p.c.r. les applications de la radioactivité
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P.C.R.Les applications de la
radioactivité
Jacques DAUDÉ
SDIS 78
•La radioactivité offre aux spécialistes, dans des conditions éprouvées et maîtrisées,
•des moyens d’investigation, de traitement et de mesure inégalés et souvent irremplaçables.
POURQUOI UTILISER LA RADIOACTIVITÉ ?
Propriétés fondamentales :
Les rayonnements émis interagissent avec la matière : Ils engendrent des effets
utilisables (transformations, mesures etc..),
La détection est très sensible : On peut déceler la désintégration d’un ou de
quelques atomes seulement,
Même identité physico-chimique que leurs isotopes non radioactif : Liés à une
molécule, ils peuvent être suivis à « la trace ».
•Le législateur distingue deux types de sources:Sources scellées Sources non scellées
Le radioélément est
conditionné dans un
conteneur ou enveloppe
(inox par exemple) certifiée
étanche:
risque de contamination
exclu.
Le radioélément sous forme
liquide, gaz,poudre etc..
est conditionné de telle
sorte que le prélèvement
par l’opérateur
de toute ou partie du volume est
possible.
DÉFINITIONS DES SOURCES RADIOACTIVES
•Sous-titre
10/09/2018
LES SOURCES RADIOACTIVES
Sources d’étalonnage
Bouteille de gaz
Ampoule de verre
À briser
Source scellée
L’utilisation des sources radioactives n’est possible que dans le respect d’un arsenal réglementaire
10/09/2018
PRINCIPAUX CHAMPS D’APPLICATION
Médecine
- Thérapie,
- Imagerie,
- Recherche biomédicale.
Industrie (et recherche)
1) Contrôles non destructif:
- Radiographie gamma,
- Jauges d’épaisseur,
- Densimètres,
- Contrôle de niveau,
- Humidimètre-densimètres,
- Analyses par fluorescence.
2) Analyse par Traçage et activation:
- En laboratoire,
- En environnement (traçage)
3) Radio-traitement (stérilisation, conservation du patrimoine).
Débit de dose
absorbée à 1m
en Gy/h
4,44TBq (120Ci) 0,48
18,5TBq (500Ci) 5,64
296TBq (8000Ci) 90,2
37000TBq (1 000 000 Ci) 11 285
COBALT 60
COBALT 60
IRRADIATION, STERILISATION
COBALT 60
GAMMAGRAPHIE
COBALTOTHERAPIE
ORDRE DE GRANDEUR DES DEBITS DE DOSE
ABSORBEE DANS L'AIR À 1M
POUR DIFFERENTES SOURCES DE RAYONNEMENT
SOURCES RADIOACTIVES
IRIDIUM 192
DÉBIT DE DOSE : EXEMPLES POUR CERTAINES
APPLICATIONS À LA MÉDECINE
Quels produits pour quelles applications ?
En majorité : produits à vie courte (quelques heures à quelques jours) qui,
fabriqués entre une demi-journée et deux jours avant leur utilisation, sont livrés
avant 8 heures le matin dans les hôpitaux ou les cliniques.
Produits pour médecine nucléaire (les plus nombreux) injectés aux patients,
Produits pour la radiothérapie ou la radiobiologie,
Produits d’immuno-analyse (essentiellement iode 125) pour dosage hormonal,
Pathologies concernées : cancer, dysfonctionnements de la glande thyroïde,
affections cardio-vasculaires, infections.
Beaucoup de colis radioactifs empruntent les voies publiques (routes, aéroports)
CerveauI123·
Liquide cérébro-spinalIn111
·
ThyroideTc99[m], I123, I131
coeurTc99[m], I123, Tl201
Glandes surrénales (marrow)
I131
Glandes surrénales (cortex)
I131
Perfusion sanguineTc99[m], Xe133
Poumon aspirationKr81, Tc99[m], Xe133·
Poumon perfusionTc99[m], Xe133
Os (Skeleton)
Tc99[m], Re186
Articulations(joints)
Tc99[m]
EstomacTc99[m]
ColonTc99[m], I123, I131
PRINCIPAUX ORGANES TRAITÉS (NON EXHAUSTIF)
Principaux radionucléides utilisés en médecine nucléaire
10/09/2018
Table de radio-isotopes utilisés en diagnostic pour l'imagerie à l'aide d'une gamma-
caméra (Source Clés CEA N°34)
Indications des traceurs en radiodiagnostics
Exemple d’un examen par gamma-caméra
EXEMPLE DU 99MTC, ÉMETTEUR
Permet la réalisation d’imagerie
par gamma-caméra
Exemple : Métastases osseusesLocalisation avec un composé marqué au 99mTc
- Traitement pour la palliation de la douleur (réduction de
la douleur) avec un composé marqué au 153Sm
- Traitement thérapeutique du cancer avec des doses
plus élevée de composé marqué au 153Sm.
LES RADIOÉLÉMENTS EN IMAGERIE NUCLÉAIRE : EXEMPLE DU 18F
Analogue du glucose absorbé
par les cellules en croissance ou
forte consommatrice d’énergie,
telles que les cellules tumorales
Permet la réalisation d’imagerie par
tomographe à émissions de positons
Outil le plus efficace pour la détection de
métastases, en suivi cardiologique ou en
détection précoce
de maladies neuro-dégérératives
(alzeimer – parkinson)
Avantages et limitations : 18F est un émetteur de positons avec période de 110 mn
Principe de l’imagerie avec + : principe de la caméra TEP
Annihilation des + : 2 émis à 180°
Radio-isotopes en thérapies métaboliques et applications
Curiethérapie à haut débit : sources fils 192Ir
Expédition des colis radioactifs vers les hôpitaux
Emballages agrées type A:
Respect de la réglementation transport
Incidents transport
Ces colis radioactifs sont acheminés
par différents modes de transport.
Exemple de la société CIS Bio (Saclay)
• par air : 48.000/an
• par route + fer : 106.000/an
APPLICATIONS DANS L’INDUSTRIE ET LA RECHERCHE
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Applications dans l’industrie / recherche
Répartition des techniques mettant en oeuvre des sources radioactives en France
Applications dans l’industrie/recherche
1) CONTRÔLES NON DESTRUCTIF (CND) :- RADIOGRAPHIE GAMMA,- JAUGES D’ÉPAISSEUR,- CONTRÔLE DE NIVEAU,- HUMIDIMÈTRE-DENSIMÈTRES,- ANALYSES PAR FLUORESCENCE.
2) ANALYSE PAR TRAÇAGE ET ACTIVATION :- EN ENVIRONNEMENT (TRAÇAGE) - EN LABORATOIRE,
3) RADIO-TRAITEMENT :- STÉRILISATION, - CONSERVATION DU PATRIMOINE.
10/09/2018
LA RADIOGRAPHIE : PRINCIPE
10/09/2018
LES DIFFÉRENTES TECHNIQUES DE RADIOGRAPHIE
LA RADIOGRAPHIE GAMMA
Nature du matériau traversé : marbre
Epaisseur traversée : 10 à 40cm
Radioélément utilisé : Cobalt 60
Contrôle d’œuvre d’art - Louvre
10/09/2018
RADIOGRAPHIE PAR NEUTRONOGRAPHIE
Technique basée sur l’absorption des neutrons de très faible énergie
par les matériaux hydrogénés :
nécessite un flux intense de neutrons tels que produits par un réacteur nucléaire
de recherche type Orphée (Saclay).
Comparaison d’une radiographie X et d’une neutronographie
Exemple d’un cliché d’une balle de fusil
XN
10/09/2018
LA RADIOGRAPHIE GAMMA : LES MATÉRIELS
Les gammagraphes sont des appareillages transportables très
utilisés pour effectuer des contrôles In-situ, dans des chantiers,
tels que par exemple pour des contrôles de soudure etc..
Ces appareils sont des conteneurs mobiles permettent la mise en
œuvre d’une source scellée d’192Ir, de 137Cs ou de 60Co par
télémanipulation (téléflex).
Leur mise en œuvre est effectuée par des techniciens qualifiés
CAMARI (Certificat d’Aptitude à Manipuler les Appareils de
Radiographie Industrielle).
La réalisation des clichés est effectuée dans de strictes
conditions de radioprotection : Évacuation du personnel du
chantier, périmètre balisé de sécurité, travail généralement en
dehors des heures normales etc..
GAM 120
Position canal d’irradiation ouvert
Projecteur d'irradiation
Poids à vide : 20kg
SOURCES ASSOCIEES :
Iridium192 : 3.1012 Bq (80 Ci)
ou Césium 137: 4.1012 Bq (12 Ci)
LA RADIOGRAPHIE GAMMA : LES MATÉRIELS
Source et porte source
Examen par gammagraphie avec GAM 120
10/09/2018
Source: Radioactivité.com
10/09/2018
Projecteur d ’irradiation
GR30
Radioélément utilisé: Cobalt 60
Activité maxi: 30Ci (1.11TBq)
LA RADIOGRAPHIE GAMMA : LES MATÉRIELS
LA RADIOGRAPHIE GAMMA : LES MATÉRIELS
Exemple d’un chantier
gammagraphie :
Musée d’Orsay
Statue à gammagraphier
et le point radiogène à
proximité
Balise radioprotection
Commande téléflex
10/09/2018
LA RADIOGRAPHIE GAMMA : LES INCIDENTS
Incident de FLEURSMETAL (mai 2010)
Source radioactive de cobalt 60 de haute activité (1,25 TBq) coincée dans la gaine d'éjection d’un gammagraphe.
mise en œuvre de robots afin de récupérer et de mettre en sécurité la source.
Opération de cisaillageLa tentative de cisaillage robotisé de la gaine d'éjection en amont et en aval de la source a conduit à détériorer celle-ci. La source a alors perdu son étanchéité ce qui a conduit à la contamination des
six intervenants.
CND : LES JAUGES D’ÉPAISSEURS
Deux principes sont utilisés pour la mesure d’épaisseur de matériau:
transmission des , , la rétrodiffusion.
CND : LES JAUGES D’ÉPAISSEURS
Cet appareil est constitué d’un bloc source, séparé du bloc détecteur par une distance d’entrefer : On détermine ainsi l’épaisseur de matériau à analyser par l’étude de l’absorption du rayonnement (ici, du 85Kr) dans la matière.
Type Source activité Dose dans efficacité de isodose (m)
Ray. GBq le faisceau l'obturation 25 µSv/h 2,5 µSv/h
Gy/h
béta147
Pm 37 109 6,40E-08 0,12 0,17
béta90
Sr-90
Y 11,1 51 7,70E-08 0,7 2,2
béta85
Kr 44 25,5 7,50E-05 0,24 0,32
photon241
Am 44 2,90E-02 5,80E-04 - -
photon137
Cs 174 0,78 2,00E-05 - -
photon55
Fe 3 0,12 3,00E-07 - -
photon109
Cd 0,18 7,00E-05 9,00E-02 - -
QUELQUES DONNÉES DE RADIOPROTECTION
Synthèse des données correspondantes aux activités maximales mise en
œuvre pour un radioélément dans un appareil.
CND : LES JAUGES DE NIVEAU
Schéma de principe:
3 types de radionucléides:
• 60Co
• 137Cs
• 241Am
137Cs: 37 MBq
L'atténuation du rayonnement gamma est proportionnelle au niveau de remplissage du contenant contrôlé passant entre les deux blocs.
Lorsqu'un contenant est détecté "sous rempli", il est éjecté par un système à vérin pneumatique.
Cette technique est très utilisée dans les industries de la boisson (bière, soda, eau minérale, …), des produits chimiques (huiles minérales, lessives, …) .
CND : JAUGE HUMIDIMÈTRE PAR DIAGRAPHIE N-N
Type Source activité Dose gamma dans Dose neutron dans isodose
Ray. GBq le faisceau le faisceau 2,5 µSv/h
Sv/h Sv/h (m)
neutron241
Am-Be 22 6,00E-04 3,00E-03 0,12
Synthèse des données correspondantes aux activités maximales
mise en œuvre pour un radioélément dans un appareil.
Cet appareil utilise le principe du ralentissement des neutrons par la matière.
La source émet des neutrons rapides qui sont ralentis par diffusion sur les noyaux légers (Hydrogène) du milieu traversé. Ces neutrons ralentis sont alors détectés par les détecteurs.
Plus le milieu est riche en hydrogène, plus cette diffusion est importante :
Déduction du taux d’humidité.
Technique de la diagraphie neutron
Source: Radioactivité.com
En agriculture et en géologie, notamment pour la prospection pétrolière, des sources
radioactives sont employées à des fins d’exploration des propriétés des sols, pour en
mesurer la densité ou détecter la présence d’eau ou d’hydrocarbures.
On utilise le principe de ralentissement des neutrons pour détecter la présence
d’hydrogène et donc d’eau ou de substance organique (pétrole etc..)
CND : ANALYSEUR PAR FLUORESCENCE X
Basé sur le principe de la fluorescence-X. Il s’agit d’une mesure rapide et non destructive : les rayonnements gamma (< 100 keV) des
sources excitent les atomes contenus dans les échantillons, provoquant ainsi l’émission par ceux-ci de rayonnements X dit de fluorescence détectés par le système de comptage et
analysés par le spectromètre
Débits d'équivalent de dose (en mSv.h-1
) mesurés sous 7 mg.cm-2
dans l’axe du faisceau - obturateur ouvert.
Source sélectionnée Débit d'équivalent de dose
sous 7 mg.cm-2
(mSv.h-1
)
Cadmium-109 75
Fer-55 217
Très utilisé en dosage du plomb
dans les peintures
Optimisation et gestion des travaux de dragage
Rejets des produits de dragage
Erosion côtière, ensablement de chenaux (ports)
Engravement de barrages
Etude et suivi de chasses de barrages
Morpho-dynamique fluviale (inondations,…)
Etude et suivi de l’érosion de sols
Gestion hydro-sédimentaire de réseaux d’irrigation
Traceurs en dynamique sédimentaire :
LE TRAÇAGE EN ENVIRONNEMENT SÉDIMENTOLOGIE
Mise en œuvre
de radioéléments
en sources non
scellées
Principe de l’étude :
4 charges de traceur
déposées sur le fond en
des points choisis
2 technologies possibles :
Traceurs radioactifs
Traceurs radio-activables
2 méthodologies
Détection directe
Mesure sur prélèvement
APPLICATION EN SÉDIMENTOLOGIE SUR LE BASSIN D’ARCACHON
Radioélément :
192Ir, période 74 jours, 37 GBq
Matrice :
verre, 250 à 500 grammes
TRAÇAGE PAR ACTIVATION
LA STÉRILISATION
Les produits ionisés offrent :
Une qualité microbiologique excellente qui permet une
meilleure réponse aux exigences sanitaires, une réduction
des contrôles bactériologiques lors de la fabrication.
La prolongation de la durée de vie en conservant les
qualités organoleptiques et nutritives des produits.
L'élaboration de produits nouveaux est dynamisée par
l'utilisation des matières de base et d’emballages ionisés.
Médical/Chirurgical
La stérilisation du matériel médico-chirurgical à usage
unique et des articles de laboratoires, se fait à travers les
emballages hermétiquement clos, au stade du produit
conditionné sur palette.
Elle ne laisse aucun résidu toxique dans les matériaux
ionisés et permet de ce fait, l'utilisation immédiate du
matériel après stérilisation.
En Agro-alimentaire
APPLICATION AU RADIO-TRAITEMENT LA STÉRILISATION
Schéma d’une installation d’irradiation au 60Co (société IONISOS)
Les colis à traiter sont
chargés
dans ces nacelles
Activité mise en œuvre:
1.1017 Bq
APPLICATION AU RADIO-TRAITEMENT : LA STÉRILISATION
Produits Objectif Dose (kGy)
Epices et aromates Débactérisation 11
Viande volaille Décontamination (bactérie pathogène)
5
Fraises Prolongation de conservation 3
Camembert lait cru Décontamination (bactérie pathogène)
2,25- 3,5
Sang plasma débactérisation 10
QUELQUES EXEMPLES DE DOSE D’IRRADIATION
(source : IONISOS)
LA CONSERVATION DU PATRIMOINE
Procédé nucléart (CEA Grenoble) :
consolidation par résines
radio-durcissables,
désinfection etc..
Traitement de la
momie de Ramsès II
Irradiation en cellule blindée
Lubrification studies,
thermal dissipation
and oil thickness
in a jet engine prototype
Détecteurs
Epaisseur du film
d’huile dans un roulement
d’un réacteur d’avion