Nous savons actuellement qu’un générateur doit être placé à 14162 mm de la lentille et le détecteur 2333 mm plus loin. Compte tenu du flux du générateur, il est impensable de le placer directement sur la table de granit et de l’allumer, pour des raisons de radioprotection. Le programme de simulation utilisé au paragraphe II pour déterminer le flux et la forme du pic de diffraction a été modifié pour calculer la taille des 4 éléments à mettre en place pour la radioprotection.
Chapitre V : Une méthode universelle pour régler la lentille
- Premier élément : un filtre, placé devant la fenêtre du générateur X pour absorber les photons de faible énergie inutiles pour le réglage (gamme entre 30 keV à 100 keV) mais qui contribuent fortement à la dose d’irradiation. Le meilleur matériau doit par conséquent présenter une forte absorption photoélectrique jusqu’à environ 100 keV pour arrêter tous les photons de basse. Une recherche des coefficients d’absorption des divers matériaux en vente a montré que le cuivre (Web, [1]) possède ces caractéristiques (Figure V-IV-1). L’épaisseur idéale calculée est de 0.5 mm de cuivre.
Fig V-IV-1 : Coefficient d’absorption linéaire du cuivre.
- Second élément : le collimateur, placé devant le générateur X. Il doit réduire la taille angulaire du faisceau X de manière a n’illuminer que le cadre de la lentille. Cela signifie une taille angulaire de 0.032 radian. Le diamètre extérieur du collimateur ne peut pas être supérieur à la taille externe du générateur X. Sinon, il apparaîtrait un espace entre le haut du générateur et celui du collimateur, laissant la possibilité au rayonnement rétrodiffusé d’irradier l’arrière du générateur et nécessitant une protection supplémentaire. La valeur du diamètre extérieur est donc fixée à 120 mm. Les calculs de diffusion d’un rayonnement dans l’atmosphère ont été intégrés dans la seconde version du programme de manière à calculer l’épaisseur minimale du collimateur. Ce dernier calcule la diffusion de tous les points du volume irradié par le générateur et somme leur contribution en un point choisi autour de la ligne de réglage. Il est ainsi possible de calculer pour n’importe quel point autour de la ligne de réglage la quantité de rayonnement reçue et la comparer aux normes en vigueur pour en déduire la protection adéquate, c’est-à-dire l’épaisseur du collimateur.
En radioprotection, les normes en vigueur définissent plusieurs zones en fonction des doses reçues. La zone contrôlée est le volume où l’irradiation est supérieure au minimum autorisé par la législation (0.5 rem/an). Une telle valeur correspond à celle reçue par irradiation naturelle. Cette zone est matérialisée par une bande rayée jaune et noire au sol et par une chaîne blanche et rouge. Il est intéressant de minimiser cette zone pour diminuer l’encombrement de la ligne de réglage. Pour ne pas trop élargir la zone contrôlée, la distance maximale entre l’axe de la ligne de réglage et la limite de la zone est fixée à 1 mètre. Le graphe V-IV-2 montre le flux diffusé par l’air à 30 cm de la table de granit. Avec 12 mm
10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104 105 10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104 105 Photoelec. Compton Pair prod. Total abs. (cm-1) Absorption (cm -1 ) E (MeV)
Chapitre V : Une méthode universelle pour régler la lentille
Fig V-IV-2 : Flux de la source du générateur X en fonction de l’énergie. Le point
étudié est situé à 5 mètres du générateur et est décalé de 0.3 mètre par rapport à l’axe des rayons X (z = 5 m, y = -0.3 m). On constate que les faibles énergies contribuent pour la moitié environ du flux. En l’absence du masque en cuivre placé devant la fenêtre du générateur X, la proportion de photons de faible énergie serait de 3/4.
Un calcul rapide montre que même si l’épaisseur du tube n’est que de 1 mm, la longueur du tube est supérieure à 2 mètres. Le matériau doit donc être rigide. Cela élimine le cuivre par exemple. Le choix s’est porté sur l’acier. C’est un matériau peu flexible, lourd (le collimateur ne risque pas d’être déplacé par mégarde), peu onéreux, décliné en de nombreuses cotes cylindriques et absorbe les photons de basse énergie. Le calcul précis issu du programme donne une valeur de 11 mm d’acier. Les tubes acier non rectifiés (donc peu chers) n’ont pas un diamètre intérieur régulier. Quand on choisit un diamètre de 100 mm par exemple, il peut avoir, à l’endroit où on le découpe, une valeur de 98 mm ou de 101.5 ou toute autre valeur entrant dans l’erreur ± 2 mm. Pour prévenir un diamètre trop petit et faciliter l’alignement du collimateur, la taille du cadre de la lentille a été surestimée à 500 mm au lieu de 450 mm. La taille angulaire de la lentille devient 0.035 radian. La côte la plus proche du tube possède un diamètre extérieur de 118 mm (au lieu de 120) et 11.5 mm d’épaisseur (contre 11 demandés). Cela donne un diamètre intérieur de 95 mm, soit une longueur de 2690 mm.
Ce tube est fondamental car il garantit la radioprotection. Il est donc fixé sur la table de granit, de même que le générateur X. La taille angulaire ne peut pas varier et irradier une zone plus importante que celle définie, le générateur ou le collimateur ne peuvent pas bouger pour irradier une zone non prévue.
- Troisième élément : le tube de ventilation dont l’objectif est de présenter un obstacle physique à toute personne désireuse d’accéder d’un côté à l’autre de la salle blanche plus vite en « coupant » à travers l’axe du faisceau X. Là encore, le programme de simulation a été mis à contribution pour trouver l’épaisseur adéquate. Le diamètre est plus grand que le cône d’irradiation des photons X; la diffusion Compton des photons ne se passe ainsi que dans l’air
Chapitre V : Une méthode universelle pour régler la lentille
et le tube a pour seule fonction d’arrêter le peu de photons diffusés en plus d’être une barrière physique. Le résultat est une épaisseur inférieure au mm pour de l’acier. La solution technique choisie est le tube de ventilation. Cela explique la présence des 4 tubes de 3 mètres de long entre le générateur et la lentille. Ils sont posés sur des pieds lourds (15 kg) pour éviter un déplacement inopportun. Les marquages au sol longent ce tube, terminant cette partie du dispositif.
Fig V-IV-3 : Les diverses parties de la ligne de réglage dans la salle blanche du
CESR.
- Quatrième élément : une plaque de plomb, dont l’objectif est d’arrêter les quelques photons résiduels. Elle est placée en fin de ligne, derrière le détecteur pour protéger le hall gris qui ne se situe pas en zone surveillée, contrairement à la salle blanche (cela signifie qu’une pancarte doit signaler à toute personne entrant dans cette salle blanche qu’il y a un générateur X, son fonctionnement étant signalé par un gyrophare rouge). Tous ces éléments sont visibles dans la photo V-IV-3 et la figure IV-I-3.