p.c.r. les applications de la radioactivité

P.C.R.Les applications de la

radioactivité

Jacques DAUDÉ

SDIS 78

jacques.daude@sdis78.fr

•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

| PAGE 17 CEA | 10 AVRIL 2012

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