Signalisation des sources radioactives dans la ferraille

 

Jean-Marc Légaré, Ph. D.

Radioprotection J.-M. Légaré

 

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Services de radioprotection commerciaux

I- Sources radioactives rencontrées - photos et caractéristiques

II- Identification des radionucléides et quantités

III- Procédures

IV- Bibliographie

 

Sources radioactives rencontrées - photos et caractéristiques

 

À cause des malheureux événements passés1, 2 et 3, les récupérateurs et les recycleurs de ferraille incluant les aciéries et les fonderies veulent prévenir l'entrée de toute source radioactive qui pourrait conduire à leur fonte possible ou à leur transfert à des clients ainsi qu'à des travaux et coûts de décontamination, d'élimination et parfois de fermeture temporaire de l'usine. Les sites d'enfouissement de déchets veulent aussi prévenir l'entrée de tel matériel radioactif chez eux.

Beaucoup de sources radioactives trouvées dans la récupération et le recyclage proviennent originellement des installations nucléaires (produits de fission et d'activation) ou des installations d'irradiateurs industriels et de recherches (Co 60, Cs 137), de téléradiothérapie (Co 60, Cs 137), de radiographie industrielle (Co 60, Ir 192, Tm 170, Yb 169), de brachythérapie (Ra 226, Co 60, Cs 137, Ir 192), de jauges d'humidité (Am 241/Be, Ra 226/Be), des jauges au césium 137, de diagraphie de forage (Am 241/Be, Cs 137, Cf 252), de l'industrie de la potasse (K 40) et des sources bêta diverses. On trouve également des tuyaux contaminés par l'uranium et le thorium. Il peut y avoir d'autres sources radioactives venant de ces domaines et d'ailleurs. Les sources radioactives dans le métal récupéré ou recyclé ont habituellement de très longues demi-vies et de grandes énergies.

Les 6 premières photos ci-dessous illustrent successivement un appareil de téléthérapie, une jauge, une caméra portative et deux caméras mobiles de radiographie industrielle et un ensemble de contenants de transport. Ces dispositifs peuvent tous contenir une source de rayons gamma lorsque récupérés ou recyclés. Ces photos sont une courtoisie de la Commission de Contrôle de l'Énergie Atomique du Canada. Les deux dernières photos représentent un système fixe de détection de rayonnements et un spectromètre gamma pour identifier les sources radioactives telles que discutées plus loin. Elles sont une gracieuseté d'Exploranium.
Système de détection et installation

Il existe des systèmes fixes de haute performance pour la détection des rayonnements gamma pénétrants, de sources radioactives. Ces systèmes de détection sont habituellement installés à la balance des véhicules (camions ou wagons ferroviaires) apportant la ferraire de l'extérieur. On les trouve parfois au déchiqueteur ou au convoyeur.

Avant de se munir d'un système de détection de rayonnements, il y a avantage d'obtenir les informations techniques et commerciales pertinentes auprès des fournisseurs et de les comparer et de consulter des utilisateurs.

Un tel système de détection stationnaire comprend habituellement deux boîtiers de détection séparés ayant chacun un ou deux scintillateurs et des composantes électroniques semblables, des senseurs optiques extérieurs pour les mouvements de véhicules ainsi qu'une console du système. Toutes ces composantes sont reliées entre elles au moyen de câbles électriques et de conduits souterrains.

Chaque boîtier de détection est monté sur un support solide à la mi-hauteur des charges habituelles des véhicules. La distance entre ces boîtiers verticaux est un peu plus large que la largeur maximale prévue des véhicules. Les grandes surfaces des boîtiers sont parallèles aux côtés latéraux des véhicules. La console du système est montée dans la guérite de la balance ou en un autre endroit de surveillance intérieur ou extérieur.

Dans chaque boîtier, il y a au moins un scintillateur, qui est généralement une grosse plaque épaisse de scintillateur plastique en PVT de 18 L chacun. Pour atteindre une sensibilité optimale du système, il leur faut un ou deux photomultiplicateurs de très haute qualité, une conception électronique spéciale et une bonne géométrie par rapport à la distance véhicule-détecteur. Il y a avantage de fixer quelques centimètres d'acier ou un autre blindage à faible bruit de fond, à l'arrière et sur les 4 côtés de chaque boîtier afin de réduire le bruit de fond naturel et ainsi augmenter la capacité de détection.

Les rayons gamma émis dans toutes les directions issus d'une source radioactive présente dans un véhicule passant lentement à 3 - 5 km/h, traversent d'abord son propre blindage si présent. Ensuite, ils traversent la ferraille, chaque paroi du véhicule, la paroi du boîtier, et l'enveloppe du scintillateur. Le scintillateur de PVT absorbe une partie des rayons gamma qui arrivent. Cette absorption produit des étincelles appelées scintillations de lumière qui réfléchissent sur la surface étanche. Ces impulsions de lumière sont recueillies en une ou deux fenêtres en contact avec un ou deux tubes photomultiplicateurs correspondants qui les convertissent en impulsions électriques. Le système électronique les analyse et les transforme en information utile pour la console.


Le but des scintillateurs, des tubes photomultiplicateurs et de l'électronique incorporée dans les boîtiers est de détecter les rayons gamma des sources, même blindées, enfouies dans une charge de ferraille. Le déclenchement de l'alarme lors du passage lent du véhicule conduit à son refus à l'entrée du site à moins qu'il y ait une fausse alarme ou une alarme de bruit ou à cause de la présence trouvée de matière radioactive chez le chauffeur ayant eu un test de médecine nucléaire.

Une difficulté rencontrée en pratique est le très faible niveau supplémentaire de rayonnements à détecter par rapport au bruit de fond existant. À cause de ceci, les appareils manuels sensibles sont inadéquats pour la détection de sources arrivant au site.

Ils sont toutefois utiles comme compléments pour mieux localiser la source en s'approchant du véhicule qui a déclenché l'alarme du gros système. Les petits appareils sensibles ne peuvent mesurer l'émission d'une source que si le niveau de rayons gamma excède de beaucoup le bruit de fond naturel.

La console possède un affichage d'accès d'interface au système et un lieu d'accès électrique. Elle possède aussi une imprimante qui enregistre habituellement un écrit des alarmes et des messages d'avertissement. Les composantes suggérées pour un système de détection de rayonnements à la console sont:

- Affichage lumineux pour l'information du système et les alarmes
- Bouton pour régler les paramètres du système et pour récupérer les données d'alarmes et pour le mot de passe
- Bouton rouge d'alarmes de rayonnements que l'on peut rendre silencieux en le réglant de nouveau après enregistrement des données d'alarme
- Bouton jaune ou vert pour indiquer que l'appareil est en marche. Sur certains appareils, le bouton peut clignoter pour indiquer qu'une composante fonctionne mal ou que le véhicule circule trop vite.
- Alarme audio pour avertir qu'il y a une source radioactive, et dans certains appareils pour signaler une erreur dans le système

La console du système collecte et surveille l'information de rayonnements reçue aux détecteurs et affiche les données sur le graphique. Le but d'utiliser parfois deux tubes photomultiplicateurs par scintillateur est de fournie un
back-up électronique certain pour la sécurité de détection des rayons et aussi pour utiliser un tel circuit en coïncidence pour réduire le bruit électronique. Ainsi, on peut réduire le seuil d'alarme à quelque 3 déviations standard au-dessus du bruit de fond réduit par le véhicule présent. Si le système détermine qu'il y a présence d'une source radioactive émettant des rayons gamma, l'alarme audio déclenche et l'information de l'alarme s'affiche sur l'écran de la console. Pour détecter les rayons de très faibles énergies venant des sources blindées pouvant se trouver dans la ferraille, la détection ne peut se faire qu'à des niveaux sous le bruit de fond.

Ainsi, le système mesure continuellement le bruit de fond avant l'entrée du véhicule dans la zone de détection. Dès que le premier senseur optique enclenche, le système reconnaît sa présence et enregistre les mesures du nouveau bruit de fond réduit de quelque 40 % par la présence du camion et de sa charge. C'est ce qu'on appelle le bruit de fond avec véhicule présent (véhicule in background). Après la fin du passage du véhicule et des enregistrements des mesures, le microprocesseur analyse les données et déclenche l'alarme seulement s'il y a dépassement du bruit de fond avec le véhicule présent. Il y a alors affichage de l'information d'alarme à la console.
Certains systèmes ont été conçus pour surveiller également toutes les composantes internes et pour alerter l'utilisateur et le manufacturier de l'appareil par un système de télécommunication de tout défaut. Avec un tel système de diagnostic en contenu, s'il y a détection d'un problème, les signaux sont réacheminés pour tirer avantage d'un système de
back-up. Les défauts décelés sont affichés à l'écran de la console pour qu'on s'en occupe. Ceci peut permettre malgré tout à l'opérateur de poursuivre la surveillance des véhicules.

Des modems internes facilitent la maintenance s'il y a un besoin d'ajustement. La console a un affichage d'alarmes, et, dans les installations plus récentes, elle peut contenir les éléments suivants:

- Diagnostic d'alarmes affichées sur l'écran à cristaux liquides par l'imprimante à la console ou ailleurs; il peut y être imprimé immédiatement dans le registre et être mis dans la mémoire pour usage éventuel
- Information enregistrée des alarmes et historique pour retransmission par logiciel à un ordinateur personnel
- Logiciel du registre du véhicule pour enregistrer et entreposer les données pour chaque analyse segmentaire incluant la vitesse et l'accélération de va-et-vient du véhicule dans la zone de détection
- Automatisation possible de livraison incontournable d'un feuillet de conformité sur les rayonnements
- Possibilité d'analyse sur graphique pour aider la localisation de la source dans le camion ou le wagon

Identification des radionucléides et quantités

Il existe divers moyens d'identifier et de localiser une source radioactive3. On peut identifier visuellement beaucoup de contenants de sources radioactives par leurs formes, leurs grosseurs, le symbole de radioactivité et les écrits. Parfois on en identifie à cause de l'expérience personnelle telle qu'une tige d'un mètre de longueur au radium 226 utilisée comme tige antistatique en lithographie. L'expérience acquise et la comparaison de photographie peuvent aider à identifier des sources radioactives avec ou sans blindage. Si l'on a un accès direct à une telle source ou dispositif nucléaire après déchargement sur une surface non poreuse sous contrôle radiologique, il devient plus facile d'identifier la source. Le moyen idéal est sûrement par l'utilisation d'un spectromètre (gamma) portatif programmé pour analyser les rayons émis et identifier les radionucléides correspondants. Les résultats affichés à l'écran à cristaux liquides et mémorisation des résultats de spectrométrie, de débit de dose et de dose accumulée dans un temps donné. Les résultats sont immédiats. Les résultats obtenus en divers lieux et moments sont emmagasinés dans la mémoire et peuvent être réaffichés ou sortis sur un ordinateur personnel. La dernière photo de la figure illustre le spectromètre GR-130 d'Exploranium. Au sujet de la quantité de matières radioactives en MBq d'une source identifiée, on l'obtient par calcul simple en utilisant le débit (intensité) de dose mesurée à un mètre de distance combiné à la constante spécifique d'émission photonique publiée pour le radionucléide identifié. Si la source est dans son dispositif nucléaire, le résultat calculé sous-estimera généralement de beaucoup la vraie quantité en MBq.

Procédures

Sur un site recevant de la ferraille de l'extérieur, on devrait avoir d'avance un certain nombre de procédures utiles pour l'usage interne et externe. Les procédures internes peuvent inclure une procédure générale et d'autres spécifiques sur les actions en cas d'alarmes, sur les mesures de rayonnements dans la zone contrôlée, sur les enquêtes internes, sur la protection du personnel, etc. Il devrait y avoir des procédures d'entraînement et de formation pour le personnel général et de radioprotection, des procédures pour les gens de première ligne, les techniciens, etc. Il y aurait lieu d'avoir aussi des procédures sur les registres, la gestion d'urgence, l'administration et pour les relations publiques. Au sujet des procédures externes, elles devraient être faites conjointement avec l'entreprise du camionneur pouvant venir livrer une source radioactive avec la compagnie d'élimination de sources avec l'agence de sécurité nucléaire nationale et parfois internationale afin d'être préparés pour l'emballage, le transport et l'élimination de sources radioactives.

Bibliographie

 

1.

OCDE/OECD
Nuclear decommissioning - Recycling and reuse of scrap metals, 60 p., 1996.

2.

Lubenau J. O. and Yusko J. G.
Radioactive materials in recycled metals. Review paper. Health Physics 68, 440 - 451, 1995.

3.

IAEA
Methods to identify and locate spent radiation sources, TECDOC-804, 81 p., 1995, Vienne.

 

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