FR2623940A1 - RADIATION DETECTOR AND METHOD FOR MANUFACTURING ITS INPUT WINDOW - Google Patents
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Abstract
La structure et la fabrication de la fenêtre d'entrée de ce détecteur sont simplifiées. Le détecteur de rayonnement comprend : - une enceinte étanche 2 contenant un fluide sous pression, et dans laquelle est disposé un ensemble de détection, - une fenêtre d'entrée de l'enceinte étanche 2 au travers de laquelle les rayonnements à détecter pénètrent dans l'enceinte étanche 2, et - des moyens de fixation de la fenêtre d'entrée sur l'enceinte étanche 2. Selon l'invention, la fenêtre d'entrée est formée par une feuille préformée 10, par un champ de forces tel que la déformation de la feuille 10 est au moins égale à celle obtenue par une feuille non préformée et soumise à la pression de fonctionnement du détecteur. Application à la dosimétrie, à la tomographie médicale, la radiologie et pour les contrôles non destructifs.The structure and manufacture of the entrance window of this detector is simplified. The radiation detector comprises: - a sealed enclosure 2 containing a pressurized fluid, and in which is arranged a detection assembly, - an inlet window of the sealed enclosure 2 through which the radiation to be detected penetrates into the 'sealed enclosure 2, and - means for fixing the inlet window to the sealed enclosure 2. According to the invention, the inlet window is formed by a preformed sheet 10, by a force field such as deformation of the sheet 10 is at least equal to that obtained by a non-preformed sheet subjected to the operating pressure of the detector. Application to dosimetry, medical tomography, radiology and for non-destructive testing.
Description
i COu2623940i COu2623940
DETECTEUR DE RAYONNEMENTS ET PROCEDE DE FABRICATION DE SA RADIATION DETECTOR AND METHOD OF MANUFACTURING SAME
FENETRE D'ENTREEINPUT WINDOW
DESCRIPTIONDESCRIPTION
L'invention concerne un détecteur de rayonnements tel qu'un détecteur à ionisation, c'est-à-dire une chambre d'ionisation, et plus particulièrement, la fenêtre d'entrée d'un The invention relates to a radiation detector such as an ionization detector, that is to say an ionization chamber, and more particularly to the input window of a
tel détecteur, ainsi que le procédé de fabrication de celle-ci. such detector, as well as the manufacturing method thereof.
Ce type de détecteur est utilisé en particulier en dosimétrie, en tomographie médicale, en radiologie et pour des contr8les non destructifs, o l'on utilise la détection de rayonnements destinés à l'imagerie tels que les rayonnements X. Un détecteur d'ionisation comporte une fenêtre d'entrée, au travers de laquelle pénètrent les rayons incidents, pour être détectés à l'intérieur d'une enceinte étanche du détecteur contenant un fluide ionisabLe sous pression. Cette fenêtre doit être d'une épaisseur aussi mince que possible pour avoir une bonne transparence aux rayonnements, compte tenu néanmoins du fait qu'il s'agit de fermer l'enceinte étanche sous pression. La fenêtre doit être également très homogène, pour This type of detector is used in particular in dosimetry, medical tomography, radiology and for nondestructive tests, where the detection of radiation for imaging such as X-rays is used. An ionization detector comprises an entrance window, through which the incident rays penetrate, to be detected inside a sealed chamber of the detector containing a pressurized ionizable fluid. This window must be as thin as possible to have good radiation transparency, given nevertheless that it is to close the pressure tight enclosure. The window must also be very homogeneous, for
assurer une bonne uniformité de la réponse du détecteur. ensure a good uniformity of the detector response.
En référence à la figure 1, un premier type de détecteur selon l'art antérieur comporte une enceinte étanche 2, à l'intérieur de laquelle est placé un ensemble de détection constitué de plaques conductrices 4, délimitant une, ou comme dans la figure 1, plusieurs cellules détectrices. La technique utilisée ici pour obtenir une fenêtre d'entrée est de tailler celle-ci dans la masse à partir d'un lingot 6. Le principal inconvénient de ce type de fenêtre est dû au manque d'homogénéité du matériau de base. En effet, il est risqué de tailer, par fraisage par exemple, une fenêtre de faible épaisseur par exemple inférieure à 3 mm pour l'aluminium et ses alliages, sous peine de devoir rejeter la pièce pour cause de fuite ou de fissure. Un deuxième inconvénient est, qu'après un usinage de ce type, les contraintes internes du lingot peuvent être libérées, ce qui nuit à la précision d'une fenêtre destinée à un ensemble étanche au gaz. Le brevet américain nO 4 622 466 décrit un autre type de détecteur de rayonnements X, comportant une enceinte étanche sous pression. Ce détecteur utilise une fenêtre d'entrée à structure multicouche, associant une feuille de métal avec une feuille en fibre de carbone, ainsi qu'une feuille élastique d'isolement qui peut être en polyaramide. Cette technique est plus complexe que la précédente, et est plus coOteuse par la diversité des matériaux mis en jeu et leur assemblage. D'autre part, le détecteur devant être utilisé dans des conditions très variables, des différences de températures font naÂtre des contraintes dans la structure multicouche. Ces contraintes With reference to FIG. 1, a first type of detector according to the prior art comprises a sealed enclosure 2, inside which is placed a detection assembly consisting of conductive plates 4, delimiting one, or as in FIG. , several sensor cells. The technique used here to obtain an input window is to cut it into the mass from an ingot 6. The main disadvantage of this type of window is due to the lack of homogeneity of the base material. Indeed, it is risky to tailor, for example by milling a window of small thickness for example less than 3 mm for aluminum and its alloys, under penalty of having to reject the part because of leakage or crack. A second disadvantage is that after a machining of this type, the internal stresses of the ingot can be released, which affects the accuracy of a window for a gas-tight assembly. U.S. Patent No. 4,622,466 discloses another type of X-ray detector having a pressure sealed enclosure. This detector uses an entrance window with a multilayer structure, combining a sheet of metal with a carbon fiber sheet, and an elastic isolation sheet which may be polyaramid. This technique is more complex than the previous one, and is more expensive because of the diversity of the materials involved and their assembly. On the other hand, since the detector must be used in very variable conditions, differences in temperatures cause stress in the multilayer structure. These constraints
nuisent à l'homogénéité et à l'efficacité de La fenêtre d'entrée. affect the homogeneity and efficiency of the entrance window.
Le but de l'invention est d'éviter les inconvénients précédemment cités, en proposant un détecteur muni d'une fenêtre The object of the invention is to avoid the disadvantages mentioned above, by proposing a detector with a window
d'entrée simple et de coût de réalisation moins élevé. simple entry and lower realization cost.
A cet effet, un des objets principaux de l'invention est un détecteur de rayonnements comprenant, une enceinte étanche contenant un fluide sous pression et dans laquelle est disposé un ensemble de détection, une fenêtre d'entrée de l'enceinte étanche au travers de laquelle les rayonnements pénètrent dans l'enceinte étanche, et des moyens de fixation de la fenêtre d'entrée sur l'enceinte étanche. Ce détecteur se caractérise en ce que la For this purpose, one of the main objects of the invention is a radiation detector comprising, a sealed chamber containing a pressurized fluid and in which is disposed a detection assembly, an inlet window of the sealed enclosure through which radiation enters the sealed enclosure, and means for fixing the inlet window on the sealed enclosure. This detector is characterized in that the
fenêtre d'entrée est formée par une feuille préformée. entrance window is formed by a preformed sheet.
La feuille préformée est constituée par un matériau ductile choisi en fonction de l'énergie et de la dose des rayonnements à détecter et de la pression de fonctionnement du détecteur, tel qu'un métal (aluminium et ses alLiages, acier inoxydable,...) ou un matériau plastique et/ou composite (verre The preformed sheet is constituted by a ductile material chosen as a function of the energy and the dose of the radiation to be detected and the operating pressure of the detector, such as a metal (aluminum and its alloys, stainless steel, etc.). ) or a plastic and / or composite material (glass
époxyde, polycarbonate,...).epoxy, polycarbonate, ...).
Dans le cas de détecteurs prévus pour être exposés à de fortes doses d'irradiation, la fenêtre d'entrée sera de préférence constituée d'une feuille métallique, le métal ayant une meilleure tenue aux rayonnements que les matières plastiques et/ou composites. Le fait que La feuille soit préformée lui permet de subir, Lors du fonctionnement sous pression du détecteur, des contraintes moindres que si elle n'était pas préformée. De pLus, l'utilisation d'un seul matériau évite de faire naître des contraintes au cours des variations. de In the case of detectors intended to be exposed to high doses of irradiation, the entrance window is preferably made of a metal foil, the metal having a better resistance to radiation than plastics and / or composites. The fact that the sheet is preformed allows it to undergo, under the pressure operation of the detector, less stress than if it were not preformed. In addition, the use of a single material avoids creating constraints during variations. of
températures que subit Le détecteur. temperatures that the detector experiences.
Une caractéristique importante de la feuille est que ce préformage est tel que la déformation de la feuille est supérieure ou égale à celle obtenue par une feuille non préformée et soumise à la pression de fonctionnement du détecteur. De cette façon, le champ de contraintes exercé par la pression du détecteur sur la feuille préformée reste dans le domaine élastique, ce qui garantit la stabilité géométrique de cette An important characteristic of the sheet is that this preforming is such that the deformation of the sheet is greater than or equal to that obtained by a non-preformed sheet and subjected to the operating pressure of the detector. In this way, the stress field exerted by the pressure of the detector on the preformed sheet remains in the elastic range, which guarantees the geometric stability of this
feuille.leaf.
Les moyens de fixation d'une telle feuille peuvent comprendre une bride et des éléments de serrage de la bride sur l'enceinte étanche, la feuille étant serrée entre la bride et The fixing means of such a sheet may comprise a flange and clamping elements of the flange on the sealed enclosure, the sheet being clamped between the flange and
l'enceinte étanche.the waterproof enclosure.
Ces moyens de fixation peuvent également être constitués d'un cordon de soudure ou de colle de la feuille sur These fixing means may also consist of a weld seam or glue of the sheet on
l'enceinte étanche.the waterproof enclosure.
Selon l'invention, il est préférable d'utiliser un joint d'étanchéité placé entre l'enceinte étanche et la feuille pour assurer l'étanchéité du détecteur. Ce joint est par exemple According to the invention, it is preferable to use a seal placed between the sealed enclosure and the sheet to seal the detector. This seal is for example
de forme torique.of toric form.
Un autre objet principal de l'invention est un procédé de fabrication d'un détecteur, tel qu'il est décrit dans les paragraphes précédents, et consistant à former la fenêtre d'entrée à partir d'une feuille par les étapes suivantes: - fixation de la feuille non préformée, à l'aide d'un outillage de fixation spécialisé et reproduisant le moyen de fixation de la feuille sur l'enceinte étanche, - application à la feuille pour la déformer d'un champ de forces de même type que celui appliqué à la feuille au cours du fonctionnement du détecteur et d'amplitude au moins égal à celui-ci. Un tel procédé de fabrication est plus simple qu'un usinage dans la masse et qu'une réalisation de fenêtre multicouche et permet, pour un matériau donné, d'avoir une épaisseur de fenêtre plus mince qu'avec ces procédés et donc une meiLleure transparence aux rayonnements. De plus, son coOt est réduit par rapport aux deux techniques de l'art antérieur citées précédemment. Selon l'invention, un tel champ de forces peut être appliqué à la feuille de façon hydraulique, la feuille étant Another main object of the invention is a method of manufacturing a detector, as described in the preceding paragraphs, and forming the input window from a sheet by the following steps: fastening the non-preformed sheet, using specialized fastening tools and reproducing the means for fixing the sheet on the sealed enclosure, - application to the sheet to deform a force field of the same type than that applied to the sheet during operation of the detector and amplitude at least equal thereto. Such a manufacturing method is simpler than a mass machining and a multilayer window embodiment and allows, for a given material, to have a thinner window thickness than with these methods and therefore a better transparency. radiation. In addition, its cost is reduced compared to the two prior art techniques mentioned above. According to the invention, such a force field can be applied to the sheet hydraulically, the sheet being
directement en contact avec un liquide sous pression. directly in contact with a liquid under pressure.
Le champ de forces peut également être appliqué de façon mécanique à la feuille au moyen d'une matrice dont la forme The force field can also be applied mechanically to the sheet by means of a matrix whose shape
correspond à la déformation désirée de la feuille. corresponds to the desired deformation of the sheet.
Suivant la ductilité du matériau constituant la feuille, il peut être avantageux d'amener le matériau la constituant à une température suffisante pour permettre la déformation de la feuille aussi bien de façon mécanique Depending on the ductility of the material constituting the sheet, it may be advantageous to bring the material constituting it at a temperature sufficient to allow deformation of the sheet both mechanically
qu'hydraulique.than hydraulic.
Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, on prévoit que le matériau le plus dur constituant la feuille ou l'enceinte soit sablé sur une zone périphérique, According to a further characteristic of the invention, provision is made for the hardest material constituting the sheet or the enclosure to be sandblasted on a peripheral zone,
pour favoriser la fixation de la feu4lle sur l'enceinte étanche. to promote the fixation of the feulle on the sealed enclosure.
Dans certaines applications, pour éviter des perturbations électriques, il est avantageux d'isoler électriquement la face interne de la fenêtre par rapport à l'ensemble de détection. Pour cela on dépose, au moins sur la In some applications, to avoid electrical disturbances, it is advantageous to electrically isolate the inner face of the window relative to the detection assembly. For this we deposit, at least on the
partie de la fenêtre en regard de cet ensemble, un film isolant. part of the window next to this set, an insulating film.
L'invention et ses caractéristiques seront mieux The invention and its characteristics will be better
comprises à la lecture de La description qui suit, et qui est The description that follows, and which is
accompagnée des figures suivantes: - la figure 1, déjà décrite précédemment, représente un détecteur d'un type selon l'art antérieur, la figure 2 représente schématiquement un détecteur accompanied by the following figures: FIG. 1, already described above, represents a detector of a type according to the prior art, FIG. 2 schematically represents a detector
2 239402 23940
selon L'invention, - La figure 3 représente schématiquement une fenêtre d'entrée d'un détecteur selon L'invention, - La figure 4 représente Le procédé de fabrication du détecteur selon l'invention, selon une première version, - La figure 5 représente le procédé de fabrication d'un according to the invention, - Figure 3 shows schematically an input window of a detector according to the invention, - Figure 4 shows the method of manufacturing the detector according to the invention, according to a first version, - Figure 5 represents the manufacturing process of a
détecteur selon L'invention, d'après une deuxième version. detector according to the invention, according to a second version.
En référence à la figure 2, Le détecteur selon l'invention comprend une enceinte étanche 2 comprenant des feuilles métalliques 4 placées à l'intérieur de celle-ci et formant un ensemble de détection. Elles déLimitent entre elles une, ou comme dans le cas de la figure, plusieurs celluLes détectrices. La fenêtre d'entrée est constituée, seLon l'invention, d'une feuille 10 telle qu'une feuille métallique laminée. Celle-ci est préformée à L'aide d'un outiLLage spécialisé reproduisant les systèmes de fixation de La feuille 10 sur l'enceinte étanche 2. Un tel préformage a pour but d'établir dans le matériau déformé un champ de contraintes, pendant le fonctionnement, de moindre importance par rapport à ceLui qui existerait dans une plaque plane. Pour obtenir ce résultat, la feuille 10 doit être préformée, de façon à ce que sa déformation soit supérieure ou égale à celle obtenue par une feuille non préformée et soumise à La pression de fonctionnement du détecteur. Au moment de la mise en pression du détecteur, Les déformations d'une fenêtre réalisée avec une teLLe feuille 10, restent dans Le domaine élastique. La stabilité de positionnement Referring to Figure 2, the detector according to the invention comprises a sealed chamber 2 comprising metal sheets 4 placed inside thereof and forming a detection assembly. They delimit between them one, or as in the case of the figure, several sensor cells. The entrance window is constituted, according to the invention, a sheet 10 such as a laminated metal sheet. This is preformed using a specialized tool reproducing the fixing systems of the sheet 10 on the sealed enclosure 2. Such preforming aims to establish in the deformed material a stress field, during the operation, of lesser importance compared to what would exist in a flat plate. To achieve this result, the sheet 10 must be preformed, so that its deformation is greater than or equal to that obtained by a non-preformed sheet and subjected to the operating pressure of the detector. At the moment of pressurization of the detector, the deformations of a window made with such a sheet 10 remain in the elastic domain. Positioning stability
de La fenêtre par rapport aux pièces internes est assurée. The window relative to the internal parts is provided.
Les moyens de fixation de La feuiLLe métallique 10 peuvent comprendre une bride 12 et des éléments de serrage 14 de La bride sur l'enceinte étanche 2, La feuiLle 10 étant serrée entre La -bride et l'enceinte étanche. Ces moyens de fixation peuvent être des vis, L'enceinte étanche 2 étant munie de trous taraudés. Les moyens de fixation de La feuilLe peuvent égaLement être constitués d'un simple cordon de soudure ou de coLte (non représenté) de celle-ci sur l'enceinte étanche. On prévoit également l'utilisation d'un joint 8, par exemple torique, placé sur l'enceinte étanche, relativement près de la cavité comportant l'ensemble de détection 4. Il assure l'étanchéité de l'enceinte pendant le fonctionnement. L'ensemble de détection peut donc être constitué de plusieurs plaques conductrices 4 délimitant des cellules détectrices. Le détecteur représenté sur cette figure est de type The fastening means of the metal sheet 10 may comprise a flange 12 and clamping elements 14 of the flange on the sealed enclosure 2, the sheet 10 being clamped between the -brid and the sealed enclosure. These fixing means may be screws, the sealed chamber 2 being provided with tapped holes. The film fixing means may also consist of a simple weld seam or ribbon (not shown) thereof on the sealed enclosure. It also provides the use of a seal 8, for example ring, placed on the sealed enclosure, relatively close to the cavity having the detection assembly 4. It seals the enclosure during operation. The detection assembly may therefore consist of several conductive plates 4 delimiting sensor cells. The detector shown in this figure is of the type
multicellulaire et à ionisation.multicellular and ionization.
Sur la figure 3, la feuille 10 préformée, destinée à servir de fenêtre d'entrée au détecteur, est représentée vue de dessus. Une zone périphérique 22, de cette feuille, peut être destinée à recevoir un traitement de sablage pour favoriser l'accrochage de cette feuille 10 sur l'enceinte étanche 2 du détecteur. Entre cette zone périphérique 22 et la zone préformée 26 se situant au centre, on a représenté en traits mixtes 24 la In FIG. 3, the preformed sheet 10, intended to serve as an input window for the detector, is shown seen from above. A peripheral zone 22 of this sheet may be intended to receive a sanding treatment to promote the attachment of this sheet 10 to the sealed chamber 2 of the detector. Between this peripheral zone 22 and the preformed zone 26 located in the center, there is shown in phantom lines 24 the
ligne d'appui d'un joint d'étanchéité. line of support of a seal.
Pour obtenir le préformage de la feuille, on peut avoir recours selon l'invention, à un premier procédé, représenté sur la figure 4. La feuille non préformée est fixée, à l'aide d'un outillage de fixation spécialisé et reproduisant les conditions de serrage des moyens de fixation 12 et 14 de la figure 2. On peut utiliser comme moyen de fixation, des mors de serrage 20, serrant la feuille à sa périphérie. Une fois la feuille fermement fixée, on applique sur une de ses faces un champ de forces, à l'aide d'un fluide sous pression 16. Ce champ de forces doit être au moins égal à celui de fonctionnement du détecteur et peut être égal à 1,5 fois celui-ci. La feuille est alors déformée par la pression exercée par le fluide 16. Cette déformation est fonction du matériau de la feuille, de ses proportions et de la pression exercée. Elle se fait donc de manière Libre sous le seul effet To obtain the preforming of the sheet, it is possible to use according to the invention, to a first method, shown in FIG. 4. The non-preformed sheet is fixed, using a specialized fastening tool and reproducing the conditions clamping means 12 and 14 of Figure 2. It can be used as fixing means, clamping jaws 20, clamping the sheet at its periphery. Once the sheet is firmly fixed, a field of forces is applied to one of its faces using a pressurized fluid 16. This force field must be at least equal to that of the detector and may be equal to 1.5 times this one. The sheet is then deformed by the pressure exerted by the fluid 16. This deformation is a function of the material of the sheet, its proportions and the pressure exerted. It is therefore done freely under the sole effect
d'une pression uniformément répartie. uniformly distributed pressure.
En référence à la figure 5, La feuille métallique est positionnée de la même manière, le champ de forces étant obtenu de manière mécanique, au moyen d'une matrice 18 actionnée par exempte par une presse (non représentée). La forme de La matrice correspond à la déformation désirée de la feuille, cette forme correspondant à La déformation naturelle obtenue par les moyens With reference to FIG. 5, the metal sheet is positioned in the same manner, the force field being obtained mechanically, by means of a die 18 actuated by a press (not shown). The shape of the matrix corresponds to the desired deformation of the sheet, this form corresponding to the natural deformation obtained by the means
décrits en regard de la figure 4.described with reference to Figure 4.
Le choix des dimensions et La nature du matériau utilisés sont dictés par les spécifications techniques du détecteur à fabriquer, et en particulier ta pression de service, la transparence minimale -aux rayonnements et. la dose de rayonnements. L'épaisseur est adaptée à ces conditions, ainsi que Le matériau choisi, pour rester dans les Limites de sécurité habituelles. Par exemple, une feuille en aluminium devant supporter une pression de 14 bars (environ 1 400 000 Pa) de pression de fonctionnement, devrait avoir une épaisseur d'1 mm et une largeur de 40 mm. Pour une pression de 40 bars (environ 4 000 000 Pa), une t8le en aluminium devrait avoir une épaisseur The choice of dimensions and the nature of the material used are dictated by the technical specifications of the detector to be manufactured, and in particular the operating pressure, the minimum transparency, and the radiation. the dose of radiation. The thickness is adapted to these conditions, as well as the chosen material, to remain within the usual safety limits. For example, an aluminum sheet to withstand a pressure of 14 bar (about 1,400,000 Pa) operating pressure, should have a thickness of 1 mm and a width of 40 mm. For a pressure of 40 bar (about 4,000,000 Pa), an aluminum plate should have a thickness of
d'1,5 mm pour une largeur réduite à 18 mm. 1.5 mm for a width reduced to 18 mm.
Le sablage de la feuille se fait sur la plaque, lorsque le matériau de celle-ci est plus dur que celui de l'enceinte étanche du détecteur. Dans le cas contraire, le sablage est The sanding of the sheet is done on the plate, when the material thereof is harder than that of the sealed chamber of the detector. Otherwise, sanding is
effectué sur l'enceinte du détecteur. performed on the detector enclosure.
L'enceinte étanche peut être par exemple en aluminium forgé. Le matériau du détecteur a donc subi un traitement thermique permettant de libérer les contraintes internes du matériau. Comme on l'a vu précédemment, le matériau utilisé pour réaliser la fenêtre d'entrée doit être un matériau se déformant facilement, c'est-à-dire ductile et malléable, tout en étant transparent aux rayonnements à détecter. La feuille peut donc être de l'aluminium laminé, par exemple de la famille des duralumins. Si la feuille métallique est en acier inoxydable, son épaisseur peut être notabLement inférieure à une feuille en aluminium. Bien entendu, comme on l'a vu précédemment, on peut utiliser également des matériaux plastiques et/ou composites. Par ailleurs, un traitement thermique adéquate peut permettre The sealed enclosure may be for example of forged aluminum. The detector material has therefore undergone a heat treatment to release the internal stresses of the material. As has been seen previously, the material used to make the entrance window must be an easily deformable material, that is to say ductile and malleable, while being transparent to the radiation to be detected. The sheet may therefore be laminated aluminum, for example from the duralumin family. If the metal foil is made of stainless steel, its thickness may be much less than aluminum foil. Of course, as we have seen above, it is also possible to use plastic and / or composite materials. Moreover, an adequate heat treatment can allow
d'améliorer la ductilité de certains matériaux. - to improve the ductility of certain materials. -
La diminution de L'épaisseur de La feuiLLe permet une amélioration très sensible de La transparence de La fenêtre d'entrée aux rayonnements. Les problèmes dus aux variations de températures sont supprimés, du fait qu'un seul matériau The reduction in the thickness of the sheet allows a very significant improvement in the transparency of the radiation input window. Problems due to temperature variations are eliminated because only one material
constitue cette fenêtre d'entrée.constitutes this input window.
Ce procédé de fabrication permet de descendre le coOt de fabrication d'une fenêtre par rapport aux procédés selon l'art antérieur. This manufacturing method makes it possible to lower the manufacturing cost of a window compared to the methods according to the prior art.
Claims (11)
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Legal Events
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ST | Notification of lapse |