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Diverses applications



Du contrôle de l’environnement à la prospection pétrolière ...

Contrôles d’aciers par fluorescence X
On bombarde par une source radioactive une pastille d’acier dont on veut contrôler la composition. En pénétrant à l’intérieur de l’échantillon, les rayons excitent les couches internes des atomes présents dans le métal, provoquant l’émission de rayons X caractéristiques. Une partie de ces rayons émerge de la surface et peut être détectée.. Sur l’exemple de la figure, des rayons X de molybdène(Mo), de chrome (Cr) et de nickel (Ni) sont identifiés côté de ceux majoritaires du fer.
DR

En raison des craintes qu’elle inspire, la radioactivité est considérée dans notre inconscient collectif comme hostile à l’environnement. Pourtant, bien maîtrisée, elle contribue à l’améliorer grâce à de précieux contrôles.

Un exemple est la surveillance de la qualité de l’air et la teneur en poussières des rejets d’usines. Pour mesurer le degré d’empoussièrement résultant de ces rejets, l’air est filtré en permanence sur un ruban défilant entre une source radioactive et un détecteur. L’intensité du rayonnement reçu par le détecteur est fonction du taux d’empoussièrement du filtre, ce qui permet de déterminer ce taux et de prendre les mesures nécessaires si le degré d’empoussièrement est trop fort.

Des jauges radioactives jouent un rôle de chien de garde similaire dans l’industrie du charbon qui reste à l’origine de plus de la moitié de la production mondiale d’électricité. Certaines jauges émettrices de neutrons (généralement à l'américium-241 et au bérylium) mesurent et contrôlent l’humidité présente dans le charbon et le coke. D’autres, qui émettent des rayons gamma sont utilisées pour s’assurer de la composition des cendres et des gaz de combustion qui sortent des cheminées. Il est important de limiter la quantité de sulfures et nitrure présents dans ces gaz et ces cendres, en raison du rôle négatif joué par ces contaminants dans les pluies acides.

Plus généralement et en dehors des considérations d’environnement, il est nécessaire dans de nombreux processus industriels de déterminer la composition de minéraux ou matériaux entrant dans la fabrication de produits. La propriété de la fluorescence X (émission par les atomes de rayons X caractéristiques sous l’effet des radiations) est souvent mise à profit à cet effet. On peut ainsi garantir la qualité constante du revêtement d’un acier ou suivre le bon déroulement d’un procédé chimique. Une combinaison de filtres de radiations est parfois utilisée pour faire le tri des rayons X et faciliter l’identification des atomes présents dans une mixture complexe de minéraux ou de composants.

Les sources radioactives interviennent comme outils de diagnostics lors des opérations de raffinage qui constituent une part importante de l’industrie pétrolière. Comme il est difficile d’introduire et d’entretenir des sondes à l’intérieur des tours de distillations en raison des conditions extrêmes qui y règnent, des sondes gamma peuvent être installées à l’extérieur des tours et déplacées verticalement pour suivre à l’intérieur les niveaux de liquides, enregistrer la composition des ingrédients à diverses hauteurs et détecter les défauts de fonctionnement.



Recherche d’humidité et d’hydrocarbures
L’eau et les hydrocarbures sont riches en hydrogène, dont le noyau constitue le plus efficace ralentisseur de neutrons qui soit. Pour mettre en évidence la présence d’hydrogène dans les sols, on introduit une sonde comportant une source de neutrons qui délivre dans le sol de brèves impulsions de neutrons rapides. A la source est associée un dispositif de détection de neutrons lents L’abondance de matières riches en hydrogène est mesurée par le flux de neutrons lents retournant vers le dispositif de détection peu de temps après l’impulsion.
Melonou

En géologie et 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.

Principe de la diagraphie
Une diagraphie consiste à caractériser, après avoir effectué un forage, les caractéristiques des roches traversées, à l'aide de différentes sondes. Certaines techniques de diagraphies utilisent des sources de gamma ou de neutrons placées dans la sonde. Il existe des diagraphies instantanées, les caractéristiques de la formation étant alors enregistrées pendant le forage (logging while drilling"). Il existe également des diagraphies différées, les caractéristiques de la formation étant enregistrées cette fois après le forage, Les outils de mesures sont alors descendus dans le sondage (avant le tubage).
ASN

La diagraphie ("well log" en anglais) permet d’étudier les propriétés géologiques des sous-sols par introduction d’une sonde comportant une source gamma (cobalt 60, césium 137 …) ou de neutrons (américium-béryllium ou de californium-252). Dans le premier cas on utilise le phénomène de rétrodiffusion des gamma pour des mesures de densité et de composition, dans le second le ralentissement des neutrons pour détecter la présence d’hydrogène.