Étude d'un système portable d'inspection par rayonnement X utilisant les effets combinés d'absorption multi-énergies, de diffusion et diffraction X sur la matière

= Study of a portable X-ray inspection using the combined effects of multi-energy absorption, diffusion and diffraction of X on the matter

• Auteur / Autrice : Anne Bonnin
• Direction : Philippe Duvauchelle, Valérie Kaftandjian
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergie et systèmes
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CNDRI - Contrôle Non Destructif par Rayonnements Ionisants (Lyon, INSA)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Contrôle non destructif

Tomographie

Rayons X

Optique

Résumé

Les travaux proposés portent sur la caractérisation par rayons X des matériaux, en vue d'une discrimination des explosifs par rapport aux matériaux communs. Trois méthodes d'analyses utilisant les rayons X sont décrites : la méthode de transmission multi-énergies, la diffusion Compton et la diffraction. Ces trois méthodes sont abordées sous un angle théorique puis expérimental. Le mémoire se compose de quatre parties. Après une présentation du contexte général de l'étude, les phénomènes physiques mis en jeu et les propriétés des matériaux concernés sont donnés. Dans une seconde partie consacrée à la transmission, le principe d'imagerie 2D multi-énergie est présenté. Puis, nous développons une approche d'imagerie 3D bi-énergie, qui permet une représentation des matériaux dans une base de densité et numéro atomique effectifs. Cette approche rend possible la discrimination d'un certain nombre de matériaux explosifs. Dans la troisième partie, la diffraction des rayons X est abordée, en vue d'identifier les matériaux par leur signature spectrale. Les cristallins et semi-cristallins sont reconnus, mais pas les amorphes. La quatrième partie s'intéresse à la diffusion Compton. Nous avons testé différentes méthodes d'acquisition : pinhole, masques codés et une méthode par balayage avec un faisceau de rayons X filiforme. Ces techniques permettent d'obtenir des images d'objets. Le dispositif étant d'un même côté de l'objet, il est particulièrement intéressant dans certaines situations de terrain. En synthèse, nous discutons de la complémentarité des informations issues de ces différentes techniques en vue de spécifier les caractéristiques d'un système portable permettant des analyses de terrain

This thesis is focused on the discrimination between explosives and common materials by X-rays. Three X-ray based methods are described: multi-energy transmission, Compton scattering and diffraction. These three methods are discussed from a theoretical and experimental point of view. The memory consists of four parts. After describing the general context of the study, the physical phenomena and the properties of the involved materials are given. In a second part devoted to transmission, the principle of multi-energy 2D imaging is presented. Then, we develop an approach to dual-energy 3D imaging, which allows a representation of materials in a database of effective density and atomic number. This approach allows to discriminate a numbers of explosives. In the third part, the X-ray diffraction is discussed in order to identify materials by their spectral signature. The semi-crystalline and crystalline materials are recognized, but not amorphous ones. The fourth part focuses on Compton scattering. We tested different methods of acquisition: pinhole, coded masks and a X-rays scanning technique using a pencil beam. These techniques allow to obtain images of objects. The device is placed on the same side of the object, which is particularly interesting in practical field. In summary, we discuss the complementarity of information extracted from these differents techniques to specify the characteristics of a portable system for land analysis.