Utilisation de douches à particules pour scanner l'intérieur des structures
Les chercheurs du HZDR cherchent à exploiter l'imagerie muonique pour les ponts, les parcs chimiques et les conteneurs Castor
La Terre est constamment frappée par des particules cosmiques. Les muons à haute énergie peuvent facilement pénétrer plusieurs mètres d'acier ou de béton. Une équipe du Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) cherche à exploiter le potentiel de ce rayonnement de fond inévitable pour observer l'intérieur d'installations ou de structures industrielles. Le problème est que les détecteurs de muons utilisés en physique des hautes énergies dans des centres de recherche tels que le CERN sont très sensibles et coûteux. C'est pourquoi les experts en tomographie du HZDR mettent actuellement au point un démonstrateur - un détecteur de muons à faible coût, à grande échelle et à haute résolution pour la surveillance non destructive de l'état des structures. L'association Helmholtz finance le projet à hauteur de 500 000 euros sur une période de deux ans dans le cadre de sa campagne de transfert. Le projet devrait débuter le 1er juillet 2023.
Selon l'Institut fédéral de recherche routière, un pont sur dix en Allemagne est délabré. Les attaques corrosives sur les armatures en béton ont un impact majeur, c'est pourquoi les ponts sont contrôlés régulièrement. La surveillance continue des installations de production est également essentielle dans l'industrie des matériaux de base, ce qui entraîne des coûts énormes. Les colonnes de distillation pouvant atteindre 50 mètres de haut, les grandes fonderies d'acier et les fours rotatifs pour l'incinération des déchets doivent être immobilisés, car c'est le seul moyen de détecter les signes d'usure. Et qu'en est-il de l'état des éléments combustibles usés actuellement stockés dans les 17 installations de stockage intermédiaire en Allemagne ?
"En théorie, l'imagerie muonique est idéale pour de telles applications", souligne le professeur Uwe Hampel, directeur du département de l'Institut de dynamique des fluides du HZDR. Début mars, par exemple, les médias ont de nouveau parlé d'une chambre découverte en 2017 dans la Grande Pyramide de Gizeh, vieille de 4 500 ans. Ce qui fait sensation pour les archéologues doit beaucoup à l'imagerie muonique.
Les muons sont un composant des rayons cosmiques. Ces particules chargées sont extrêmement énergétiques et pénètrent profondément dans les matériaux. C'est pourquoi des détecteurs à haute résolution peuvent être utilisés pour obtenir des images tridimensionnelles de l'intérieur de grandes installations industrielles et de structures.
"Cependant, les types de détecteurs existants ne sont pas suffisamment robustes pour la surveillance et sont beaucoup trop coûteux", explique l'expert en techniques d'imagerie dans le domaine de l'énergie et de l'ingénierie des procédés. Les facteurs de coût sont, d'une part, la complexité de la fabrication et, d'autre part, le nombre de canaux électroniques nécessaires pour obtenir des images à haute résolution.
Une adaptation intelligente pour obtenir des détecteurs peu coûteux et robustes
On espère que de nouvelles idées permettront à l'imagerie des muons de faire une percée : L'une d'entre elles est un concept de détecteur doté d'une structure matricielle spéciale pour l'électronique, que l'équipe de M. Hampel a conçu à l'origine pour un capteur à treillis métallique breveté.
"Notre structure se caractérise par sa capacité à localiser et à transmettre des signaux dans la zone avec une grande efficacité, puis à les évaluer à l'aide d'algorithmes développés en interne. Nous avons déjà réussi à transférer ce schéma aux détecteurs de muons", a indiqué Uwe Hampel.
En principe, la structure matricielle convient non seulement aux électrodes filaires d'un détecteur à ionisation gazeuse, mais aussi aux fibres optiques d'un détecteur à scintillation. Un autre avantage : Grâce au système d'adressage sophistiqué, le nombre de canaux électroniques et les coûts des détecteurs peuvent être considérablement réduits.
Dans le cadre du projet MYTOS, financé à hauteur de 500 000 euros, les experts du HZDR se chargent d'analyser comparativement les différents principes de détection. "Nous sommes particulièrement intéressés par la robustesse des détecteurs testés dans un environnement industriel, c'est-à-dire en cas de fluctuations de température ou de vibrations", explique Uwe Hampel.
Forts des connaissances acquises, lui et son équipe d'ingénieurs de mesure et de scientifiques expérimentés prévoient de construire un prototype et de le tester expérimentalement en collaboration avec des utilisateurs potentiels. BASF, EWN Entsorgungswerk für Nuklearanlagen (usine d'élimination des déchets nucléaires) et le Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (Institut fédéral de recherche et d'essai des matériaux, BAM) sont également de la partie.
Pour l'instant, l'idée se limite à l'inspection d'usines et de structures à l'aide de détecteurs modulaires et mobiles à intervalles réguliers. Mais Uwe Hampel a une vision claire : "À long terme, nous voulons réduire le coût des capteurs et de la technologie de mesure à un point tel qu'une surveillance stationnaire à long terme devienne possible.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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