ISO 11537:1998
(Main)Non-destructive testing — Thermal neutron radiographic testing — General principles and basic rules
Non-destructive testing — Thermal neutron radiographic testing — General principles and basic rules
Essais non destructifs — Essai de neutronographie thermique — Principes généraux et règles de base
General Information
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 11537
First edition
1998-07-15
Non-destructive testing — Thermal neutron
radiographic testing — General principles
and basic rules
Essais non destructifs — Essai de neutronographie thermique — Principes
généraux et règles de base
A
Reference number
ISO 11537:1998(E)
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ISO 11537:1998(E)
Contents Page
1 Scope . 1
2 Background material . 1
3 Neutron radiography method . 1
4 Facilities . 3
Neutron sources .
5 3
6 Neutron collimators . 4
7 Imaging methods and conversion screens . 6
8 Film . 7
9 Cassettes . 7
Applications for thermal neutron radiography .
10 8
11 Improved contrast . 9
12 Image quality indicators . 9
13 Neutron activation . 9
Annexes
A (informative) Glossary of terms related to neutron radiography . 10
B (informative) Thermal neutron linear attenuation coefficients
using average scattering and thermal absorption cross
sections for the naturally occurring elements . 12
C (informative) Bibliography . 15
© ISO 1998
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or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from the publisher.
International Organization for Standardization
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Printed in Switzerland
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ISO ISO 11537:1998(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO member
bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO Technical Committees. Each
member body interested in a subject for which a Technical Committee has been established has the right to be reprensented
on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the
work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical
standardization.
Draft International Standards adopted by the Technical Committees are circulated to the member bodies for voting.
Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
International Standard ISO 11537 was prepared by Technical Committee ISO/TC 135, ,
Non-destructive testing
Subcommittee SC 5, Radiation methods.
Annexes A, B and C of this International Standard are for information only.
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ISO 11537:1998(E) ISO
Introduction
This International Standard is intended to provide guidelines for the production of neutron radiographs that possess
consistent quality characteristics, and as an aid to the user in determining the suitability of thermal neutron radiographic
inspection for a particular application.
Recommended practices are stated without detailed discussion of the technical background for the preference.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO ISO 11537:1998(E)
Non-destructive testing — Thermal neutron radiographic
testing — General principles and basic rules
Radiation protection - Health warning
Exposure of any part of the human body to neutrons, X- or gamma rays can be injurious to health. It is therefore
essential that whenever neutron radiographic equipment or radioactive sources are used, adequate precautions
should be taken to protect the radiographer and any other person in the vicinity.
Limits for the safe levels of neutron, X- or gamma radiation as well as the recommended practice for radiation
protection are those valid in different countries. If there are no official regulations or recommendations in a country,
the latest recommendations of the International Commission on Radiological Protection should be applied.
1 Scope
This International Standard specifies the basic practices and conditions that are to be observed for thermal neutron
radiography of materials and components for flaw detection. It is concerned with techniques using photosensitive film as a
recording medium. However, it recognizes that alternative methods of imaging may be used more widely in the future. The
scope includes neutron production and collimation methods, converter screen selection, radiographic film, neutron
radiographic inspection techniques and the type of material to be inspected. This practice is generally applicable to specific
material combinations, processes and techniques.
2 Background material
A glossary of terms relating to neutron radiography is presented in annex A. Attenuation of neutrons in matter is presented in
annex B.
3 Neutron radiography method
Neutron radiography and X-radiography share some similarities but produce different results when applied to the same
object. Neutrons replace X-rays as the penetrating beam of radiation whose intensity is modulated by an object, resulting in
a film image of the features of the object. Since the absorption characteristics of materials for X-rays and neutrons are very
different, the two techniques generally tend to complement one another. Neutron and X-ray attenuation coefficients,
presented in figure 1 as a function of atomic number, are a measure of this difference.
1
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Figure 1 — A comparison of mass attenuation coefficients for thermal neutrons and X-rays
2
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4 Facilities
A neutron radiography facility typically includes a source of thermal neutrons, a neutron beam collimator, a conversion
screen, film and an exposure cassette. A schematic diagram of a representative neutron radiography facility is shown in
figure 2.
Key
1 Shielding 7 Divergent neutron beam
2 Neutron source 8 Object
3 Moderator 9 Film
4 Gamma filter 10 Emulsion
5 Aperture - diameter (D) 11 Conversion screen
6 Collimator 12 Length (L)
Figure 2 — Typical neutron radiography facility with divergent collimator
5 Neutron sources
Neutron sources suitable for thermal neutron radiography can be classified into three general categories:
— radioactive isotopes;
— sealed tubes and accelerators of particles; and
— nuclear reactors.
Each of these sources produces high-energy neutrons that require moderation (slowing down) to thermal energies. This can
be accomplished by surrounding the neutron source with beryllium, graphite, water, oil, plastic or some other moderator
material.
3
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ISO 11537:1998(E)
5.1 Isotopic sources
Isotopic sources have the advantage of being small and portable but because of their relatively low neutron yield require long
exposure times to achieve a given radiographic quality. Many isotopic sources have been used for neutron radiography and
252
the most common of these are shown in table 1. Californium ( Cf) is one of the most popular isotopic sources used for
thermal neutron radiography because of its low neutron energy and small physical size which permit efficient moderation and
high total neutron yield.
Table 1 — Radioactive sources for neutron radiography
Radiation source Reaction Half-life Remarks
241 242
Am- Cm-Be (α, n) 163 days high neutron yield but short half-life
241
Am-Be (α, n) 458 years gamma easily shielded, very long half-life
210
Po-Be (α, n) 138 days low gamma background, short half-life
124
Sb-Be (g, n) 60 days high gamma background, short half-life, high
neutron yield, easily moderated
252
Cf spontaneous fission 2,65 years small size, high neutron yield, long half-life, and
easy moderation of neutron energies make this
an attractive portable source
5.2 Accelerator sources
3 4
Sealed tubes and low-voltage accelerators utilizing the H(d,n) He reaction, high-energy X-ray machines utilizing the (x, n)
reaction, and Van de Graaff accelerators and cyclotrons using charged-particle neutron reactions have been used as
neutron sources for thermal neutron radiography. The targets of these accelerators are surrounded by materials that will
moderate the neutrons to thermal energies. The thermal neutron fluence rate of accelerator sources before collimation can
9 -2 -1
be as high as 10 neutrons cm sec .
5.3 Nuclear reactors
Nuclear reactors are a preferred neutron source for thermal neutron radiography because of their high neutron yield. The
high neutron intensity makes it possible to provide a tightly collimated beam and high-resolution radiographs can be
produced with a relatively short exposure time. Some of the disadvantages of using nuclear reactors for neutron radiography
are the high cost of installation and operation, lack of portability, and vulnerability to strict and complex regulation.
6 Neutron collimators
Neutrons are emitted in all directions from a source and are further scattered randomly by the moderator. A means of
collimating thermal neutrons into a beam is provided to produce a high quality neutron radiograph. A well collimated thermal
neutron beam coupled with the ability to place the object being inspected close to the imaging system will provide the best
radiographic resolution.
6.1 General collimator design considerations
Neutron collimators utilize materials having a high cross section for the absorption of thermal neutrons such as boron or
cadmium. These materials should be applied to maximize the number of neutrons reaching the imaging system directly form
the source and minimize the number of neutrons scattered back into the beam. Often, a combination of materials is used to
achieve the best neutron collimation and to mask out unwanted secondary radiation from the beam. It is sometimes
necessary to use materials, such as lithium carbonate, that produce neutron capture decay products that will not result in
fogging of the imaging film. Materials that have a high neutron scattering cross section, such as hydrogeneous materials, or
materials that emit radiation during neutron capture that may fog the imaging film should not be used indiscriminately near
4
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the imaging system. Examples of this latter class of materials include indium, dysprosium and cadmium. Film fogging may
also result from the 470 keV gamma ray produced by neutron capture in boron.
The spatial resolution of a neutron radiography system is influenced by the length (L) of the collimator, the diameter, or
longest dimension of the inlet aperture (D) and aperture shape. The ratio of L /D is used generally to describe the effective
collimation of the system. For example, if the L /D ratio of a system is several hundred, one can expect the system to be
capable of producing radiographs of higher resolution than a system having an L /D of 10. Although L /D is an important
measure of system capability, other factors, such as object size and scattering characteristics, obviously affect the ultimate
radiographic quality that can be achieved. In addition to the L /D value, the L value itself is important. Because the L value is
finite, a separation, l, between the object and imaging device results in an unsharpness in the image described by
magnification factor L /(L-l).
6.2 Collimator types
Although there have been many different collimator designs that have been used experimentally, few of these have survived
for use in commercial neutron radiograph facilities. The need to radiography relatively large objects has led to the
widespread use of the divergent collimator design shown in figure 2. The divergent collimator consists of a tapered channel
made of neutron-absorbing material and originating at its small end (inlet aperture) at the source of highest neutron flux in the
moderator.
Another collimator type worthy of note is the pinhole collimator shown in figure 3. High resolution neutron radiography can be
produced with systems utilizing pinhole collimators. The pinhole is fabricated from material such as cadmium, gadolinium or
boron which have a very high attenuation for thermal neutrons.
Key
1 Shielding 7 Object
2 Neutron source 8 Film
3 Moderator 9 Emulsion
4 Gamma filter 10 Conversion screen
5 Pinhole aperture diameter ( ) 11 Length ( )
D L
6 Diverging neutron beam
Figure 3 — Typical neutron radiography facility with pinhole collimator
5
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6.3 Beam filters
It is often desirable to minimize the gamma radiation that contaminates the neutron beam. This gamma radiation comes from
the neutron source and can cause film fogging and reduced image contrast. Filters made of lead or bismuth may be installed
near the collimator inlet to reduce this unwanted gamma radiation in the beam. When using a bismuth filter it is advisable to
210
encase the filter in a sealed aluminium can to prevent the spread of alpha contamination due to the Po producted by the
209
neutron capture reaction in Bi.
6.4 Neutron scattering
Back-scattered radiation from the walls or equipment can be reduced by masking the neutron beam to the smallest practical
exposure area and by the careful use of neutron absorber and gamma shielding materials. Back-scattered radiation can be
detected by placing a marker made of neutron absorbing material such as gadolinium and a marker made of gamma
shielding material such as lead, on the back of the film cassette during neutron exposure. If back-scattered radiation is a
problem, one or both of the markers will appear on the film. If backscattering is present, one should minimize materials that
scatter or emit radiation in the exposure area (see 7.1). Gadolinium or some other suitable neutron absorber can be placed
behind the detector to effectively minimize the influence of back-scattered neutrons on the image.
7 Imaging methods and conversion screens
Neutrons, as their name implies, carry no electrical charge and are therefore non-ionizing and produce little effect on
radiographic film. To produce a neutron radiographic image on film it is necessary to employ a conversion screen that, upon
neutron capture, will emit ionizing radiation or light that can expose the film as shown in figure 2. It is important that the
conversion screen be in intimate contact with the film in order to produce the best quality radiograph. Since conversion
screens are expensive and represent a sizeable investment, care should be taken to store them in an environment that will
protect them from physical damage and corrosion. Storing dysprosium screens in a vacuum when not in use will minimize
atmospheric corrosion and substantially lengthen their useful life.
7.1 Direct exposure method
In the direct exposure method, the film and the conversion screen are placed in a light-tight cassette and exposed to the
neutron beam. The film is exposed by the emission of electrons from the conversion screen upon neutron capture.
Gadolinium screens are preferred for most applications and are available either as a free standing foil or as a
sapphire-coated, vapour-deposited gadolinium coating on an aluminium substrate. Gadolinium emits a 70 keV electron as
the result of neutron interaction.
A second type of conversion screen is the light-emitting fluorescent screen such as gadolinium oxysulfide (Gd O S:Gd ) or
2 2 6
6
lithium fluoride/zinc sulfide ( LiF/ZnS). It is recomended that the spectral response of the screen emission and film be
matched for optimum results.
The direct film method using gadolinium metal screens provides high resolution and excellent contrast and has become the
reference against which other neutron radiography techniques are compared. This method cannot be used if the neutron
beam contains substantial gamma radiation or if the object is highly radioactive.
Other direct exposure methods are used but are beyond the scope of this International Standard.
7.2 Indirect exposure method
The indirect exposure method is used almost exclusively for the radiographic inspection of radioactive objects. This method
is insensitive to gamma radiation and utilizes conversion screens, without film, that become temporarily radioactive when
exposed to the neutron beam. The film image is made by placing the activated foil in a cassette or other light-tight device
together with film after the neutron exposure is terminated. Beta particles emitted by the decay process of the activated foils
sensitize the film which can then be processed. Dysprosium, indium, rhodium and gold are all candidates for indirect
conversion screens. Dysprosium and indium are the best choice for most applications with dysprosium having the greater
speed. Some materials such as gold are less desirable for production neutron radiography because of their relatively long
half-life (2,7 days) which results in unacceptability long exposure and decay times.
6
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Indirect conversion screens should be exposed for a period of time not to exceed three half-lives of the material being used.
Further irradiation provides no benefit since the activation rate and decay rate are nearly the same at that point. Three or four
half-lives is also sufficient time to transfer the image from the activated foil to the film although they are sometimes left in
contact overnight as a matter of convenience. X-ray image intensification screens may be used to increase the speed of the
transfer process if desired. The indirect conversion screens can safely be reused without fear of double exposure after
decaying for four half-lives.
7.3 Other imaging methods
Other imaging systems could be useful for some applications. However these are not addressed in detail in this International
Standard which is concerned with film radiography.
Table 2 — Some Representative Thermal Neutron Detector Materials
1)
Cross-section Method of
Element Nuclear reaction Product half-life
barns radiography
10 7
2)
Boron B(n, α) Li prompt 3 837 direct
164 165
Dysprosium Dy(n,γ) Dy 139 min 1 000 indirect
155 156
Gadolinium Gd(n,γ) Gd prompt 61 000 direct
157 158
Gd(n,γ) Gd prompt 254 000 direct
197 198
Gold Au(n,γ) Au 2,7 d 99 indirect
115 116m
Indium In(n, ) In 54 min 65 indirect
γ
6 3
2)
Lithium Li(n,α) H prompt 940 direct
103 104
Rhodium Rh(n) Rh 42 s 139 indirect
1) Cross-sections are for the reaction and isotope shown for thermal neutrons (source BNL-325, 3rd edition, volume I, 1973).
2) These detectors are often used for track-etch neutron radiography.
8 Film
Nearly any photo-s
...
ISO
NORME
11537
INTERNATIONALE
Première édition
1998-07-l 5
Essais non destructifs - Essai de
neutronographie thermique - Principes
généraux et règles de base
Thermal neutron radiographie testing - General
Non-destructive testing -
Princip/es and basic rules
Numéro de référence
ISO 11537: 1998(F)
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ISO 11537: 1998(F)
Sommaire Page
Domaine d’application . 1
Documentation . 1
Méthode de radiographie aux neutrons (neutronographie) . 1
................................................................................................................
Installation 3
...............................................................................................
Sources de neutrons 3
Collimateurs de neutrons . 4
Méthodes d’imagerie et écrans de conversion . 7
8 Film . . . . . . . .1.~.~.~.~.~. 8
9 Cassettes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .~.~. 8
10 Applications de la neutronographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .~.~.
9
11 Amélioration du contraste ~.I.~.~. 10
12 Indicateurs de qualité d’image . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .*.*. 10
13 Activation des neutrons . . . . . . . . . . . . . . . .I.~.~. 10
Annexe A (informative) Glossaire des termes relatifs à la neutronographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
Annexe B (informative) Coefficients d’atténuation linéaire des neutrons thermiques et
sections moyennes de dispersion et d’absorption thermique pour les divers
éléments naturels . . . . . . . . . . .I.~.~. 14
Bibliographie
Annexe C (informative) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .~. 17
0 ISO 1998
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque
forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 l CH-121 1 Genève 20 l Suisse
Internet iso @I iso.ch
Imprimé en Suisse
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ISO 11537: 1998(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comité membres de I’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en
général confiée aux comités techniques de I’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le
droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités
membres pour vote. Leur publication comme Normes internationales requiert l’approbation de 75 % au
moins des comités membres votants.
La Norme internationale ISO 11537 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 135, Essais non
destructifs, sous-comité SC 5, Moyens utilisant les rayonnements.
Les annexes A, B et C de la présente Norme internationale sont données uniquement à titre
d’information.
. . .
III
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@ ISO
ISO 11537: 1998(F)
Introduction
La présente Norme internationale est destinée à servir de guide pour la production de
neutronogrammes de caractéristiques de qualité cohérentes et à aider l’utilisateur pour déterminer
l’aptitude à l’emploi du contrôle radiographique aux neutrons thermiques pour une application
particulière.
Les pratiques recommandées sont indiquées sans discussion détaillée de leurs avantages et
inconvénients techniques.
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NORME INTERNATIONALE @ ISO ISO 11537: 1998(F)
Essais non destructifs - Essai de neutronographie
Principes généraux et règles de base
thermique -
Protection contre les rayonnements - Avertissement sanitaire
L’exposition d’une partie quelconque du corps humain aux neutrons, aux rayons X ou aux
rayons gamma peut être dangereuse pour la santé. II est donc essentiel, en cas d’utilisation de
matériels de neutronographie ou de sources radioactives, de prendre les précautions
nécessaires pour protéger l’opérateur et les autres personnes se situant au voisinage.
Les limites de seuil de sécurité d’exposition aux neutrons ou aux rayons X ou gamma, ainsi que
les pratiques recommandées de protection contre les rayonnements sont celles qui sont en
vigueur dans les différents pays. S’il n’existe dans un pays aucune réglementation ou
recommandation officielle, il conviendra de respecter les plus récentes Recommandations de la
Commission internationale sur la Protection contre les Rayonnements.
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale spécifie les pratiques et conditions de base à respecter pour détecter
les défauts des matériaux ou des composants par la radiographie aux neutrons thermiques. Elle traite
des techniques ayant recours à des films photosensibles comme moyens d’enregistrements. II est
toutefois un fait reconnu que d’autres méthodes d’imagerie existent qui pourront se répandre largement
à l’avenir. Le domaine d’application couvre la production des neutrons et les méthodes de collimation, le
choix de l’écran convertisseur, le film radiographique, les techniques de contrôle radiographique aux
neutrons et le type de matériaux à contrôler. Cette technique est généralement applicable à des
combinaisons de matériaux, des modes opératoires et des méthodes spécifiques.
2 Documentation
Un glossaire des termes relatifs à la radiographie aux neutrons est présenté dans l’annexe A.
L’atténuation des neutrons dans la matière est présentée dans l’annexe B.
3
Méthode de radiographie aux neutrons (neutronographie)
La radiographie aux neutrons (neutronographie) et la radiographie aux rayons X présentent des
caractéristiques communes mais, appliquées au même objet, donnent des résultats différents. Les
neutrons remplacent les rayons X comme faisceau de rayons pénétrants dont un objet module
l’intensité, ce qui donne une image radiographique des caractéristiques de cet objet. Les
1
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ISO 11537: 1998(F)
@ ISO
caractéristiques d’absorption des matériaux différent très fortement selon qu’il s’agit de neutrons ou de
rayons X, les deux techniques tendent généralement à se compléter. La mesure de leur différence est le
coefficient d’atténuation présenté à la figure 1 en fonction du numéro atomique.
*
f
; 1000
&
.-
u:
E
Gd
E
.-
t
0
z
c
aJ
= 100
m
ù
c
t
aJ
.-
U
.-
+
Sm
G
0
c:
U
&
Cd.
10
1
Au
O,l
,Ao
a
0.
Ti
B Ru
..Pb
Al S
a
0
fi
A
0,Ol
0,001
30 40 50 60 -?O 80 90 100
Numéro atomique
Légende
l Neutrons (A = 0,146 mm)
- Rayons X WTHT = VS kV)
Figure 1 - Comparaison des coefficients d’atténuation massique pour les neutrons thermiques
et les rayons X
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@ ISO ISO 11537:1998(F)
4 Installation
Une installation type de neutronographie comprend une source de neutrons thermiques, un collimateur
du faisceau de neutrons, un écran convertisseur, un film et une cassette d’exposition. Un schéma
d’installation neutronographique représentative est donné à la figure 2.
12
-
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Légende
1 Blindage 7 Faisceau de neutrons divergents
2 Source de neutrons 8 Objet
3 Modérateur 9 Film
4 Filtre gamma 10 Émulsion
5 Ouverture, diamètre (0) 11 Écran de conversion
6 Collimateur 12 Longueur (L)
Figure 2 - Installation type de neutronographie avec collimateur divergent
5 Sources de neutrons
Les sources de neutrons utilisables en neutronographie peuvent se classer en trois catégories
générales:
- les isotopes radioactifs;
- les tubes scellés et les accélérateurs de particules;
- les réacteurs nucléaires.
Chacune de ces sources produit des neutrons à forte énergie qui exigent une modération (un
ralentissement) jusqu’aux énergies thermiques. À cette fin, on entoure la source de neutrons d’un
matériau modérateur: béryllium, graphite, eau, huile, plastique ou autre.
3
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@ ISO
ISO 11537: 1998(F)
5.1 Sources isotopiques
Les sources isotopiques ont l’avantage d’être de petite taille et portables mais leur production
relativement faible de neutrons exige une exposition de longue durée pour obtenir une qualité
radiographique donnée. De nombreuses sources isotopiques sont utilisées pour la neutronographie; les
plus courantes sont indiquées au tableau 1. Le californium ( 252Cf) est l’une des sources isotopiques les
plus communément utilisées pour la neutronographie en raison de sa faible énergie neutronique et de
sa petite taille, lesquelles permettent une modération efficace et une forte production en neutrons.
Tableau 1 - Sources radioactives pour la neutrographie
Réaction Période Remarques
Sources
*41Am-*4*CmaBe
163 jours Fort rendement en neutrons mais courte période
(a, n)
458 ans
241Am-Be Facile blindage y, très longue période
(a, n)
*loPo-Be 138 jours Faible bruit de fond y, courte période
(a, n)
60 jours
124Sb-Be Fort bruit de fond y, courte période, fort rendement en
(Y7 4
neutrons - Modération facile
fission 2,65 ans Petite taille - Fort rendement en neutrons, longue période,
*5*Cf
spontanée et modération facile des énergies neutroniques en font une
source portable intéressante
52 . Sources utilisant un accélérateur
Comme sources de neutrons pour la neutronographie on emploie des accélérateurs à basse tension
utilisant la réaction 3H(d,n)4He, des machines à rayons X à forte énergie utilisant la réaction (x, n), des
accélérateurs de Van de Graaf et des cyclotrons utilisant les réactions entre neutrons et particules
chargées. Les cibles de ces accélérateurs sont entourées de matériaux modérant l’énergie des neutrons
jusqu’aux niveaux thermiques. Le flux de neutrons thermiques des sources d’accélérateurs avant
collimation peut atteindre 1 Og neutrons/(cm-*s).
5.3 Réacteurs nucléaires
Les réacteurs nucléaires sont les sources préférées en neutronographie en raison de leur forte
production neutronique. Cette forte intensité permet d’avoir un faisceau soigneusement collimaté qui
donne des radiogrammes à résolution élevée sur des temps de pose relativement courts. Parmi les
inconvénients de l’usage de réacteurs nucléaires pour la neutronographie, on peut citer le coût élevé
d’installation et de fonctionnement, l’absence de portabilité et la rigueur d’une réglementation stricte et
complexe.
6 Collimateurs de neutrons
La source émet les neutrons dans toutes les directions et ceux-ci sont de plus dispersés au hasard par
le modérateur. Il faut collimater les neutrons thermiques en faisceau pour obtenir des clichés
neutronographiques de bonne qualité. Une résolution radiographique optimale sera obtenue par la
combinaison d’un faisceau de neutrons thermiques convenablement collimaté et la possibilité de placer
l’objet à contrôler près du système détecteur.
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6.1 Considérations générales sur la conception du collimateur
Les collimateurs de neutrons sont constitués de matériaux présentant une forte absorption neutronique
comme le bore ou le cadmium. Les matériaux doivent être mis en œuvre pour privilégier la propagation
directe des neutrons depuis la source jusqu’au système détecteur et éviter le retour de neutrons diffusés
dans le faisceau. C’est souvent une combinaison de matériaux que l’on utilise pour obtenir la meilleure
collimation des neutrons et pour éviter les rayonnements secondaires indésirables du faisceau. Il est
quelquefois nécessaire d’utiliser des matériaux, du type carbonate de lithium, qui n’entraînent pas de
production de rayonnement secondaire parasite voilant le film au cours de la capture des neutrons. Les
matériaux émettant pendant la capture des neutrons des rayonnements qui peuvent voiler le film, ne
sont pas à utiliser sans discernement à proximité du système d’imagerie. Comme exemples de cette
dernière classe de matériaux, on peut citer I’indium, le dysprosium et le cadmium. Le voile du film peut
également résulter du rayonnement gamma de 470 keV que produit la capture des neutrons dans le
bore.
La résolution spatiale d’un système de radiographie aux neutrons dépend de la longueur (L) du
collimateur et du diamètre ou de la plus grande dimension de l’ouverture d’entrée (0) et de la forme
d’ouverture. On utilise généralement le rapport L/D pour décrire la collimation effective d’un système.
Ainsi, si le rapport L/D atteint plusieurs centaines, on peut attendre du système qu’il produise des
radiogrammes de définition supérieure à celle que donne un système ayant un rapport L/D de 10. Bien
que ce rapport L/D soit une mesure importante des capacités du système, il est évident que la qualité
radiographie ultime dépendra aussi d’autres facteurs tels que la taille de l’objet ou ses caractéristiques
de diffusion. En plus de la valeur L/D, la valeur L est importante. Du fait que la valeur L est finie, un
intervalle (/) entre l’objet et l’équipement d’énergie donne un flou de l’image décrit par un facteur
d’amplification LI(L - l).
6.2 Types de collimateurs
Alors que de nombreux modèles différents de collimateur ont pu être utilisés sur le plan expérimental,
peu ont survécu dans les applications commerciales de la neutronographie. Le besoin de radiographier
des objets relativement grands a conduit à utiliser très largement le modèle de collimateur divergent
représenté à la figure 2. Ce collimateur se compose d’un tube conique en matériau absorbant les
neutrons, dont la petite extrémité (ouverture d’entrée) est placée à l’endroit où le flux thermique atteint
son maximum dans le modérateur.
Un autre type de collimateur à noter est la collimateur à sténopé représenté à la figure 3. Les systèmes
utilisant ce type de collimateur peuvent produire des radiographies à haute définition. Le sténopé est
fabriqué dans un matériel tel que cadmium, gadolinium ou bore qui ont un très fort pouvoir d’atténuation
des neutrons thermiques.
5
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@ ISO
ISO 11537:1998(F)
1 2 3 4 5 6 8
7 9 10
1 Blindage 7 Objet
2 Source de neutrons 8 Film
3 Modérateur 9 Émulsion
4 Filtre gamma 10 Écran convertisseur
11
5 Ouverture du sténopé, diamètre (0) Longueur (L)
6 Faisceau de neutrons divergents
Figure 3 -
Installation type de neutronographie avec collimateur à sténopé
6.3 Filtres de faisceau
Il est souvent souhaitable de minimiser le rayonnement gamma qui pollue le faisceau de neutrons. Ce
rayonnement provient de la source de neutrons et peut voiler le film et réduire le contraste de l’image.
Des filtres en plomb ou en bismuth peuvent être installés près de l’entrée du collimateur pour réduire ce
rayonnement gamma indésirable dans le faisceau. Si l’on utilise un filtre en bismuth, il est conseillé de
l’envelopper dans une gaine en aluminium étanche pour empêcher la pollution alpha, due au *lOPo
produit par le réaction de capture des neutrons dans *ogBi, de se répandre.
6.4 Diffusion des neutrons
Le rayonnement rétrodiffusé par les murs ou l’appareillage peut être réduit en ajustant la forme du
faisceau de neutrons à la surface utile de la zone d’exposition, en utilisant des matériaux absorbant les
neutrons et des protections gamma judicieusement choisies. Le rayonnement rétrodiffusé peut se
détecter en plaçant un marqueur en matériau absorbant les neutrons du type gadolinium et un
marqueur en matériau de protection contre les rayons gamma du type plomb, sur le dos de la cassette
pendant l’exposition aux neutrons. Si le rayonnement rétrodiffusé pose un problème, l’un des marqueurs
ou les deux apparaÎtront sur le film. S’il y a rétrodiffusion, il faudra réduire le plus possible les matériaux
émettant ou diffusant les rayonnements dans la zone d’exposition (voir 7.1). Du gadolinium ou tout autre
absorbeur convenable de neutrons peut être placé derrière le détecteur pour réduire efficacement
l’influence des neutrons rétrodiff usés sur l’image.
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@ ISO ISO 11537:1998(F)
7 Méthodes d’imagerie et écrans de conversion
Les neutrons, comme leur nom l’indique, ne transportent aucune charge électrique et sont donc non
ionisants et sans beaucoup d’effet sur le film. Pour obtenir une image radiographique des neutrons sur
le film, il est nécessaire d’employer un écran convertisseur qui, en capturant les neutrons, émettra un
rayonnement ionisant ou de la lumière susceptible d’exposer le film comme l’indique la figure 2. II est
important que l’écran convertisseur soit en contact intime avec le film pour produire la meilleure qualité
de radiogramme. Les écrans convertisseurs étant coûteux et représentant un investissement de taille,
on veillera à les stocker dans un environnement les protégeant des détériorations physiques et de la
corrosion. L’entreposage d’écrans au dysprosium sous vide réduira la corrosion atmosphérique et
allongera notablement leur durée de vie utile.
7.1 Méthode d’exposition directe
Dans la méthode d’exposition directe, le film et l’écran convertisseur sont placés dans une cassette
étanche à la lumière et exposés au faisceau de neutrons. Le film est exposé par les électrons émis par
l’écran convertisseur quand il capture les neutrons. Les écrans en gadolinium sont préférables pour la
majorité des applications et sont disponibles sous la forme soit d’une couche de gadolinium, soit revêtue
de saphir, déposée par évaporation sous vide sur un substrat d’aluminium. Sous l’effet de l’interaction
avec les neutrons, le gadolinium émet un électron de 70 keV.
Le second type d’écran convertisseur est l’écran fluorescent à émission de lumière du type oxysulfure
de gadolinium (Gd,O,S:Gd,) ou fluorure de Iithium/suIfure de zinc (sLiF/ZnS). II est recommandé
d’adapter les réponses spectrales d’émission de l’écran et du film pour obtenir des résultats optimaux.
La méthode d’exposition directe avec écrans au gadolinium métallique donne une résolution élevée et
un contact excellent, et elle est devenue la référence à laquelle on compare les autres techniques
neutronographiques. Cette méthode ne peut toutefois pas être utilisée si le faisceau de neutrons
renferme un fort rayonnement gamma ou si l’objet est fortement radioactif.
D’autres méthodes d’exposition directe sont utilisées mais elles sortent du domaine d’application de la
présente Norme internationale.
7.2 Méthode d’exposition indirecte
La méthode d’exposition indirecte est presque exclusivement utilisée pour le contrôle radiographique
des objets radioactifs. Cette méthode est insensible au rayonnement gamma et utilise des écrans
convertisseurs sans film qui deviennent temporairement radioactifs lorsqu’ils sont exposés au faisceau
de neutrons. L’image est obtenue en plaçant la feuille activée avec le film dans une cassette ou autre
dispositif étanche à la lumière une fois l’exposition aux neutrons terminée. Les particules bêta émises
par le processus de décroissance dans les feuilles activées sensibilisent le film qui peut ensuite être
développé. Le dysprosium, I’indium, le rhodium et l’or sont tous adaptés à la fabrication d’écrans
convertisseurs indirects, le dysprosium et I’indium convenant mieux pour la plupart des applications et le
dysprosium étant celui qui à la plus grande sensibilité. Les matériaux tels l’or sont moins souhaitables
pour la neutronographie en production industrielle en raison de leur période relativement longue
(2,7 jours) qui entraîne des temps d’exposition et de décroissance inacceptables.
Les écrans convertisseurs indirects sont à exposer pendant une durée n’excédant par trois fois la
période radioactive du matériau utilisé. Une irradiation plus longue n’apporte aucun bénéfice dans la
mesure où la vitesse d’activation et la vitesse de décroissance sont quasi les mêmes à ce point. Trois
ou quatre fois la période représente également une durée suffisante pour transférer l’image de la feuille
activée au film bien qu’il faille parfois assurer le contact pendant toute une nuit pour plus de commodité.
II est possible, si on le désire, d’utiliser des écrans renforçateurs de l’image radiographique pour
accélérer le transfert. Les écrans convertisseurs indirects peuvent être réutilisés en toute sécurité sans
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@ ISO
ISO 11537: 1998(F)
après une décroissance correspondant à quatre fois la période
crainte d’une double exposition,
radioactive.
7.3 Autres méthodes d’imageries
D’autres systèmes peuvent être utiles pour certaines applications. Ils ne sont toutefois pas définis en
détail dans la présente Norme internationale qui concerne la radiographie avec film.
Tableau 2 - Quelques matériaux représentatifs détecteurs de neutrons thermiques
Réaction nucléaire Période du produit Section l) Méthode de
Élément
barns radiographie
...
ISO
NORME
11537
INTERNATIONALE
Première édition
1998-07-l 5
Essais non destructifs - Essai de
neutronographie thermique - Principes
généraux et règles de base
Thermal neutron radiographie testing - General
Non-destructive testing -
Princip/es and basic rules
Numéro de référence
ISO 11537: 1998(F)
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ISO 11537: 1998(F)
Sommaire Page
Domaine d’application . 1
Documentation . 1
Méthode de radiographie aux neutrons (neutronographie) . 1
................................................................................................................
Installation 3
...............................................................................................
Sources de neutrons 3
Collimateurs de neutrons . 4
Méthodes d’imagerie et écrans de conversion . 7
8 Film . . . . . . . .1.~.~.~.~.~. 8
9 Cassettes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .~.~. 8
10 Applications de la neutronographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .~.~.
9
11 Amélioration du contraste ~.I.~.~. 10
12 Indicateurs de qualité d’image . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .*.*. 10
13 Activation des neutrons . . . . . . . . . . . . . . . .I.~.~. 10
Annexe A (informative) Glossaire des termes relatifs à la neutronographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
Annexe B (informative) Coefficients d’atténuation linéaire des neutrons thermiques et
sections moyennes de dispersion et d’absorption thermique pour les divers
éléments naturels . . . . . . . . . . .I.~.~. 14
Bibliographie
Annexe C (informative) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .~. 17
0 ISO 1998
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque
forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 l CH-121 1 Genève 20 l Suisse
Internet iso @I iso.ch
Imprimé en Suisse
ii
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Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comité membres de I’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en
général confiée aux comités techniques de I’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le
droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités
membres pour vote. Leur publication comme Normes internationales requiert l’approbation de 75 % au
moins des comités membres votants.
La Norme internationale ISO 11537 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 135, Essais non
destructifs, sous-comité SC 5, Moyens utilisant les rayonnements.
Les annexes A, B et C de la présente Norme internationale sont données uniquement à titre
d’information.
. . .
III
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@ ISO
ISO 11537: 1998(F)
Introduction
La présente Norme internationale est destinée à servir de guide pour la production de
neutronogrammes de caractéristiques de qualité cohérentes et à aider l’utilisateur pour déterminer
l’aptitude à l’emploi du contrôle radiographique aux neutrons thermiques pour une application
particulière.
Les pratiques recommandées sont indiquées sans discussion détaillée de leurs avantages et
inconvénients techniques.
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NORME INTERNATIONALE @ ISO ISO 11537: 1998(F)
Essais non destructifs - Essai de neutronographie
Principes généraux et règles de base
thermique -
Protection contre les rayonnements - Avertissement sanitaire
L’exposition d’une partie quelconque du corps humain aux neutrons, aux rayons X ou aux
rayons gamma peut être dangereuse pour la santé. II est donc essentiel, en cas d’utilisation de
matériels de neutronographie ou de sources radioactives, de prendre les précautions
nécessaires pour protéger l’opérateur et les autres personnes se situant au voisinage.
Les limites de seuil de sécurité d’exposition aux neutrons ou aux rayons X ou gamma, ainsi que
les pratiques recommandées de protection contre les rayonnements sont celles qui sont en
vigueur dans les différents pays. S’il n’existe dans un pays aucune réglementation ou
recommandation officielle, il conviendra de respecter les plus récentes Recommandations de la
Commission internationale sur la Protection contre les Rayonnements.
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale spécifie les pratiques et conditions de base à respecter pour détecter
les défauts des matériaux ou des composants par la radiographie aux neutrons thermiques. Elle traite
des techniques ayant recours à des films photosensibles comme moyens d’enregistrements. II est
toutefois un fait reconnu que d’autres méthodes d’imagerie existent qui pourront se répandre largement
à l’avenir. Le domaine d’application couvre la production des neutrons et les méthodes de collimation, le
choix de l’écran convertisseur, le film radiographique, les techniques de contrôle radiographique aux
neutrons et le type de matériaux à contrôler. Cette technique est généralement applicable à des
combinaisons de matériaux, des modes opératoires et des méthodes spécifiques.
2 Documentation
Un glossaire des termes relatifs à la radiographie aux neutrons est présenté dans l’annexe A.
L’atténuation des neutrons dans la matière est présentée dans l’annexe B.
3
Méthode de radiographie aux neutrons (neutronographie)
La radiographie aux neutrons (neutronographie) et la radiographie aux rayons X présentent des
caractéristiques communes mais, appliquées au même objet, donnent des résultats différents. Les
neutrons remplacent les rayons X comme faisceau de rayons pénétrants dont un objet module
l’intensité, ce qui donne une image radiographique des caractéristiques de cet objet. Les
1
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ISO 11537: 1998(F)
@ ISO
caractéristiques d’absorption des matériaux différent très fortement selon qu’il s’agit de neutrons ou de
rayons X, les deux techniques tendent généralement à se compléter. La mesure de leur différence est le
coefficient d’atténuation présenté à la figure 1 en fonction du numéro atomique.
*
f
; 1000
&
.-
u:
E
Gd
E
.-
t
0
z
c
aJ
= 100
m
ù
c
t
aJ
.-
U
.-
+
Sm
G
0
c:
U
&
Cd.
10
1
Au
O,l
,Ao
a
0.
Ti
B Ru
..Pb
Al S
a
0
fi
A
0,Ol
0,001
30 40 50 60 -?O 80 90 100
Numéro atomique
Légende
l Neutrons (A = 0,146 mm)
- Rayons X WTHT = VS kV)
Figure 1 - Comparaison des coefficients d’atténuation massique pour les neutrons thermiques
et les rayons X
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4 Installation
Une installation type de neutronographie comprend une source de neutrons thermiques, un collimateur
du faisceau de neutrons, un écran convertisseur, un film et une cassette d’exposition. Un schéma
d’installation neutronographique représentative est donné à la figure 2.
12
-
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Légende
1 Blindage 7 Faisceau de neutrons divergents
2 Source de neutrons 8 Objet
3 Modérateur 9 Film
4 Filtre gamma 10 Émulsion
5 Ouverture, diamètre (0) 11 Écran de conversion
6 Collimateur 12 Longueur (L)
Figure 2 - Installation type de neutronographie avec collimateur divergent
5 Sources de neutrons
Les sources de neutrons utilisables en neutronographie peuvent se classer en trois catégories
générales:
- les isotopes radioactifs;
- les tubes scellés et les accélérateurs de particules;
- les réacteurs nucléaires.
Chacune de ces sources produit des neutrons à forte énergie qui exigent une modération (un
ralentissement) jusqu’aux énergies thermiques. À cette fin, on entoure la source de neutrons d’un
matériau modérateur: béryllium, graphite, eau, huile, plastique ou autre.
3
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@ ISO
ISO 11537: 1998(F)
5.1 Sources isotopiques
Les sources isotopiques ont l’avantage d’être de petite taille et portables mais leur production
relativement faible de neutrons exige une exposition de longue durée pour obtenir une qualité
radiographique donnée. De nombreuses sources isotopiques sont utilisées pour la neutronographie; les
plus courantes sont indiquées au tableau 1. Le californium ( 252Cf) est l’une des sources isotopiques les
plus communément utilisées pour la neutronographie en raison de sa faible énergie neutronique et de
sa petite taille, lesquelles permettent une modération efficace et une forte production en neutrons.
Tableau 1 - Sources radioactives pour la neutrographie
Réaction Période Remarques
Sources
*41Am-*4*CmaBe
163 jours Fort rendement en neutrons mais courte période
(a, n)
458 ans
241Am-Be Facile blindage y, très longue période
(a, n)
*loPo-Be 138 jours Faible bruit de fond y, courte période
(a, n)
60 jours
124Sb-Be Fort bruit de fond y, courte période, fort rendement en
(Y7 4
neutrons - Modération facile
fission 2,65 ans Petite taille - Fort rendement en neutrons, longue période,
*5*Cf
spontanée et modération facile des énergies neutroniques en font une
source portable intéressante
52 . Sources utilisant un accélérateur
Comme sources de neutrons pour la neutronographie on emploie des accélérateurs à basse tension
utilisant la réaction 3H(d,n)4He, des machines à rayons X à forte énergie utilisant la réaction (x, n), des
accélérateurs de Van de Graaf et des cyclotrons utilisant les réactions entre neutrons et particules
chargées. Les cibles de ces accélérateurs sont entourées de matériaux modérant l’énergie des neutrons
jusqu’aux niveaux thermiques. Le flux de neutrons thermiques des sources d’accélérateurs avant
collimation peut atteindre 1 Og neutrons/(cm-*s).
5.3 Réacteurs nucléaires
Les réacteurs nucléaires sont les sources préférées en neutronographie en raison de leur forte
production neutronique. Cette forte intensité permet d’avoir un faisceau soigneusement collimaté qui
donne des radiogrammes à résolution élevée sur des temps de pose relativement courts. Parmi les
inconvénients de l’usage de réacteurs nucléaires pour la neutronographie, on peut citer le coût élevé
d’installation et de fonctionnement, l’absence de portabilité et la rigueur d’une réglementation stricte et
complexe.
6 Collimateurs de neutrons
La source émet les neutrons dans toutes les directions et ceux-ci sont de plus dispersés au hasard par
le modérateur. Il faut collimater les neutrons thermiques en faisceau pour obtenir des clichés
neutronographiques de bonne qualité. Une résolution radiographique optimale sera obtenue par la
combinaison d’un faisceau de neutrons thermiques convenablement collimaté et la possibilité de placer
l’objet à contrôler près du système détecteur.
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6.1 Considérations générales sur la conception du collimateur
Les collimateurs de neutrons sont constitués de matériaux présentant une forte absorption neutronique
comme le bore ou le cadmium. Les matériaux doivent être mis en œuvre pour privilégier la propagation
directe des neutrons depuis la source jusqu’au système détecteur et éviter le retour de neutrons diffusés
dans le faisceau. C’est souvent une combinaison de matériaux que l’on utilise pour obtenir la meilleure
collimation des neutrons et pour éviter les rayonnements secondaires indésirables du faisceau. Il est
quelquefois nécessaire d’utiliser des matériaux, du type carbonate de lithium, qui n’entraînent pas de
production de rayonnement secondaire parasite voilant le film au cours de la capture des neutrons. Les
matériaux émettant pendant la capture des neutrons des rayonnements qui peuvent voiler le film, ne
sont pas à utiliser sans discernement à proximité du système d’imagerie. Comme exemples de cette
dernière classe de matériaux, on peut citer I’indium, le dysprosium et le cadmium. Le voile du film peut
également résulter du rayonnement gamma de 470 keV que produit la capture des neutrons dans le
bore.
La résolution spatiale d’un système de radiographie aux neutrons dépend de la longueur (L) du
collimateur et du diamètre ou de la plus grande dimension de l’ouverture d’entrée (0) et de la forme
d’ouverture. On utilise généralement le rapport L/D pour décrire la collimation effective d’un système.
Ainsi, si le rapport L/D atteint plusieurs centaines, on peut attendre du système qu’il produise des
radiogrammes de définition supérieure à celle que donne un système ayant un rapport L/D de 10. Bien
que ce rapport L/D soit une mesure importante des capacités du système, il est évident que la qualité
radiographie ultime dépendra aussi d’autres facteurs tels que la taille de l’objet ou ses caractéristiques
de diffusion. En plus de la valeur L/D, la valeur L est importante. Du fait que la valeur L est finie, un
intervalle (/) entre l’objet et l’équipement d’énergie donne un flou de l’image décrit par un facteur
d’amplification LI(L - l).
6.2 Types de collimateurs
Alors que de nombreux modèles différents de collimateur ont pu être utilisés sur le plan expérimental,
peu ont survécu dans les applications commerciales de la neutronographie. Le besoin de radiographier
des objets relativement grands a conduit à utiliser très largement le modèle de collimateur divergent
représenté à la figure 2. Ce collimateur se compose d’un tube conique en matériau absorbant les
neutrons, dont la petite extrémité (ouverture d’entrée) est placée à l’endroit où le flux thermique atteint
son maximum dans le modérateur.
Un autre type de collimateur à noter est la collimateur à sténopé représenté à la figure 3. Les systèmes
utilisant ce type de collimateur peuvent produire des radiographies à haute définition. Le sténopé est
fabriqué dans un matériel tel que cadmium, gadolinium ou bore qui ont un très fort pouvoir d’atténuation
des neutrons thermiques.
5
---------------------- Page: 9 ----------------------
@ ISO
ISO 11537:1998(F)
1 2 3 4 5 6 8
7 9 10
1 Blindage 7 Objet
2 Source de neutrons 8 Film
3 Modérateur 9 Émulsion
4 Filtre gamma 10 Écran convertisseur
11
5 Ouverture du sténopé, diamètre (0) Longueur (L)
6 Faisceau de neutrons divergents
Figure 3 -
Installation type de neutronographie avec collimateur à sténopé
6.3 Filtres de faisceau
Il est souvent souhaitable de minimiser le rayonnement gamma qui pollue le faisceau de neutrons. Ce
rayonnement provient de la source de neutrons et peut voiler le film et réduire le contraste de l’image.
Des filtres en plomb ou en bismuth peuvent être installés près de l’entrée du collimateur pour réduire ce
rayonnement gamma indésirable dans le faisceau. Si l’on utilise un filtre en bismuth, il est conseillé de
l’envelopper dans une gaine en aluminium étanche pour empêcher la pollution alpha, due au *lOPo
produit par le réaction de capture des neutrons dans *ogBi, de se répandre.
6.4 Diffusion des neutrons
Le rayonnement rétrodiffusé par les murs ou l’appareillage peut être réduit en ajustant la forme du
faisceau de neutrons à la surface utile de la zone d’exposition, en utilisant des matériaux absorbant les
neutrons et des protections gamma judicieusement choisies. Le rayonnement rétrodiffusé peut se
détecter en plaçant un marqueur en matériau absorbant les neutrons du type gadolinium et un
marqueur en matériau de protection contre les rayons gamma du type plomb, sur le dos de la cassette
pendant l’exposition aux neutrons. Si le rayonnement rétrodiffusé pose un problème, l’un des marqueurs
ou les deux apparaÎtront sur le film. S’il y a rétrodiffusion, il faudra réduire le plus possible les matériaux
émettant ou diffusant les rayonnements dans la zone d’exposition (voir 7.1). Du gadolinium ou tout autre
absorbeur convenable de neutrons peut être placé derrière le détecteur pour réduire efficacement
l’influence des neutrons rétrodiff usés sur l’image.
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7 Méthodes d’imagerie et écrans de conversion
Les neutrons, comme leur nom l’indique, ne transportent aucune charge électrique et sont donc non
ionisants et sans beaucoup d’effet sur le film. Pour obtenir une image radiographique des neutrons sur
le film, il est nécessaire d’employer un écran convertisseur qui, en capturant les neutrons, émettra un
rayonnement ionisant ou de la lumière susceptible d’exposer le film comme l’indique la figure 2. II est
important que l’écran convertisseur soit en contact intime avec le film pour produire la meilleure qualité
de radiogramme. Les écrans convertisseurs étant coûteux et représentant un investissement de taille,
on veillera à les stocker dans un environnement les protégeant des détériorations physiques et de la
corrosion. L’entreposage d’écrans au dysprosium sous vide réduira la corrosion atmosphérique et
allongera notablement leur durée de vie utile.
7.1 Méthode d’exposition directe
Dans la méthode d’exposition directe, le film et l’écran convertisseur sont placés dans une cassette
étanche à la lumière et exposés au faisceau de neutrons. Le film est exposé par les électrons émis par
l’écran convertisseur quand il capture les neutrons. Les écrans en gadolinium sont préférables pour la
majorité des applications et sont disponibles sous la forme soit d’une couche de gadolinium, soit revêtue
de saphir, déposée par évaporation sous vide sur un substrat d’aluminium. Sous l’effet de l’interaction
avec les neutrons, le gadolinium émet un électron de 70 keV.
Le second type d’écran convertisseur est l’écran fluorescent à émission de lumière du type oxysulfure
de gadolinium (Gd,O,S:Gd,) ou fluorure de Iithium/suIfure de zinc (sLiF/ZnS). II est recommandé
d’adapter les réponses spectrales d’émission de l’écran et du film pour obtenir des résultats optimaux.
La méthode d’exposition directe avec écrans au gadolinium métallique donne une résolution élevée et
un contact excellent, et elle est devenue la référence à laquelle on compare les autres techniques
neutronographiques. Cette méthode ne peut toutefois pas être utilisée si le faisceau de neutrons
renferme un fort rayonnement gamma ou si l’objet est fortement radioactif.
D’autres méthodes d’exposition directe sont utilisées mais elles sortent du domaine d’application de la
présente Norme internationale.
7.2 Méthode d’exposition indirecte
La méthode d’exposition indirecte est presque exclusivement utilisée pour le contrôle radiographique
des objets radioactifs. Cette méthode est insensible au rayonnement gamma et utilise des écrans
convertisseurs sans film qui deviennent temporairement radioactifs lorsqu’ils sont exposés au faisceau
de neutrons. L’image est obtenue en plaçant la feuille activée avec le film dans une cassette ou autre
dispositif étanche à la lumière une fois l’exposition aux neutrons terminée. Les particules bêta émises
par le processus de décroissance dans les feuilles activées sensibilisent le film qui peut ensuite être
développé. Le dysprosium, I’indium, le rhodium et l’or sont tous adaptés à la fabrication d’écrans
convertisseurs indirects, le dysprosium et I’indium convenant mieux pour la plupart des applications et le
dysprosium étant celui qui à la plus grande sensibilité. Les matériaux tels l’or sont moins souhaitables
pour la neutronographie en production industrielle en raison de leur période relativement longue
(2,7 jours) qui entraîne des temps d’exposition et de décroissance inacceptables.
Les écrans convertisseurs indirects sont à exposer pendant une durée n’excédant par trois fois la
période radioactive du matériau utilisé. Une irradiation plus longue n’apporte aucun bénéfice dans la
mesure où la vitesse d’activation et la vitesse de décroissance sont quasi les mêmes à ce point. Trois
ou quatre fois la période représente également une durée suffisante pour transférer l’image de la feuille
activée au film bien qu’il faille parfois assurer le contact pendant toute une nuit pour plus de commodité.
II est possible, si on le désire, d’utiliser des écrans renforçateurs de l’image radiographique pour
accélérer le transfert. Les écrans convertisseurs indirects peuvent être réutilisés en toute sécurité sans
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@ ISO
ISO 11537: 1998(F)
après une décroissance correspondant à quatre fois la période
crainte d’une double exposition,
radioactive.
7.3 Autres méthodes d’imageries
D’autres systèmes peuvent être utiles pour certaines applications. Ils ne sont toutefois pas définis en
détail dans la présente Norme internationale qui concerne la radiographie avec film.
Tableau 2 - Quelques matériaux représentatifs détecteurs de neutrons thermiques
Réaction nucléaire Période du produit Section l) Méthode de
Élément
barns radiographie
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 11537
Première édition
1998-07-15
Essais non destructifs — Essai de
neutronographie thermique — Principes
généraux et règles de base
Non-destructive testing — Thermal neutron radiographic testing — General
principles and basic rules
A
Numéro de référence
ISO 11537:1998(F)
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Sommaire Page
1 Domaine d'application. 1
2 Documentation. 1
3 Méthode de radiographie aux neutrons (neutronographie). 1
4 Installation. 3
5 Sources de neutrons . 3
6 Collimateurs de neutrons. 4
7 Méthodes d'imagerie et écrans de conversion. 7
8 Film .8
9 Cassettes. 8
10 Applications de la neutronographie . 9
11 Amélioration du contraste. 10
12 Indicateurs de qualité d'image. 10
13 Activation des neutrons . 10
Annexe A (informative) Glossaire des termes relatifs à la neutronographie. 12
Annexe B (informative) Coefficients d'atténuation linéaire des neutrons thermiques et
sections moyennes de dispersion et d'absorption thermique pour les divers
éléments naturels . 14
Annexe C (informative) Bibliographie. 17
© ISO 1998
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forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit de l'éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 • CH-1211 Genève 20 • Suisse
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Imprimé en Suisse
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Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comité membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en
général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le
droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités
membres pour vote. Leur publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au
moins des comités membres votants.
Essais non
La Norme internationale ISO 11537 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 135,
destructifs, sous-comité SC 5, Moyens utilisant les rayonnements.
Les annexes A, B et C de la présente Norme internationale sont données uniquement à titre
d'information.
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Introduction
La présente Norme internationale est destinée à servir de guide pour la production de
neutronogrammes de caractéristiques de qualité cohérentes et à aider l'utilisateur pour déterminer
l'aptitude à l'emploi du contrôle radiographique aux neutrons thermiques pour une application
particulière.
Les pratiques recommandées sont indiquées sans discussion détaillée de leurs avantages et
inconvénients techniques.
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NORME INTERNATIONALE ISO ISO 11537:1998(F)
Essais non destructifs — Essai de neutronographie
thermique — Principes généraux et règles de base
Protection contre les rayonnements — Avertissement sanitaire
L'exposition d'une partie quelconque du corps humain aux neutrons, aux rayons X ou aux
rayons gamma peut être dangereuse pour la santé. Il est donc essentiel, en cas d'utilisation de
matériels de neutronographie ou de sources radioactives, de prendre les précautions
nécessaires pour protéger l'opérateur et les autres personnes se situant au voisinage.
Les limites de seuil de sécurité d'exposition aux neutrons ou aux rayons X ou gamma, ainsi que
les pratiques recommandées de protection contre les rayonnements sont celles qui sont en
vigueur dans les différents pays. S'il n'existe dans un pays aucune réglementation ou
recommandation officielle, il conviendra de respecter les plus récentes Recommandations de la
Commission internationale sur la Protection contre les Rayonnements.
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale spécifie les pratiques et conditions de base à respecter pour détecter
les défauts des matériaux ou des composants par la radiographie aux neutrons thermiques. Elle traite
des techniques ayant recours à des films photosensibles comme moyens d'enregistrements. Il est
toutefois un fait reconnu que d'autres méthodes d'imagerie existent qui pourront se répandre largement
à l'avenir. Le domaine d'application couvre la production des neutrons et les méthodes de collimation, le
choix de l'écran convertisseur, le film radiographique, les techniques de contrôle radiographique aux
neutrons et le type de matériaux à contrôler. Cette technique est généralement applicable à des
combinaisons de matériaux, des modes opératoires et des méthodes spécifiques.
2 Documentation
Un glossaire des termes relatifs à la radiographie aux neutrons est présenté dans l'annexe A.
L'atténuation des neutrons dans la matière est présentée dans l'annexe B.
3 Méthode de radiographie aux neutrons (neutronographie)
La radiographie aux neutrons (neutronographie) et la radiographie aux rayons X présentent des
caractéristiques communes mais, appliquées au même objet, donnent des résultats différents. Les
neutrons remplacent les rayons X comme faisceau de rayons pénétrants dont un objet module
l'intensité, ce qui donne une image radiographique des caractéristiques de cet objet. Les
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caractéristiques d'absorption des matériaux différent très fortement selon qu'il s'agit de neutrons ou de
rayons X, les deux techniques tendent généralement à se compléter. La mesure de leur différence est le
coefficient d'atténuation présenté à la figure 1 en fonction du numéro atomique.
Figure 1 — Comparaison des coefficients d'atténuation massique pour les neutrons thermiques
et les rayons X
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4 Installation
Une installation type de neutronographie comprend une source de neutrons thermiques, un collimateur
du faisceau de neutrons, un écran convertisseur, un film et une cassette d'exposition. Un schéma
d'installation neutronographique représentative est donné à la figure 2.
Légende
1 Blindage 7 Faisceau de neutrons divergents
2 Source de neutrons 8 Objet
3 Modérateur 9 Film
4 Filtre gamma 10 Émulsion
5 Ouverture, diamètre (D) 11 Écran de conversion
6 Collimateur 12 Longueur (L)
Figure 2 — Installation type de neutronographie avec collimateur divergent
5 Sources de neutrons
Les sources de neutrons utilisables en neutronographie peuvent se classer en trois catégories
générales:
— les isotopes radioactifs;
— les tubes scellés et les accélérateurs de particules;
— les réacteurs nucléaires.
Chacune de ces sources produit des neutrons à forte énergie qui exigent une modération (un
ralentissement) jusqu'aux énergies thermiques. À cette fin, on entoure la source de neutrons d'un
matériau modérateur: béryllium, graphite, eau, huile, plastique ou autre.
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5.1 Sources isotopiques
Les sources isotopiques ont l'avantage d'être de petite taille et portables mais leur production
relativement faible de neutrons exige une exposition de longue durée pour obtenir une qualité
radiographique donnée. De nombreuses sources isotopiques sont utilisées pour la neutronographie; les
252
plus courantes sont indiquées au tableau 1. Le californium ( Cf) est l'une des sources isotopiques les
plus communément utilisées pour la neutronographie en raison de sa faible énergie neutronique et de
sa petite taille, lesquelles permettent une modération efficace et une forte production en neutrons.
Tableau 1 — Sources radioactives pour la neutrographie
Sources Réaction Période Remarques
241 242
163 jours Fort rendement en neutrons mais courte période
Am- Cm-Be α
( , n)
241
458 ans
Am-Be (α, n) Facile blindage γ, très longue période
210
138 jours
Po-Be (α, n) Faible bruit de fond γ, courte période
124
60 jours
Sb-Be γ γ
( , n) Fort bruit de fond , courte période, fort rendement en
neutrons — Modération facile
252
fission 2,65 ans Petite taille — Fort rendement en neutrons, longue période,
Cf
spontanée et modération facile des énergies neutroniques en font une
source portable intéressante
5.2 Sources utilisant un accélérateur
Comme sources de neutrons pour la neutronographie on emploie des accélérateurs à basse tension
3 4
utilisant la réaction H(d,n) He, des machines à rayons X à forte énergie utilisant la réaction (x, n), des
accélérateurs de Van de Graaf et des cyclotrons utilisant les réactions entre neutrons et particules
chargées. Les cibles de ces accélérateurs sont entourées de matériaux modérant l'énergie des neutrons
jusqu'aux niveaux thermiques. Le flux de neutrons thermiques des sources d'accélérateurs avant
9 -2
collimation peut atteindre 10 neutrons/(cm �s).
5.3 Réacteurs nucléaires
Les réacteurs nucléaires sont les sources préférées en neutronographie en raison de leur forte
production neutronique. Cette forte intensité permet d'avoir un faisceau soigneusement collimaté qui
donne des radiogrammes à résolution élevée sur des temps de pose relativement courts. Parmi les
inconvénients de l'usage de réacteurs nucléaires pour la neutronographie, on peut citer le coût élevé
d'installation et de fonctionnement, l'absence de portabilité et la rigueur d'une réglementation stricte et
complexe.
6 Collimateurs de neutrons
La source émet les neutrons dans toutes les directions et ceux-ci sont de plus dispersés au hasard par
le modérateur. Il faut collimater les neutrons thermiques en faisceau pour obtenir des clichés
neutronographiques de bonne qualité. Une résolution radiographique optimale sera obtenue par la
combinaison d'un faisceau de neutrons thermiques convenablement collimaté et la possibilité de placer
l'objet à contrôler près du système détecteur.
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6.1 Considérations générales sur la conception du collimateur
Les collimateurs de neutrons sont constitués de matériaux présentant une forte absorption neutronique
comme le bore ou le cadmium. Les matériaux doivent être mis en œuvre pour privilégier la propagation
directe des neutrons depuis la source jusqu'au système détecteur et éviter le retour de neutrons diffusés
dans le faisceau. C'est souvent une combinaison de matériaux que l'on utilise pour obtenir la meilleure
collimation des neutrons et pour éviter les rayonnements secondaires indésirables du faisceau. Il est
quelquefois nécessaire d'utiliser des matériaux, du type carbonate de lithium, qui n'entraînent pas de
production de rayonnement secondaire parasite voilant le film au cours de la capture des neutrons. Les
matériaux émettant pendant la capture des neutrons des rayonnements qui peuvent voiler le film, ne
sont pas à utiliser sans discernement à proximité du système d'imagerie. Comme exemples de cette
dernière classe de matériaux, on peut citer l'indium, le dysprosium et le cadmium. Le voile du film peut
également résulter du rayonnement gamma de 470 keV que produit la capture des neutrons dans le
bore.
La résolution spatiale d'un système de radiographie aux neutrons dépend de la longueur (L) du
collimateur et du diamètre ou de la plus grande dimension de l'ouverture d'entrée (D) et de la forme
d'ouverture. On utilise généralement le rapport L /D pour décrire la collimation effective d'un système.
Ainsi, si le rapport L /D atteint plusieurs centaines, on peut attendre du système qu'il produise des
radiogrammes de définition supérieure à celle que donne un système ayant un rapport L /D de 10. Bien
que ce rapport L /D soit une mesure importante des capacités du système, il est évident que la qualité
radiographie ultime dépendra aussi d'autres facteurs tels que la taille de l'objet ou ses caractéristiques
de diffusion. En plus de la valeur L /D, la valeur L est importante. Du fait que la valeur L est finie, un
intervalle (I) entre l'objet et l'équipement d'énergie donne un flou de l'image décrit par un facteur
d'amplification L /(L - I).
6.2 Types de collimateurs
Alors que de nombreux modèles différents de collimateur ont pu être utilisés sur le plan expérimental,
peu ont survécu dans les applications commerciales de la neutronographie. Le besoin de radiographier
des objets relativement grands a conduit à utiliser très largement le modèle de collimateur divergent
représenté à la figure 2. Ce collimateur se compose d'un tube conique en matériau absorbant les
neutrons, dont la petite extrémité (ouverture d'entrée) est placée à l'endroit où le flux thermique atteint
son maximum dans le modérateur.
Un autre type de collimateur à noter est la collimateur à sténopé représenté à la figure 3. Les systèmes
utilisant ce type de collimateur peuvent produire des radiographies à haute définition. Le sténopé est
fabriqué dans un matériel tel que cadmium, gadolinium ou bore qui ont un très fort pouvoir d'atténuation
des neutrons thermiques.
5
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Légende
1 Blindage 7 Objet
2 Source de neutrons 8 Film
3 Modérateur 9 Émulsion
4 Filtre gamma 10 Écran convertisseur
5 Ouverture du sténopé, diamètre (D) 11 Longueur (L)
6 Faisceau de neutrons divergents
Figure 3 — Installation type de neutronographie avec collimateur à sténopé
6.3 Filtres de faisceau
Il est souvent souhaitable de minimiser le rayonnement gamma qui pollue le faisceau de neutrons. Ce
rayonnement provient de la source de neutrons et peut voiler le film et réduire le contraste de l'image.
Des filtres en plomb ou en bismuth peuvent être installés près de l'entrée du collimateur pour réduire ce
rayonnement gamma indésirable dans le faisceau. Si l'on utilise un filtre en bismuth, il est conseillé de
210
l'envelopper dans une gaine en aluminium étanche pour empêcher la pollution alpha, due au Po
209
produit par le réaction de capture des neutrons dans Bi, de se répandre.
6.4 Diffusion des neutrons
Le rayonnement rétrodiffusé par les murs ou l'appareillage peut être réduit en ajustant la forme du
faisceau de neutrons à la surface utile de la zone d'exposition, en utilisant des matériaux absorbant les
neutrons et des protections gamma judicieusement choisies. Le rayonnement rétrodiffusé peut se
détecter en plaçant un marqueur en matériau absorbant les neutrons du type gadolinium et un
marqueur en matériau de protection contre les rayons gamma du type plomb, sur le dos de la cassette
pendant l'exposition aux neutrons. Si le rayonnement rétrodiffusé pose un problème, l'un des marqueurs
ou les deux apparaîtront sur le film. S'il y a rétrodiffusion, il faudra réduire le plus possible les matériaux
émettant ou diffusant les rayonnements dans la zone d'exposition (voir 7.1). Du gadolinium ou tout autre
absorbeur convenable de neutrons peut être placé derrière le détecteur pour réduire efficacement
l'influence des neutrons rétrodiffusés sur l'image.
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7 Méthodes d'imagerie et écrans de conversion
Les neutrons, comme leur nom l'indique, ne transportent aucune charge électrique et sont donc non
ionisants et sans beaucoup d'effet sur le film. Pour obtenir une image radiographique des neutrons sur
le film, il est nécessaire d'employer un écran convertisseur qui, en capturant les neutrons, émettra un
rayonnement ionisant ou de la lumière susceptible d'exposer le film comme l'indique la figure 2. Il est
important que l'écran convertisseur soit en contact intime avec le film pour produire la meilleure qualité
de radiogramme. Les écrans convertisseurs étant coûteux et représentant un investissement de taille,
on veillera à les stocker dans un environnement les protégeant des détériorations physiques et de la
corrosion. L'entreposage d'écrans au dysprosium sous vide réduira la corrosion atmosphérique et
allongera notablement leur durée de vie utile.
7.1 Méthode d'exposition directe
Dans la méthode d'exposition directe, le film et l'écran convertisseur sont placés dans une cassette
étanche à la lumière et exposés au faisceau de neutrons. Le film est exposé par les électrons émis par
l'écran convertisseur quand il capture les neutrons. Les écrans en gadolinium sont préférables pour la
majorité des applications et sont disponibles sous la forme soit d'une couche de gadolinium, soit revêtue
de saphir, déposée par évaporation sous vide sur un substrat d'aluminium. Sous l'effet de l'interaction
avec les neutrons, le gadolinium émet un électron de 70 keV.
Le second type d'écran convertisseur est l'écran fluorescent à émission de lumière du type oxysulfure
6
de gadolinium (Gd O S:Gd ) ou fluorure de lithium/sulfure de zinc ( LiF/ZnS). Il est recommandé
2 2 6
d'adapter les réponses spectrales d'émission de l'écran et du film pour obtenir des résultats optimaux.
La méthode d'exposition directe avec écrans au gadolinium métallique donne une résolution élevée et
un contact excellent, et elle est devenue la référence à laquelle on compare les autres techniques
neutronographiques. Cette méthode ne peut toutefois pas être utilisée si le faisceau de neutrons
renferme un fort rayonnement gamma ou si l'objet est fortement radioactif.
D'autres méthodes d'exposition directe sont utilisées mais elles sortent du domaine d'application de la
présente Norme internationale.
7.2 Méthode d'exposition indirecte
La méthode d'exposition indirecte est presque exclusivement utilisée pour le contrôle radiographique
des objets radioactifs. Cette méthode est insensible au rayonnement gamma et utilise des écrans
convertisseurs sans film qui deviennent temporairement radioactifs lorsqu'ils sont exposés au faisceau
de neutrons. L'image est obtenue en plaçant la feuille activée avec le film dans une cassette ou autre
dispositif étanche à la lumière une fois l'exposition aux neutrons terminée. Les particules bêta émises
par le processus de décroissance dans les feuilles activées sensibilisent le film qui peut ensuite être
développé. Le dysprosium, l'indium, le rhodium et l'or sont tous adaptés à la fabrication d'écrans
convertisseurs indirects, le dysprosium et l'indium convenant mieux pour la plupart des applications et le
dysprosium étant celui qui à la plus grande sensibilité. Les matériaux tels l'or sont moins souhaitables
pour la neutronographie en production industrielle en raison de leur période relativement longue
(2,7 jours) qui entraîne des temps d'exposition et de décroissance inacceptables.
Les écrans convertisseurs indirects sont à exposer pendant une durée n'excédant par trois fois la
période radioactive du matériau utilisé. Une irradiation plus longue n'apporte aucun bénéfice dans la
mesure où la vitesse d'activation et la vitesse de décroissance sont quasi les mêmes à ce point. Trois
ou quatre fois la période représente également une durée suffisante pour transférer l'image de la feuille
activée au film bien qu'il faille parfois assurer le contact pendant toute une nuit pour plus de commodité.
Il est possible, si on le désire, d'utiliser des écrans renforçateurs de l'image radiographique pour
accélérer le transfert. Les écrans convertisseurs indirects peuvent être réutilisés en toute sécurité sans
7
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crainte d'une double exposition, après une décroissance correspondant à quatre fois la période
radioactive.
7.3 Autres méthodes d'imageries
D'autres systèmes peuvent être utiles pour certaines applications. Ils ne sont toutefois pas définis en
détail dans la présente Norme internationale qui concerne la radiographie avec film.
Tableau 2 — Quelques matériaux représentatifs détecteurs de neutrons thermiques
1)
Élément Réaction nucléaire Période du produit Section Méthode de
barns radiographie
2)
10 7
Bore prompte 3 837 directe
B(n, α) Li
164 165
Dysprosium 139 min 1 000 indirecte
Dy(n, γ) Dy
155 156
Gadolinium prompte 61 000 directe
Gd(n, γ) Gd
157 158 prompte 254 000 directe
Gd(n, γ) Gd
197 198
Or 2,7 jour
...
Questions, Comments and Discussion
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