction avec le noyau de l'atome touché ( fig.13).

L'énergie du photon est utilisée pour former un électron (e) et positron (e+).

Le positron disparaît rapidement à la suite d'une collision avec un électron. Le positron et l'électron

disparaissent et leur énergie entraîne la formation de photons de 0,51 MeV.

La formation de paires fait surtout sentir ses effets lorsque des photons à haut niveau d'énergie traversent un

matériau dont le nombre atomique est élevé.

Figure 13

Rayonnement >1,02 MeV

9

IV . SOURCES RADIOACTIVES

IV.1. LA RADIOACTIVITE

La radioactivité (t) es la propriété qu'ont certains corps d'émettre spontanément des rayons α, β, γ. Les

rayons alpha (α) et bêta (β) consistent en un flux de particules possédant une charge électrique. Les rayons

gamma (γ) sont de nature électromagnétique.

IV.2. LES SOURCES RADIOACTIVES NATURELLES On trouve le radium, le radon, et le mésothorium.. Ils émettent une radiation très dure qui convient tout

particulièrement à l'examen des objets très épais.

L'inconvénient de ces sources est l'impossibilité de les présenter en dimensions suffisamment petites

pour obtenir des intensités adéquates. De plus leur prix est très élevé.

IV.3. LES SOURCES RADIOACTIVES ARTIFICIELLES

Les produits radioactifs artificiels sont obtenus par la fission ou par irradiation dans un réacteur

nucléaire. Il est possible d'obtenir de cette manière des isotopes en quantités relativement importantes et offrant

une pureté suffisante. Leur intérêt pour l'examen non destructif des matériaux dépend notamment de la qualité

et de l’intensité de la radiation qu'ils émettent, de leur demi-vie, et de leur activité spécifique. C'est pourquoi

malgré leur grand nombre, seuls quelques-uns conviennent à la radiographie.

IV.4. DEMIE-VIE OU PERIODE

On appelle "période" d'un élément radioactif la période de temps à l'issue de laquelle l'intensité de la

radiation émise est réduite à la moitié de sa valeur initiale.

Chaque élément radioactif se caractérise par sa période.(fig.14).

figure 14

At : activité au temps t

A0 : activité initiale

t : temps

T : période du radioélément

10

IV.5. L'ACTIVITE SPECIFIQUE

L'activité spécifique d'un corps radioactif est l'activité de 1 gramme de ce corps exprimée en becquerels

(Bq) ou en Ci/g (curies par kilogrammes) (voir tableau 1).

Pour un nombre de becquerels déterminé, les dimensions d'une source radioactive sont déterminées par

son activité spécifique.

IV.6. ACTIVITE

L'activité d'une source radioactive est donnée par le nombre d'atomes de cette source qui se désintègrent

dans l'unité de temps.

Cette activité est mesurée en becquerels (Bq). Le becquerel est la quantité de tout élément radioactif au

sein du quel le nombre de désintégrations par seconde est égal à 1"(1 Bq = 1/s).

L'ancienne unité était le Curie (Ci), est qui reste la plus utilisée.

Exemple :

Une source d’192Ir faisait 39 Ci il y a douze jours. Combien "fait-elle" aujourd'hui ?

Réponse :

A12j =

74

12

2

39 =

1621,02

39 =

1189,1

3925 Ci

En pratique les calculs se font grâce à des abaques dits courbe de décroissance

IV.7. ÉMISSION SPECIFQUES DES RAYONS GAMMA

Une unité très utile en radiographie est le débit de rayonnement par curie mesuré à une distance fixe.

Pour les sources radio-isotopes, on utilise généralement le Rhm (Röntgen par heure à un mètre); mais on utilise

parfois aussi l'émission spécifique de rayons gamma ou facteur K mesurée à une distance de 1 cm d'une source

de 1mCi.

Élément

symbole

Masse

atomique

Période Constante

spécifique

pouvoir de

pénétration

Épaisseur

demi

absorption

Césium Cs 137 30 ans 0,37 0,66 MeV 8,4 mm

Cobalt Co 60 5,3 ans 1,30 1,17-1,33 13

Iridium 192 74 jours 0,50 0,13-0,9 2,8

Ytterbium 169 31 jours 0,125 0,06-0,31 0,88

Thulium 170 127 jours 0,0025 0,052-0,084 ____

Tableau 1

11

V LES FILMS

V.1. STRUCTURE DU FILM

Un film radiographique comporte sept couches (fig.16)

Un support en tri-acétate de cellulose ou en polyester (d)

De part et d'autre du support, on trouve:

1. Une couche de gélatine (a)

2. Une couche d'émulsion (cristaux d'halogénures d'argent en suspension dans la gélatine) (b)

3. Une couche mince appelée substrat (c)

Figure 16

VI.2. IMAGE LATENTE

Lorsqu’un rayonnement lumineux ou irradiant impressionne une couche photosensible, celle ci

enregistre une modification aux endroits exposés à une quantité suffisante de rayonnement, par la

transformation en argent des particules extrêmement fines des cristaux d’halogénures d’argent.

Ces traces d'argent sont infimes qu'à l'œil, la couche photosensible semble n'avoir rien subie .

Lorsque l'exposition est terminée, une image complète, mais toujours invisible s'est formée dans la

couche photosensible. Cette image est appelée" image latente "

VI.3. DEVELOPPEMENT

Le développement est le traitement qui permet de transformer l'image latente en une image visible. On

obtient ce résultat en réduisant sélectivement en argent noir les cristaux de l'émulsion qui contiennent les traces

d'argent et porteurs de l'image latente. Il existe plusieurs produits chimiques capables de réduire les halogénures

d'argent en argent . Ces substances sont appelées " développateur ".

12

VI.4. LABORATOIRE

13

Action Table Lumière

A PREPARATION

Chargement des films et

écrans de plomb

Sèche Inactinique

Déchargement des films et

mise en cadre

Humide

B T

RA

ITE

ME

NT

DU

FIL

M

1. Révélation

Agitation des

cadres

pendant 10

secondes par

minute eau

18°

19°

20°

21°

22°

23°

24°

6 minutes

5 minutes 30 secondes

5 minutes

4 minutes30 secondes

4 minutes

3 minutes30 secondes

3 minutes

2. Rinçage

Agitation et

acide acétique

20° 1 minute

3. Fixage Retrait pré-

interprétation

après 5

minutes

20° 20 à 40 minutes en

lumière blanche

4. Lavage Eau courante 16°

5. Séchage Air ambiant 4 à 1 heurs

Machine Max 70° 15 à 60 minutes

C Exploitation Mesure et lecture densité Interprétation,

archivage

Sèche

Tableau 3

Le développement de films ne pourra en aucun cas dépasser avec le même

bain la cadence de 1200 films dans les conditions idéales