Un appareil de mesure à sonde à fibre optique extensible pour les matières radioactives naturelles (NORM) et autres émetteurs faibles

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 11918 (2023) Citer cet article

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Nous avons développé un appareil de mesure basé sur la radioluminescence pour une utilisation dans les industries impliquées dans des matières radioactives naturelles (NORM), également pour aider celles qui ont besoin de détecter d'autres émetteurs faibles de rayonnement. La fonctionnalité du système est confrontée à des lacunes particulières des compteurs portatifs actuellement utilisés. Le dispositif couple un scintillateur LYSO:Ce avec un photodétecteur via un guide d'onde à fibre optique polymère, permettant une inspection « intrinsèquement sûre » des canalisations, des séparateurs, des vannes et d'autres composants similaires. La sonde à fibre optique de petit diamètre est électriquement passive, insensible aux interférences électromagnétiques et chimiquement inerte. Le circuit de lecture est entièrement intégré dans un boîtier portatif abritant un circuit de détection à photomultiplicateur au silicium (SiPM) et un circuit à microprocesseur connecté à un écran LCD. Un guide d'onde à fibre optique PMMA flexible de 15 m de long est couplé bout à bout à une sonde en plastique ABS qui retient le scintillateur LYSO:Ce. Les premiers tests ont inclus l'utilisation de sources mixtes de rayons gamma en laboratoire, les mesures étant effectuées de concert avec un appareil de mesure GM conventionnel de référence. La caractérisation, via des sources NORM dans une installation de décontamination, a montré une sensibilité utile, couvrant la plage de débit de dose de 0,10 à 28 µSv h−1 (R au carré 0,966), s'étendant jusqu'à 80 µSv/h, comme démontré dans l'utilisation d'un Cs- 137 sources. Le système s'avère fournir un outil efficace pour la détection de la radioactivité dans des endroits difficiles d'accès, en particulier pour les sources émettant à de faibles niveaux de rayonnement, jusqu'à des valeurs proches du bruit de fond.

La nécessité de déterminer les niveaux de rayonnement au-dessus du fond est bien documentée, notamment en ce qui concerne les industries extractives et les industries associées en aval, exigeant que les matières radioactives naturelles (les soi-disant milieux affectés par les NORM) soient manipulées dans le respect de la santé et de la santé. la sécurité, la minimisation de la création de déchets et la réutilisation des supports déclassés affectés par les NORM. De tels problèmes sont confrontés par exemple dans l’industrie pétrolière et gazière (O&G), l’industrie de l’enrichissement des minéraux, la gestion de la ferraille et les matériaux destinés à l’exportation. De plus, dans le contexte de la sécurité, il est nécessaire de disposer de capacités plus polyvalentes pour détecter les sources anthropomorphes qui, pour diverses raisons, peuvent n'émettre qu'à de faibles niveaux. Dans les deux domaines, et en particulier à des fins de déminage, il peut s'avérer nécessaire de prendre des décisions dans des endroits difficiles d'accès, un thème auquel le présent travail cherche à s'attaquer. Les déchets radioactifs dans le secteur O&G en amont se manifestent sous forme de boues et de tartre. La détection des NORM présents dans les parties internes de divers composants peut être rendue complexe en raison de la forme et de la taille des éléments concernés (y compris les coudes des tuyaux, souvent de diamètre interne limité), des emplacements difficiles d'accès et des éléments de des longueurs allant jusqu'à environ 15 m et plus. Une surveillance sûre et régulière des systèmes et des matières premières est essentielle.

Lors de l'inspection des canalisations à la recherche de matières radioactives naturelles (NORM), une question sur laquelle le présent travail se concentrera, agissant également comme une plate-forme pour d'autres défis similaires, la détermination de la présence de radioactivité est une question d'une nécessité considérable. Cela peut s'avérer nécessaire pour des niveaux d'émission qui s'approchent même du bruit de fond, en fonction des exigences légales, notamment en ce qui concerne le degré de précision requis. De grandes longueurs de tuyauterie, des séparateurs, des trous de forage, des composants de restriction de débit, des fissures et d'autres emplacements dans des espaces restreints peuvent devoir être vérifiés. Les systèmes d'inspection doivent être robustes, et permettre également aux systèmes de détection de fonctionner dans des environnements aqueux et autres environnements similaires, ainsi qu'en présence de gaz explosifs. Dans l’industrie pétrolière et gazière en amont, ainsi que dans d’autres industries d’extraction et d’enrichissement, les NORM se trouvent souvent dans des endroits qui sont sans aucun doute généralement difficiles d’accès. Dans les situations impliquant de grandes quantités de matériaux concernés, travailler avec ceux-ci peut présenter un risque potentiel pour les travailleurs. De plus, il peut devenir difficile d'éliminer les supports concernés, le recyclage des déchets métalliques nécessitant une absence validée de radioactivité détectable. En conséquence, la mesure des rayonnements à de faibles niveaux devient importante, notamment pour les industries concernées, notamment en ce qui concerne le déclassement des installations et la réutilisation ou la réutilisation des matériaux inspectés. La plupart des appareils de mesure des rayonnements commerciaux actuels ne sont pas intrinsèquement sûrs, ne sont pas capables d'effectuer des mesures à distance, ne permettent pas de travailler dans des environnements aqueux et sont moins efficaces pour effectuer des déterminations de radioactivité qui n'entraînent que de faibles émissions de rayons X ou gamma. Même étant donné le potentiel de composants bêta plus puissants (par exemple Pb-210 non supporté), dans de telles circonstances, les mesures effectuées à l'extérieur des canalisations ou d'autres blindages similaires peuvent très bien manquer la détection des émissions bêta à courte portée (étant de quelques dizaines de cm dans l'air seul). ).