RAMSES-4-CE
avril 2020 - mars 2024
Spectroscopie d'absorption et d'émission Raman dans un capteur intégré pour l'économie circulaire
Dans le prolongement du projet InSPECtor, qui a connu un grand succès, Freiberg Instruments développe un capteur Raman dans le cadre de ce projet. En collaboration avec le centre Helmholtz de Rossendorf (HZDR), l'université technique de Freiberg (TU Bergakademie Freiberg) et le Service géologique de Finlande (GTK), ce capteur sera intégré dans un système multicapteurs basé sur la spectroscopie destiné à l'industrie du recyclage et de la réexploitation minière. Nous nous concentrons sur (1) le développement d'une unité de capteur Raman, (2) l'intégration dans le système de capteurs LiF-HSI déjà développé (inSPECtor) et (3) le traitement avancé des données, y compris la fusion de données provenant de sources multiples et l'apprentissage automatique.
Cette innovation majeure contribue à la numérisation des flux de recyclage. Elle permet l'identification des matières premières critiques ainsi que de l'énergie stockée dans les plastiques, éléments essentiels pour les simulations des cycles énergétiques et des cycles de matières nécessaires à la transition vers une économie circulaire.
Mesure automatisée des faibles doses de fluorure de lithium OSL (ALFON)
01/12/2020 - 30/11/2021
L'utilisation croissante des rayonnements ionisants dans les applications médicales (scanner/rayons X ; traitements) et dans d'autres domaines de la société moderne (installations de rayonnement, centrales nucléaires) nécessite la mesure active et passive des rayonnements. Cela s'accompagne de réglementations de plus en plus strictes en matière de surveillance de l'exposition aux rayonnements et des niveaux de rayonnement. Les dosimètres passifs constituent le moyen le plus répandu et le moins coûteux de surveiller l'exposition aux rayonnements ionisants d'un grand nombre de personnes. Cependant, la technique largement utilisée de la dosimétrie sur film a été remplacée par la luminescence thermiquement stimulée (TL), qui est à son tour en voie de disparition dans la dosimétrie individuelle et progressivement remplacée par la luminescence optiquement stimulée (OSL). Ces nouvelles techniques nécessitent le développement de nouveaux équipements de mesure automatisés, tels que le myOSLraser. Les services de dosimétrie, qui traitent des milliers de dosimètres chaque jour, sont particulièrement confrontés à des coûts élevés liés à ces transitions vers de nouvelles techniques, indispensables pour se conformer à la législation et suivre les évolutions. Le projet ALFON répond à ce besoin en développant un dosimètre OSL à 4 éléments, dont la forme s'inspire des TLD à 4 éléments de Panasonic largement utilisés, ce qui permettra de continuer à utiliser les périphériques de dosimétrie TL de Panasonic avec des lecteurs UD dans les installations existantes.
Les phosphores artificiels BeO et LiF offrent des réponses au rayonnement proches de celles des tissus humains et constituent donc le matériau de choix en dosimétrie du personnel. Le projet vise à fournir des dosimètres et des équipements de mesure dépassant les exigences de la norme EN/IEC 62387, en particulier en ce qui concerne la détection de très faibles doses de rayonnement. Il s'agira de la première utilisation commerciale du nouveau matériau OSL à base de LiF (Sadel et al., 2019), dont les propriétés favorables, associées à la possibilité de 4 positions de mesure dans un seul dosimètre, ouvrent de nombreuses perspectives au-delà de la mesure de Hp0.07 et Hp10.
Outre le développement de conditions de mesure optimisées pour ce nouveau matériau, les capacités de mesure OSL sont étendues par rapport au lecteur BeO à 2 éléments my OSLraser (200 dosimètres), avec des automatisations pour 500 et 4 000 dosimètres. Cela nécessite des mécanismes d'alimentation à 3 axes et une ligne parallèle pour les dosimètres ne répondant pas aux spécifications de l'utilisateur ou aux exigences réglementaires, qui doivent être triés pour inspection ou remesure. La possibilité de mesurer à nouveau le même dosimètre est une particularité de la dosimétrie OSL et n'est pas possible en dosimétrie TL, ce qui permet de satisfaire aux exigences légales de certains pays.
Le lecteur OSL à 2 éléments « myOSLraser » pour BeO sert de base au développement de l'équipement plus grand à 4 éléments.
Référence :
Sądel M, Bilski P & Kłosowski M (2019) Luminescence stimulée optiquement du LiF:Mg,Cu,P avec différentes concentrations de dopants. Radiation Measurements 123, 58-62.
SISor - Capteur pour un tri intelligent
1er mai 2018 - 30 avril 2020
Le tri des déchets, en particulier ceux provenant des équipements électriques et électroniques (DEEE), est un sujet qui suscite un intérêt croissant à l'échelle mondiale. En raison de la raréfaction et de la hausse des coûts de production des matières premières telles que les éléments de terres rares (ETR) et les métaux précieux, l'extraction de ressources secondaires à partir des déchets a pris une importance considérable. En 2016, 44,4 millions de tonnes de déchets électroniques ont été générées dans le monde, un chiffre qui devrait augmenter régulièrement au cours des prochaines décennies.
Dans le cadre du projet SISor (Sensors for Intelligent Sorting), l'objectif principal est le développement d'un système de capteurs intégré pour la détection automatisée des matières premières dans les DEEE. Une meilleure détection des matériaux précieux tels que l'or (Au), le cuivre (Cu) et les éléments de terres rares permettrait d'améliorer le processus de tri des déchets électroniques, augmentant considérablement le taux de séparation. Le consortium composé de l'institut Helmholtz HZDR-HIF, de la société canadienne Telops Inc. et de Freiberg Instruments va développer un système modulaire comprenant des capteurs basés sur la spectroscopie d'absorption hyperspectrale dans l'infrarouge moyen (HS-MWIR) et la spectroscopie d'émission par fluorescence induite par laser (LIF). Ces deux techniques sont très sensibles, non invasives et peuvent être optimisées pour l'imagerie rapide. Ainsi, des flux plus importants de matériaux recyclables pourraient être traités avec plus de précision et en moins de temps.
Ce projet est financé par le BMWi.
Développement d'un équipement de mesure pour la dosimétrie OSL avec BeO
15 mars 2016 - 14 septembre 2018
Le personnel travaillant dans des environnements présentant un risque d'exposition à des rayonnements artificiels ou accrus, tels que les hôpitaux équipés d'appareils de tomodensitométrie ou de radiographie, les centrales nucléaires, les installations de radiothérapie, etc., doit faire l'objet d'une surveillance de son exposition aux rayonnements. La disponibilité du film radiographique, qui est l'un des matériaux les plus importants dans ce type de dosimétrie individuelle, n'est pas garantie à long terme. D'autres matériaux ont été recherchés pour le remplacer. La dépendance du BeO fritté à l'énergie de rayonnement est proche de celle des tissus. En raison de cette propriété favorable, le BeO est l'un des phosphores de choix en dosimétrie individuelle. Associée à la technique de luminescence stimulée optiquement (OSL) pour la lecture, la dosimétrie BeO-OSL est considérée comme susceptible de supplanter la dosimétrie sur film et, au moins dans une certaine mesure, la dosimétrie par thermoluminescence (TL).
Le projet vise à développer un équipement OSL (EN/IEC 62387) permettant de lire efficacement un nouveau dosimètre BeO-OSL à deux éléments (Hp07 et Hp10). L'équipement modulaire permet la lecture manuelle d'un seul dosimètre BeO. Un accessoire d'automatisation offre la possibilité de mesurer des lots de 20 dosimètres stockés dans des magasins. Au total, 10 de ces magasins sont disposés sur une roue, pilotée par logiciel pour la mesure des dosimètres selon les définitions de l'utilisateur. En dosimétrie OSL, il suffit de mesurer une partie du signal, ce qui permet une nouvelle lecture, pour déterminer la dose. Cela nécessite généralement une remise à zéro avant qu'un dosimètre puisse être réutilisé. Au lieu d'un dispositif séparé, la remise à zéro par blanchiment sera effectuée au sein du lecteur OSL, ce qui accélère le processus. À des fins d'étalonnage, une source bêta spéciale destinée à l'irradiation des dosimètres est mise au point. Certaines applications nécessitent une analyse immédiate sur site (par exemple dans un fantôme) et la détermination de la dose. Cela sera rendu possible par un équipement BeO-OSL à élément unique, portable et fonctionnant de manière autonome sur batterie, permettant une évaluation immédiate de la dose.
Référence
Bos AJJ (2001) Dosimétrie par thermoluminescence à haute sensibilité. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 184, 3-28.
LIRE
1er juin 2016 - 31 mai 2019
READ - Phosphores céramiques à base de terres rares pour la dosimétrie optique 3D
La dosimétrie pour les applications de traitement par rayonnement, telle qu'utilisée par exemple dans les procédures de stérilisation des dispositifs médicaux, est souvent fastidieuse en raison des contraintes liées à l'assurance qualité et au respect des normes requises (par exemple ISO 11137, ISO/ASTM 51204, 51608, 51649, …). Elle est en outre chronophage. Dans le cadre d'une application industrielle, il est souhaitable de pouvoir mettre sur le marché les produits irradiés le plus rapidement possible.
Le projet vise à développer un appareil de mesure portable qui fournira des informations instantanées sur la dose pour un nombre défini par l'utilisateur de dosimètres fixés au produit ou à la palette de produits, ce qui permettra une mise en circulation immédiate si les exigences spécifiées sont respectées. Bien que cela puisse fournir des informations de dose en 3D basées sur les points de mesure sélectionnés, des détails supplémentaires sont parfois nécessaires pour les produits présentant des géométries très complexes, où il est essentiel de vérifier la dose à des emplacements où aucun dosimètre ne peut être fixé. À cette fin, un matériau dosimétrique pouvant être pulvérisé sur des surfaces et mesuré à l'aide d'un scanner de dose 3D sera développé.
Les propriétés dosimétriques du NaYF4 dopé seront utilisées pour développer des dosimètres sous forme d'étiquettes et de spray. Ces phosphores céramiques présentent un effet de conversion ascendante, c'est-à-dire la transformation de la lumière à longue longueur d'onde (infrarouge ou proche infrarouge) en rayonnement à courte longueur d'onde (luminescence) avec une énergie photonique plus élevée. Ici, une dépendance de la durée de vie de la luminescence par rapport à la dose (figure 1) a été mise en évidence (Härtling et al., 2012 ; Reitzig et al., 2013 ; 2016). Cela permet d'utiliser une large gamme de doses allant de quelques kGy à 150 kGy (figure 2). Sa grande stabilité dans les conditions ambiantes confirme l'intérêt de ce matériau pour la dosimétrie industrielle, où les informations de dose sont conservées et la lecture s'effectue sans contact. Ces propriétés font de ce matériau un candidat prometteur pour la dosimétrie optique en dessous de 5 kGy, une gamme de doses jusqu'à présent couverte uniquement par des systèmes non optiques plus complexes.
Publication
Christiane Schuster, Florent Kuntz, Alain Strasser, Thomas Härtling, Kay Dornich, Daniel Richter
Mesure de dose relative en 3D à l'aide d'une couche dosimétrique de quelques micromètres d'épaisseur, Radiation Physics and Chemistry, 2020, 109238, ISSN 0969-806X
Mots-clés :
Dosimétrie à haute dose, Dosimétrie optique, Irradiation gamma, Irradiation par faisceau d'électrons, Irradiation par rayons X, Phosphores céramiques, Temps de décroissance de la luminescence, Traitement industriel par rayonnement.
Fig 1: Luminescence lifetime reduction after a 300 kGy electron irradiation (from Reitzig et al., 2016).
Fig 2: Dose dependency of the luminescence lifetime of NaYF4 (from Reitzig et al., 2016).
Références
Härtling, T., Reitzig, M., Mayer, A., Wetzel, C., Röder, O., Schreiber, J. et Opitz, J. (2012). Contrôle non destructif de la stérilisation par faisceau d'électrons à l'aide d'un matériau marqueur optiquement actif. Dans « Optical Components and Materials IX », pp. 825713-825713-6. Actes SPIE 8257.
Reitzig, M., Goodband Rachel, J., Schuster, C., et Härtling, T. (2016). Dosimétrie optique par faisceau d'électrons avec des phosphores céramiques comme matériau de capteur passif pour de larges plages de dose. tm - Technisches Messen 83, 171-179.
Reitzig, M., Härtling, T., Winkler, M., Powers, P., Derenko, S., Toro, C., Röder, O., et Opitz, J. (2013). Mesures de luminescence résolues en temps sur des phosphores à conversion ascendante pour la surveillance de la stérilisation par faisceau d'électrons. Dans « Smart Sensor Phenomena, Technology, Networks, and Systems Integration » (K. J. Peters, W. Ecke et T. E. Matikas, éd.), pp. 86930R-86930R-7.
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