CH406464A - Dispositif de mesure quantitative d'un rayonnement nucléaire - Google Patents

Description

  
 



  Dispositif de mesure quantitative d'un rayonnement nucléaire
 L'invention a pour objet un dispositif de mesure quantitative d'un rayonnement nucléaire. Un tel dispositif est notamment destiné à être plongé dans un milieu à température déterminée soumis à rayonne ment, par exemple dans un fluide réflecteur ou modérateur tel que de l'eau lourde, des liquides organiques, etc., d'une pile atomique.



   Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un calorimètre à   couplelthermo-    électrique formé d'une enceinte à la température ambiante à laquelle est aussi la soudure froide du couple, enceinte dans laquelle est montée au moins une masse de matière s'échauffant par absorption de rayonnement et avec laquelle la soudure chaude est en contact, le couple étant relié à un appareil de mesure de la force électromotrice dépendant de la quantité de rayonnement absorbée.



   Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du dispositif objet de l'invention.



   La fig. 1 montre, en coupe schématique, la partie essentielle dudit dispositif.



   La fig. 2 est une vue schématique de l'ensemble dudit dispositif.



   Le dispositif représenté comprend un élément sensible destiné à être plongé dans une ambiance soumise à rayonnement nucléaire, notamment dans le réflecteur d'une pile piscine. Ce dispositif est établi sous forme d'un calorimètre, à soudure chaude et soudure froide, agencé de façon telle que, son élément sensible étant plongé dans la susdite ambiance, la soudure froide puisse prendre la température de cette dernière, tandis que la soudure chaude prend la température d'un noyau prévu à l'intérieur dudit élément et propre à s'échauffer sous l'action du rayonnement.



   Le susdit élément sensible, comprend:
 un boîtier ou cylindre métallique 1, à paroi mince, de manière à s'établir à la température ambiante avec le minimum d'inertie thermique, boîtier propre à être fermé à ses extrémités par des bouchons 2, 3, le tout avantageusement en acier inoxydable,
 un noyau 4, par exemple cylindrique, en une matière susceptible de s'échauffer sous le rayonnement considéré, cette matière étant par exemple le graphite, ou l'une des matières indiquées plus loin (suivant la nature du rayonnement),
 et les soudures chaudes et froides, constituées de toute manière appropriée, par exemple en chromel-alumel, et que   l'on    prévoit avantageusement à raison de deux soudures chaudes   SCt    SC2 respectivement aux extrémités du noyau 4,

   et de deux soudures froides   SFt    SF2 par exemple prévues sur l'extérieur du cylindre 1.



   Les fils de ces soudures sont avantageusement montés, selon une disposition connue dans les appareils dénommés    Thermocoax      dans le commerce, à l'intérieur de gaines en acier   inoxydable,    les fils de chromel et d'alumel (ou autres alliages) étant isolés et protégés par de la magnésie. Ces gaines sont représentées schématiquement sur les dessins en   5152    pour les soudures chaudes et en   61    62 pour les soudures froides.



   L'avantage de ces gaines, dans le cas présent, est de pouvoir se souder aisément, notamment en vue de permettre la traversée étanche des bouchons 2, 3, par soudure ou brasage, notamment à l'argent.



  Les bouchons, après montage, seront eux-mêmes  soudés au cylindre 1, sous argon et sans apport de métal, ce qui assurera une bonne étanchéité.



   A l'extérieur du cylindre, par exemple à 1,50 m de celui-ci, dans une zone de flux moins intense, la jonction avec les fils de cuivre s'effectue à l'intérieur d'un boîtier moulé (par exemple en   Araldite    > )    Epoxy résine tel que représenté en 7 sur la fig. 2. On voit à gauche les deux bornes 8 entre lesquelles est appliquée la tension résultant des deux soudures   SC1,      SFl    et, à droite, les deux bornes 9 correspondant aux deux soudures   SC > ,      Sufi,    10 représentant un fil de masse commun.



   L'ensemble des fils de sortie est conduit sous gaine   1 i    à un appareil de lecture 12, du type de ceux comportés par les thermocouples usuels, mais qui peut être complété pour permettre d'enregistrer la variation en fonction du temps de la grandeur mesurée, par exemple sur une bande 13.



   Le dispositif fonctionne de la façon suivante:
 Sous l'action du rayonnement nucléaire, le noyau 4, par exemple de graphite, s'échauffe. Les échanges de chaleur du noyau avec l'ambiance, c'est-àdire avec le cylindre 1, se font presque uniquement par conduction et convection dans l'air, et par les fils du thermocouple. En effet, la différence de tem  pérature    entre noyau et ambiance sera par exemple seulement de l'ordre de 500C de sorte qu'on peut négliger les pertes par rayonnement.



   Si, de plus, on néglige l'inertie thermique de l'enveloppe 1, qui est très faible, grâce à la faible épaisseur de paroi, on peut alors déduire, de la différence de température t, entre noyau et ambiance (température mesurée par l'appareil 12), la valeur de la puissance spécifique p dégagée par le rayonnement nucléaire.



   On a en effet la formule suivante:
 p   = 4,      4,18      C0-       T0   
 Dans cette formule:
 p est la puissance spécifique dégagée dans le noyau, par gramme de graphite (à supposer qu'on utilise le graphite),
 t est la différence de température mesurée entre les soudures chaudes et les soudures froides,
 CO est la chaleur spécifique du graphite, en calories par gramme et par degré centigrade,
 et   To    est la pseudo-période de l'exponentielle de refroidissement du calorimètre, exprimé en secondes.



   L'un des principaux intérêts de ce dispositif est de permettre d'enregistrer, sur une longue période, la puissance spécifique due au rayonnement.



   On obtient alors des courbes telles que celle figurée schématiquement en C sur la fig. 2.



   En outre, en déterminant pour une période donnée l'aire de cette courbe, on peut intégrer l'énergie dégagée pendant cette période.



   Cette intégration peut se faire par planimétrie sur une courbe telle que susvisée, ou par tous autres moyens. En particulier, l'appareil de mesure 12 peut être un intégrateur électronique, qui est donc un véritable compteur d'énergie faisant apparaître directement la valeur de l'énergie dégagée, sans nécessiter le passage par une courbe C.



   On peut aussi, dans une autre application, calculer l'intensité de dose en reps/heure, cela en utilisant les équivalences énergétiques du rep dans l'eau.



  (Roentgen Equivalent Physique).



     I1    est à noter que, dans le cas notamment d'une pile, la nature et l'intensité des rayonnements varient suivant l'endroit où   l'on    place le calorimètre à l'intérieur de la pile, de sorte que   l'on    aura à en tenir compte pour le choix de la matière devant constituer le susdit noyau. A ce sujet, on sait que, si le graphite est sensible à tous les types de rayonnements, le plomb et le bismuth le sont également aux rayons gamma, tandis que le polyéthylène ou le polystyrène sont sensibles à la somme neutrons rapides plus gamma.



   On conçoit donc que si l'on effectue, à un endroit déterminé, des mesures successives avec des noyaux différents, on peut ainsi mesurer l'énergie correspondant à chaque type de rayonnement.



   Donc, dans une pile et à un endroit déterminé, on pourra, suivant la nature du matériau choisi pour le noyau, mesurer l'énergie provenant de la totalité des différents types de rayonnement, ou bien mesurer l'énergie provenant d'un ou de plusieurs types déterminés.



   Il est à noter encore que, dans la forme d'exécution représentée sur les figures, on a utilisé deux soudures chaudes et deux soudures froides, ce qui est un dispositif avantageux du fait de la symétrie des soudures chaudes, ou froides, entre elles. Mais   l'on    peut également envisager, et cela est parfaitement réalisable, d'avoir une ou plusieurs soudures soit chaudes, soit froides, le nombre de soudures chaudes n'étant d'ailleurs pas forcément égal au nombre de soudures froides. Sous une autre forme, on peut dire que le dispositif décrit possède au moins une soudure chaude et au moins une soudure froide.



   Ensuite de quoi, on obtient un dispositif, pour la mesure de la puissance de rayonnement, dont le fonctionnement ressort suffisamment de ce qui précède et qui présente, par rapport aux dispositifs du genre en question déjà existants, de nombreux avantages,   notamment:   
 celui d'être simple et peu coûteux,
 celui de permettre aisément l'intégration de l'énergie dans le temps, et cela sous de très fortes intensités de rayonnement, notamment celles régnant au voisinage du   coeur    des piles atomiques,
 celui d'être robuste et fidèle.
  

Claims (1)

1. REVENDICATION Dispositif de mesure quantitative d'un rayonnement nucléaire, caractérisé en ce qu'il comprend un calorimètre à couple thermoélectrique formé d'une enceinte à la température ambiante à laquelle est aussi la soudure froide du couple, enceinte dans laquelle est montée au moins une masse de matière s'échauffant par absorption de rayonnement et avec laquelle la soudure chaude est en contact, le couple étant relié à un appareil de mesure de la force électromotrice dépendant de la quantité de rayonnement absorbée.

   SOUS-REVENDICATIONS 1. Dispositif selon la revendication, caractérisé en ce que ledit calorimètre présente un boîtier cylindrique métallique à parois minces, fermé par des bouchons traversés de façon étanche par les fils du thermocouple.

   2. Dispositif selon la revendication, caractérisé en ce que ladite masse de matière s'échauffant sous l'action du rayonnement, est de graphite.

   3. Dispositif selon la revendication, caractérisé en ce que ladite masse est de polyéthylène.

   4. Dispositif selon la revendication, caractérisé en ce que ladite masse est de polystyrène.

   5. Dispositif selon la revendication, caractérisé en ce que ladite masse est de plomb.

   6. Dispositif selon la revendication, caractérisé en ce que ladite masse est de bismuth.

   7. Dispositif selon la revendication, caractérisé en ce qu'il comprend deux soudures chaudes, une à chacune des extrémités du noyau, et deux soudures froides sur l'extérieur du boîtier métallique.

   8. Dispositif selon la soussevendication 1, caractérisé en ce que les fils du thermocouple sont placés à l'intérieur d'une gaine en acier inoxydable, lesdits fils étant isolés et séparés de la gaine par de la magnésie.

   9. Dispositif selon la sous-revendication 8, ca ractérisé en oe que lesdites gaines sont soudées de façon étanche à leur passage à travers les bouchons.

   10. Dispositif selon la revendication, caractérisé en ce que l'appareil de mesure enregistre sur bande la courbe représentant la puissance en fonotion du temps.

   11. Dispositif selon la sous ; revendication 10, caractérisé en oe qu'il comprend, des moyens d'tinté gration de sa courbe de puissance.

   12. Dispositif selon la sous-revendication 11, ca ractérisé en oe que l'intégration est obtenue électriquement dans l'appareil de mesure lui-même.