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MEC-761 Essais mécaniques et contrôle non destructif 07 – Radiographie (RT) MEC

MEC-761 Essais mécaniques et contrôle non destructif 07 – Radiographie (RT) MEC-761 Essais mécaniques et contrôle non destructif Essais mécaniques et contrôle non destructif MEC761 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Introduction • La radiographie peut être décrite comme étant un examen qui utilise un faisceau de radiations pénétrantes dirigé vers la pièce à inspecter. • Suivant la nature et la géométrie de la pièce, une portion plus ou moins importante du faisceau est absorbée par cette pièce. • En créant une image de l’intensité de la radiation t t é l iè d d i t MEC761 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 2 ayant traversée la pièce, des nuances de gris sont observées. Ces nuances correspondent à l’ombrage produit par les différentes structures (internes et externes) de la pièce inspectée. Principe de base Source de radiation Pièce à inspecter Film radiographique Développement du film vu de haut MEC761 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 3 = forte exposition = faible exposition Principes physiques MEC761 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Structure de l'atome MEC-761 Essais mécaniques et contrôle non destructif 07 – Radiographie (RT) Éléments de l’atome Proton: particule du noyau atomique qui porte une charge électrique élémentaire positive Neutron: particule du noyau atomique électriquement neutre MEC761 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 5 p y q q Électron: particule qui gravite autour du noyau atomique suivant des trajectoires définies (analogue aux planètes autour du soleil). Les électrons portent une charge électrique élémentaire négative. Nomenclature X: Symbole identifiant l’élément (ex.: H pour hydrogène, Fe pour fer, …) hydrogène, Fe pour fer, …) Z: Numéro atomique. Désigne le nombre de protons dans le noyau de l’atome. A: Nombre de masse. Somme du nombre de protons et de neutrons dans le noyau d’un atome. A Z X MEC761 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 6 protons neutrons électrons 4 2He Couches électroniques 2 3 1 [Rn] 7s 5f 6d MEC761 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 7 Tableau périodique MEC761 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 8 MEC-761 Essais mécaniques et contrôle non destructif 07 – Radiographie (RT) Isotopes Différentes espèces d’un même élément (même numéro atomique Z). Se distinguent par le nombre de neutrons dans le noyau. ex: uranium-235 (92U235) et uranium-238 (92U238) 1 1H 2 1H 3 1H MEC761 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 9 Hydrogène Deutérium Tritium Principes physiques MEC761 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Radioactivité Radiation et radioactivité Radiation: Transport d’énergie sous forme d’ondes électromagnétiques (photons) ou de particules. Radiation ionisante: Rayonnement capable de produire des ions (arracher des électrons à un atome) lors de son passage à travers un matériau. Radioactivité: Propriété de certains atomes instables d’émettre des radiations ionisantes en vue de retrouver une stabilité énergétique. Ce processus se fait soit en  réarrangeant spontanément les él t i it t t d it MEC761 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 11 électrons qui gravitent autour du noyau, soit en émettant des particules nucléaires (désintégration spontanée). Dans les deux cas, il y a dégagement d’énergie. Réarrangement électronique En revenant sur un niveau énergétique plus faible, les électrons émettent des photons. Ce quantum d’énergie émis (photon) est directement associé au saut quantique d’énergie entre les deux niveaux électroniques. MEC761 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 12 q MEC-761 Essais mécaniques et contrôle non destructif 07 – Radiographie (RT) Rayonnement de l'hydrogène MEC761 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 13 Désintégration nucléaire Particule : particule constituée de deux protons et deux neutrons (noyau d'hélium) Nature des radiations émises protons et deux neutrons (noyau d hélium) et ayant une énergie variant de 3 à 7 MeV Particule -: électron rapide produit par la transformation d'un neutron en proton 0 n p      MEC761 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 14 Rayon : rayonnement électromagnétique (photon) de haute énergie (> 0.1 MeV) émis par un isotope métastable qui, très souvent, origine d'une désintégration nucléaire Désintégration nucléaire Exemple de désintégration MEC761 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 15 238 234 4 92 90 2 U Th    14 14 6 7 C N    Autres exemples 263 259 4 106 104 2 Sg Rf            Seaborgium Rutherfordium    14 14 6 7 e Carbone Azote anti neutrino C N        MEC761 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 16 * 152 152 66 66 Dysprosium Dysprosium Dy Dy              MEC-761 Essais mécaniques et contrôle non destructif 07 – Radiographie (RT) Temps de demi-vie 800 1000    1 2 0.693 t t N t N    1 2 t années 200 400 600 800 Activité 500 250 125 62.5    1 2 0 N t N e  14 60 192 235 8 238 9 5730 5.3 74 7.0 10 4 5 10 C Co Ir jours U U   MEC761 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 17 Suivant l’isotope utilisé, les temps de demi-vie varient de fractions de seconde à plusieurs milliards d'années 0 1 2 3 4 5 0 t/t1/2 4.5 10 U  Principes physiques MEC761 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Source radioactive Usage en CND Trois sources de radiations sont principalement utilisées en CND: • Les rayons X (photon) • Les rayons (photon) • Les rayons (photon) • Les rayons n (particule) MEC761 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 19 X et : similarité et différence • Les rayonnements X et sont tous deux des rayonnements électromagnétiques (photons) y g q (p ) • Les rayons X sont générés, à la demande, à l'intérieur d'un tube sous vide. Leur énergie, contrôlée par la tension appliquée sur le générateur, varie de 20 à 500 keV • Les rayons sont émis naturellement suite à MEC761 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 20 Les rayons sont émis naturellement suite à la désintégration de radio-isotopes. Leur énergie, qui dépend de l'isotope utilisé, varie de 0.1 à 2 MeV MEC-761 Essais mécaniques et contrôle non destructif 07 – Radiographie (RT) Spectre électromagnétique MEC761 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 21 E h f   Radiation (Gamma) 60Co 60Ni Radiation  La très grande majorité des sources de rayons  utilisées en CND sont produites à partir de deux radio- isotopes artificiels:  MEC761 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 22 Usage Énergie (MeV) Activité (Ci/g) Ir-192 95% 0.1 – 1.1 350 Co-60 4% 1.17 et 1.33 50 Activation des radio-isotopes • La majorité des radio- isotopes (isotopes radioactifs) utilisés en radiographie industrielle sont produits artificiellement. • Pour les activer, des matériaux stables sont soumis à une source de MEC761 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 23 soumis à une source de neutrons à l’intérieur d’un réacteur nucléaire. Encapsulation de la source • Suite à leur activation, les radio-isotopes émettent conti- nuellement des radiations. • De façon à limiter les fuites, le matériel irradié est encapsulé et la capsule est attachée à un « pigtail ». MEC761 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 24 MEC-761 Essais mécaniques et contrôle non destructif 07 – Radiographie (RT) Utilisation d'une source MEC761 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 25 Source de rayons X • Contrairement aux rayons , les rayons X sont produits, à la demande par un générateur Haut potentiel électrique Electrons demande par un générateur. • Un très haut potentiel électrique (plusieurs centaines de kV) est établi entre deux uploads/s1/ controle-radiographie-rt-orientation-de-faut-et-numerique.pdf