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Jauges radioactives

Des instruments pour le contrôle de procédés industriels

Principe du contrôle du grammage d’un papier
L’écartement des rouleaux qui détermine l’épaisseur de la feuille de papier est commandé par un dispositif d’asservissement qui prend en compte l’épaisseur du papier mesurée à partir de l’atténuation du faisceau d’électrons bêta d’une source radioactive. L’utilisation des rayons bêta est adaptée à l’obstacle que constitue le papier. Des rayons gamma le franchiraient trop facilement alors qu’il suffirait à arrêter des alpha.
© IN2P3 ©

L’industrie moderne pour être performante a placé la barre très haute pour les instrument qui contrôlent en continu les étapes d’un procédé industriel. Il s’agit de mesurer et le cas échéant d’ajuster rapidement la qualité et les spécifications des produits durant leur processus de fabrication. De nombreux contrôles de procédés utilisent des jauges radioactives.

A titre d‘exemple, des contrôles sont effectués sur les lignes de production, pour suivre en continu le niveau de liquides dans des fûts, la densité de matériaux dans des conteneurs, l’épaisseur de tôles, feuilles, revêtements, ou encore les quantités et compositions de matières premières sur des tapis de transport.

Du fait du caractère pénétrant de radiations comme les gamma ou les neutrons, un contact direct de l’objet à contrôler avec la source ou du dispositif de détection n’est pas nécessaire. Ceci permet des mesures en temps réel, non destructives, alors que les matières suivies subissent les étapes d’un procédé industriel.

Le principe de fonctionnement de ces diverses jauges est le même : l’atténuation du signal reçu par rapport au signal émis permet d’évaluer la grandeur recherchée.

Principe d’un contrôle de remplissage
Mesure du niveau de remplissage d’une canette ou d’un briquet : un faisceau de rayons gamma traverse le conteneur en phase de remplissage avant d’être reçu sur un détecteur situé en vis-à-vis. Quand le liquide montant intercepte le faisceau de rayons gamma, le signal vu par le détecteur chute brusquement. Cette chute permet de déclencher l’arrêt du remplissage. Les radionucléides utilisés dépendent des caractéristiques du contenant et du contenu.
© IN2P3 ©

Dans le cas d’une jauge de niveau, la source est placée d’un côté d‘un conteneur à remplir et le détecteur contre la paroi opposée. Quand le liquide monte pour intercepter la ligne entre les deux instruments, la quantité de rayonnements reçus par le détecteur chute brusquement. Cette technique est utilisée par exemple pour remplir des cannettes de soda ou des briquets. L’atténuation du signal sur le détecteur permet de connaître le niveau de remplissage du conteneur et de déclencher automatiquement l’arrêt, la poursuite du remplissage, ou une alarme.

On a recours à l’absorption des gamma et au même principe pour mesurer la densité et la masse des matières présentes à l’intérieur d’un récipient.

L’utilisation de jauges d’épaisseur à base de radioéléments est très répandue dans les industries produisant des plaques de matière. Sans ces radioéléments, il est improbable que l’automation n’aurait pu se développer dans ces industries. Les aciéries modernes utilisent de telles jauges pour mesurer l’épaisseur des plaques métalliques sortant des laminoirs à chaque étape de la production.

C’est aussi le cas pour la fabrication du papier, avec y compris la mesure précise de la pulpe humide lors des premières étapes de la production. Pour les grammage des feuilles de papier, on utilise des rayons bêta car les rayons gamma seraient trop peu absorbés par la faible épaisseur des feuilles. Un faisceau d’électrons bêta traverse le papier et est reçu sur un détecteur situé en vis-à-vis. L’atténuation du signal sur ce détecteur permet de connaître la densité du papier et donc le grammage.

Selon l’Autorité de Sûreté nucléaire, les radioéléments les plus couramment employés pour ces applications sont le krypton 85, le césium 137, l’américium 241, le cobalt 60 et le prométhéum 147. Les activités des sources sont comprises entre quelques milliers (kBq) et quelques milliards de becquerels (GBq).