Procédé pour la mesure d'un flux de neutrons et appareil de mesure pour la mise en oeuvre de ce procédé
Les appareils connus pour la mesure du flux de neutrons sont basés généralement sur l'interaction du neutron et d'un isotope ayant une grande section efficace pour les neutrons. De façon inhérente, les matières ayant cette grande section efficace de capture des neutrons sont usées rapidement ce qui entraîne une décroissance rapide correspondante de la sensibilité de la mesure. Souvent ces appareils dépendent aussi des effets d'ionisation d'un gaz, ces effets pouvant être déformés par d'autres types de radiation. La présente invention évite ces inconvénients, même dans des cas de température défavorable et est notamment avantageuse lorsque la sûreté des mesures et une longue durée d'utilisation ont une grande importance.
L'invention a pour objet un procédé pour la mesure d'un flux de neutrons. Ce procédé est caractérisé en ce qu'on introduit une masse de bore contenant du bore -11, dans le flux de neutrons, collecte les électrons produits par l'irradiation neutronique de la masse de bore et mesure le courant électrique établi par ces électrons.
Selon nos connaissances actuelles, les électrons sont obtenus par une réaction des neutrons avec le bore -11 qui produit du bore -12, et par une désintégration consécutive du bore -12 en carbone -12 par émission bêta, avec une période de 0,020 seconde. Cette période brève assure une réponse rapide à la variation du flux de neutrons.
L'invention a également pour objet un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé. Cet appareil est caractérisé en ce qu'il comprend une masse de bore contenant du bore -11, une enveloppe métallique conductrice enfermant cette masse de bore mais isolée de celle-ci, des conducteurs électriques partant de la masse de bore et de l'enveloppe, et des moyens pour mesurer le courant établi dans ces conducteurs lorsque la masse de bore est soumise à l'irradiation neutronique. L'appareil est particulièrement sensible si on utilise du bore enrichi en isotopes bore -11, c'est-à-dire contenant plus de bore -11 que le bore naturel qui en contient 80, 4 /o.
Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareil selon l'invention.
La figure unique représente en coupe la partie plus intéressante de l'appareils qui peut être désignée par détecteur . Ce détecteur comporte un cylindre 2 en bore -11 comprimé, enfermé dans un manchon 4 en une matière conductrice de l'électricité par exemple en acier inoxydable. Un bouchon 6 en matière conductrice de l'électricité, par exemple en acier inoxydable ferme l'extrémité inférieure du manchon 4. Un conducteur 8 est en contact électrique avec le bouchon 6.
Une couche isolante 10 entoure le manchon 4 et s'étend jusqu'à un point en dessous du bouchon 6.
Une enveloppe conductrice 12, par exemple en acier inoxydable enferme l'isolant 10 autour de sa surface supérieure et de sa surface latérale. Des isolateurs 14, coaxiaux par rapport aux autres éléments entourent le fil conducteur 8 sensiblement sur toute sa longueur. Une gaine métallique 16 entoure les isolateurs 14. L'ensemble de la gaine 16, des isolateurs 14 et du fil conducteur 8 constitue un câble coaxial qui a les caractéristiques électriques de ces câbles.
Dans la forme d'exécution particulière représen
tée, les isolateurs 10 et 14 sont des blocs pleins en matière céramique isolante. I1 en résulte un dispositif rigide et robuste. Cependant, cette construction n'est
pas nécessaire et en fait elle n'a pas la forme la plus
désirable dans tous les cas. Une absorption plus faible des particules bêta et par suite une plus grande sen
sibilité, peuvent être obtenues en utilisant simplement des séparateurs isolants pour séparer le manchon 4 de l'enveloppe 12, ces deux éléments étant
alors séparés seulement par un intervalle d'air, et une sensibilité encore plus grande peut être obtenue
en formant le vide dans l'espace ainsi formé.
I1 n'est pas nécessaire que les pièces 4 et 12
soient en acier inoxydable. D'autres conducteurs à faible section efficace de capture des neutrons par
exemple le titane, le zirconium ou le magnésium, peuvent être utilisés.
Cependant, avec la construction représentée, c'est-à-dire avec un manchon 4 et une enveloppe 12
en acier inoxydable et des isolateurs 10 et 14 en matière céramique, le détecteur de l'appareil est robuste et durable, et il peut être utilisé à des températures élevées.
I1 n'est pas nécessaire que les pièces soient cylindriques, des sphères concentriques, des plaques parallèles, ou d'autres dispositions peuvent être utilisées pour répondre aux conditions géométriques particulières.
Un pico-amnèremètre, non reDrésenté, est connecté entre le fil conducteur 8 de la gaine 16 en un point distant du point d'introduction de la section contenant le bore dans le flux à mesurer.
Dans le cas d'un appareil Dnrticulier d'une dimension convenable, le cylindre 2 dane lequel est contenu le bore -11 a un diamètre de 5,56 mu et une longueur de 76.2 mm (3"). Le manchon 4 est en acier inoxydable d'une épaisseur de 0,254 mm (1/zoo"), et Vépais'eur de l'isoloteur 10 est de 3.17mu (t/8").
L'enveloppe 12 est en acier inoxydable et a une épaisseur de 12,7 mm (1/211). Les isolateurs 10 et 14 sont en oxyde de magnésium, qualité céramique.
Chaque centimètre cube de bore -11 contient approximativement 1,36 X 1023 atomes. La section efficace (o) pour la réaction (n, v) pour cet isotope est légèrement inférieure à 0,05 X 10-24 cm2. La vitesse de réaction pour la capture des neutrons dans un flux de neutrons (0) est donnée par le produit de trois valeurs X Na dans lequel N est le nombre d'atomes de bore -11 par cm3. La charge d'une particule bêta (q) est approximativement 1,6 X 10-19 coulombs. Le courant maximal engendré en fonction du flux de neutrons est donné par I= 0 N°q
Les courants correspondant aux différents niveaux du flux sont donnés par le tableau I.
Tableau I
0 (n/cm2. sec) I (amps)
1012 1,1 X 10-9
101 1, 1 X 10-8
1014 1, 1 X 10-7
Ces courants ont des valeurs comprises dans l'étendue d'un bon pico-ampèremètre.
Les particules bêta résultant de la désintégration du bore -12 à période de 0,020 seconde ont une énergie maximale de 13,4 MeV. La courte période de l'isotope est particulièrement avantageuse parce que le courant engendré suivra rapidement les variations du niveau du flux de neutrons sans retard appréciable. L'énergie élevée est aussi un avantage. Le long parcours de ces particules permet de les utiliser dans un élément de grandes dimensions avec un isolateur en matière céramique relativement épais, cet élément étant à l'abri de l'action nuisible dans le cas des périodes longues existant dans les réacteurs à flux élevé.
Dans le cas de l'instrument représenté, une partie des particules bêta est absorbée dans le bore -11, le manchon métallique 4 ou l'isolateur 10. Cependant, la plupart des particules bêta ont une énergie suffisante pour traverser ces couches et être absorbées dans l'enveloppe 12, en engendrant un courant.
Les atomes de bore -11 sont détruits à la vitesse
0 Na. Dans un flux de 1014 n/cm2. s, le bore -11 serait détruit à la vitesse 6,8 X 1011 atomeslcm3.s.
Comme 1 ces de bore -11 contient 1,36 X 1023 atomes, il faudra 2 X 109 secondes (environ 63 ans) pour détruire 1 0/o des atomes de bore -11 pour ce niveau de flux. La compensation est négligeable.
N'importe quel instrument de mesure du courant convenable peut être utilisé pour mesurer le courant, par exemple en dehors d'un réacteur. Cependant, le pico-ampèremètre doit avoir une résistance d'entrée au moins cent fois inférieure à la résistance effective de l'ensemble combiné câble-détecteur. Cela restreint la limite d'erreur du fait des courants de fuite à moins de 1 /o. Le courant dû au rayonnement ambiant résultant de la capture des particules bêta engendrées à l'extérieur, est éliminé en choisissant le conducteur comme point de référence pour le circuit et en mettant électriquement à la terre le conducteur extérieur du câble coaxial.
REVENDICATIONS
I. Procédé pour la mesure d'un flux de neutrons, caractérisé en ce qu'on introduit une masse de bore, contenant du bore -11, dans le flux de neutrons, collecte les électrons produits par l'irradiation neutronique de la masse de bore et mesure le courant électrique établi par ces électrons.