Identification de matériaux par tomodensitométrie haute-énergie dans des objets bétonnés

Abstract

L’identification des matériaux présents dans des objets volumineux comme des colis de déchets nucléaires nécessite la plupart du temps soit une opération destructive (carottage, découpe) pour les colis bétonnés, soit une intervention humaine (tri, inventaire) sur des colis de faible activité dont le déchet n’est pas bloqué. Dans le cadre de ses activités de R&D sur la gestion des colis de déchets, l’ONDRAF/NIRAS (Belgique) a sollicité le CEA (Institut IRESNE) pour évaluer les performances et les limites de détection et d’identification de matériaux dans des colis bétonnés étalons de 400 l/ 900 kg. La technique mise en oeuvre est la tomographie par transmission au moyen d’un accélérateur linéaire dont l’énergie est réglable de 9 à 21 MeV (avec un maximum de dose à 15 MeV). Des essais ont ainsi été réalisés sur cinq fantômes spécialement conçus par l’ONDRAF/NIRAS pour refléter la gamme de matériaux devant être identifiés (plexiglas, cellulose, bois, métal, eau, huile, filtres, déchets compactés, etc). Les premières séries de mesures ont consisté en des tomographies demi-champ Cone-Beam (3D) afin d’avoir une vue globale des colis et de leur contenu. La diffusion Compton étant majoritaire à ces énergies, il n’a pas été possible, à cause du rayonnement diffusé parasite, de réaliser une calibration en densité. Une seconde série de mesures a alors visé à comprendre les perturbations observées afin de les corriger et obtenir la meilleure précision possible sur la densité à l’aide d’une géométrie collimatée Fan-Beam (2D). Les précisions obtenues sur la densité sont de l’ordre de quelques pourcents pour la majorité des matériaux, la sensibilité variant suivant leur nature. Par exemple, l’eau et l’huile contenues dans un même récipient sont distinguées autant par la valeur de leur densité que par leur stratification alors même que la nature des métaux est plus difficile à extraire à cause du durcissement de spectre. La tomographie 3D et la tomodensitométrie 2D apparaissent donc comme des examens efficaces pour identifier des matériaux contenus dans des objets volumineux et lourds comme des colis de déchets nucléaires.