FR2494446A1 - Procede d'analyse de flux de fluides a l'interieur de corps creux et appareil pour sa mise en oeuvre - Google Patents

Abstract

ON OBTIENT UNE REPRESENTATION D'UN FLUX DE FLUIDE DANS UN CORPS CREUX 10 EN INJECTANT COMME MARQUEUR DANS CE FLUX UN ISOTOPE RADIOACTIF COMPATIBLE AVEC LE FLUIDE ET EN DETECTANT LES RADIATIONS EMISES DE L'INTERIEUR DU CORPS AU MOYEN DE DETECTEURS 23 PLACES A L'EXTERIEUR DE CE DERNIER ET QUI PRODUISENT DES SIGNAUX DE SORTIE REPRESENTATIFS DE LA QUANTITE ET DE LA DIRECTION DES RADIATIONS. DANS CES SIGNAUX DE SORTIE, ON COMPENSE L'ATTENUATION SUBIE PAR LES RADIATIONS EN TRAVERSANT LE CORPS EN LES COMBINANT AVEC DES SIGNAUX TIRES D'UNE REPRESENTATION DE LA DISTRIBUTION SPATIALE DU CORPS ET DE SES MATERIAUX. ON UTILISE LES SIGNAUX COMPENSES POUR PRODUIRE UN CERTAIN NOMBRE DE TOMOGRAMMES DE PLAN FOCAL, A PARTIR DESQUELS ON PEUT RECONSTRUIRE UNE IMAGE DANS LE PLAN DESIRE. ON PEUR FORMER L'IMAGE SUR UN ARRIERE-PLAN DU CORPS, OBTENU A PARTIR DE LA REPRESENTATION DE CE DERNIER. ON PEUT PULSER L'INJECTION DU MARQUEUR RADIOACTIF ET LES SIGNAUX DE SORTIE DES DETECTEURS POUR PRODUIRE UN EFFET STROBOSCOPIQUE PERMETTANT DES MESURES DE VITESSE.

Description

La présente invention concerne un procédé et un ap-

pareil pour analyser des écoulements de fluides dans des corps creux et elle s'applique parti.culièrement à des

corps creux métalliques, tels que moteurs, appareils d'es-

sais et tuyaux, bien qu'elle puisse trouver des applica-

tions dans le domaine médical. Elle intéresse en particu-

lier les écoulements de liquides ou de fluides mixtes pré-

sents sous deux phases, mais elle concerne aussi les écou-

lements gazeux.

On utilise pour déterminer l'écoulement massique

dans des tuyaux une technique dite d'activation par neu-

trons pulsée. Selon cette technique, on irradie au moyen d'un faisceau de neutrons un liquide circulant dans une

conduite afin de produire dans ce liquide un isotope radio-

actif. Un détecteur placé en aval du point d'irradiation détecte la quantité de radioactivité dans le liquide à son passage et l'on peut, à partir de ces données, calculer la vitesse et la densité du liquide (mémoire intitulé "Pulsed Activation Calibration Technique", présenté par P. Kehler à la septième réunion d'information sur les recherches en

matiAre de sécurité dans les réacteurs à eau - Water Reac-

tor Safety Research Information Meeting - tenue a Caithers-

burg, en novembre 1979). Toutefois, cette technique ne

fournit de renseignements que dans une seule dimension.

De même, l'utilisation de "caméras" à rayonnement, sensibles aux positions X-Y, ou à deux dimensions (2D) pour détecter la distribution de liquides marqués à l'aide d'isotopes radioactifs introduits dans le corps humain est est une méthode maintenant bien introduite pour faciliter

le diagnostic de certains états de santé. On peut distin-

guer deux méthodes, basées respectivement sur des isoto-

pes qui émettent, les une des rayons gamma, les autres des positrons. Il s'agit de la simulation avec photon unique,

en utilisant une caméra gamma et de la tomographie à émis-

sion de positons en utilisant une caméra à posit-iAs. Une caméra à rayons gamma est constituée par un détecteur 2D

unique et par un système électronique associé pour l'ob-

tention, le traitement et la representation de l'image, et elle utilise un collimateur de métal lourd et la sélection des amplitudes d'impulsions pour distinguer leo rayons qui

forment l'image vraie des rayons diffus de 1 'arrière-plan.

Une caméra à positons de tomographie nécessite un détec- teur bidimensionnel de chaque côt6 du sujet et une petite calculatrice pour recevoir, construire et afficher l'image, dans laquelle le rayonnement désiré est distingue de celui de l'arrière-plan par l'acceptation des seuls évènements

coïncidente produits dans les d6tecteurs par les deux pho-

tons {511 kev) émis dans des directions exactement oppo-

sées, lorsque, au repos, un positon et un 6électron se dé-

truisent mutuellement.

Avec la technique de tomographie par émission de

positons, l'image affich6e est calculée à partir de don-

nées enregistrées pour un plan choisi danCs le sujet. Seuls

les evènements dus à des déeintgrations dans ce plan appa-

raissent nets et, telle est la puissance de cette techni-

que. les désintégrations dans d'autres plans apparaissent comme un arriere-plan plus ou moins uniforme. En outre, comme on peut choisir n'importe lequel des planas entre les détecteurs, cette technique peut, par son principe même,

fournir des renseignements tri-dimensionnels sur le sujet.

On ne disposait toutefois à ce jour d'aucun proc6dé, ni d'aucun appareil pour pouvoir, en ingénierie, effectuer

des études de courants de fluides dans les conditions beau-

coup rigoureuses qu'exige cette branche.

Il va de soi que les conditions nécessaires pour

utiliser valablement ces techniques d'analyse dans les e-

tudes d'ingénièrie sont très différentes de celles qui

ont cours dans la science médicale. Il n'est donc pas pos-

sible de prendre un système de diagnostic médical reconnu

et de l'adopter sans modification pour visualiser un écou-

lement de fluide, par exemple, un écoulement d'huile dans

une turbomachine, en particulier pendant le fonctionne-

ment de celle-ci.

Les problèmes à résoudre dans les applications de ces techniques en ingénierie sont, entre autres, que les

radiations doivent pouvoir être détectées à travers plu-

sieurs centimètres, non pas de tissu humain, mais de mé-

tal, ce qui exige une énergie et une activité considéra-

bles dans l'isotope, tandis qu'au même moment, des consi- dérations d'environnement imposent que la radioactivité

ne fasse pas courir de risques au personnel présent.

En ingénierie aussi, il est nécessaire de visuali-

ser le mouvement réel du fluide qui s'écoule, par exemple le parcours suivi par de l'huile qui lubrifie un palier

de machine ou le chemin emprunté par l'huile qui fuit au-

tour d'un joint ou d'un segment de piston. La résolution

du système dans le temps est donc un facteur aussi impor-

tant que la résolution dans l'espace.

Il est en outre indispensable de connaître la rela-

tion entre l'écoulement et les éléments matériels environ-

nants dans le véhicule d'essai, par exemple les conduites

et les joints associés aux paliers, si l'on désire obte-

nir au cours de l'essai des résultats de mesure exploita-

bleu.

L'invention a donc pour objet de fournir un procédé

et un appareil pour produire des informations sur la dis-

tribution dans l'espace tridimensionnel de gaz, de liqui-

des ou même de flux mixtes à deux phases à l'intérieur de

corps creux en utilisant ne technique par traceur radio-

actif et pour présenter à partir de ces informations une image visuelle sous une forme qui permet d'effectuer des _

mesures du flux dans divers plans.

A cet effet, le procédé selon l'invention de re-

présentation de l'écoulement d'un fluide dans un corps creux est caractérisé en ce qu'il consiste à: (a) injecter dahu le fluide une certaine quantité d'un marqueur isotope radioactif compatible avec le fluide,

(b) détecter les radiations émises par suite de la désin-

tégration radioactive de l'isotope à l'aide d'un appareil

qui est placé à l'extérieur du corps et produit des si-

gnaux de sortie en réponse aux radiations détectées,

(c) produire une représentation de la distribution spatia-

le de la structure du corps qui entoure le flux de fluide et de la matière dont il est fait, (d) produire à partir de cette représentation des signaux représentant l'atténuation des radiations qui traversent le dit corps,

(e) régler les signaux de sortie de l'appareil de détec-

tion en fonction des signaux d'atténuation pour compenser

l'atténuation des radiations et fournir des signaux de sor-

tie réglés, et (f) produire à partir de ces signaux de sortie réglés une représentation de l'écoulement du fluide à l'intérieur du corps. La représentation du flux de fluide qui résulte de ce procédé est de préférence produite par un calculateur

sous la forme d'une pluralité de tomoerammes dont n'impor-

te lequel peut 9tre affiche sur a éecran. La représentation

peut être affinée par reconstruction des images tomagraphi-

ques en utilisant un algorithme de reconstruction d'images afin de pouvoir visualiser des coupoc à travers n'importe quel plan du flux de fluide. L'affichage sur écran peut

ausai comporter une représentation visuelle de la distribu-

tion spatiale de la structure du corps, de sorte que la distribution spatiale du flux de flu de peut être vue en relation avec celle de la dite tructure@ La représentation de la distribution spatiale de la

structure du corps qui entoure le flux de fluide est effec-

tuée de préférence en appliquant une technique de visuali-

sation par calculateur et elle est stockée dans un disposd-

tif de mémorisation qui est exploré par le calculateur qui produit le tomogramme afin d'obtenir les signaux ajustés

qui servent à produire ce dernier.

Dans une variante de ce procédé, l'isotope peut ê-

tre injecté dans le flux de fluide à l'intérieur du corps en une série d'impulsions et les signaux en provenance de l'appareil de détection traversent un circuit porte avant ou après le calcul, à la fréquence des impulsions, pour

produire un effet stroboscopique dans les images obtenues.

Le marqueur isotope est de préférence injecté dans le corps creux véhiculé dans un fluide qui doit être aussi

compatible avec le fluide à analyser.

L'invention embrasse également un appareil. pour pro-

duire une représentation d'un courant de fluide à l'inté-

rieur d'un corps creux, qui comprend une source d'un mar-

queur isotope radioactif compatible avec le flux de flui-

de, des moyens pour injecter ne quantité de ce marqueur dans le flux de fluide a l'intérieur du corps creux, un appareil de détection monté à l'extérieur du dit corps, pour détecter les radiations émises à travers ce dernier,

et capable de produire des signaux de sortie représenta-

tifs de la quantité de ces radiations et de leur direction,

des moyens pour produire une représentation de la distri-

bution spatiale de la structure du corps qui entoure le

flux de fluide et des matériaux dont il est f&it, des moy-

ens pour produire des signaux d'atténuation représentant l'atténuation des radiations qui traversent le corps, des

moyens pour recevoir les signaux d'atténuation et les si-

gnaux de sortie de l'appareil détecteur et pour régler les dits signaux de sortie émis par l'appareil détecteur en

fonction de la valeur des signaux d'atténuation pour pro--

duire des pignaux-de sortie réglés dans lesquels l'atténua-

tion des radiations est compensée et des moyens pour rece-

voir ces signaux de sortie réglés et produire une représen-

tation du courant de fluide à l'intérieur du corps.

La source de l'isotope radioactif qui constitue le marqueur peut être formée par des moyens pour activer sur

place un fluide véhiculeur compatible avec le fluide étu-

dié en appliquant une technique d'activation par particu-

les chargées, le fluide véhiculeur étant injecté directe-

ment dans le flux de fluide à l'intérieur du corps, ou, de façon plus commode, la source peut être un générateur

d'isotope qui stocke un isotope ayant une vie relative-

ment courte, qui est un produit facile à séparer de la désintégration accompagnée d'émission de particules béta d'un isotope A lonue vie, lequel peut être produit à son

tour en bombardant une substance cibl e avec des particu-

les chargées. L'isotope fils peut ere elué de l'isotope père eln utilisalnt un fluide vL'ieuóleur compatible avec le

fluide ctudié.

Les détecteurs peuvent être n'importe quelle forme appropriée de caméra A rayons gamma ou A positons, mais ils ont de préférence la forme de caméras a positons du type de celles qui utilisent Les compteurs proportîionnels mxltifilaires réalisés par le Conseil de la Recherche Scientifique (Science Research Coecil) au Laboratoire

Rutherford en Angleterre.

La production d'une représentation de la distribu-

tion spatiale de la structure du corps et de ses mat4riauxr

l'émiamsion de sinaux d'atteruation et le réllage des si-

gnaux de sortie sont de préférence assurés par un ou plu-

sieurs calculateurs convenablcment prograîrm6s.

De toute façon, l'invention sera bien comprise A 1'

aide de la description qui suit, en référence au dessin

schéematique annexé, representant, à titre d'exemples non limitatifs, deux formes d'exécution de cet appareil: Fig. 1 est une vue en perspective accompagnée d'un

schéma-bloc, rpprésentant une forme d'exécution d'un appa-

reil selon l'invention pour l'analyse de l'écoulement de fluides liquides dans une turbomachine; Fig. 2 est un schema-bloc illustrant une variante

de réalisation de l'appareil de fig. 1, permettant une a-

nalyse stroboscopique de leécoulement de fluides.

La figure 1 montre une turbomachine 10, dont une partie du circuit d'huile doit être analysée. L'appareil

selon l'invention utilisé pour effectuer cette analyse com-

prend un générateur d'isotope 11, avec une valve 12 et une

pompe I commandées à partir d'un pupitre 14 de façon à ré-

gler le débit d'un fluide véhiculeur convenable. Ce fluide véhiculeur provient d'une source 1 et, après avoir été marqué avec l'isotope, il s'écoule dans une conduite 16 pour arriver à un tube ayant un alésage de petit diamètre ou injecteur hypodermique 17 monté sur la turbomachine pour injecter le fluide véhiculeur dans le circuit d'huile de

cette dernière en un endroit précis.

L'huile de moteur ainsi marquée est recueillie dans un réservoir 19 dans lequel elle s'écoule par une conduite 18. Il est prévu un circuit de vidange qui comprend une

source 20 d'huile propre, qui est envoyée à la turbomachi-

ne à travers une valve 21, tandis qu'une autre valve 22

interrompt l'amenée du fluide véhiculeur.

Deux compteurs proportionnels multifilaires 23 sont montés sur un chariot 24 qui enjambe la turbomachine et qui

est déplaçable axialement le long de celle-ci. Les comp-

teurs sont déplaçables relativement au chariot de façon à pivoter autour de la turbomachine et ils sont également déplaçables le long de celle-ci avec le chariot, de sorte

qu'ils peuvent être amenés dans la meilleure position pos-

sible pour recevoir les radiations produites par la désin-

tégration radioactive de l'isotope qui se produit au cours

de l'essai.

Les signaux produits par les compteurs 23 peuvent

être envoyés directement à un système de traitement de si-

gnaux, c'eôst-à-dire un ordinateur 2, qui donnera une re-

présentation instantanée de l'écoulement de l'huile, ou, si on le préfère, ils peuvent être enregistrés et stockés sur un matériau propre à la mémorisation 26, qui peut être

un ruban ou un disque magnétiques afin d'être traités ulté-

rieurement.

Comme autre source de signaux d'entrée pour l'ordi-

nateur 25, il est prévu un dispositif de mémorisation 28,

dans lequel est stockée une représentation de la distribu-

tion spatiale de la structure de la turbomachine et des matériaux dont elle est faite. Comme cela sera décrit plus loin, ces informations permettent de régler les signaux de sortie des compteurs afin de tenir compte des radiations

atténuées par la turbomachine.

Les diverses parties du schéma-bloc de la figure 1

sont décrites maintenant plus en détail.

Production d'isotopes Du fait que les marqueurs nécessaires doivent être des isotopes à courte vie, on ne peut envisager dans la pratique de produire à distance un isotope dans un réacteur nucléaire et de le transporter ensuite sur les lieux de 1' épreuve. Une limitation est également imposée au système

si l'épreuve a lieu à l'endroit o se trouve un réacteur.

On dispose de deux méthodes: L'une d'elles consiste à utiliser un accélérateur de particules portatif, comme un cyclotron, et à injecter

directement l'isotope dans le matériel à tester. Cette so-

lution est décrite dans la demande de brevet britannique

N 80 13 834 de la Demanderesse, en relation avec unc tech-

nique d'analyse d'un écoulement gazeux.

La seconde méthode, qui est la préférée, sert à 1' analyse d'un écoulement liquide et consiste à produire un isotope pare ayant une vie relativement iongue, qui peut être facilement transporté dans -wu générateur d'isotope et

donne, par dégintégration accompagnée d'émission de parti-

cules A, donne un produit facile à séparer, qui a une demi-

vie mieux appropriée et constitue un marqueur plus convena-

ble. L'isotope père est produit par bombardement d'une cible appropriée avec des particules nucléaires produites par exemple dans un cyclotron, et il est ensuite transferé à un générateur d'isotope peour y être stocké en vue de son

transport ultérieur.

Dans ce générateur dli$otope désigné par la réfé-

rence Il à la figure 1, l'isotope père est absorbé sous u-

ne forme chimique appropriée sur une matière absorbante

convenable, par exemple une résine échangeuse d'ions pla-

cée dans un tube convenablement blindé et muni de valves.

L'isotope père se désintègre progressivement pour donner l'isotope fils qui est extrait, lorsqu'on en a besoin, par

le fluide véhiculeur qui est envoyé par une pompe à tra-

vers le tube et qui entraîne l'isotope hors de la résine.

Etant donné que la désintégration P produit une modifica-

tion chimique de l'isotope père pour donner 1l'isotope fils, on peut séparer ce dernier sans que cela affecte celui dont

il émane.

On a identifié un certain nombre d'isotopes suscep-

tibles d'être utilisés et le tableau ci-dessous fournit des détails sur leur production. Les isotopes les plus

prometteurs sont actuellement 68Ca (B+) et 0Pr(B+).

IType éeenergie Isotope Demi-vie d emisston Réactions de production lc lic 13N

150

18F Ti 68Ca 19,3 s B+l,9 MeV i 0,82 MeV ,3min 0+1,0 Mev, (99%) pas de 4 9, 96min B +1,2 MeV, pas det 122 s B+1,7 MeV, pas de r min B+0,6 MeV, pas de Y 3,08 h 68,3 min B+1,0 MeV, quelques es B+1,9 MeV, quelques $ 6,0 h f14o KeV (90%) Pr 3,4 min B+2,3 MeV, quelques I B(p, n) 11B(p,n) 14N(p,:) 12C(d,n) 14N(dn) (3He, () Ne(d,c) Sc(p,n) 69Ca(p,2n) 68Ge 68Ce-- 68Ca 280j a 98Mo(n,) 99Mo 99Mo 99mTc 141pr(p,2n) 40Nd Pr l&ONd - 140 Pr

Les isotopes conviennent d'autant mieux comme mar-

queurs qu'ils répondent aux critères suivants:

1 - La demi-vie de l'isotope doit être relativement courte.

Dans la pratique, la limite plancher de la demi-vie est d' environ 10 secondes et, lorsqu'on étudie un fluide gazeux

qu'on laisse s'échapper dans l'atmosphère, il faut utili-

ser des demi-vies de cet ordre pour éviter de polluer 1' environnement. Lorsqu'on étudie un liquide, qui peut être recueilli et stocké, on peut utiliser des isotopes dont la vie est beaucoup plus longue. L'expression "relativement

courte" doit donc être prise comme s'appliquant aux demi-

vies comprises entre 10 secondes et environ une semaine.

2 - Le niveau d'énergie du rayonnement émis doit être as-

sez élevé pour qu'il puisse traverser les parois du véhi-

cule d'essai, mais suffisamment bas pour permettre une dé-

tection efficace par les détecteurs montés à l'extérieur, autour du véhicule. Une énergie de rayonnement minimale est de l'ordre de 100 Kev, mais la plage préférée est comprise

entre 200 Kev et 600 Kev.

- Le type des radiations émises est important. Beaucoup

de désintégrations radioactives s'accompagnent de l'émis-

sion de rayons gamma et/ou de positons. En raison de la plus grande résolution du comptage de coïncidences de la caméra à positons par rapport a celle à particules gamma,

la première citée convient mieux aux travaux qui impli-

quent l'analyse de flux liquides. De plus la portée du po-

siton dans un liquide avant annihilation est d'une fraction de centimètre, de sorte que l'origine d'une désintégration

émettrice de positons peut être déterminée avec plus de pré-

cision dans un liquide par rapport aux analyses de flux ga-

zeux. En conséquence, dans la pratique, une condition impor-

tante pour l'analyse de flux liquides est que le marqueur

soit un isotope émetteur de positons.

4 - Ni l'isotope utilisé comme marqueur, ni le fluide vé-

hiculeur de cet isotope ne doivent avoir de réaction nuisi-

ble importante avec les éléments constitutifs du véhicule soumis à l'essai ou avec le fluide qui s'y trouve et sa

densité doit être compatible avec le fluide examiné.

5-- L'activité exigée de l'isotope marqueur, c'est-à-dire le nombre d'émissions par unité de temps, dépend dans une large mesure de l'état, liquide ou gazeux, des fluides qui doivent être examinés, de la vitesse de l'écoulement dans le véhicule soumis à l'essai, de l'épaisseur de matériau

que le rayonnement doit traverser pour atteindre les détec-

teurs et de la demi-vie de l'isotope choisie. Des essais initiaux ont montré que l'activité totale exigée dans un essai type pour visualiser un liquide dont la vitesse d' écoulement est de 30 m/s à travers 50 mm d'acier est de

curies Des activités de ce niveau élevé sont nécessai-

res pour donner la meilleure résolution spatiale qui est nécessaire pour les applications en ingénierie; elles sont

bien supérieures à celles exigées dans la pratique médica-

le normale et posent donc leurs propres problèmes.

Le choix d'un isotope convenable pour un essai don-

né sera donc toujours un compromis entre les exigences ci-

dessus.

Détection des radiations Les détecteurs 23 sont des compteurs proportionnels multifilaires. Ces compteurs sont connus et ne sont donc pas décrits en détail dans le présent mémoire. A titre de

référence toutefois, une description de la construction et

du fonctionnement d'un détecteur convenable de ce type, connu sous l'appellation de capteur de particules neutres sensible aux positons est donnée dans le mémoire descriptif de la demande de brevet britannique Ne 78 27804, publiée

*sous le N 2 000 632A.

Les positons émis par l'isotope marqueur et les 6-

lectrons dans l'huile se détruisent mutuellement lorsqu' ils se. rencontrent et donnent des photons simultanément, dans des sens opposés. Les détecteurs sont placés sur des côtés opposés de la turbomachine de façon à se trouver aux endroits o ils interceptent les photons qui partent dans

des sens opposés. Les détecteurs fournissent les coordon-

nées des photons qui arrivent et si les circuits électri-

ques qui leur sont associés sont agencés de façon à ne

produire de signaux de sortie qu'en réaction à des arri-

vées coïncidentes de photons, ces signaux sont représenta-

tifs des directions des photons résultant de la destruc-

tion mutuelle de positons et d'électrons. Ces signaux re-

présentatifs de directions sont traités de façon à produire

une pluralité de tomogrammes à partir desquels on peut re-

construire une image dans n'importe quel plan désiré.

Une exposition de caméra typique pour obtenir une

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bonne image est de lmCi/sec par-élément sujet de base

(1 ml). Sur toute la plage applicable d'énergie des pho-

tons, l'atténuation, qu'elle ait lieu dans les tissus hu-

mains ou dans le métal, résulte principalement du même processus: l'effet Compton. Donc, dans la visualisation au moyen d'isotopes radioactifs, pour une même épaisseur d' équivalent sujet, une même séparation isotopedétecteur et

une même résolution (définition) d'image, l'exposition né-

cessaire en ingénierie sera donc la même que dans les tech-

niques médicales. En conséquence, un filet fluide stable

et uniforme, avec une section marquée de 1 cm2 et une acti-

vité spécifique moyenne de 1 Ci/ml devra être maintenu pen-

dant 103 secondes pour être détecté.

L'activité totale à injecter dans le flux sera donc fonction de la vitesse d'écoulement. Etant donné que la

séparation des détecteurs sera supérieure dans une turboma-

chine à ce qu'elle est dans la technique médicale, il sera

donc nécessaire dans ces applications de la présente tech-

nique d'avoir des détecteurs ayant une plus grande surface

ou des isotopes ayant une plus grande activité. Il est ac-

tuellement possible de réaliser des compteurs proportion-

nels multifilaires avec des panneaux de 50 x 100 cm, ce qui permet de n'en utiliser que deux. Pour obtenir une

meilleure définition on peut cependant réaliser un agen-

cement cylindrique qui entoure complètement la zone exami-

née.- On notera toutefois que du fait que les positons se détruisent entièrement principalement à la fin de leur portée, qui n'est que d'une fraction de centimètre dans

des liquides, la technique ci-dessus sera utilisée en gé-

néral pour l'étude de flux liquides et l'on réservera 1' utilisation d'une caméra à particules gamma principalement aux études de flux gazeux pour lesquelles les techniques

actuelles sont impropres.

Reconstruction d'une image La reconstruction de l'image est effectuée par I' ordinateur 25, qui comprend un calculateur 30 et un récepteur T.V. Z pour la visualisation. Des instructions

sont passées à l'ordinateur par un terminal.2_ pour l'uti-

lisateur et il est prévu un enregistreur]2 pour enregis-

trer les images.

Les algorithmes de base nécessaires à la reconstruc-

tion de l'image en utilisant la technique de tomographie a-

vec émission de positons sont maintenant bien connus dans

le domaine médical et il est inutile d'en fournir une ex-

plication détaillée dans le présent mémoire. Un algorithme

typique est l'algorithme ART décrit dans un article intitu-

lé "A Tutorial on ART (Algebraic Reconstruction Techniques>"

/Conférence sur les techniques de reconstruction algébri-

ques7 figurant dans les comptes rendus de séance de î'IiEg (Institute of Electrical and Electronic Engineers), volume

NS-21 de juin 1974, pages 78 à 93.

L'ordinateur reçoit les signaux de sortie des détec-

teurs et produit un certain nombre de tomogrammes de plan

focal couvrant le volume intéressant à l'intérieur du véhi-

cule soumis à l'essai. Le calcul normal de l'ordinateur est modifié pour tenir compte de la quantité de métal ou autre matériau traversé par les photons. Pour pouvoir le faire,

il est prévu une représentation mémorisée de la distribu-

tion spatiale de la structure de la turbomachine et des ma-

tériaux dont elle est faite.

La représentation est stockée dans un dispositif de mémorisation 28, qui est un ordinateur INTELLECT et peut

être considéré comme faisant partie de l'unité de traite-

ment des images. La représentation se forme dans la mémoi-

re de l'ordinàt"uren utilisant tampon binaire normalisé a-

vec le programme associé ou, comme variante, un marqueur

électronique ou autre dispositif d'entrée convenable.

Il se forme ainsi une représentation de tout le ma-

tériau de la turbomachine qui entoure le volume du circuit d'huile examiné et chaque morceau de matériau est codé en

ce qui concerne ses propriétés d'atténuation des radiatiozn%.

Les opérations de base dans la formation d'une tel-

le représentation sont les suivantes: i4

1.- On cadre la mémoire de l'ordinateur sur un certain nom-

bre de petits éléments de volume (appelés "voxels") qui em-

brassent un volume imaginaire d'espace représentant le vo-

lume de la turbomachine contenant la partie de circuit d' huile examinée.Ces techniques sont bien connues dans les

représentations sur ordinateurs.

2.- Dans chaque élément de mémoire auquel est associé un "voxel" respectif, un code, par exemple zéro, est stocké

pour représenté de l'espace vide.

3.- A partir d'un plan de la turbomachine, une esquisse d une pièce métallique, par exemple d'un carter, est des'siné sur un "tampon binaire"et, dans ces éléments de mémoire associés aux "voxels" occupes par la dite pièce, on stocke

un code représentant les propriétés d'atténuation de celle-

ci.

Si une partie considérée de la turbomachine est sy-

métrique par rapport à l'axe de cette dernière, il peut ê-

tre utile de ne la dessiner que sous la forme linéaire et

de donner à l'ordinateur des instructions pour faire décri-

re à l'esquisse une rotation de 360o pour engendrer un vo-

lume de révolution et de stocker dans les éléments de mé-

moire associés aux "voxels" occupés par ce volume un code représentant les propriétés d'atténuation de la partie en question. 4.- Les parties restantes de la turbomachine peuvent être mises sur ordinateur de la même manière et mémorisées dans le code approprié pour compléter la représentation. On peut, si on le désire, afficher sur écran la représentation au moment de son entrée dans l'ordinateur et l'on peut faire

en sorte que les matériaux ayant des propriétés d'atténua-

tion différentes apparaissent sous des couleurs différentes.

Les signaux de sortie des détecteurs 32 sont chacun représentatifs de la direction particulière d'une unique paire de photons coïncidents détectés. Chaque signal est envoyé sur une ligne 34 à l'ordinateur 30 et à l'ordinateur

28 de représentation de la turbomachine.

On peut considérer l'ordinateur 30 comme un ensemble

de trois unités fonctionnelles séparées: une unité de si-

gnal d'atténuation 30a, une unité de réglage 30b et une unité de production de tomogrammes et de reconstruction d' image 30c. Pour chaque signal représentatif de direction envoyé par les détecteurs 3 aux ordinateurs 30 et 28, 1' ordinateur 28 envoie à l'ordinateur 30 sur la ligne 5, les codes stockés dans les éléments de mémoire associés aux "voxels" traversés par la direction représentée par le signal. L'ordinateur 30, fonctionnant comme unité de signal

d'atténuation 30a, fait le total des codes reçus par l'or-

dinateur 28 pour produire un signal d'atténuation représen-

tant l'atténuation moyenne que subiraient des paires de pho-

tons se déplaçant dans la direction du signal de sortie des détecteurs.

Cependant, avant de transmettre les codes à l'ordi-

nateur 30 l'ordinateur 28 détecte tout d'abord si la di-

rection représentée par un signal traverse un endroit de la turbomachine o se trouve éventuellement de l'huile; dans l'affirmative, les codes sont transmis de la façon qui vient d'être décrite, mais, dans la négative (par exemple, si la"paird'coincidente de photons détectés n'a, en fait,

pas été produite par la même destruction mutuelle d'un 6-

lectron et d'un positon), il est transmis des codes zéro.

Puis, l'ordinateur 30, fonctionnant comme unité de réglage 30b, règle le signal de sortie des détecteurs reçu

sur la ligne 34 pour compenser l'atténuation en le combi-

nant avec un facteur de compensation d'atténuation sous la

forme de la grandeur du signal d'atténuation afin d'obte-

nir un signal de sortie réglé des détecteurs.

Ensuite, l'ordinateur 30, fonctionnant comme unité de production de tomogrammes et de reconstruction d'images c, traite les signaux de sortie réglés des détecteurs 23 (en ajoutant les facteurs de compensation d'atténuation pour chaque direction particulière pour en tirer un total

de radioactivité détectée et compensée dans cette direc-

tion) conformément à un algorithme de reconstruction de to-

mogramme, par exemple l'algorithme dont il a été parlé

plus haut, afin de produire un certain nombre de tomogram-

mes de plan focal. Ces tomogrammes peuvent être conserves

sur l'enregistreur 3.

On comprendra que ces tomogrammes ont une meilleure qualité que ceux qui pourraient être obtenus d'une autre manière connue, ceci en raison des effets combinés du (a) réglage du signal de sortie des détecteurs pour compenser l'atténuation et (b) rejet de la contribution des signaux

de sortie des détecteurs qui ne représentent pas des direc-

tions de radiations viables.

En réponse à la demande formulée par un utilisateur par l'intermédiaire du terminal d'entrée 32, l'ordinateur reconstruit, d'une manière bien connue du spécialiste, à partir de tomogramnmes de plan focal une image dans un plan spécifié par l'utilisateur et-l'affiche sur l'écran du récepteur TV 31. Cette image peut aussi être conservée

sur l'enregistreur 33.

Dans certaines applications, il peut suffire dans

la présente invention de n'afficher qu'un ou plusieurs to-

mogrammes, étant donné qu'ils ont une définition meilleure que celle obtenue jusqu'ici, sans qu'il soit indispensable

de s'en servir pour reconstruire une image.

La représentation de l'écoulement de l'huile de mo-

teur affichée sur l'écran du récepteur TV 1 peut être a-

méliorée encore en lui superposant une image de la turbo-

machine (par exemple tirée de la représentation de celle-

ci mémorisée dans l'ordinateur 28) dans le plan affiché.

La figure 2 montre un agencement permettant de pro-

duire un effet stroboscopique dans la représentation obte-

nue dans l'appareil qui vient d'être décrit en référence à la figure 1. La valve 22 montée dans:la conduite 16 qui transporte le fluide véhiculeur débité par la pompe se met à vibrer grâce A l'action d'un solénoîde ou d'un autre

moyen approprié (non représenté) pour produire un écoule-

ment pulsé au niveau de l'injecteur 17. La commande de la fréquence de ces pulsations est assurée par un régulateur

42, qui envoie aussi un signal à un circuit porte de com-

mande 43 monté sur la ligne qui transmet les signaux entre

les détecteurs 23 et l'unité de traitement de l'image 25.

En faisant vibrer la valve 22 ai une fréquence qui est un multiple de celle d'ouverture et de fermeture du circuit porte de commande on peut créer un effet stroboscopi-

que dans la représentation affichée sur l'écran du récep-

teur TV fl et mesurer ainsi la vitesse d'écoulement du

flux d'huile.

Claims (14)

- PEVENDICATIONS -

1.- Procédé pour produire une representation d'un flux de fluide à l'interieur d'un corps creux, caractérise en ce qu'il consiste à: (a) injecter dans le fluide une certaine quantité d'un mar- queur qui est un isotope radioactif compatible avec le fluide,

(b) détecter les radiations éeises par suite de la désin-

tégration de l'isotope a l'aide d'appareils de détection placés à l'extérieur du corps creux et qui produisent des signaux de sortie en réponse aux radiations détectées,

(c) produire une représentation de la distribution spatia-

le de la structure du corps qui entoure le flux de fluide et de la matière dont il est fait, 3 (d) produire à partir de cette représentation des signaux representant l'atténuation des radiations pendant qu'elles traversent le dit corps, (e) régler les signaux de sortie des appareils de détection

en fonction des signaux d'atténuation pour compenser l'at-

n ténuation des radiations et fournir des signaux de sortie réglés, et (f) produire à partir de ces signaux de sortie réglés une représentation du flux de fluide à l'intérieur du corps creux.

2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on tire des signaux de sortie réglés des appareils

détecteurs une pluralité de tomogrammes et qu'on les af-

fiche sélectivement sur un récepteur de visualisation.

3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on reconstruit les tomogrammes en utilisant un

algorithme de reconstruction d'image et en ce qu'on affi-

che sélectivement sur le récepteur de visualisation les images reconstruites dans différents plans traversant le

flux de fluide.

- 4.- Procédé selon la revendication 2 ou la reven-

dication 3, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à

afficher sur le récepteur de visualisation une représenta-

tion visuelle de la structure du corps creux tirée de la dite représentation de la distribution spatiale de cette structure.

5.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de production de la représentation de la

distribution spatiale de la structure du corps creux com-

prend la programmation d'une mémoire d'ordinateur pour qu'

elle accepte des informations présentées sur un tampon bi-

naire et le dessin de la forme de la structure sur ce tam-

pon.

6.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape intermédiaire de stockage des

signaux de sortie des appareils détecteurs dans un dispo-

sitif de mémorisation, le réglage des dits signaux de sor-

tie et la production de la représentation du flux de flui-

de pouvant être effectués ultérieurement.

7.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé

en ce qu'il consiste en outre à pulser l'injection de l'i-

sotope marqueur et à faire franchir un circuit porte aux, signaux venant des appareils détecteurs en synchronisation avec les pulsations de l'injection de l'isotope marqueur

pour produire un effet stroboscopique dans la représenta-

tion produite ensuite.

8.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé

en ce que l'isotope marqueur se trouve dans un fluide vé-

hiculeur compatible avec le fluide du flux lorsqu'il est

injecté dans ce dernier.

9.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé

en ce que l'isotope marqueur injecté est un isotope émet-

teur de positons compatible avec le fluide du flux, en ce que la détection des radiations est la détection de

l'arrivée coïncidente de deux photons de directions oppo-

sés émis lorsque les positons et des électrons du fluide

se détruisent mutuellement à l'aide de "caméras" à posi-

tons utilisant des compteurs proportionnels multifilaires qui sont situés à l'extérieur du corps et fournissent des signaux de sortie indiquant le nombre et les directions

des photons, en ce que la représentation de la distribu-

tion spatiale de la structure du corps qui entoure le

flux de fluide et des matériaux dont il est fait est pro-

duite au moyen d'un ordinateur, en ce que les signaux d' atténuation, produits à partir de cette représentation et

des signaux de sortie précités, représentent les atténua-

tions probables des photons le long de chacune des direc-

tions détectées lorsque ces photons traversent le corps, en ce que le réglage des dits signaux de sortie compense cette atténuation des photons et en ce que les signaux de sortie réglés servent à produire une représentation du flux sous la forme d'une pluralité de tomogrammes suivant des plans choisis du corps pour représenter la distribution de

l'isotope dans le fluide à l'intérieur du corps.

10.- Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions précédentes, caractérisé en ce que le corps est une

turbomachine et le fluide est un liquide.

11.- Appareil pour la mise-en oeuvre du procédé se-

lon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte u-

ne source d'un isotope marqueur radioactif compatible avec

le fluide du flux, des moyens (17) pour injecteur une quan-

tité de ce marqueur dans le flux de fluide à l'intérieur du corps (10), des appareila de détection (23) montés à 1' extérieur du dit corps pour détecter les radiations émises à travers ce dernier et capables de produire des signaux de sortie représentatifs de la quantité de ces radiations et

de leur direction, des moyens (28) pour produire une repré-

sentation de la distributation spatiale de la structure du corps qui entoure le flux de fluide et des matériaux dont il est fait, des moyens (30a) pour produire des signaux d' atténuation représentant l'atténuation des radiations qui traversent le corps, des moyens (30b) pour recevoir les

signaux d'atténuation et les signaux de sortie des appa-

reils de détection et pour régler les dits signaux de sor-

tie en fonction de la valeur des signaux d'atténuation

afin de produire des signaux de sortie réglés, dans les-

quels l'atténuation est compensée, et des moyens (3oc) pour recevoir ces signaux de sortie réglés et produire une

représentation du flux de fluide à l'intérieur du corps.

12.- Appareil selon la revendication 11, caractéri-

sé en ce que la source d'isotope est un générateur d'iso-

tope.

13.- Appareil selon la revendication il ou la re-

vendication 12, caractérisé en ce que les détecteurs sont

des caméras à positons utilisant des compteurs proportion-

nels multifilaires (23).

14.- Appareil selon l'une quelconque des revendica-

tions Il à 13, caractérisé en ce que les moyens pour four-

nir une représentation de la distributation spatiale de la structure du corps qui entoure le flux de fluide et des matériaux dont il est fait, les moyens pour produire les signaux d'atténuation, les moyens pour régler les signaux

de sortie des appareils détecteurs et les moyens pour pro-

duire la représentation du flux de fluide à l'intérieur du corps sont tous constitués par un ou des ordinateurs

convenablement programmes.