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TABLES DES MATIERES

Historique

1. Le contrôle radiographique

2. Rayons électromagnétiques

2.1. Généralités2.2. Rayons gamma2.3. Rayons x2.4. Principales propriétés des rayons x et gamma

Annexe 2 A : Electron - voltAnnexe 2 B : Comparaison entre les ondes radio FM de 100 MHz et

les rayons x de 300 keVAnnexe 2 C : Energie de rayonnement - Energie du rayonnement

3. Structure Atomique - Ionisation

3.1. Structure atomique3.2. Ionisation

4. Unités

4.1. Exposition - Débit d'exposition4.2. Dose absorbée - débit de dose4.3. Efficacité biologique relative (EBR) et facteur de

qualité (FQ)4.4. Dose équivalente

5. Appareils à rayons x

5.1. Emission de rayons x5.2. Spectre d'irradiation d'un tube à rayons x5.3. Différents types d'appareils à rayons x5.4. Réglage d'un tube à rayons x5.5. Tension appliquée aux pôles du tube.

6. Appareils de gammagraphie

6.1. Sources gamma6.1.1. Généralités6.1.2. Activité d'une source radioactive6.1.3. Activité spécifique6.1.4. Décroissance radioactive - Temps de demi-vie

(période)6.1.5. Présentation graphique du processus de

désintégration

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Annexe 6 A : Utilisation d'une échelle logarithmique pour l'activité

Annexe 6 B : Détermination de l'activité d'une source radioactive après un temps déterminé

6.1.6. Constante spécifique d'une substance radioactive6.1.7. Spectre de rayonnement

6.2. Porte - source6.3. Container de transport et de travail pour les sources

gamma

6.3.1. Généralités6.3.2. Différents types d'appareils gammagraphiques

6.3.2.1. Appareils pour lesquels la source radioactive reste dans le container

6.3.2.2. Appareils pour lesquels la source est sortie du container pour l'irradiation

6.4. Collimateurs

7. Interaction du rayonnement et de la matière

7.1. Diffusion Rayleigh7.2. Effet photo - électrique7.3. L'effet Compton7.4. Formation de paire7.5. Absorption du rayonnement monochromatique et hétérogène

7.5.1. Rayonnement monochromatique7.5.2. Rayonnement hétérogène

7.6. Epaisseur de demi-absorption - épaisseur de décimation

8. Loi du carré des distances

9. Films radiographiques

9.1. Composition9.2. Courbe caractéristique9.3. Films rapides - films lents9.4. Facteur de contraste - Gradient9.5. Ecrans renforçateurs

9.5.1. Ecrans renforçateurs fluorescents9.5.2. Ecrans renforçateurs au plomb9.5.3. Ecrans renforçateurs métalliques9.5.4. Ecrans fluoro-métalliques

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10. Développement du film

10.1. Généralités10.2. Image latente10.3. Développement du film

10.3.1. Révélateur10.3.2. Bain d'arrêt10.3.3. Fixateur10.3.4. Lavage10.3.5. Séchage

10.4. Défauts dus au traitement du film

11. Qualité d'image

11.1. Qualité d'image11.1.2. Contraste11.1.3. Netteté d'image11.1.4. Granularité11.1.5. Remarque : influence de la pièce à contrôler

11.2. Noircissement11.3. Indicateur de la qualité d'image (IQI)

11.3.1. Indicateurs à fils11.3.2. Indicateurs du type à gradins percés de

petits trous11.3.3. Indicateurs consistant en plaquettes à

gradins

12. Facteurs qui déterminent la qualité d'image

12.1. Flou géométrique12.2. Rayonnement diffusé

12.2.1. Rayonnement diffusé interne12.2.2. Rayonnement diffusé en provenance des côtés

latéraux et du côté inférieur12.2.3. Diminution du rayonnement diffusé12.2.4. Contrôle du rayonnement diffusé

12.3. Flou interne12.4. Energie de radiation utilisée

12.4.1. Influence sur le contraste12.4.2. Influence sur la granularité12.4.3. Influence sur la latitude

12.5. Influence du type de film.12.6. Influence du noircissement12.7. Influence du développement12.8. Utilisation de filtres12.9. Influence du contact film-écrans au plomb12.10. Vue d'ensemble

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13. Mesure des rayonnements x et gamma

13.1. Introduction13.2. Chambre d'ionisation13.3. Tube Geiger - Müller13.4. Compteur de scintillation13.5. Dosimètre à film13.6. Dosimètre à thermoluminescence13.7. Stylodosimètre

14. L'homme et les rayonnements ionisants

14.1. Généralités14.2. Conséquences d'une dose excessive de rayonnement

14.2.1. Conséquences pour la personne même (effets somatiques)

14.2.2. Conséquences pour la progéniture (effet génétique)

14.3. Contamination radioactive

15. Techniques radiographiques simples pour les soudures bout à bout

15.1. Technique simple épaisseur - simple image

15.1.1. Soudures de pièce planes - soudures longitudinales de pièces cylindriques

15.1.2. Soudures circulairs de tuyauteries

15.2. Technique double épaisseur

15.2.1. Interpretation simple image15.2.2. Interpretation double image

16. Techniques radiographiques moins courantes

16.1. Soudures d'angles sur des pièces courbes16.2. Soudures d'angles sur pièces planes

17. Contrôle radiographique sur d'autres matériaux que l'acier

18. Interprétat des clichés

18.1. Introduction18.2. Connaissance de la pièce contrôlée et technique de

contrôle18.3. Critères d'acceptabilité18.4. L'interprétation18.5. Interprétation des défauts de soudures

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Annexe 18 A : Atlas de tests non destructifsAnnexe 18 B : Symbole utilisées pour le contrôle de souduresAnnexe 18 C : Exemple de rapport d'interprétation

18.6. Interprétation des radiogrammes de pièces de fonderie

18.6.1. Discontinuités dans les pièces et indicateurs radiographiques correspondantes

18.6.2. Normes et niveau de sévérité18.6.3. Rapport d'examen

18.7. Matières plastiques, béton et matériaux réfractoires assemblages mécaniques et composants électromiques

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HISTORIQUE

Entre 1890 et 1900, Henri Becquerel a découvert la radiation du minerai d'uranium, les époux Curie le polonium et le radium, éléments naturels radioactifs, et Wilhem Röntgen les rayons qui portent son nom (également appelés rayons "X").

Les rayons X ont trouvé une application relativement rapide dans les domaines industriel et médical; il faudra cependant attendre 1950 et l'apparition des substances radioactives artificielles (ainsi que l'évolution de l'énergie atomique) pour voir les substances radioactives largement utilisées.

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1. LE CONTROLE RADIOGRAPHIQUE

Une source de radiation émet un faisceau de rayons X ou de rayons gamma en direction de l'objet à contrôler.

Indépendamment de l'épaisseur, du poids spécifique et du nombre atomique de la matière irradiée, cet objet absorbera une partie de l'énergie de rayonnement.

L'énergie et l'intensité du rayonnement sont choisies de façon à ce que l'objet soit suffisamment irradié.

Si l'objet présente des zones d'absorption différentes (p. ex. différentes épaisseurs, inclusions gazeuses dans l'acier), le faisceau d'irradiation sortant présentera des zones d'intensités de rayonnement différentes (= image radiante).

Ce faisceau d'irradiation sortant traverse le film radiographique (placé derrière l'objet) et ionise une certaine quantité de cristaux d'halogénure d'argent dans l'émulsion (image latente).Les zones du film ayant été fort irradiées contiennent beaucoup de cristaux d'alogénure d'argent ionisés et présenteront, après avoir été développés, un plus grand noircissage que les zones ayant été moins irradiées.

Le film radiographique transforme donc l'image radiante en une image visible (film).

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2. RAYONS ELECTROMAGNETIQUES

2.1. Généralités

Les rayons X et les rayons gamma sont des rayons électromagnétiques au même titre que les rayons lumineux, les rayons thermiques, les ondes radar ou les ondes radio.

Le rayonnement électromagnétique est une énergie (sans masse) qui se propage sous la forme d'une onde.

Un rayonnement électromagnétique s'accompagne en effet d'un champ magnétique et électrique variable, dont l'intensité varie à une fréquence déterminée.

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On compare souvent le rayonnement électromagnétique à de petits paquets d'énergie (quanta ou photons) émis par la source de radiation.

Remarquons que dans certains cas (tels que les collisions avec des électrons), ces petits paquets d'énergie (sans masse) se comportent également comme des particules.

Plus la fréquence des rayons électromagnétiques est élevée, plus leur longueur d'onde est basse et leur énergie élevée.

Un rayonnement hautement énergétique possède un grand pouvoir de pénétration; il s'agit d'un rayonnement "dur".

L'énergie d'un rayonnement électromagnétique est exprimée en keV ou en MeV

1 keV = 1000 eV1 MeV = 1000 keV = 1.000.000 eV.

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┌────────────────────────────────────────┐ │ k 103 kilo │ │ M 106 Mega │ │ G 109 Giga │ │ T 1012 Tera │ ├────────────────────────────────────────┤ │ m 10-3 milli │ │ µ 10-6 micro │ │ n 10-9 nano │ │ p 10-12 pico │ └────────────────────────────────────────┘

Exemple : 12 GBq = 12 x 109 Gq = 12.000.000.000 Becquerel

36 pCi = 36 x 10-12 Ci

36 = ------ Ci 1012

36 = --------------------- Ci 1.000.000.000.000

= 0,000.000.000.036 Ci

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Le rapport entre l'énergie et la fréquence est exprimé par la formule suivante :

Energie = fréquence x constante de Planck

E = f x h

h = 6,62 x 10-34 JsE = énergie en Joules (J)

Les rayons électromagnétiques se propagent à une vitesse égale à la vitesse de la lumière (300.000 km/sec.)

C = f x

vitesse = fréquence x longueur d'onde

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2.2. Rayons gamma

Le rayonnement gamma est issu de la désintégration des noyaux atomiques d'un élément radioactif.

Une fois l'acquisition faite d'une source radioactive, l'énergie et l'intensité du rayonnement émis ne peuvent plus être réglées.

2.3. Rayons X

Les rayons X sont générés dans un tube à rayons X, où des électrons sont accélérés par une forte différence de potentiel; ces électrons sont projetés sur une cible en tungstène et de cette collision naissent les rayons X.

L'énergie et l'intensité des rayons X sont souvent réglables.

Il n'y a aucune différence entre un rayon X de 200 keV et un rayon gamma de 200keV; ces rayons ne diffèrent que par leur origine.Les rayons gamma résultent de modifications dans le noyau atomique même; lors de la création de rayons X, aucune modification ne survient dans le noyau atomique.

2.4. Principales propriétés des rayons X et des rayons gamma

- Ils ne sont pas perceptibles par les sens humains.- Ils se propagent à une vitesse égale à celle de la

lumière.- Ils peuvent traverser la matière; le degré d'absorption

est fonction du type de matière et de l'énergie du rayonnement.

- Ils peuvent endommager et détruire des cellules vivantes.

- Ce sont des rayons ionisants. (*)- Par action photo-électrique, ils peuvent irradier des

films.- Ils peuvent provoquer la fluorescence de certaines

substances.- Ils n'ont aucune masse, aucune charge électrique.- Ils ne peuvent pas être déviés au moyen de lentilles

(bien qu'une diffusion provoquée par la matière qu'ils traversent soit possible)

(*) Les rayons ionisants peuvent provoquer sur leur trajet l'ionisation directe ou indirecte de la substance; ces rayons peuvent être de nature électromagnétique, tels que les rayons X ou les rayons gamma, ou de nature corpusculaire (électrons, rayons ou , neutrons ou particules lourdes).

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Annexe 2 A. Electron - volt

1 eV est l'énergie ajoutée à un électron libre lors d'une accélération par une différence de potentiel de 1 volt.

La charge d'un électron = 1,6 x 10-19 C

1 Coulomb = l'unité de charge = 1 C

Lors du passage d'une différence de potentiel de 1 volt, l'unité de charge reçoit une énergie de 1 Joule

1 eV = 1,6 x 10-19 Joule.

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Annexe 2 B. Comparaison entre les ondes radio FM de 100 MHz et les rayons X de 300 keV.

Ondes radio FM de 100 MHz (100 x 106 Hz)

C = 300.000 km/sec

f = 100 x 106 Hz (100 millions de vibrations par seconde !!)

Energie = f x h

100 x 106 E = ----------- x 6,62 x 10-34 J sec. sec

E = 6,62 x 10-26 J

c La longueur d'onde = - f

300.000.000 m ------------- sec 300 m = ------------- = ------ = 3 m 100.000.000 100 ------------- sec

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Rayons X d'un tube à rayons X (300 kV)

Energie en Joules = 300.000 x 1,6 x 10-19 Joules

= 4,8 x 10-14 Joules

= 4,8 x 10-26 x 1012 Joules

E La fréquence f = - h

4,8 x 10-14 Joules = -------------------------- 6,62 x 10-34 Joules.sec.

72 x 1018 = ---------- sec.

= 72 x 106 x 1012 / sec.

C La longueur d'onde = - f

3x 108 m ------------ s= ------------ = 0,4 x 10-11 m 72 x 1018 ------------ s

Synthèse

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Annexe 2 C.

Energie de rayonnement - Energie du rayonnement.

Energie du rayonnement : reflète l'énergie des photons (ou particules) individuels.

Energie de rayonnement: est l'énergie totale transportée par plusieurs photons (particules) en un faisceau d'irradiation.

L'énergie de rayonnement est le produit du nombre de photons (particules) et de leur énergie respective.

L'énergie de rayonnement pour un faisceau constitué de nombreux photons (particules) pauvres en énergie peut être supérieure à l'énergie de rayonnement pour un faisceau constitué de peu de photons (particules) riches en énergie.

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3. STRUCTURE ATOMIQUE - IONISATION

3.1. Structure atomique

Toute matière (eau, air, craie, fer, ...) est constituée de molécules, qui sont à leur tour constituées d'atomes.L'atome comporte un noyau chargé positivement, autour duquel gravitent, à grande vitesse et réparties sur différentes orbites (couches), des particules chargées négativement (électrons).

Les électrons sont reliés au noyau; ce lien est le plus puissant pour les atomes situés sur la couche la plus proche du noyau (couche K), puis il s'affaiblit à mesure que les couches sont plus éloignées (couche L, M, N, ...). Si l'on veut faire passer un électron vers une orbite plus éloignée (ou si l'on veut même éjecter un électron de l'atome), il faut un apport d'énergie (p. ex. sous la forme de rayons électromagnétiques).

Le noyau est constitué de protons (chargés positivement) et de neutrons (sans charge, donc électriquement neutres).

La masse totale d'un atome est presque entièrement déterminée par la masse du noyau; la masse commune des électrons est négligeable (un proton pèse presque 2.000 fois plus qu'un électron).

Un atome neutre possède autant de protons que d'électrons.

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Le nombre de protons (= nombre atomique) est caractéristique pour chaque élément (p. ex. 1 pour l'hydrogène, 8 pour l'oxygène, 26 pour le fer ...).

Un élément déterminé aura donc toujours le même nombre atomique.

Le nombre de neutrons, par contre, ne sera pas toujours le même pour un élément bien déterminé.

On appelle nombre de masse la somme du nombre de neutrons et du nombre de protons dans un noyau atomique (pour un même élément, le nombre de masse peut donc varier).

On appelle nuclides les noyaux atomiques d'une composition bien déterminée et dont le nombre de protons et de neutrons est donc fixe.

A X = symbole de l'élément

Z = nombre atomique

Z A = nombre de masse

On appelle isotopes les nuclides d'un même élément, mais de nombre de masse différent.Un noyau ne sera stable qu'à condition d'obtenir certaines relations entre le nombre de protons et celui de neutrons, sans quoi le noyau sera instable.Les noyaux instables vont libérer leur surplus d'énergie, notamment sous la forme de rayons gamma.

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60 Z = nombre atomique = 27 (27 protons) Co27 A = nombre de masse = 60 (60 protons et neutrons)

nombre de neutrons = A - Z = 60 - 27 = 33

L'hydrogène (H) possède trois isotopes

1 Hydrogène H Le noyau compte 1 proton 1

2 Deutérium H Le noyau compte 1 proton et 1 neutron 1

3 Tritium H Le noyau compte 1 proton et 2 neutrons 1

Il existe des isotopes radioactifs naturels et artificiels. Les isotopes naturels sont présents dans la nature, les isotopes artificiels sont créés par l'intervention de l'homme.

Exemples d'isotopes radioactifs naturels :

Le potassium - 40 (dans les mers, les mines de sel)Le carbone - 14 (dans le CO2, le dioxyde de carbone).

3.2. Ionisation

Les rayons X et gamma peuvent ioniser les atomes de la matière qu'ils traversent.

L'énergie du rayonnement (ou une partie de celle-ci) est utilisée pour éjecter un électron de l'atome et donner à cet électron une certaine vitesse.

Un atome neutre (nombre identique de neutrons et de protons) est donc divisé en deux parties, un atome chargé positivement (ion positif) et un électron chargé négativement (ion négatif).

Par cet effet d'ionisation, la radiation peut être mesurée, une image latente est formée dans une émulsion photographique, des cellules vivantes sont endommagées, etc.

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4. UNITES

4.1. Exposition - Débit d'exposition

Exposition

L'exposition est la charge électrique (d'un signe déterminé) que des photons libèrent par unité de masse d'air sous l'effet d'ionisations.

La mesure repose donc sur l'action ionisante de ces rayons.

Unité S.I. - Coulomb par kg d'air (C/kg)

On obtient une exposition de 1 C/kg siles rayons X et/ou gamma dans 1 kg d'air libèrent une quantité d'électrons égale à 1 Coulomb.

Ancienne unité - Röntgen (R)

On obtient une exposition de 1 R si les rayons X et/ou gamma dans 1 cm3 d'air libèrent une quantité d'électrons égale à 1 u.e.s. (1 unité électrostatique).

L'exposition ne concerne que les rayons X et gamma dans l'air; leur énergie doit être comprise entre 0,02 et 3 MeV.

1 rayon X = 2,58 x 10-4 C/kg.

Débit d'exposition (vitesse d'exposition)

Le débit d'exposition est l'exposition par unité de temps.

Unité S.I. : C/kg.S

Ancienne unité : R/s (R/h).

Remarque

A (ampère) 1C/kg.s peut être converti en --- --------- kg (kg) C en effet : 1 - = 1 A (ampère) s

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4.2. Dose absorbée - débit de dose

Dose absorbée

La dose absorbée du rayonnement ionisé est la quantité d'énergie transférée à l'unité de masse de matière.

Unité

S.I. : 1 Gray (Gy) = 1 J/kg

Ancienne unité : 1 rad = 100 erg/gramme.

Conversion Gray - > rad

1 Gy = 100 rad

La dose absorbée peut être utilisée pour toutes les matières et tous les types de rayonnement.

Débit de dose

Le débit de dose est la dose absorbée par unité de temps.

S.I.: Gy/s

Ancienne unité : rad/s.

4.3. Effectivité biologique relative (EBR) et facteur de qualité (FQ)

La dose absorbée (Gray ou Rad) détermine l'augmentation d'énergie à la suite d'une exposition au rayonnement.

Pour ce qui concerne le corps humain, c'est plutôt l'effet biologique d'une augmentation d'énergie qui nous intéresse.En fait, la dose absorbée nécessaire pour provoquer un effet biologique déterminé varie en fonction du type de rayonnement; de plus, elle dépend également parfois, pour un même type de rayonnement (p.ex. les rayons ), de l'énergie de ce rayonnement.

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Une dose absorbée de 1 Gray à la suite d'une irradiation de rayons n'a en effet pas le même effet biologique sur notre corps qu'une dose de 1 Gray absorbée à la suite d'une irradiation de rayons de 200 keV.

La comparaison des doses d'irradiation absorbées entraînant un même effet biologique a donné lieu au concept d'"effectivité biologique relative" (EBR).

L'EBR d'un rayonnement déterminé est un nombre proportionnel indiquant combien de Gray(Rad) d'un rayonnement de référence (rayonnement X + 250 keV) sont nécessaires par Gray(rad) du rayonnement considéré pour provoquer le même effet biologique.

L'EBR varie en fonction de l'effet biologique considéré.

Si l'on considère uniquement, pour un type de rayonnement déterminé, les EBR qui sont nuisibles au corps humain, et si l'on tient compte du facteur d'EBR le plus élevé en matière de protection contre les irradiations, la sécurité sera assurée.

On appelle facteur de qualité (Q ou FQ) l'EBR attribuée à un type de rayons afin de garantir un niveau de protection suffisant.

┌─────────────────────────────────────────┬───────────────────┐ │ │Facteur de qualité │├─────────────────────────────────────────┼───────────────────┤ │ Rayons X et rayons gamma (jusqu'à 3 MeV)│ 1 ││ Rayons électroniques et rayons B │ 1 ││ Neutrons (d'énergie inconnue) │ 10 ││ Rayons │ 20 │└─────────────────────────────────────────┴───────────────────┘

4.4. Dose équivalente

La dose équivalente est la dose absorbée de rayonnement de référence ayant le même effet biologique que la dose absorbée du rayonnement considéré.

┌───────────────────────────────────────┐ │ dose absorbée x FQ = dose équivalente │ ├───────────────────────────────────────│ │ Gray x FQ = Sievert (Sv) │ │ rad x FQ = rem │ └───────────────────────────────────────┘

1 Sv = 100 rem.

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5. APPAREILS A RAYONS X

5.1. Emission de rayons X

Un tube à rayons X consiste en un ballon en verre (presque) vide d'air, dans lequel une électrode positive (anode) et une électrode négative (cathode) ont été placées.

La cathode contient un filament à incandescence, qui s'échauffe par le passage d'un courant électrique, ce qui provoque l'émission d'électrons.

Sous l'action de l'apport de haute tension électrique entre l'anode et la cathode, ces électrons sont attirés par l'anode.

Le flux d'électrons est rassemblé en un faisceau par un anneau de focalisation. Une cible est placée à l'endroit où les électrons entrent en collision avec l'anode.La collision des électrons rapides sur la cible provoque une conversion de leur énergie cinétique en chaleur (en grande partie) et en rayons X.

L'énergie et le pouvoir de pénétration du rayonnement s'accroissent à mesure que la vitesse des électrons est plus grande et que le nombre atomique de la cible est plus élevé.

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En général, la cible est faite de tungstène (W) du fait de son nombre atomique élevé, de son point de fusion élevé (+ 3400 °C) et de sa bonne conductibilité thermique.

A 200 kV, par exemple, seulement 1 % de l'énergie cinétique est convertie en rayonnement, le reste l'est en chaleur.

C'est pourquoi l'anode est refroidie (p. ex. rayonnement, convection, refroidissement forcé par gaz ou par liquide).

La surface de la cible touchée par le faisceau d'électrons est le foyer.Soit le "foyer réel" sera suffisamment grand pour éviter une surchauffe locale, soit le "focus effectif" sera le plus petit possible pour obtenir une image de rayons X la plus petite possible.

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5.2. Spectre d'irradiation d'un tube à rayons X

Lorsque les électrons heurtent la cible, les effets suivants peuvent se produire :

- lorsque l'électron possède suffisamment d'énergie pour projeter un électron en dehors de sa couche initiale, il se crée un "trou" dans la couche électronique. Le fait de remplir à nouveau ce trou (au moyen d'un autre électron) peut engendrer un rayonnement X caractéristique, avec un sprectre d'irradiation discontinu.Ce rayonnement doux n'est pas de grande importance dans le domaine de la radiographie industrielle (il est souvent entièrement absorbé par le filtrage interne);

- un électron rapide peut longer de près un noyau atomique puis s'éloigner à nouveau de l'atome.Sous l'action de diverses forces d'attraction et de répulsion, cet électron sera dévié de sa trajectoire initiale; la perte d'énergie qui en résulte provoquera l'émission d'un rayonnement X. En fonction du degré de freinage, l'énergie de ce rayonnement peut varier entre zéro et l'énergie de l'électron dont question.Ce rayonnement de freinage (Bremsstrahlung, afremstraling) possède donc un spectre continu.C'est ce rayonnement que l'on utilise dans la radiographie industrielle.

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5.3. Différents types d'appareils à rayons X

Tubes à rayons X directionnels et panoramiques

Différents types de faisceaux de rayons X sont créés en fonction de la forme de la cible et de la construction du tube à rayons X.

5.4. Réglage d'un tube à rayons X

5.4.1. Modification de la tension du tube.

Une augmentation de la tension du tube entraîne la création d'un rayonnement X plus dur et de longueur d'onde plus courte ; en même temps, on obtient une hausse de l'intensité de rayonnement (surtout pour les longueurs d'onde les plus petites).

5.4.2. Modification du courant du tube.

Une augmentation du courant du tube entraîne une augmentation de l'intensité du rayonnement pour toutes les longueurs d'onde.

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5.5. Tension appliquée aux pôles du tube

Le type de tension appliquée (tension alternative, tension continue, tension alternative redressée) influence le spectre d'irradiation. Les tubes autoredressés sont plus limités en puissance que les tubes à potentiel constant, mais il sont souvent plus légers.

Dans le cas des tubes bipolaires, la moitié de la tension est appliquée à l'anode et l'autre moitié à la cathode, méthode qui comporte des avantages du point de vue de l'isolation. Dans le cas des tubes monopolaires, l'anode est reliée à la terre.

Le(s) transformateur(s) et le tube à rayons X peuvent être construits en un seul bloc, ou séparément.

6. APPAREILS DE GAMMAGRAPHIE

6.1. Sources gamma

6.1.1. Généralités

Vers 1930, les premières sources gamma ont été utilisées en radiographie industrielle (sources radioactives naturelles telles que le radium et le radon).

L'utilisation à grande échelle n'est survenue que lorsque les sources radioactives artificielles ont pu être fabriquées dans des réacteurs atomiques (baisse des prix, augmentation des activités et des activités spécifiques).

Les sources radioactives les plus utilisées sont :- l'Iridium - 192 (dans près de 99 % des applications)- le Cobalt - 60 (pour les épaisseurs supérieures à + 80 mm)- Le Thulium - 170 (pour les épaisseurs inférieures à + 5 mm).

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6.1.2. Activité d'une source radioactive

L'activité d'une source radioactive permet de mesurer le nombre de mutations du noyau atomique (désintégrations) par unité de temps.

Ancienne unité : Curie (Ci)

Un Curie est l'activité d'une source radioactive au cours de laquelle se produisent 3,7 x 1010 (ou 37 milliards) mutations du noyau atomique par seconde (ce chiffre correspond à l'activité d'un gramme de radium - 226).

Unité S.I. : Becquerel (Bq)

1 Bq = 1 mutation de noyau atomique par seconde1 Ci = 37 Giga Becquerels (37 GBq)1 BQ = 27 pico-Curies (27 p Ci).

L'activité doit être adaptée au type et à l'épaisseur de la matière à contrôler (et ce surtout afin d'obtenir un temps d'exposition rentable).L'activité maximale est limitée par le conteneur utilisé et par les autorisations; pour les activités trop petites, le temps d'exposition est trop long (non économique).

6.1.3. Activité spécifique

L'activité spécifique =

activité -------------------- (Ci ou Bq/gr) poids de la source

Une grande activité spécifique donne un bon rapport qualité de l'image / temps d'exposition.

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6.1.4. Désintégration radioactive - Durée de demi - vie (période)

Après chaque mutation de noyau atomique, le nombre de noyaux instables (radioactifs) diminue. Au fil du temps, l'activité d'un nuclide radioactif diminue donc constamment; on appelle ce phénomène la désintégration radioactive.

Il est tout à fait impossible de prévoir à quel moment se produira la désintégration d'un noyau déterminé, mais si l'on considère un très grand nombre de noyaux, l'on se basera sur le temps nécessaire pour que la moitié du nombre initial de noyaux radioactifs soit désintégrée. Ce temps est appelé durée de demi-vie (T1/2).La durée de demi-vie est un élément caractéristique d'un nuclide radioactif déterminé; elle ne peut subir aucune influence.

Durées de demi - vie de quelques isotopes radioactifs

Iridium 192 (IR192) 74 joursCobalt 60 (Co60) 5,3 ansThulium 170 (Th170) 127 joursYtterbium 169 (Yb170) 31 joursCaesium 137 (Cs132) 30 ansPotassium 40 (K40) 14.000.000.000 ansOxygène 15 (O15) 124 secondes

La durée de demi-vie revêt une grande importance du point de vue économique. Pour les courtes durées de demi-vie, l'activité de la source diminue rapidement, de sorte que de nouvelles sources doivent être régulièrement utilisées.

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6.1.5. Présentation graphique du processus de désintégration

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Annexe 6 A - Utilisation d'une échelle logarithmique pour l'activité

log A = x (logarithmes vulgaires)

10x = A

Exemple : log 100 = 2

donc 102 = 100

(Remarque : ln A = x (logarithmes népériens)

ex = A (e = 2,72 ...)

Exemple : ln 100 = 4,6

2,724,6 = 99,77 ...

log 100 = 2log 50 = 1,7log 25 = 1,4log 12,5 = 1,1log 6,25 = 0,8log 3,125 = 0,49log 1,56 = 0,2

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Annexe 6B

Détermination de l'activité d'une source radioactive après un temps déterminé.

At = Ao.2-t/1/2

At = activité après un temps tAo = activité initialeT1/2 = durée de demi-vie.

Remarques

* Au lieu de la durée de demi-vie, on peut également utiliser la constante de désintégration

At = Ao.c- t

ln 2 ( = ---- ou 0,693 / T1/2 T1/2

ou At = Ao.e-0,693 t/T_1/2

* si n est le nombre de durées de demi-vie, alors

At = Ao .2-n(n = t/T1/2)

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6.1.6. Constante spécifique d'une substance radioactive (facteur   c)

La constante spécifique est le débit d'exposition, mesuré à une distance de 1 mètre de l'isotope et avec une activité égale à l'unité.

6.1.7. Spectre de rayonnement

Les éléments de rayonnement gamma donnent un spectre de rayonnement discontinu. Chaque source de rayons gamma possède un spectre de rayonnement spécifique.

L'énergie (moyenne) joue un rôle déterminant pour l'épaisseur maximale pénétrable de matière et pour certains facteurs influençant la qualité de l'image.

┌────────────┬───────────────────┐ │ Isotope │ énergie moyenne │├────────────┼───────────────────┤ │ IR-192 │ + 400 keV ││ Co-60 │ + 1200 keV ││ Th-170 │ + 80 keV │└────────────┴───────────────────┘

6.2. Porte - source

Les sources radioactives sont enfermées dans une capsule inoxydable et soudée au moyen d'un rayon électronique.

Son étanchéité fait l'objet d'un contrôle sévère (suivant des normes internationales), et ce afin d'éviter toute contamination.

Cette capsule est ensuite placée dans un porte-source adapté au conteneur de transport ou de travail. Dans certains cas, la capsule peut être placée directement (sans porte-source) dans le conteneur(p. ex. SAUERWEIN R10 et R30).

Porte-source pour SAUERWEIN Gammamat TI(F) (F).

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6.3. Container de transport et de travail pour les sources gamma

6.3.1. Généralités

Les sources radioactives sont placées dans un container construit de façon à permettre leur transport ou leur utilisation en toute sécurité.

La source radioactive est entourée d'une matière à forte absorption des radiations, telle que le plomb, le tungstène ou l'uranium appauvri (le plomb présente l'inconvénient d'avoir une température de fusion basse, ce qui peut poser des problèmes en cas d'incendie).

Les appareils doivent satisfaire aux normes nationales et internationales, notamment en matière de rayonnement de fuite admis, de résistance mécanique, de protections, de signalisation, etc.

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6.3.2. Différents types d'appareils gammagraphiques

6.3.2.1. Appareils pour lesquels la source radioactive reste dans le container pendant l'irradiation

La commande se fait à distance ou non.

6.3.2.1.1. La source de radiation ne bouge pas

6.3.2.1.2. La source de radiation bouge

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6.3.2.2. Appareils pour lesquels la source est sortie du container pour l'irradiation

La commande se fait le plus souvent à distance (mécanique, électrique, pneumatique, ...).

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6.4. Collimateurs

Les sources radioactives émettent des rayons dans toutes les directions.

Des collimateurs sont utilisés pour éliminer pratiquement tout rayonnement superflu; ils sont faits en une matière possédant un coefficient d'absorption élevé (tungstène, plomb, ...).

Leur forme varie en fonction de la technique de prise de vue appliquée (directionnelle, panoramique).Non seulement ils augmentent le degré de sécurité, mais ils permettent également d'obtenir une meilleure qualité de l'image (en réduisant le rayonnement diffus).

7. INTERACTION DU RAYONNEMENT ET DE LA MATIERE

Lorsque des rayons ionisants traversent une matière, ils perdent progressivement leur énergie par interaction avec cette matière. L'importance de cette perte d'énergie dépend du type d'interaction qui se produit. Ce dernier est fonction, surtout, de l'énergie du rayonnement et de la nature de la matière irradiée.

7.1. Diffusion Rayleigh

Le photon heurte un électron lié. L'électron reste lié à l'atome; le photon conserve presque toute son énergie et est dévié sur une autre trajectoire.

La baisse d'énergie est négligeable (pour nos applications).

7.2. Effet photo - électrique

Lorsque des photons d'une énergie (relativement) faible traversent une matière, l'énergie totale de ces photons peut être utilisée pour éjecter hors de l'atome un électron situé sur l'une des couches électroniques intérieures, et pour donner à cet électron une énergie cinétique (accélération).

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7.3. L'effet Compton

Lors de l'interaction de photons avec des électrons faiblement liés situés sur les couches électroniques extérieures, une partie de l'énergie est transmise à ces électrons, qui sont alors projetés en dehors du noyau.

Les photons sont ainsi déviés de leur trajectoire initiale de pénétration et ressortent de la collision moins riches en énergie; il y a une diffusion et une réduction de l'énergie du rayonnement.

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7.4. Formation de paire

La formation de paire ne se produit que pour les énergies supérieures à 1,02 MeV.L'énergie du photon est ici utilisée pour créer un électron (e-) et un positron (e+) et leur donner une énergie cinétique.

Le positron créé ne possède qu'une courte durée de vie et disparaît très rapidement à la suite d'une collision avec un électron; le positron et l'électron disparaissent, et leur énergie est convertie en deux photons de 0,51 MeV.

Le processus de formation de paire joue surtout un rôle lorsque des photons riches en énergie traversent des matières possédant un nombre atomique élevé.

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7.5. Absorption du rayonnement monochromatique et hétérogène

7.5.1. Rayonnement monochromatique

I = Io.e-ux_

u = coefficient d'absorption linéaire x = épaisseur irradiée

u = K. 3.Z3

= longueur d'onde Z = nombre atomique K = facteur proportionnel dépendant du s.q.

Cette formule n'est valable que dans le cas d'un faisceau d'irradiation étroit.

7.5.2. Rayonnement hétérogène

Du fait des différentes longueurs d'onde, u doit encore être défini de façon expérimentale.De plus, l'effet de filtrage entraîne une variation de u en fonction de l'épaisseur déjà irradiée (le rayonnement est plus dur à mesure qu'il traverse la matière).

Remarque.

Pour le contrôle radiographique, on travaille avec un large faisceau d'irradiation; apparaît donc ici également l'effet du rayonnement diffus. Le rayonnement mesuré après le passage dans la matière absorbante est encore plus grand que celui donné par la formule I = Io e

-ux.

C'est pourquoi un facteur de correction B est ajouté à la formule (B = built-up factor)I = B.Io.e

-ux

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7.6. Epaisseur de demi - absorption - épaisseur de décimation

L'épaisseur de demi-absorption (épaisseur de décimation) d'un matériau donné, pour un rayonnement ayant une énergie donné, est l'épaisseur requise pour réduire l'intensité de radiation initiale à la moitié (à 1/10).

Le tableau ci-dessous ne donne qu'un ordre de grandeur de quelques épaisseurs de demi-absorption/décimation pour quelques matériaux (ces valeurs peuvent être utilisées pour le calcul des distances en vue du balisage)

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Remarque

1. Calcul (au moyen d'une calculatrice) de l'absorption du rayonnement lorsque l'épaisseur de demi-absorption est connue.

Ioformule : I = ----------- x/x 1/2 2

x = épaisseur du matériaux 1/2 = épaisseur de demi-absorption

2. L'épaisseur de décimation est connue

Ioformule : I = ----------- x/x 1/10 10

x 1/10 = épaisseur de décimation

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8. LOI DU CARRE DES DISTANCES

L'intensité du rayonnement est inversement proportionnelle au carré de la distance de la source de rayonnement.

2 2I1 x F = I2 x F 1 2

2 I1 F2 ou -- = ---- 2 I2 F1

Remarque

Cette formule ne tient pas compte de l'atténuation du rayonnement par l'air. Ce facteur doit êtrre pris en considération pour les grandes distances.

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9. FILMS RADIOGRAPHIQUES

9.1. Composition

d : support Couche souple et transparante de polyester

b : couche d'émulsion constituée d'un mélange de gélatine et de microscopiques cristaux d'halogénure d'argent.

c : substratum, une couche assurant l'adhérence de la couche d'émulsion au support

a : couche de gélatine durcie qui protège l'émulsion (p.ex. contre les rayures).

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9.2. Courbe caractéristique

Cette courbe exprime la variation du noircissement en fonction de la lumination appliquée.

log. lumination relative

a - b : pied (ou talon)

b - c : "partie rectiligne"

c - d : épaule

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9.3. Films rapides - films lents

log. lumination relative

Les films rapides ont une granulation plus fine dans leur émulsion que les films lents.Par rapport aux films lents, les films rapides nécessitent une durée d'exposition moins longue, mais donnent une qualité d'image moins bonne (principalement une diminution de la netteté d'image).

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9.4. Facteur de contraste - Gradient

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La pente en un point donné de la courbe est appelé gradient.

Plus cette pente est raide, plus l'image photographique sera contrastée (pour un même contraste de l'image radiante).

La pente de la droite A'B' est appelée gradient moyen.

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9.5. Ecrans renforçateurs

Seule une partie très limité (environ 1%) de l'énergie des radiations ionisantes est absorbé par les deux couches d'émulsion du film radiographique. La radiation restantes traverse l'émulsion sans interaction avec cette émulsion.L'utilisation d'écrans renforçateurs permet d'accroître l'efficacité de l'action de la radiation sur l'émulsion. En effet, lorsque la radiation ionisante traverse de tels écrans, ceux-ci émettront des rayons lumineux ou des électrons dont il résulte une lumination supplémentaire de l'émulsion.

9.5.1. Ecrans renforçateurs fluorescents

Les deux écrans, antérieur et postérieur, entre lesquels le film est placé, consistent en une couche de support sur laquelle se trouve une couche fluorescente (p.ex. un sel métallique tel que le tungstate de calcium) qui émet des rayons lumineux sous l'influence des photons incidents.

Puisque la longueur d'onde des rayons lumineux est relativement grande (300 à 600 nm) ils sont facilement absorbés par le film. Le facteur de renforcement de ces écrans est d'environ 10 à 100 pour des rayons X sous 300 kV.

A cause de la diminution de la qualité d'image qu'ils entraînent, les écrans renforçateurs fluorescents ne sont guère utilisés.

9.5.2. Ecrans renforçateurs au plomb

Ces écrans se composent d'un support sur lequel est collé une feuille de plomb mince et lisse comportant de l'antimoine (6%). Le film est placé entre l'écran antérieur et l'écran postérieur.

Leur épaisseur doit être choisie en fonction de l'énergie des sources de rayonnement disponibles. Cette épaisseur varie de quelques centièmes de mm pour les rayon X basse tension (100 kV) à 0,5 mm pour des énergies de 1 MeV).

Le fonctionnement de ces écrans est double :d'une part elles absorbent une partie du rayonnement diffusé brouillant et, d'autre part, sous l'influence du rayonnement primaire le plomb émet une radiation (électrons) à laquelle le film est particulièrement sensible.

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Leur facteur de renforcement, allant de 2 à 3, est beaucoup plus limité que celui des écrans fluorescents. En revanche, la qualité de l'image est sensiblement améliorée.

Il faut assurer un contact étroit entre les écrans et le film, car les électrons éjectés du plomb ne peuvent parcourir qu'une distance limitée.L'effet de renforcement n'est obtenu qu'à partir de +_ 120 kV (en-dessous de cette tension, l'afaiblissemnet du rayonnement primaire sera plus grand que l'effet de renforcement).

9.5.3. Ecrans renforçateurs métalliques

Pour les rayonnements à forte énergie (plus de 1 MeV), on fait également usage d'écrans au cuivre, au tantale, au nickel, au fer ou au tungstène, en fonction de l'énergie.

9.5.4. Ecrans fluoro - métalliques

Ceux-ci se composent d'une couche de plomb sur laquelle est appliquée - sur le côté film - une mince couche de matière fluorescente.Les électrons émises sous l'influence du rayonnement primaire font illuminer la couche fluorescente qui agit sur l'émulsion.

10. DEVELOPPEMENT DU FILM

10.1. Généralités

Le développement est le traitement par lequel l'image latente est transformée en image visible.

Pour atteindre ce résultat, les cristaux de l'émulsion, porteurs de traces d'argent, sont réduits en argent (noir).

Le développement se fait dans une chambre noire équipée d'un éclairage adapté auquel l'émulsion est quasiment insensible.

Un développement méticuleux contribue à obtenir une bonne qualité du cliché radiographique.

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10.2. Image latente

Lorsqu'une émulsion photosensible ou radiosensible est touché par une lumination ou une radiation, celle-ci subit une modification aux endroits qui reçoivent une quantité suffisante de lumière ou de radiation.

Des particules extrêmement petites de cristaux d'halogénure d'argent sont transformées en argent. Ces traces de métal sont si infimes que la couche d'émulsion demeure, en apparence, inchangée.

Les endroits de l'émulsion qui ont été touchés par une grande quantité de radiation contiennent de telles traces d'argent en grande quantité ; les endroits touchés par moins de radiation contiennent moins de traces d'argent.

De cette manière, une image complète, bien qu'encore invisible, est formée dans la couche sensible.Cette image est appelée "image latente".

10.3. Développement du film

10.3.1. Révélateur

Le révélateur (produit basique) réduit à l'état d'argent noir les cristaux d'halogénure d'argent ionisés.

Les cristaux non ionisés prennent une couleur laiteuse.

Durée de développement recommandée : 5 min à 20°C.

┌──────────────────┬───────────────────────────┐ │ │ 18° ---------------- 30° ││ │ │├──────────────────┼───────────────────────────┤ │ Durée minimum │ │ │ du développement │ 6 ------------------ 2 │└──────────────────┴───────────────────────────┘

Une durée de développement exagérée aura pour effet que les cristaux non ionisé seront également développés (entraînant une baisse de la qualité de l'image).

Afin de détacher les bulles d'air qui pourraient adhérer à l'émulsion (susceptibles de causer des taches) et pour assurer une pénétration uniforme du révélateur dans toutes les parties du film, il importe d'agiter le film pendant quelques secondes.

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10.3.2. Bain d'arrêt

Le bain d'arrêt met fin à l'action du révélateur et évite une trop rapide neutralisation du fixateur par les restants de révélateur.

Le film est agité dans le bain d'arrêt pendant +_ 1 minute.

Il est conseillé d'ajouter au bain d'arrêt 30 ml d'acide acétique glacial par litre d'eau.

10.3.3. Fixateur

Lors de l'immersion dans le fixateur (un produit acide), les halogénures d'argent non réduits sont éliminés de l'émulsion.

La durée de fixage du film est environ le double du temps nécessaire pour obtenir sa transparence.

La durée normale de fixage est 5 minutes à 20 °C.

10.3.4. Lavage

Pendant le lavage, les complexes argentiques solubles formés dans l'émulsion, sont éliminés de l'émulsion.

Un agent réduisant la tension superficielle (p.ex. Agepon) peut être ajouté pour un égouttage plus rapide et plus uniforme du film.

10.3.5. Séchage

Il faut veiller à ce que le film sèche uniformément et pas tropvite.

Température max. : + 35 °C.

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10.4. Défauts dus au traitement du film

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11. QUALITE D'IMAGE

11.1. Qualité d'image

Par qualité d'image on entend la mesure dans laquelle un film radiographique est à même de représenter les détails d'une dimension relative donnée.

La qualité d'image dépend :

- du contraste- de la netteté- de la granularité.

La qualité de l'image d'un cliché radiographique est mesurée à l'aide d'indicateurs de la qualité d'image (les IQI).

La qualité d'image requise doit être fixée d'avance ; cette qualité minimum est normalement reprise dans la norme ou dans le code d'application.

Remarque :

Le terme "sensibilité" est souvent utilisé comme synonyme de qualité d'image.

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11.1.2. Contraste

La différence de noircissement entre deux zones d'un film est appelé contraste.

11.1.3. Netteté d'image

Une image radiographique présente une bonne netteté lorsque la ligne séparant deux zones de noircissement différent est bien et nettement marquée.

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11.1.4. Granularité

L'image d'un film radiographique est composée de grains d'argent et présente une certaine granularité qui dépend des dimensions et de la répartition des grains d'argent.

Les grains d'argent individuels sont beaucoup trop petits pour être visibles à l'oeil nu. Ces grains d'argent ont cependant tendance à se regrouper ; ces groupes de grains d'argent déterminent la granularité.

La granularité peut être considérée comme un bruit de fond détériorant la qualité d'image.

11.1.5. Remarque :

Influence de la pièce à contrôler

La qualité d'image ne peut être déterminée qu'à l'aide d'un IQI.

La qualité d'image d'un film radiographique est parfois jugée uniquement selon l'aspect apparent de l'image radiographique (contraste et netteté de l'objet reproduit).

Prenons, par exemple, le cas d'un très bon cliché d'une tôle d'acier, sans défauts de matériau, mais où nous n'utilisons pas d'IQI. Le film radiographique développé présentera partout le même noircissement ; le cliché ne n'aura pas de contraste et la profondeur ne peut pas être appréciée.

Les différences dans la forme (épaisseurs) de la pièce et les discontinuités éventuelles ainsi que les différences d'absorption entre la pièce et les discontinuités peuvent avoir une influence considérable sur la qualité d'image "apparente".

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EXEMPLES

* Influence de la forme (différences de forme) de la pièce

* Influence de la forme de la discontinuité

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* Influence de la position en profondeur de la discontinuité

La reproduction de la discontinuité B présentera un flou géométrique plus grand que celui de la discontinuité A.

* Influence des différences d'absorption entre le matériau de base et la discontinuité

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11.2. Noircissement (D)

Un film irradié présente un certain noircissement (densité) après le développement.

Plus qu'il y a de grains d'argent noir présents dans l'émulsion, plus fort sera le noircissement.

Un film radiographique est regardé sur un écran lumineux (négatoscope)

Le noircissement est mesuré à l'aide d'un densitomètre ou déterminé par comparaison avec des films dont les noircissements sont connus.

Le noircissement d'un film radiographique =

Ii Ii (intensité de la lumière incidente)Log10 --── Id Id (intensité de la lumière transmise)

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Un noircissement 2 laisse passer 1/100 de l'intensité de la lumière incidente

100 (log10 --- = 2) 1

La plupart des normes demandent un noircissement entre 2 et 4 (dans la zone à contrôler)

Le noircissement d'un film non irradié mesuré après développement est appelé voile (D <_ 0,3).

11.3. Indicateur de la qualité d'image (IQI)

Les indicateurs de qualité (pénétramètres) servent à apprécier la qualité d'image.

Ces IQI sont fabriqués d'une matière ayant des propriétés radiographiques équivalentes au matériau à contrôler.

Ils sont toujours (dans la mesure du possible) placés côté source sur la pièce à contrôler.

En version standard, ces IQI sont normalement faits de trois matériaux : l'acier (Fe), le cuivre (Cu) et l'aluminium (al.).

La qualité d'image est déterminée en fonction de l'épaisseur de l'objet à contrôler et du diamètre du fil le plus mince encore perceptible (trou le plus petit).

O fil le plus mince (trou le plus petit) x 100En % : ---------------------------------------------- épaisseur de l'objet contrôlé

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11.3.1. Indicateurs à fils

Ex. DIN 54109 BS 3971

Ces IQI consistent en une série de fils minces dont les diamètres vont en augmentant ; chaque fils est généralement marqué par un numéro.

DIN 54109

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11.3.2. Indicateurs du type à gradins percés de petits trous

Ex. AFNOR A04-304

Chaque gradin est percé d'un ou de plusieurs petits trous dont le diamètre est égal à l'épaisseur du gradin.

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11.3.3. Indicateurs consistant en plaquettes à gradins

Ex. ASME (ou ASTM - 142).

Chaque plaquette a une épaisseur déterminée ; chaque plaquette est percée de 3 petits trous dont les diamètres égalent 1, 2 et 4 fois l'épaisseur de la plaquette (trous 1 T, 2 T et 4 T).

Dimensions

IQI numéros 5 à 50 IQI numéros 60 à 200

T = épaisseurLe numéro de l'IQI correspond à son épaisseur en milliers d'inch.

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