Procédé de détermination parmi les neutrons émis par une source radioactive du nombre de ces neutrons apparaissant simultanément,
et dispositif pour sa mise en oeuvre
L'invention a pour objet un procédé de détermination parmi les neutrons émis par une source radioactive, du nombre de ces neutrons apparaissant simultanément. Les neutrons considérés comme étant émis simultanément sont, par exemple ceux apparaissant lors d'une fission libérant, en moyenne, un nombre de neutrons différents de l'unité. Les autres neutrons libres pouvant apparaître séparément, provenant, par exemple, de réactions (a, n) engendrées par des particules a, elles-mêmes réparties de façon aléatoire.
Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser un organe de détection qui produit dans un intervalle de temps consécutif à l'apparition du neutron libre détecté, et de durée maximale pratique T, un signal correspondant à la présence dudit neutron libre et à comparer les indications de deux compteurs recevant les signaux issus de l'organe de détection, l'un par l'intermédiaire d'une première voie présentant un temps mort négligeable par rapport à T et l'autre par l'intermédiaire d'une deuxième voie introduisant un temps mort du même ordre de grandeur que T.
L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, le schéma d'une forme d'exécution du dispositif que comprend l'invention.
Une source de neutrons constituée par un mélange de plutonium 239Pu et de plutonium 29440Pu produit des neutrons de fission spontanée et s'il contient des impuretés légères (Be, B, F, C, etc.) il produit aussi des neutrons par réaction du type (a, n). La détermination de l'abondance respective de ces deux espèces de neutrons présente un grand intérêt. Elle permet, en particulier, d'harmoniser l'effort de purification chimique tendant à éliminer les impuretés légères gênantes du point de vue nucléaire avec l'effort consenti pour obtenir du plutonium peu chargé en isotope 240 moyennant des cycles d'irradiation courts. On désigne par A le nombre des neutrons issus par seconde des réactions (a, n) se produisant dans l'échantillon.
On désigne pour le même échantillon, par F le nombre de fissions spontanées par seconde et par v le nombre moyen de neutrons produits par une fission ; le nombre de neutrons de fission produit chaque seconde est alors v F (dans le cas de la fission spontanée du 28994 Pu, v est de l'ordre de 2,3).
Les neutrons sont détectés après thermalisation à l'aide d'un ou plusieurs compteurs remplis de trifluorure de bore noyés dans la paraffine. Dans ces conditions, deux neutrons simultanés sont pratiquement détectés à des instants échelonnés dans un intervalle de temps T suivant immédiatement l'apparition des neutrons à l'état libre. L'intervalle T correspond à la valeur maximale de la somme des durées de ralentissement, de diffusion et de capture par le détecteur. Par valeur maximale on se fixe, par exemple, la limite pratique correspondant à quatre ou cinq fois la période déterminée à partir de la courbe exponentielle donnant la probabilité de survie d'un neutron libre. Pour un dispositif expié rimental de détection déterminé, T est de rordre de 500 lys.
Dans une hypothèse simplificatrice, on se place dans le cas idéal d'un ensemble de détections très efficace (le coefficient d'efficacité de la détection E étant très voisin de 100 %). En effectuant un comptage à l'aide d'une électronique suffisamment rapide dont le temps mort est seulement de quelques microsecondes on obtient un nombre de coups par seconde:
Nl=A+vF (1)
En effectuant un deuxième comptage avec une électronique introduisant un temps mort µ, du même ordre de grandeur que T et de préférence égal à cet intervalle correspondant à la durée totale de ralentissement et de détection, il est seulement possible de compter un seul signal par fission.
Dans ces conditions, le nombre de signaux enregistrés par seconde est:
N2=A+F (2)
Des relations (1) et (2) on déduit sans difficulté les nombres A et F F ¯ N1-N2
v-1
Dans le cas où le coefficient d'efficacité du détecteur est très inférieur à l'unité, le premier comptage avec un temps mort e très faible comparé à la durée totale de détection donne un résultat:
N'= = E (A + vF) (3)
Pour le deuxième comptage, exécuté au moyen d'une chaîne électronique introduisant un temps mort supérieur à la durée maximale de détection dans les conditions particulières, il convient de tenir compte d'une perte supplémentaire due aux coïncidences pouvant se produire entre les neutrons de fission.
En fait, au lieu de détecter en moyenne y neutrons de fission, on en détecte v - p; il y a une diminution apparente du nombre v et le résultat du comptage sur la voie à temps non négligeable est:
N2 = [A+(Y¯p)F]E (4) la quantité ss est calculable, elle s'exprime en fonction de l'efficacité E du compteur utilisé et des probabilités Qi d'obtenir i neutrons lors d'une fission spontanée:
p = (Q2 + 3Q3 + 6Q4 + lOQ5)E
- (Qg + 4Q1 + 10Q5)E2 I1 faut souvent tenir compte de la perte provenant de l'existence d'un temps mort sur la chaîne lente.
L'évaluation de cette perte permet de déterminer une valeur plus probable de N'2 à partir d'un résultat de comptage N"2.
Connaissant N'et N'2 on extrait facilement les nombres A et v F des relations 3 et 4.
En général, la différence N'-N'2 est faible; pour avoir une bonne précision, il est avantageux d'effectuer simultanément les comptages sur la voie à temps mort non négligeable et sur la voie à temps mort négligeable.
L'introduction d'un temps mort relativement important sur la deuxième voie amène à calculer l'erreur introduite. La courbe de correction de temps mort peut être établie expérimentalement par soustraction des résultats de comptage sur les deux voies du dispositif soumis uniquement à une source (a, n).
On peut également s'arranger pour que cette correction soit faible, par exemple en limitant le poids de l'échantillon.
La figure donne le schéma de principe du dispositif ou 1 désigne le détecteur constitué par six compteurs proportionnels contenant du trifluorure de bore complètement noyés dans de la paraffine.
Ce détecteur est soumis à un échantillon de plutonium. L'organe 2 permet d'appliquer simultanément sur deux voies de comptage les signaux de sortie du détecteur. La première voie introduit un temps mort *i négligeable, de 10-5 seconde, inhérent à la chaîne électronique utilisée, elle se termine par un compteur 3 fournissant l'indication N'l. La deuxième voie introduit un temps mort 02 de l'ordre de 10-3 seconde, au moyen d'un organe 4 inséré entre 2 et le compteur 5 fournissant l'indication N"2.
L'organe 4 peut être avantageusement constitué par un monovibrateur présentant une constante de temps ajustable.
Pour la qualité de plutonium choisie et un échantillon de 10 grammes, on vérifie que la correction introduite par l'existence d'un temps mort sur la voie lente est inférieure au millième. Une précision de 5 % sur le produit v F nécessite, dans les conditions indiquées, des comptages d'une durée de l'ordre de l'heure.
Le choix d'échantillons relativement petits permet de ne pas tenir compte du coefficient de multiplication dont l'influence ne serait pas négligeable pour des échantillons volumineux.
L'invention s'applique à l'étude de toutes les sources émettrices de neutrons libres qui apparaissent simultanément avec des neutrons libres émis individuellement. Elle s'applique à la détermination des sections efficaces (n, 2n) (n, 3n) etc., des matériaux autres que les matériaux fissiles.
REVENDICATIONS
I. Procédé de détermination, parmi les neutrons émis par une source radioactive, du nombre de ces neutrons apparaissant simultanément, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser un organe de détection qui produit, dans un intervalle de temps consécutif à l'apparition du neutron libre détecté, et de durée maximale pratique T, un signal correspondant à la présence dudit neutron libre et à comparer les indications de deux compteurs recevant les signaux issus de l'organe de détection, l'un par l'intermédiaire d'une première voie présentant un temps mort négligeable par rapport à T et l'autre par l'intermédiaire d'une seconde voie introduisant un temps mort du même ordre de grandeur que T.