ATRON
Accélérateur de vos ambitions





Arnaud Chapon (achapon@atron.fr)




Filiale de:
En collaboration avec:


  • Historique
  • Contexte
  • Projet Accélérateur
  • Mise en oeuvre
  • Irradiation de matières
  • Exemples d'applications

Pour nos entités, le concept de la prévention, c'est l'implication pour la fiabilité des installations, la santé sécurité et la protection de l'environnement

Historique

Contexte

Contrôle Périodique de l'Étalonnage:


  • Arrêté du 21 mai 2010: mesurer les grandeurs caractéristiques de l'instrument de mesure qui sont fournies par son certificat d'étalonnage (établi par le constructeur avant la première mise en service).

  • pour les instruments de mesure sans contrôle permanent de bon fonctionnement, la périodicité du CPE est triennale.

Méthode de vérification de l'étalonnage de radiamètres couramment mise en oeuvre:


  • utilise un irradiateur contenant plusieurs sources radioactives collimatées,

  • consiste à vérifier que l'indication de l'instrument est conforme à celle attendue, pour une activité et à une distance données de la source.
Exemple d'irradiateur (CEA)
  • Coût des sources et renouvellement:
    • trois sources radioactives (137Cs),
    • à renouveler tous les 10 ans.

  • Faible productivité:
    • un seul radiamètre à la fois,
    • déplacement du radiamètre pour sonder les gammes de débit de dose.

  • Gamme en énergie limitée:
    • une seule énergie sondée (662 keV).

Projet Accélérateur

Objectifs de CERAP:

  • Proposer une méthode de vérification de l'étalonnage d'instruments de mesure des rayonnements ionisants sur de larges gammes d'énergies et de débits de dose,
  • S'affranchir de sources radioactives.

Moyen envisagé:

  • Utiliser le rayonnement de freinage d'électrons accélérés à quelques MeV comme source de vérification de l'étalonnage.

Singletron 3.5 MeV HVE:

  • Electrons accélérés jusqu'à 3.5 MeV,

  • Cible de conversion
    ⇒ rayonnement de freinage,

  • Variation du courant de faisceau pour sonder les différents débits de dose,

  • Instruments à positions fixes.

Avantages:

  • Large gamme en énergie,
  • Débit de dose
    ∝ intensité du faisceau,
  • Pas de source radioactive,
  • Possibilité d'automatisation.

Automatisation:

  • Définition de séquences d'irradiation ⇒ réduction du risque d'erreur,
  • Gain de temps ⇒ réduction du temps d'immobilisation du matériel.
Simulation Bayeux/Geant4 Données expérimentales – IBA

Plan d'implantation:

  • Bâtiment de ∼700 m2,
  • Salle d'irradiation/salle accélérateur,
  • Atelier de maintenance, zone de stockage/réception/expédition,
  • Laboratoire de comptage par scintillation liquide,
  • Bureaux, salle de réunion.

Mise en oeuvre

Avantages:

  • Large gamme en énergie,
  • Débit de dose
    ∝ intensité du faisceau,
  • Pas de source radioactive,
  • Possibilité d'automatisation.

Mise en oeuvre:

  • Contrôle de l'accélérateur:
    • justesse et stabilité,
    • homogénéité.
  • Fiabilisation du procédé:
    • reproductibilité,
    • automatisation.
  • Traçabilité des champs de référence:
    • raccordement, en termes d'équivalent de dose, à la référence nationale.

Développement d'une chambre d'ionisation de monitorage


  • Objectif: réguler l'accélérateur aux faibles débits de dose

  • Cahier des charges:

    • mesure précise aux faibles niveaux d'irradiation
      de 1 µSv/h à 15 mSv/h à 3 mètres de la cible
    • résistance aux fortes irradiations
      > 500 Gy/h
    • temps de réponse rapide
      de l'ordre de la seconde

Uniformisation du champ d'irradiation

Définition d'une fonction de balayage de la cible

  • Dimensions de la cible: 40x220 mm2
  • Balayage vertical: 1 kHz
  • Balayage horizontal: 25 Hz

Homogénéité du champ d'irradiation: jusqu'à 99,8% sur +/-15°


Reproductibilité du positionnement des instruments

Conception d'un passeur d'échantillons adapté:

  • Dispositif rotatif,
  • Gabarits sur-mesure pour chaque type d'appareils,
  • Caméra fixée à l'endroit des appareils,
  • Chambres d'ionisation de référence positionnées dans le champ.
Passeur d'échantillons
Dolphy Minitrace
6150AD FH-40

Fiabilisation du procédé d'étalonnage


  • Objectif: automatisation des séquences d'irradiation et l'établissement des constats d'étalonnage afin de réduire le risque d'erreur

Automatisation de séquences d'irradiation:


  • Énergie du faisceau incident fixée
    ⇒ champ de rayonnement ajusté à la réponse de chaque appareil,

  • Ajustement du faisceau à différents niveaux de courants
    ⇒ contrôle de la réponse sur toute la gamme de chaque appareil,

  • Relevé des données environnementales:
    • débits d'équivalent de dose de référence,
    • indication de l'appareil,
    • pression, température, hygrométrie,

  • Rotation du passeur.

KERMA dans l'air, Kair, énergie cinétique transférée aux particules chargées (Gy ou J/kg): Kair=KC+KR
KC: A l'équilibre électronique (compensation de l'énergie des particules chargées entrant et quittant le volume), KC=D
KR: Contribution du rayonnement de freinage

Mesure du KERMA dans l'air et incertitude associée:

  • chambre de transfert développée par le CEA-LIST/LNHB

Passage de Kair vers H:

  • mesure spectrométrique des champs d'irradiation,
  • détermination des coefficients de conversion hK tels que H=hK.Kair

Vérification de l'étalonnage de radiamètres:

Comparaison de l'indication du radiamètre
à l'indication de la chambre étalonnée

Emission de constats:


QR codes associés à l'état d'avancement des instruments
Exemple d'étiquette de métrologie
Exemple de constat

Irradiation de matières

Accélérateur FELIX

  • Accélérateur électrostatique:
    faisceau continu
  • Dimensions de la salle d'irradiation:
    3 x 6 m2
  • Cible X amovible:
    irradiation possible en X ou en e-
  • Balayage du faisceau:
    champ uniforme +/- 15°
  • Gamme d'énergie:
    0.2 - 3.5 MeV
  • Courant:
    ~1 pA - 1 mA
  • Débit de dose X à 1 m:
    0.1 µGy/h - 500 Gy/h
  • Débit de dose max:
    jusqu'à 10 kGy/s en e-


Exitance:

Cible X amovible:

Irradiation possible en X ou e-
LAETICIA

Chambre d'irradiation permettant de simuler des conditions environnementales extrêmes:

  • Contrôle de la température:
    • de 80 K à 600 K,
  • Contrôle de l'atmosphère:
    • Irradiation sous vide,
    • Irradiation sous N2, Ar, Air, etc.
  • Échantillons jusqu'à 150x150 mm2.
Développement de détecteurs
Étalonnage au moyen d'une source de calibration
Tests de vieillissement
Dopage de semi-conducteurs
Mesure de défauts
Qualification de composants pour l'aérospatial
Réticulation, greffage de polymères
Traitement de surface des films minces
Ignifugation de câbles et tubes
Formation professionnelle
Elaboration de dossiers d'agrément
Stérilisation de matériels médicaux
Recherche en radiobiologie
Traitement phytosanitaire des eaux
Amélioration de conservation des aliments

Aide à la compréhension des phénomènes physico-chimiques:

  • Partenariats avec des laboratoires de recherche

  • Outils de modélisation dédiés

Exemples d'applications

Performances électriques de composants HEMTs GaN*:

  • Applications militaires, industrie nucléaire, spatial
  • Haute puissance, haute fréquence
  • Stabilité thermique excellente
  • Haute résistance aux radiations

Amélioration des performances de HEMTs après irradiation:

  • Performances électriques
  • Performances RF

Irradiations e- et X en faisceau stable, faibles débits de dose

* Gallium-nitride based High Electron Mobility Transistor

Sélection d'actionneurs/corps de vannes pour le projet ITER:

  • Membrane polymère
  • Expansion à température >300°C
  • Même comportement sous irradiation
    ⇒ Faible sensibilité à la réticulation

Sélection des équipements les plus résistants à l'irradiation
Définition d'un plan de maintenance préventive

Irradiations X en température et atmosphère contrôlés
Etudes complémentaires

Evolution microstructurale d'aciers sous irradiation:

  • Alliages représentatifs des aciers bainitiques des cuves des réacteurs nucléaires à eau pressurisée (REP)
  • Aciers ferritiques-martensitiques, potentiels matériaux de structure des réacteurs nucléaires du futur (génération IV)

Création de défauts (paires de Frenkel) à l’origine du vieillissement sous irradiation des matériaux d'une manière simple et contrôlée.

Irradiations e-, 2 MeV, 1 mA à 300°C (LAETICIA),
jusqu'à 0.1 dpa (dose reçue par une cuve de REP en 40 ans).

Mesure du rayon de charge électrique du proton:

  • Spectroscopie (hydrogène ou muonium)
  • Diffusion (électron/proton ou muon/proton)
  • Incompatibilité jusqu'à 7σ

Constante R de Rydberg, corrections radiatives?

Nouvelles mesures en diffusion e-/p

  • Sensibilité au quadri-moment transféré Q2
  • Le plus faible déjà obtenu: 10-4 GeV2
  • Accessible à ATRON: 10-7 GeV2

Irradiation e- à 3.5 MeV d'une cible solide de H de 15μm de diamètre
précision à 10-4 en énergie, luminosité et divergence angulaire

ATRON
Accélérateur de vos ambitions

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