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- Note CEA-N-172?
Centre d'Etudes de Bruyères-le-Châtel Département de Protection
Section de Pathologie et de Toxicologie Expérimentales
DESCRIPTION D'UN DISPOSITIF PERMETTANT LA CONTAMINATION D'ANIMAUX DE LABORATOIRE
PAR INHALATION D'AEROSOLS RADIOACTIFS
par
Henri METIVIER, Gérard RATEAU, Roland MASSE, Daniel NOLIBE
avec la collaboration de Maurice DISCOUR
- Juillet 1974 -
Note CEA-N-1722
DESCHIPTIOiJ-MATIERE (mots
en français
GENERATEURS D'AEROSOL AEROSOLS RADIOACTIFS INHALATION POUMONS CONTAMINATION SINGES CHIENS RATS EQUIPEMENT P * LABORATOIRE LAP1WS PLUTONIUM 239
extraits du thesajivs SIDON/INIS)
en anglais
AEROSOL GENERATORS RADIOACTIVE AEROSOLS INHALATION LUNGS CONTAMINAZi^N MONKEYS DOGS f ATS
t-ABORATORY EQUIPMENT
pi;rroNiuM r °
- Note CEA-N-1722 -
Centre d'Etudes de Bruyères-le-Châtel Département de Protection
Section de Pathologie et de Toxicologie Expérimentales
DESCRIPTION D'UN DISPOSITIF PERMETTANT LA CONTAMINATION D'ANIMAUX DE LABORATOIRE
PAR INHALATION D'AEROSOLS RADIOACTIFS
par
Henri METIVIER, Gérard RATEAU, Roland MASSE, Daniel NOLIBE avec la collaboration de Maurice DISCOUR
CEA-N-1722 - METIVHnl Neari, MTEA» f»r«rd, MASSE aolaad, NOLI BE Denial, avec l ' a s s i s tance technique da DISCOOT Maurice
DESCRIPTION D'UM DISPOSITIF PERMETTANT LA CONTAMINATION D'ANIMAUX DE LABORATOIRE PAR INHALATION D»AEROSOLS RADIOACTIFS.
Soaaaire.- Las auteurs décrivant na d i s p o s i t i f peraettant la contamination de r a t s , l ap ins , chiens at s inges par inhalation d'aérosols d'oxvde da plotoaiua 239. L'enceinte a s t I c irculat ion d ' a i r , la géné-rataur d'aérosols pemet la praductiaa d'aérosols sacs c a l i b r a s , la concaatratioa da l ' a é r o s o l peut I t ra régalée . La t o x i c i t é da contaai -naat iaposa una cascade da sécur i t é s at nae conteation p a r t i c a l i è r e das aninaux toutes deux décr i tes daas ce t te note .
1974 ' • p.
Coaaisssriat à 1'Energie Atoaique - Praaca
CEA-N-1722 - METIVIER Henri, RATEAU Gérard, MASSE Roland, NOLIBE Daniel , avec l ' a s s i s tance technique de DlSCOtm Maurice
A DEVICE FOR THE CONTAMINATION OF LABORATORY ANIMALS BT INHALATION OF RADIOACTIVE AEROSOLS
Suaaarr.- A sys tea kas been developed for the contamination o f .rata , r a a u t a , dogs aad neakey» ay inhalat ion of "*Pu oxide aeroso l s . The contaaination enclosure i s f i t t e d with aa air c ircu la t ion s y s t e a , the aerosol generator produces standardised dry aeroso l s , the acrasai concentration can be regulated. A t success ive safety dericas aad} the particular restraining of the aniaals required by the aerosol t o x i c i t y are a l so described.
1W4 « p .
Coaaissarait i l'Energie Atoaique - Prance
DESCRIPTION D'UN DISPOSITIF PEWCITANT LA CONTAMINATION D'ANIMAUX
DE LABORATOIRE PAR INHALATION D'AEROSOLS RADIOACTIFS.
En 1966,a été décrit un dispositif permettant la contamination d'ani
maux de laboratoire par inhalation d'aérosols radioactifs d'oxyde de plu
tonium (1). Cet ensemble utilisait comme générateur d'aérosols le système
décrit par LAUTERBACH et Coll. (2) et était surtout destiné à la contamina
tion de petites espèces : Rats et Lapins. L'intérêt phylogénique du Singe
a été confirmé récemment tant dans les études de cancérologie (3) que dans
les études d'épuration pulmonaire (4); nous avons donc construit un nou
veau dispositif permettant la contamination d'espèces animales de taille
moyenne : Singes et Chiens. Le dispositif a été équipé d'un générateur
d'aérosols calibrés (5-6). L'ensemble est inséré dans une enceinte étanche
garantissant la sécurité des expérimentateurs.
I. DEFINITION DE L'ENCEINTE D'BgQUSSIERAGE
PRINCIPE - Le choix s'est fixé sur une enceinte â circulation d'air
continue, qui permet de réguler l'atmosphère de l'enceinte, en température,
en hygrométrie et en concentration. L'alimentation en aérosol se fait par le
bas, au moyen d'un dispositif assurant une bonne homogénéité de la concen
tration de l'aérosol, a particulier au niveau des hublots où respirent les
animaux.
La concentration de l'aérosol est contrôlée au moyen d'une scnde de
prélèvement qui mesure l'activité déposée sur un filtre absolu. Une régu
lation électronique peut,entre deux seuils de concentrations préfixés,
commander l'alimentation en poudre du générateur.
2.
DESCRIPTION - L'enceinte (fig.l) est un cylindre de 800 mn de diamètre et 1 m de hauteur, avec des fonds bombés dont le rayon de courbure est
balayage rapide
granulo- partitcur
« <3= [moteur concentration moyenne
] concentration affichée
8» a a. I u
Fig.l. Schéma de l'enceinte d'empoussiérage
de 500 mm. Le volume de l'enceinte est de 0,55 m , elle est munie de deux hublots, cylindres de 200 mm de diamètTe destinés à l'adaptation des animaux et de deux sorties latérales, au niveau de l'axe des hublots, dont l'une est destinée à la sonde de prélèvement continu.
A la partie inférieure est situé le dispositif d'injection, à la partie supérieure,deux filtres assurant la filtration de l'air de sortie.
3.
Trois types d'injection de poussières ont été essayés (fig.2) un dispositif d'injection verticale, un dispositif d'injection par diffuseur
Fig. 2. Choix du type d'injection de poussières
et un dispositif permettant d 'all ier un mouvement ascendant à un nouvement tournant réalisant une bonne turbulence. C'est ce dernier qui a donné le plus de satisfaction. Cet injezteur consiste en trois buses coudées à 90°, de diamètre intérieur 7 mm, orientées à 45° vers le haut sur un diamètre de 150 mm (fig.3). La vitesse d'éjection correspondant à un débit de 20 1/mn est de 2,8 m/s.
i i i
Fig. 3. Schéma de l'injecteur
La vitesse de chute d'une particule d'oxyde de plutonium de 5 y est de 9 mm/s;à partir de 0,3 y elle est de 0,065 mm/s. Ces particules fines suivent la trajectoire des filets d 'air .
Après établissement d'un régime d'équilibre, on ne constate pas d ' i r régularité, l'influence du débit d'air de circulation sur l'homogénéité est faible. On peut se contenter d'un débit de l'ordre de 15 1/mn. De même l 'arrêt de l'injection de poussières ne perturbe pas l'équilibre de mélange. On note seulement une diminution progressive de la concentration dans le temps ; nous reviendrons ultérieurement SUT ce point.
1 .
2. GENERATION PE PARTICULES CALIDRIUiS
Le générateur d'aérosols calibrés a été décr i t précédemment (5-0); i l
a pour principe la séparation des particules suivant leur t a i l l e par effet
d ' iner t ie tout en les conservant à l ' é t a t d 'aérosol . Son adaptation sur
l 'enceinte d'empoussiérage est schématisée sur la figure 4. 'Jne trompe d 'as
piration (a) prélève la poudre brute contenue sur la par t ie dépolie d'un
distributeur ro ta t i f à 8 vitesses du type tourne-disque (b). La poudre ain
si mise en suspension es t t r i ée par voie aéro-dynamique dans un sélecteur
centripète (c) à 4 étages de sélection. Par le jeu de vannes (d et e) on
peut injecter, dans l 'enceinte , l 'aérosol issu soi t de l 'é tage n° 1, soi t
de l 'étage n° 2, soit de l 'é tage n° 3 , soi t de l 'é tage n° 4, les aérosols
issus des 3 autres étages sont alors déposés sur l e f i l t r e ( f ) . Les dia
mètres moyens réels des aérosols directement u t i l i sab les sont respective
ment de 6,4 ; 2,4 ; 1,34 et 0,76 p pour les étages 1, 2, 3, 4 (6) ce
qui correspond à des diamètres aérodynamiques moyens de 21,2 ; 7,96 ; 4,44 ;
2,52 v Le manomètre à mercure (g) définit après étalonnage, le débit d ' a i r
injecté dans l 'enceinte.
On peut régler, au moyen des vannes (h et i ) , le débit dérivé des é ta
pes 7 #>t "?. ci le H*M* ^ ' s i r in jec t 6 ^rms Terxreirtc au royen c 'e la trom
pe est insuffisant, on peut ajouter de l ' a i r de dilution dont le débit est
indiqué par le rotamètre (1).
Une seconde trompe d'aspiration (n) émet directement l 'aérosol de pou
dre brute dans le c i rcu i t d ' injection. La vanne (o) permet d ' i so ler ce c i r
cuit lorsque l ' aut re générateur est en service.
Pour une pression d'alimentation variant entre 2 et 7 bars r e l a t i f s ,
le débit d ' a i r injecté dans l 'enceinte varie entre 15 et 30 1/mn. On a pro
cédé à des contrôles de concentration d'aérosol en régime é tab l i par photo
mètre SINCLAIR. On a vérifié que pour un débit minimun de 15 1/mn, la con
centration é t a i t constante dans l 'enceinte et â la paroi sur toute la hau
teur de l 'enceinte. Il en est de même pour le débit maximum 30 1/mn.
Nous avons vérif ié par Ues essais de montée et de descente (f ig. 5) en
concentration, que la constante de temps é ta i t suffisamment grande pour que
les variations de concentration soient faibles. Ceci nous permet d'envisager
la régulation par injection discontinue des particules avec débit d ' a i r cons
tant , grâce A un disposit if de comptage que nous décrirons plus loin.
Enceinte
W
Air comprimé
trompe
Air comprime 3==dD:
^ \
Balayage rapide
RoUmètre
l
c\ c . AP du sélecteur . ^
.-Sélecteur centripète.
1 2 r>©
dilut ion Tourne-disque
ivannes h D 3 /
d c
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capillaire
- m
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Fig.5. Cycle montée-descente en concentration
Un circuit de balayage rapide de l'enceinte, qui ut i l ise une partie du circuit d'injection, a été prévu. I l peut être mis en circuit par la vanne (m). On a porté sur la figure 6 les courbes de diminution de concentration en fonction du temps pour trois valeurs du débit de balayage. On
Fig.6. Diminution de concentration par balayage
constate qu'il faut environ 7 mm pour réduiTe la concentration d'un factcw
100, 10 mn d'un facteur 1000, pour un débit de balayage de 5 1/rnn.
0.
3 . CONTROLE DE L'ATMOSPHERE
1) CONTROLE DE LA CONCENTRATION - Durant 1'empoussiérage des aniinaux
une sonde de prélèvement dont l e débit est voisin du débit respiratoire de
l'animal choisi permet d'accumuler sur un f i l t r e "absolu" le polluant radio
actif. Un détecteur des raies X émises par les produits de f i l ia t ion du plu
tonium enregistre ce t te accumulation, un analyseur électronique contrôle l a
vitesse de cel le-ci et conditionne l ' a r r ê t eu la marche du tourne-disque a l i
mentant le générateur de particules.
2) CONTROLE GRANULOMETRIQUE - I l est effectué à pa r t i r de ce f i l t r e par
la technique classique déjà décrite (7) par microscopie optique, ou à pa r t i r
de gr i l les déposées sur ce f i l t r e par microscopie électronique.
4 . BOITE A GANTS-ENSEMBLE D'EMPOUSSIERAGE *
L'ensemble d'empoussiérage est constitué de deux boîtes à gants étan-
ches, l'une destinée à 1'empoussiérage proprement dit, l'autre à la déconta
mination des animaux.
La boîte destinée à 1'empoussiérage (figure 7) est constituée de 4 par
ties (figure 8), qui peuvent, en dehors d'opérations limitées être totalement
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1
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Fig.8. Ensemble d'empoussiérage
indépendantes les unes des autres. La boîte r° 1 contenant l e générateur d'aé
tosols n 'es t reliée à l 'enceinte d'empoussiérage que par le tuys':, muni d'une
# Les boîtes à gants ont été construite p.*»;- ia fooiété E.T.N. - 45 rue Paimen-
t ie r - 94 St MAUR DES FOSSES.
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8.
vanne étanche, alimentant le diffuseur de particules. Cette disposition nous permet d'éviter les contaminations dues au maniement de la poudre d'oxyde de plutonium lors de la charge du générateur d'aérosols en polluant. L'enceinte d'empoussiérage dont nous avons décrit le principe de fonctionnement, est munie, indépendamment du circuit de balayage du générateur, d'un dispos i t i f de ventilation autonome à grand rendement, qui permet un balayage rapide de l'atmosphère polluée avant toute opération de mise en place ou de retrait des animaux. La boîte n° 3, en plus de sa fonction de protection est munie d'un plan de travail qui permet un maniement aisé des animaux. Elle peut être mise en communication avec la boîte n* 4, assurant le relai avec la boîte de decontamination. Cette boîte est constituée de deux compartiments, l'un équipé pour réaliser une décontamination la plus complète possible d'animaux allant du Pat au Singe ou au Chien (beagle), l'autre permet un contrôle de la decontamination superficielle des animaux empoussiérés.
L'utilisation de cet ensemble se fait de la manière suivante : les animaux sont introduits dans la boîte de décontamination puis dans le module de transfert (système de conteneur étanche la Càlhène) et dirigés vers la boîte sas. Pendant le passage des animaux de la boîte sas à la boîte de protection, la ventilation se fait de la boîte la moins contaminée, boîte sas, vers la boîte la plus contaminée grâce à un système de fermeture électrique des vannes de ventilation qui conditionne l'ouverture de la porte de communication. Cette sécurité est répétée sur le couple boîte de protection, boîte d'empous-siérage lors de l'accouplage des animaux à celle-ci ; cette double sécurité nous permet de maintenir dans la boîte sas une activité atmosphérique la plus basse possible. Lors de la sortie des animaux, après un balayage rapide de l'enceinte de contamination, l'opération inverse est effectuée. Arrivé dans le premier compartiment de la boîte de decontamination l'animal est débarrassé de sa pi»tection plastique, la tête est nettoyée, si besoin est, au moyen d'un shampooing approprié. Le contrôle conditionne sa sortie vers l'&nimale-rie chaude.
"»• CWnafflON DES ANIMAUX
Nous avons prévu pour cet ensemble de contamination de travailler avec 4 tvpes d'animaux deux grandes espèces pour qui cette boîte était particulièrement destinée, le Singe (babouin de 5 à 15 k*) et le Chien (beagle d'er./iron 10 k«) n deux espèces de taille ,>lus petite, le Rat et le Lapin.
9.
Le Singe ou le Chien est anesthésié avant l'introduction dans 1er bc/ tes et revêtu d'un sac plastique dont l'étanchéité est assuré», au mv.au du cou au myen d'un collier de «eusse plastique enrobé de graisse de vaseline (fig. 9a et 9b). Ce sac permet un travail aisé de l'animal sans aucune examination. Son volume est suffisaient grand pour que l'élévation de tenter-. -ture soit très aisément supportable pour l'animal. Elle maintient de D;.U-»
une très légère surpression de l'atmosphère entourant le corps de l'anim*! ce qui lui évite toute gêne et le protège d'une entrée d'air contaminé. La protection de la tête est assurée de deux manières : soit paT enf ilement d'une cagoule en latex (fig. 9c), moulée à la forme des animaux et percée uniquement au niveau du museau, soit par revêtement d'une fine couche de graisse de vaseline qui fixe la contamination et qui est facilement enlevée lors du nettoyage au shampooing. Le raccordement à l'enceinte de contamination se i«it au moyen de hublot (fig. 10); l'étanchéité des deux boîtes, lorsque l'animal est en place, est assurée par un système de ronds de couveuse artificielle que l'on ferme au niveau du cou de l'animal, ou au moyen de la cagoule dont l'extrémité est munie d'un joint torique qui permet le raccordement au hublot par le système de fixation classique 'les jants de boîte â gants.
Pour chaque hublot, i l est prévu également une manche télescopique er latex permettant le raccordement d'une sonde intra-trachfaje (fig. 9d ft 10 b). Dans ce cas la cagoule n'esc percée que pour le pass-^e de la sonde, ce nui supprime presque totalement la contuaination au niv-jau du nez.
A la fin du temps d'inhalation et après belavrge de *.-> brite d'inhalation les anircuoe sont débarrassés de la cagoule ou de la sonde sans que celles-ci soient désarzoupjièes du hublot, ce qui évite de transptr*i- un foye; de contamination corporelle d" l'animal. Cette cascade de sécurités nous permet de réaliser des wortaft.inatitns supérittires à 10 uCi. ùans 1 ~ point, a sans que l'on décèle ure contamination corporelle de i'animal, ta seule cor-taniiurMon résiduelle, mis très 1 «itee,res.e rim na.urellev-t au »* 'eau du «usjau.
Les Lapins et les Rats sont evpoussiêrés sais ant.sth5s.ie, i l s sont introduits d»*5 des cylindres dert une extrémité «on: que a'adapte h *'incein-te de contamination <m nivecu des huMots (fig. 10-Îi>.
"Fabiiqufe par is Société PÎERC.W - U ft 11 bis rue Char^imel - F.&IS i-bt»
10.
Fig. 9. 'Totcction du Since avant inhalation d'oxyde de plutonium, a) pose d'un collier plastique autour du cou. b) raccordement du sac au -oil ier , c) protection Ce la tête par une cagoule en latex, d) pose l'une send»1 in;ra-trachéale.
11.
Tip,. 10. hublots de raccordement à l'enceinte d'empoussiérage. a) hublot muni d'un rond de couveuse et chariot supportant l'animal, b) hublct équipe d'un manchon tclescopiquc sur lequel s'adapte la sonde intra-trachcnlc.
12.
Fig. 11. Hublot de l'enceinte d'onpoussiérage équipé de 4 conteneurs à Rats.
13.
6. BILAN ET CONCLUS ION
Depuis sa mise en marche, après vérification de l'étanchéité, 70 séan
ces d'inhalations ont été réalisées ce jour. Elles ont permis la contamina
tion pulmonaire de 60 Singes et 320 Rats à des doses allant de 20 nCi à
20 vCi sans aucune contamination de l'atmosphère de la ce l lu le .
Pour les Singes l'absence de contamination externe nous a permis de
travailler immédiatement sur ces animaux sans précautions spéciales dues à
l'oxyde de plutonium.
Un rendement global de l'enceinte d'empoussiérage a été estimé sur
les 70 séances d'inhalation à environ l*/oo lors de l 'ut i l i sat ion du géné
rateur en prise directe avec me poudre de diamètre inférieure à 1 u. Dans
ces conditions, l'étalonnage "Alimentation - Temps d'exposition - Charge
pulmonaire" a été rapidement effectué ; i l est stable,ce qui permet de pré
voir avec une marge acceptable les conditions d'empoussiérage en fonction
de l.i charge pulmonaire souhaitée.
14.
BIBLIOGRAPHIE
1. M. LUTZ, H. ROUVROY - Rapport C.E.A.-R 3086.
2. A.D. LAUTERBACK, M.A. HAYES, COHILO - Arch. Ind. Health, 19S6, _13, 156.
3. H. METIVIER, D. NOLIBE, R. MASSE, J. LAFUMA - C.R. Acad. Sci., 1972, 275,
série D, 3069.
4. H. METIVIER, D. NOLIBE, R. MASSE, J. LAFUMA - Brief note. Health Physics
in press.
5. E. DUBOIS, P. MAGOT-CUVRU, J.Y. DEYSSON, M. LUTZ, H. METIVIER, R. BESSIERES
"Assessment of Airborne Radioactivity" IAEA, Vienne, 1967, p 379.
6. J,Y. DEYSSON, A. POTIRON, A. CHIRON, G. MADELEINE, M. KUNZLE-LUTZ,
H. METIVIER - Etude de la Focalisation des aérosols, application à la
sélection des particules. Colloque international sur les Atmosphères
Polluées, Organisé par l'Institut de Recherche Chimique Appliquée et
le Staubforschungs Institut de Bonn, Paris 26-28 Novembre 1969.
7. Rapport interne CEA DAÎVRT/64/R03.
8. Avec l'assistance technique de Monsieur DISCOUR.
Mamncrit nçu h 27 man 1974
CE.A. Département de Protection
Section de Pathologie et Toxicologie Expéri
mentale
LaboTatoire de Toxicologie Expérimentale
BP n° 61 - 92120 MDNTROUGE
Edité par
le Service de Documentation
Centre d'Etudes Nucléaires de Saclay
Botte Postale t: • 2
91190 • Cif-sur-YVETTE (Franc )
