EP1810057A1 - Method and device for probing material by photofission - Google Patents

Method and device for probing material by photofission

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Publication number
EP1810057A1
EP1810057A1 EP05777236A EP05777236A EP1810057A1 EP 1810057 A1 EP1810057 A1 EP 1810057A1 EP 05777236 A EP05777236 A EP 05777236A EP 05777236 A EP05777236 A EP 05777236A EP 1810057 A1 EP1810057 A1 EP 1810057A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electron beam
neutrons
photofission
probed
radio
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05777236A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Henri Safa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP1810057A1 publication Critical patent/EP1810057A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16Measuring radiation intensity
    • G01T1/167Measuring radioactive content of objects, e.g. contamination
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T3/00Measuring neutron radiation

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for probing an object containing nuclear material.
  • the latter is irradiated by means of a particle beam whose energy is sufficient to cause photofission of actinide elements contained in this nuclear material.
  • Photofission is a nuclear fission, that is to say the separation of the nucleus of a heavy atom with release of a certain energy, caused by the incidence of energetic photons, notably on actinides such as uranium and plutonium. .
  • the de-excitation of an impacted atom gives rise to the emission of fast neutrons, and to a much smaller quantity of delayed neutrons.
  • a neutron detector makes it possible to detect the actinides present.
  • the present invention finds a particularly interesting application in the field of the characterization of nuclear waste packages, in particular to determine their storage location.
  • the term "package” means drums of concrete waste with a diameter of the order of a meter or more, or metal containers whose volume can reach several cubic meters.
  • the probe particles used are either photons, neutrons or both.
  • Photons usually of the gamma type, can be produced either by radioactive decay or by
  • a beam of electrons of sufficient energy strikes a target generally in tungsten, and the passage of the electrons in the neighborhood very close to the atoms of the target gives rise to the "braking radiation" characterized by a photon gamma, of energy at most equal to the energy of the incident electron.
  • Neutrons which constitute the other alternative, can be produced either directly by a neutron source, or from nuclear reactions, by bombardment of a Beryllium target constituting a converter.
  • US 4 497768 (Caldwell) proposes to evaluate only the quantities of fissile or fertile material in a sample from a pulsed irradiation of gamma photons and neutrons.
  • Document US Pat. No. 5,495,106 (Matsny) proposes an assembly for measuring possible contaminations in the ground from pulsed X-ray irradiation.
  • US 5,838,759 proposes an assembly for measuring possible contaminations in the ground from pulsed X-ray irradiation.
  • GDR Giant Dipolar Resonance
  • N, Z and A conventionally refer to the total number of neutrons, protons and nucleons.
  • the GDR can induce cross sections of a barn fraction, of the same order of magnitude as the standard nuclear reactions (strong interaction), for example neutronics, although it is of electromagnetic origin. It is therefore, at these photon energies, a physical phenomenon of importance.
  • the photons 2 pass through the air to be sent on the package 3 to be probed. It is therefore the photons that are used as a probe.
  • the detection is done through neutron detectors 4 placed around the package. Due to the importance of the "gamma flash" when sending the electron pack, the detectors 4 are blinded in two ways.
  • the huge amount of gamma photons produced by Bremsstrahlung from the electron beam can create ionizations in neutron detectors.
  • the conversion target having a high atomic number produces, under the effect of photon irradiation, parasitic neutrons in a quantity greater than the fast neutrons resulting from photofission.
  • “Gamma flash” induces background noise several orders of magnitude higher than useful signals.
  • a solution proposed by the document US4497768 would consist of firstly thermalizing the neutrons and then measuring the fast neutrons resulting from fission reactions induced by neutrons, that is to say about 0.5 ms to 2.5 ms after the flash, by surrounding the cadmium detectors to absorb slow thermalized neutrons. The immediate consequence is the generation of a very important neutron environment
  • a US5495106 document proposes to use X-rays (actually gamma rays produced by Bremsstrahlung electrons impacting a target) to create photofission in the contaminants present in the soil: uranium, plutonium and Beryllium . Then he proposes to measure, up to 100 ms after the photon source, the neutrons that have been produced by these contaminants. It is therefore necessary to inhibit the detectors 4 during the "gamma flash", which limits this system to the measurement of delayed neutrons, arriving well after the flash. This limitation results in the impossibility of identifying the actinides present in the package, which constitutes a first limitation of this method.
  • the package is probed globally because once created, the photons continue their journey in a straight line, without being able to be directed to a specific spot of the package. Fine localization of the waste inside the package is not possible in this system according to the prior art.
  • the spectrum of these Bremsstrahlung photons ranges from zero to the maximum energy of the incident electron (rare case where the electron stops and radiates all its energy). This spectrum is for example illustrated in Figure 2 where a 50 MeV electron strikes a 5 mm thick tungsten converter. The density of photons decreases exponentially with energy, the majority of photons being emitted at low energy. In this example, each electron emits on average about forty photons of which only 0.6 are in the "useful" energy range for the GDR, that is to say between 10 and 20 MeV.
  • the emitted photons interact with an actinide nucleus present in the target to be probed, those of them having the good energy will be able to excite a GDR dipolar giant resonance and possibly to fission the nucleus.
  • neutrons are emitted during the de-excitation: they are the fast neutrons. But the fragments of fission are generally themselves radioactive, and in excited states. Some emit neutrons with a delay time with respect to the fission itself (thus depending on the lifetime of said fragment): these are the delayed neutrons.
  • the detection of the amount of actinides is based on the measurement of the number of these delayed neutrons, after a burst of electrons has been sent by the accelerator to the target, producing a gamma flash.
  • the amount of delayed neutrons produced by the photofission is proportional to the mass of actinides present, according to the linear relationship:
  • the number of delayed neutrons emitted per second is proportional to the mass of fissionable elements (by photofission) and to the average current of electrons.
  • the coefficient of proportionality depends on the photon efficiency, the transport and the attenuation of these photons and the cross sections of the various elements considered. It should be noted that the method according to document FR 2,764,383 (equivalent US6452992) makes it possible, by measuring the number of delayed neutrons, to deduce the total mass of the actinides in a target. It is therefore a very interesting measure because fast (from a few minutes to a few hours, once the package is in place) and non-destructive. However, it does not allow the direct identification of the different actinides.
  • a second limitation of this method lies in the fact that it measures only the mass of actinides and not their activity.
  • the delayed neutrons are emitted inside the package by number n * proportional to the intensity of the electron beam and the mass m 1 g actinides present in the package. After emission, they undergo repeated shocks and slowdowns, then broadcast to the outside of the package and through the ambient air before reaching a detector. This process causes the number of delayed neutrons detected to be a small fraction of the neutrons emitted, mainly because of the absorption in the package. The proportion of delayed neutrons detected will be all the more important as the distance to be traveled inside the waste package will be small.
  • the coefficient of proportionality integrates the geometry of the device (solid angle) and the efficiency of the detector used (number of shots per neutron arriving on the detector). Strictly speaking, the coefficient ⁇ and the coefficient of proportionality depend on the energy of the neutron. But in practice we can admit that the spectrum in delayed neutron energy is identical to that of the classical (neutron-induced) fission of average energy around 450 keV. This eliminates the impact of the spectral distribution which may differ depending on the type of actinide present in the waste package. Therefore, there are only two unknowns left: the quantity m of radioactive material, and its location inside the package that is expressed by its distance d to a given detector. To determine these two unknowns, one uses either several detectors or several measures by for example turning the package around its central axis. In order to improve the accuracy of the measurements, both can be made together.
  • shot S / S can then be written by considering A as a parameter dependent on prior measurements (calibration). It establishes well that the number S of pulses per second measured by the detectors is proportional to the mass m of actinides present in the package.
  • Each detector will therefore be calibrated to have the corresponding exact value of its coefficient of proportionality A. Since the thickness of material traversed d is unknown, it is possible by using several detectors (theoretically two situated at 180 ° on either side of the package should be sufficient), deduce the two unknowns d and m. Of course, in the very likely case where several actinides located in several places emit, one would have to sum up their different contribution.
  • a third limitation of this method resides in the noise which limits the sensitivity of the system to a value too high to allow to classify the package into a category. storage and determine where it should be stored.
  • the maximum admissible activity (for the isotope considered) for the storage of a TFA package is 100 Bq / g.
  • the radioactivity of 239 Pu is 2.284 GBq / g. It follows that the TFA classification limit for this type of package must be such that
  • the neutrons inside the waste drum have a poorly controlled path, which does not allow to reach all the zones of this drum, and on the other hand the enormous The amount of neutrons (produced by the impact of the photons on the target) blinds all the detectors, to the point of making it impossible to measure fast neutrons. Only delayed neutrons can be measured effectively, and the sensitivity of measurements is greatly affected. Finally, the efficiency of the process is extremely low, a very small portion of emitted photons having sufficient energy to trigger a photofission reaction.
  • the distribution throughout the useful section is a priori uniform, which is an important advantage.
  • the penetration depth of the photons is low, and the vast majority of them, insufficiently energetic, stop in the very first centimeters, which does not allow to know the composition of the drum in the whole of its thickness.
  • the photons produced by the impact of electrons go in a straight line (according to the direction of incidence of the electron that created them), the entire photon beam is nevertheless affected by some divergence, sufficient to blind the neutron detector.
  • the method according to FR 2,764,383 (equivalent US6452992) has the following three disadvantages: firstly a measure of the mass of the actinides and not their activity, secondly the impossibility of identifying the actinides present finally, the impossibility of lowering the sensitivity limit sufficiently to determine the category in which the waste must be stored.
  • the present invention aims to improve the systems of the prior art by providing a device capable of effectively and simply detect the prompt and delayed neutrons. It is known that the ratio between the fast neutrons and the delayed neutrons varies greatly with the type of actinide considered.
  • the present invention allows the measurement of fast neutrons in addition to the measurement of delayed neutrons, allows to determine this report is therefore to determine the type of actinides present in the package.
  • the present invention also aims an active method having a high sensitivity of detection, and able to focus this sensitivity on a specific area inside the package. It also aims to accurately measure any amount of actinides present in a large object.
  • At least one of the above objectives is achieved with a novel method for probing an object containing potentially radio-transmitter elements.
  • This object is irradiated by means of a particle beam whose energy is sufficient to cause photofission of the radio-transmitter elements of the object.
  • the neutrons produced by photofission are measured by means of at least one neutron detector.
  • the particles that probe the object by photofission are electrons directly irradiating the object, and the conversion of the electrons into photons capable of generating the photofission is performed directly by the object to be probed.
  • the electrons are used directly to strike the object to be probed, and no heavy metal target, such as tungsten, is added to the interior of this object to convert the electrons in photons able to generate the photofission of the potentially radiating elements.
  • the object to be probed generally consists of a peripheral container, and a content that occupies the central part.
  • the container is generally of absorbent concrete, thick, and the content comprises nuclear material.
  • the invention is particularly advantageous since it gives rise to brake radiation mainly at the concrete container.
  • the constituents of the concrete have a low atomic number, on average around 20 (the heaviest component, the barium of atomic number 56 being in a very small amount), so that the photofission reaction does not create substantially direct neutrons to blind the detectors.
  • the measurement is favored by arranging around the object to be probed or in its container a material having a sufficiently high atomic number so that the Bremsstrahlung reactions are sufficient in number for the photofission, and sufficiently low to limit the production of neutrons.
  • this range can be located, without limitation, between 10 and 50.
  • the electron-photon conversion takes place on a high atomic number material, such as tungsten, in a few mm.
  • the invention makes it possible to make full use of the electron directivity to explore the contents of the object by choosing a number material container.
  • sufficient part is meant an amount sufficient so that the resulting photofission reactions can be measured with a signal-to-noise ratio compatible with the needs.
  • the above features combine to locate the photofission reactions as close as possible to the nuclear materials of the package, and, if desired, to distribute them relatively homogeneously over the entire volume of the nuclear material to be probed.
  • the process according to the invention has many advantages.
  • a first advantage is that the electrons can be manipulated more easily than photons: we can vary the size of the electron beam so as to vary the accuracy of the irradiation, we can focus the electron beam on a part of the nuclear material, we can transport the electrons, deflect them, carry out a well targeted or delimited scan, etc ... We can thus make sure that the electron beam sweeps all or part of the nuclear material, or even the totality of the object to be probed, which may be a cask for example. The electron beam is then moving relative to the object. In the same way, the object can be moved in translation and / or rotation relative to the electron beam so that the electron beam radiates all or part of the contents of the package.
  • the electron beam that irradiates the package is pulsed, and the at least one neutron detector detects the delayed neutrons, generated by the photofission, after the resulting pulsed flash of the electron beam.
  • Said at least one neutron detector can also detect the prompt neutrons emitted during the electron beam pulse.
  • the nuclear material can be irradiated by transporting the electron beam via a vacuum line.
  • particles emitted by the scanned parts are simultaneously detected so as to locate the nuclear material within the object.
  • the second advantage is that the electrons have a penetrating power in the material. As a result, they can get as close as possible to the actinides present in the package, and thus increase the chances of a nuclear reaction. This results in a considerable improvement in energy efficiency and greater measurement sensitivity.
  • the third advantage is that the direct use of electrons makes it possible to minimize the noise induced by gammas during the first impact (Bremsstrahlung gamma flash) which blinds the neutron detectors.
  • the electron beam irradiates the nuclear material in the form of at least one pulse, it is possible to detect and measure fast neutrons emitted during the pulse. It is also possible to detect and measure the delayed neutrons emitted after the pulse.
  • the present invention thus allows both the measurement of the fast neutron flux and the measurement of the delayed neutron flux.
  • the second measurement makes it possible to determine the mass of actinides as taught in the documents FR 2 764383 (equivalent US6452992) or US4497768, but with a much better resolution (absence of noise, better distribution of the photon-probe).
  • the ratio of these two measurements makes it possible to further determine the isotopic composition of actinides present in the material (elements radio transmitters). Indeed, as already seen, the various actinides have a fast neutron report on different delayed neutrons. The experimental measurement of this ratio will therefore be a characteristic of the isotope considered.
  • the total amount of actinides present in the radio - transmitter elements from the fast neutrons and the measured delayed neutrons can also be determined.
  • a device for probing an object containing radio-transmitter elements comprises means for irradiating said object by means of a particle beam whose energy is sufficient to cause a photofission of the radio-transmitter elements of the object, and at least one neutron detector for measuring the neutrons produced by photofission.
  • said particles are electrons directly irradiating the nuclear material, the conversion of the electrons into photons able to generate the photofission being carried out directly by the object to be probed.
  • the electron beam is transported via a vacuum line whose exit window is brought into contact with the object.
  • the means for detecting fast neutrons are arranged behind the object when the electron beam arrives from the front of this object.
  • FIG. 1 is a simplified schematic view of a device characterizing nuclear waste according to the prior art
  • FIG. 2 is a graph illustrating the photon spectrum emitted by Bremsstrahlung for a 50 MeV energy electron on a 5 mm thick tungsten target, according to the prior art
  • FIG. 3 is a simplified schematic view of a nuclear material characterization device according to the present invention.
  • FIG 1 there is a large object to be probed 6 containing a very small amount of nuclear material 7, an actinide.
  • This material 7 is located at a precise point within the object 6.
  • This beam 13 is transported by a vacuum line 9 which is a vacuum tube connecting the output of the accelerator 8 to the object to be probed 6.
  • a scanning device 10 is installed.
  • magnetic deflection elements techniques well known in the field of accelerators
  • An exit window is also provided at the end of the vacuum line 9. This window may come into contact, for example with the scanning device 10, with the object 6 so as to avoid the passage of the electron beam through the air.
  • the present invention makes it possible to measure the prompt neutrons emitted during the electron pulse, while continuing to measure the delayed neutrons coming from the object to be probed, thus from a few ms to 100 ms, or even more after the pulse.
  • the devices are identical to those described in documents FR 2 764383 (equivalent US6452992) or US4497768.
  • detectors 11 of delayed neutrons are arranged around the object 6.
  • the use of electrons as probe beam makes it possible to overcome the background noise of the "gamma flash". Indeed, the electrons striking only a small part of the surface of the object, will end (as well as all the various particles produced by the successive reactions in the object) either by being backscattered (towards the back), or to be absorbed into the object itself. It is thus possible to measure the prompt neutrons emitted during pulsing with fast neutron detectors 12. It is shown that the optimal position of these detectors from the point of view of the signal-to-noise ratio is to place them behind the object to be probed.
  • the detected fast neutron signal (much more intense than that of the delayed neutrons mentioned above) is used to deduce the amount of nuclear material present in the package.
  • the delayed neutron signal is also measured between two pulses. Moreover, it is the conjunction of two simultaneous information (delayed signal and delayed signal) that allows, by performing their ratio, to go back to the isotope of the actinide tested.
  • a movement of the object (vertical and / or in rotation around the vertical axis) makes it possible to precisely locate the place where the material 7 is in the object 6. The precision is determined by the size of the beam of 13.
  • the size of the electron beam can be as small as desired (in the limit of the emittance of the beam), simply placing a proper focus (not shown) in the vacuum transport line 9.
  • Another feature of the present invention is the pulse width of the probe beam. While with photons or neutrons, the pulses used are generally very intense (up to 200 mA) and very short (generally less than 4 ⁇ s), it is shown that in the present case, long pulses for example 4 ms, which is a thousand times higher, could as well be used with intensities that can be much lower, some microamperes are enough.

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Abstract

The invention relates to a method and system for probing an object, which contains potentially radioemitting elements, by photofission. The object is bombarded by a beam of electrons of sufficient power and the conversion thereof into photons by Bremsstrahlung is effected directly inside the object to be probed, which is likely to contain photofissile material. No target is added to the packet for said conversion. Preferably, the object that is to be probed is a radioactive waste packet having a thick absorbent concrete container.

Description

" Procédé et dispositif pour sonder la matière nucléaire par photofission." "Method and apparatus for probing nuclear material by photofission."
La présente invention se rapporte à un procédé et un dispositif pour sonder un objet contenant de la matière nucléaire. Cette dernière est irradiée au moyen d'un faisceau de particules dont l'énergie est suffisante pour provoquer une photofission d'éléments actinides contenus dans cette matière nucléaire.The present invention relates to a method and a device for probing an object containing nuclear material. The latter is irradiated by means of a particle beam whose energy is sufficient to cause photofission of actinide elements contained in this nuclear material.
La photofission est une fission nucléaire, c'est à dire la séparation du noyau d'un atome lourd avec libération d'une certaine énergie, provoquée par l'incidence de photons énergétiques, notamment sur des actinides tels que l'uranium et le plutonium. La désexcitation d'un atome impacté donne lieu à l'émission de neutrons prompts, et à une quantité bien plus faible de neutrons retardés. Un détecteur de neutrons permet notamment de détecter les actinides en présence. La présente invention trouve une application particulièrement intéressante dans le domaine de la caractérisation des colis de déchets nucléaires, en vue de déterminer notamment leur lieu de stockage. On entend par colis, des fûts de déchets bétonnés d'un diamètre de l'ordre du mètre ou plus, ou encore des containers métalliques dont le volume peut atteindre plusieurs mètres cubes. Il est par ailleurs important, lors du stockage des déchets radioactifs, de connaître la nature et l'activité des radioémetteurs et en particulier des actinides. On connaît le document US 4 617169 (Brodzinski) qui propose une méthode passive pour la détection de matière nucléaire dans un colis de déchets. Cette méthode n'utilise pas de particules sonde. A l'aide de détecteurs à la fois gamma et neutron placés à l'extérieur du colis, on essaye d'extraire soit les raies gamma caractéristiques d'un noyau radioactif présent, soit les émissions de neutrons le cas échéant. Cette technique est d'ailleurs couramment utilisée pour caractériser les colis de déchets nucléaires. Elle ne permet cependant pas de déterminer les émetteurs alpha, rayonnements qui sont entièrement arrêtés dans le colis et ne permet pas de sonder les colis de grandes dimensions contenant de faibles quantités de matière radioactive.Photofission is a nuclear fission, that is to say the separation of the nucleus of a heavy atom with release of a certain energy, caused by the incidence of energetic photons, notably on actinides such as uranium and plutonium. . The de-excitation of an impacted atom gives rise to the emission of fast neutrons, and to a much smaller quantity of delayed neutrons. In particular, a neutron detector makes it possible to detect the actinides present. The present invention finds a particularly interesting application in the field of the characterization of nuclear waste packages, in particular to determine their storage location. The term "package" means drums of concrete waste with a diameter of the order of a meter or more, or metal containers whose volume can reach several cubic meters. It is also important, when storing radioactive waste, to know the nature and activity of radio transmitters and in particular actinides. Document US Pat. No. 4,617,169 (Brodzinski) is known which proposes a passive method for the detection of nuclear material in a waste package. This method does not use probe particles. Using both gamma and neutron detectors placed outside the package, one tries to extract either gamma lines characteristic of a radioactive nucleus present, or the neutron emission if necessary. This technique is also commonly used to characterize nuclear waste packages. However, it does not make it possible to determine the alpha emitters, radiations that are entirely stopped in the package and does not allow to probe large packages containing small amounts of radioactive material.
On connaît également des méthodes actives, plus sensibles et permettant d'avoir une limite de détection nettement plus faible. Dans ces méthodes, les déchets sont soumis à un flux de neutrons et/ou photons, lui-même obtenu par bombardement électronique d'une cible placée au voisinage immédiat du fût de déchets.Active methods are also known which are more sensitive and allow a much lower detection limit. In these methods, the waste is subjected to a flux of neutrons and / or photons, itself obtained by electron bombardment of a target placed in the immediate vicinity of the waste drum.
Les particules-sonde utilisées sont soit des photons, soit des neutrons, soit les deux réunis.The probe particles used are either photons, neutrons or both.
Les photons, généralement de type gamma, peuvent être produits soit par décroissance radioactive, soit parPhotons, usually of the gamma type, can be produced either by radioactive decay or by
Bremsstrahlung. Dans ce cas, un faisceau d'électrons d'énergie suffisante (plusieurs MeV) frappe une cible généralement en tungstène, et le passage des électrons au voisinage très proche des atomes de la cible donne lieu au « rayonnement de freinage » caractérisé par un photon gamma, d'énergie au plus égale à l'énergie de l'électron incident.Bremsstrahlung. In this case, a beam of electrons of sufficient energy (several MeV) strikes a target generally in tungsten, and the passage of the electrons in the neighborhood very close to the atoms of the target gives rise to the "braking radiation" characterized by a photon gamma, of energy at most equal to the energy of the incident electron.
Les neutrons, qui constituent l'autre alternative, peuvent être produits soit directement par une source de neutrons, soit à partir de réactions nucléaires, par bombardement d'une cible de Béryllium constituant un convertisseur. Ainsi le document US 4 497768 (Caldwell) propose d'évaluer uniquement les quantités de matière fissile ou fertile dans un échantillon à partir d'une irradiation puisée de photons gamma et neutrons. Le document US 5 495106 (Matsny) propose un montage pour mesurer des contaminations éventuelles dans le sol à partir d'une irradiation puisée de rayons X. Le document US 5 838759Neutrons, which constitute the other alternative, can be produced either directly by a neutron source, or from nuclear reactions, by bombardment of a Beryllium target constituting a converter. Thus US 4 497768 (Caldwell) proposes to evaluate only the quantities of fissile or fertile material in a sample from a pulsed irradiation of gamma photons and neutrons. Document US Pat. No. 5,495,106 (Matsny) proposes an assembly for measuring possible contaminations in the ground from pulsed X-ray irradiation. US 5,838,759
(Armistead) propose un outil de prévention de contrebande de matière nucléaire par bombardement de rayons X ou de neutrons sur des containers mobiles par rapport à 1 ' émetteur de rayons X. Le document FR 2 726090 (équivalent US 5(Armistead) proposes a tool for preventing nuclear material from being smuggled by X-ray or neutron bombardment on mobile containers with respect to the X-ray emitter. The document FR 2 726090 (US equivalent 5)
828069) (Umiastowski) décrit une enceinte de comptage de neutrons comportant des couches de modérateurs de neutrons et des couches de cadmium pour blindage.828069) (Umiastowski) describes a counting chamber of neutrons with layers of neutron moderators and layers of cadmium for shielding.
On connaît enfin le document FR 2 764383 (équivalent US6452992) (Umiastowski) qui sera décrit ci-après de manière plus détaillée. D'une façon générale l'interaction d'un photon de quelques MeV avec un noyau peut si l'excitation est suffisante fournir assez d'énergie aux nucléons pour provoquer des réactions nucléaires. Le noyau se désexcite en émettant généralement soit un (ou plusieurs) photon, soit un (ou des) neutron, soit, plus rarement, des particules chargées (p,α, ...) . Dans le cas des actinides, le noyau excité peut également se désintégrer en fissionnant. Il existe un domaine d'énergie pour lequel la section efficace de capture des photons par le noyau est relativement élevée. C'est le domaine de la Résonance Géante Dipolaire (GDR) . Pour des énergies intermédiaires (allant typiquement de 25 MeV pour les noyaux légers à 12 MeV pour les plus lourds) , le noyau est alors excité sur un mode collectif, traduisant un mode de résonance électrique dû au mouvement relatif des protons par rapport aux neutrons. L'intégrale de la section efficace totale est donnée par la règle de somme dipolaireFinally, document FR 2 764383 (equivalent US6452992) (Umiastowski) is known which will be described below in more detail. In general, the interaction of a photon of a few MeV with a nucleus can, if the excitation is sufficient, supply enough energy to the nucleons to cause nuclear reactions. The nucleus is de-excited by generally emitting either one (or more) photons, or one (or more) neutrons, or, more rarely, charged particles (p, α, ...). In the case of actinides, the excited nucleus can also disintegrate by fissioning. There is an energy domain for which the photon capturing cross section by the nucleus is relatively high. This is the domain of Giant Dipolar Resonance (GDR). For intermediate energies (typically ranging from 25 MeV for light cores to 12 MeV for heavier ones), the nucleus is then excited in a collective mode, reflecting a mode of electrical resonance due to the relative movement of protons relative to neutrons. The integral of the total cross section is given by the dipole sum rule
Iσ.dE≈60 NZ) mbarn.MeVIσ.dE≈60 NZ) mbarn.MeV
où N, Z et A désignent classiquement le nombre total de neutrons, protons et nucléons.where N, Z and A conventionally refer to the total number of neutrons, protons and nucleons.
L'on voit que la GDR peut induire des sections efficaces d'une fraction de barn, du même ordre de grandeur que les réactions nucléaires standard (interaction forte) , par exemple neutroniques, bien qu'elle soit d'origine électromagnétique. C'est donc, à ces énergies de photons, un phénomène physique d'importance.It can be seen that the GDR can induce cross sections of a barn fraction, of the same order of magnitude as the standard nuclear reactions (strong interaction), for example neutronics, although it is of electromagnetic origin. It is therefore, at these photon energies, a physical phenomenon of importance.
Pour les actinides mineurs, les voies de désexcitation majeures sont l'émission neutronique, principalement (γ,n) et (γ,2n), et la photofission (désintégration par fission) . - A- Il se trouve que ces trois voies sont pratiquement équiprobables. La fission contribue donc pour pratiquement (1/3) de la section efficace photonucléaire totale et intégrée. Le document FR 2 764383 (équivalent US6452992) décrit un système tel qu'illustré sur la figure 1. On distingue un convertisseur 1 utilisé pour générer des photons gamma à partir d'électrons fournis par un accélérateur 5 de particules. Lorsque les électrons s'approchent très près du noyau des atomes de la cible constituant le convertisseur 1, ils génèrent un rayonnement de freinage et perdent de l'énergie. Plusieurs interactions de ce type ont lieu successivement, jusqu'à ce que les électrons aient perdu l'essentiel de leur énergie. Les photons 2 traversent l'air pour être envoyés sur le colis 3 à sonder. Ce sont donc les photons qui sont utilisés comme sonde. La détection se fait grâce à des détecteurs 4 de neutrons placés tout autour du colis. Du fait de l'importance du "flash gamma" lors de l'envoi du paquet d'électrons, les détecteurs 4 sont aveuglés de deux manières. D'une part, l'énorme quantité de photons gamma produits par Bremsstrahlung à partir du faisceau d'électrons peut créer des ionisations dans les détecteurs de neutrons. D'autre part, la cible de conversion ayant un numéro atomique élevé, produit, sous l'effet de l'irradiation photonique, des neutrons parasites en quantité supérieure aux neutrons prompts issus de la photofission.For minor actinides, the major de-excitation pathways are neutron emission, mainly (γ, n) and (γ, 2n), and photofission (fission disintegration). - A- It turns out that these three paths are practically equiprobable. The fission thus contributes for practically (1/3) of the total and integrated photonuclear effective cross section. Document FR 2 764 383 (US6452992 equivalent) describes a system as illustrated in FIG. 1. A converter 1 is used to generate gamma photons from electrons supplied by a particle accelerator. When the electrons come very close to the nucleus of the atoms of the target constituting the converter 1, they generate a braking radiation and lose energy. Several such interactions take place successively, until the electrons have lost most of their energy. The photons 2 pass through the air to be sent on the package 3 to be probed. It is therefore the photons that are used as a probe. The detection is done through neutron detectors 4 placed around the package. Due to the importance of the "gamma flash" when sending the electron pack, the detectors 4 are blinded in two ways. On the one hand, the huge amount of gamma photons produced by Bremsstrahlung from the electron beam can create ionizations in neutron detectors. On the other hand, the conversion target having a high atomic number produces, under the effect of photon irradiation, parasitic neutrons in a quantity greater than the fast neutrons resulting from photofission.
Selon l'art antérieur enseigné par les documentsAccording to the prior art taught by the documents
US4497768 et US6452992 utilisant une sonde de photons, leUS4497768 and US6452992 using a photon probe, the
"flash gamma" induit un bruit de fond supérieur de plusieurs ordres de grandeur aux signaux utiles. Une solution proposée par le document US4497768 consisterait à d'abord thermaliser les neutrons puis à mesurer les neutrons prompts issus des réactions de fission induites par neutrons c'est-à-dire environ 0,5 ms à 2,5 ms après le flash, en entourant les détecteurs de cadmium afin d' absorber les neutrons thermalisés lents. La conséquence immédiate en est la génération d' un environnement neutronique très important"Gamma flash" induces background noise several orders of magnitude higher than useful signals. A solution proposed by the document US4497768 would consist of firstly thermalizing the neutrons and then measuring the fast neutrons resulting from fission reactions induced by neutrons, that is to say about 0.5 ms to 2.5 ms after the flash, by surrounding the cadmium detectors to absorb slow thermalized neutrons. The immediate consequence is the generation of a very important neutron environment
(bruit neutronique) noyant le signal utile.(neutron noise) drowning the useful signal.
Un autre document, US5838759, recourt à une source radioactive et un convertisseur au Béryllium pour générer des neutrons comme particule-sonde, puis mesure les raies gamma caractéristiques des éléments ayant capturé un neutron à l'aide de détecteurs gamma. Toutefois, même par cette technique un flash de neutrons aveugle les détecteurs et contraint à n'effectuer les mesures qu'après ce flash.Another document, US5838759, uses a radioactive source and a Beryllium converter to generate neutrons as a probe particle, and then measures the gamma lines characteristic of elements that captured a neutron using gamma detectors. However, even by this technique a neutron flash blinds the detectors and forces to make measurements after this flash.
Enfin, un document US5495106 propose d'utiliser des rayons X (en réalité des rayons gamma produits par Bremsstrahlung d'électrons impactant une cible) pour créer de la photofission dans les contaminants présents dans le sol : l'uranium, le plutonium et le Béryllium. Puis il propose de mesurer, jusqu'à 100 ms après le puise de photons, les neutrons qui ont été produits par ces contaminants. II est donc nécessaire d'inhiber les détecteurs 4 pendant le "flash gamma", ce qui limite ce système à la mesure des neutrons retardés, arrivant bien après le flash. Cette limitation a pour conséquence l'impossibilité d'identifier les actinides présents dans le colis, ce qui constitue une première limitation de cette méthode.Finally, a US5495106 document proposes to use X-rays (actually gamma rays produced by Bremsstrahlung electrons impacting a target) to create photofission in the contaminants present in the soil: uranium, plutonium and Beryllium . Then he proposes to measure, up to 100 ms after the photon source, the neutrons that have been produced by these contaminants. It is therefore necessary to inhibit the detectors 4 during the "gamma flash", which limits this system to the measurement of delayed neutrons, arriving well after the flash. This limitation results in the impossibility of identifying the actinides present in the package, which constitutes a first limitation of this method.
De plus, généralement, le colis est sondé globalement car une fois créés, les photons continuent leur parcours en ligne droite, sans pouvoir être dirigés sur un endroit précis du colis. La localisation fine du déchet à l'intérieur du colis n'est donc pas possible dans ce système selon l'art antérieur.In addition, generally, the package is probed globally because once created, the photons continue their journey in a straight line, without being able to be directed to a specific spot of the package. Fine localization of the waste inside the package is not possible in this system according to the prior art.
Par ailleurs, le spectre de ces photons de Bremsstrahlung s'étend de zéro à l'énergie maximale de l'électron incident (cas rare où l'électron s'arrête et rayonne toute son énergie) . Ce spectre est par exemple illustré à la Figure 2 où un électron de 50 MeV frappe un convertisseur en tungstène de 5 mm d'épaisseur. La densité de photons décroît exponentiellement avec l'énergie, la majorité des photons étant émis à basse énergie. Dans cet exemple, chaque électron émet en moyenne une quarantaine de photons dont seulement 0,6 se trouvent dans la gamme d'énergie "utile" pour la GDR, c'est-à-dire entre 10 et 20 MeV.Moreover, the spectrum of these Bremsstrahlung photons ranges from zero to the maximum energy of the incident electron (rare case where the electron stops and radiates all its energy). This spectrum is for example illustrated in Figure 2 where a 50 MeV electron strikes a 5 mm thick tungsten converter. The density of photons decreases exponentially with energy, the majority of photons being emitted at low energy. In this example, each electron emits on average about forty photons of which only 0.6 are in the "useful" energy range for the GDR, that is to say between 10 and 20 MeV.
Si les photons émis interagissent avec un noyau d'actinide présent dans la cible à sonder, ceux d'entre eux ayant la bonne énergie pourront exciter une résonance géante dipolaire GDR et éventuellement faire fissionner le noyau.If the emitted photons interact with an actinide nucleus present in the target to be probed, those of them having the good energy will be able to excite a GDR dipolar giant resonance and possibly to fission the nucleus.
Lors de la fission, des neutrons sont émis lors de la désexcitation : ce sont les neutrons prompts. Mais les fragments de fission sont généralement eux-mêmes radioactifs, et dans des états excités. Certains émettent des neutrons avec un temps de retard par rapport à la fission elle-même (dépendant donc de la durée de vie dudit fragment) : ce sont les neutrons retardés.During the fission, neutrons are emitted during the de-excitation: they are the fast neutrons. But the fragments of fission are generally themselves radioactive, and in excited states. Some emit neutrons with a delay time with respect to the fission itself (thus depending on the lifetime of said fragment): these are the delayed neutrons.
La détection de la quantité d' actinides repose sur la mesure du nombre de ces neutrons retardés, après qu'une bouffée d'électrons a été envoyée par l'accélérateur sur la cible, produisant un flash gamma.The detection of the amount of actinides is based on the measurement of the number of these delayed neutrons, after a burst of electrons has been sent by the accelerator to the target, producing a gamma flash.
La quantité de neutrons retardés produits par la photofission est proportionnelle à la masse d' actinides présente, selon la relation linéaire :The amount of delayed neutrons produced by the photofission is proportional to the mass of actinides present, according to the linear relationship:
n f s ∞ m[g]I[μA] nfs ∞ m [g] I [μA]
Le nombre de neutrons retardés émis par seconde est proportionnel à la masse d'éléments pouvant fissionner (par photofission) et au courant moyen d'électrons. Le coefficient de proportionnalité dépend du rendement photonique, du transport et de l'atténuation de ces photons et des sections efficaces des différents éléments considérés. II faut noter que la méthode selon le document FR 2 764383 (équivalent US6452992) permet par la mesure du nombre de neutrons retardés de déduire la masse totale des actinides dans une cible. C'est donc une mesure très intéressante car rapide (de quelques minutes à quelques heures, une fois le colis en place) et non destructive. Toutefois, elle ne permet pas l'identification directe des différents actinides.The number of delayed neutrons emitted per second is proportional to the mass of fissionable elements (by photofission) and to the average current of electrons. The coefficient of proportionality depends on the photon efficiency, the transport and the attenuation of these photons and the cross sections of the various elements considered. It should be noted that the method according to document FR 2,764,383 (equivalent US6452992) makes it possible, by measuring the number of delayed neutrons, to deduce the total mass of the actinides in a target. It is therefore a very interesting measure because fast (from a few minutes to a few hours, once the package is in place) and non-destructive. However, it does not allow the direct identification of the different actinides.
Une seconde limitation de cette méthode, selon le document FR 2 764383 (équivalent US6452992) , réside dans le fait qu'elle ne mesure que la masse des actinides et non leur activité. En effet, les neutrons retardés sont émis à l'intérieur du colis, en nombre n* proportionnel à l'intensité du faisceau d'électrons et à la masse mg d1 actinides présents dans le colis. Après émission, ils subissent des chocs répétés et des ralentissements, puis diffusent vers l'extérieur du colis et traversent l'air ambiant avant d'atteindre un détecteur. Ce processus fait que le nombre de neutrons retardés détectés est une faible fraction des neutrons émis, principalement à cause de l'absorption dans le colis. La proportion de neutrons retardés détectés sera d'autant plus importante que la distance à parcourir à l'intérieur du colis du déchet sera faible. Elle dépend donc fortement de la position de l'actinide à l'intérieur de ce colis. Si d désigne la distance séparant la position de l'actinide de l'extérieur du colis, le nombre n* de neutrons détectés sera donc lié au nombre d' impulsions S par secondes du détecteur par la relation approximative :A second limitation of this method, according to the document FR 2,764,383 (equivalent US6452992), lies in the fact that it measures only the mass of actinides and not their activity. Indeed, the delayed neutrons are emitted inside the package by number n * proportional to the intensity of the electron beam and the mass m 1 g actinides present in the package. After emission, they undergo repeated shocks and slowdowns, then broadcast to the outside of the package and through the ambient air before reaching a detector. This process causes the number of delayed neutrons detected to be a small fraction of the neutrons emitted, mainly because of the absorption in the package. The proportion of delayed neutrons detected will be all the more important as the distance to be traveled inside the waste package will be small. It therefore strongly depends on the position of the actinide inside this package. If d denotes the distance separating the position of the actinide from the outside of the package, the number n * of neutrons detected will therefore be related to the number of pulses S per second of the detector by the approximate relation:
S[co,Ψs/s) ∞ β » S [co, Ψ s / s) ∞ β "
Le coefficient de proportionnalité intègre la géométrie du dispositif (angle solide) et l'efficacité du détecteur utilisé (nombre de coups par neutron arrivant sur le détecteur) . En toute rigueur, le coefficient α ainsi que le coefficient de proportionnalité dépendent de l'énergie du neutron. Mais en pratique on peut admettre que le spectre en énergie des neutrons retardés est identique à celui de la fission classique (induite par neutrons) d'énergie moyenne autour de 450 keV. Ceci permet d'éliminer l'incidence de la répartition spectrale qui peut différer selon le type d'actinide présent dans le colis de déchets. Dès lors il ne reste plus que deux inconnues : la quantité m de matière radioactive, et sa localisation à l'intérieur du colis que l'on exprime par sa distance d à un détecteur donné. Pour déterminer ces deux inconnues, on recourt soit à plusieurs détecteurs, soit à plusieurs mesures en faisant par exemple tourner le colis autour de son axe central. Afin d'améliorer la précision des mesures, les deux peuvent être conjointement réalisés.The coefficient of proportionality integrates the geometry of the device (solid angle) and the efficiency of the detector used (number of shots per neutron arriving on the detector). Strictly speaking, the coefficient α and the coefficient of proportionality depend on the energy of the neutron. But in practice we can admit that the spectrum in delayed neutron energy is identical to that of the classical (neutron-induced) fission of average energy around 450 keV. This eliminates the impact of the spectral distribution which may differ depending on the type of actinide present in the waste package. Therefore, there are only two unknowns left: the quantity m of radioactive material, and its location inside the package that is expressed by its distance d to a given detector. To determine these two unknowns, one uses either several detectors or several measures by for example turning the package around its central axis. In order to improve the accuracy of the measurements, both can be made together.
La relation directe entre le nombre de coups mesurés sur le détecteur et la masse totale d'actinides :The direct relationship between the number of hits measured on the detector and the total mass of actinides:
S[coupS/S} peut alors s'écrire en considérant A comme un paramètre dépendant de mesures préalables (calibration) . Elle établit bien que le nombre S d' impulsions par seconde mesuré par les détecteurs est proportionnel à la masse m d'actinides présents dans le colis. S [shot S / S] can then be written by considering A as a parameter dependent on prior measurements (calibration). It establishes well that the number S of pulses per second measured by the detectors is proportional to the mass m of actinides present in the package.
Chaque détecteur sera donc calibré pour avoir la valeur exacte correspondante de son coefficient de proportionnalité A. L'épaisseur de matière traversée d étant inconnue, on peut en utilisant plusieurs détecteurs (théoriquement deux situés à 180° de part et d'autre du colis devraient être suffisants) , en déduire les deux inconnues d et m. Bien entendu, dans le cas fort probable où plusieurs actinides situés à plusieurs endroits émettent, il faudrait sommer leur différente contribution.Each detector will therefore be calibrated to have the corresponding exact value of its coefficient of proportionality A. Since the thickness of material traversed d is unknown, it is possible by using several detectors (theoretically two situated at 180 ° on either side of the package should be sufficient), deduce the two unknowns d and m. Of course, in the very likely case where several actinides located in several places emit, one would have to sum up their different contribution.
Une troisième limitation de cette méthode, selon le document FR 2 764383 (équivalent US6452992), réside dans le bruit qui limite la sensibilité du système à une valeur trop élevée pour permettre de classer le colis en une catégorie de stockage, et déterminer le lieu où il doit être entreposé.A third limitation of this method, according to the document FR 2 764 383 (equivalent US6452992), resides in the noise which limits the sensitivity of the system to a value too high to allow to classify the package into a category. storage and determine where it should be stored.
L' expérimentation montre que cette limite de détection est d'environ 5 g/t pour des électrons de 15 MeV. Bien entendu, si l'actinide n'est pas au centre du colis, ou si le colis est de taille plus petite, la limite de sa détection sera d'autant plus faible (variation exponentielle) .The experiment shows that this limit of detection is about 5 g / t for 15 MeV electrons. Of course, if the actinide is not at the center of the package, or if the package is smaller in size, the limit of its detection will be even lower (exponential variation).
Mais cette limite de 5 g/t est bien trop élevée pour que cette technique puisse être utilisée pour l'orientation de l'exutoire des colis en vue de leur déclassement éventuel de déchet B vers A. En effet, prenons par exemple un colis contenant des déchets nucléaires enrobés par du béton de densité moyenne 1,74. Le poids total du colis est de 4,7 tonnes pour des dimensions de 1,5x1,5x1,2 m- Supposons également que ce colis contienne principalement du 239Pu.But this limit of 5 g / t is far too high for this technique to be used for the orientation of the outlet of the packages with a view to their eventual decommissioning of waste B to A. In fact, let us take for example a package containing nuclear waste coated with medium density concrete 1.74. The total weight of the package is 4.7 tons for dimensions of 1.5x1,5x1,2 m- Suppose also that this package contains mainly 239 Pu.
L'activité maximale admissible (pour l'isotope considéré) pour le stockage d'un colis TFA est de 100 Bq/g.The maximum admissible activity (for the isotope considered) for the storage of a TFA package is 100 Bq / g.
Or la radioactivité du 239Pu est de 2,284 GBq/g. On en déduit que la limite de classification TFA de ce type de colis doit être telle queThe radioactivity of 239 Pu is 2.284 GBq / g. It follows that the TFA classification limit for this type of package must be such that
Pour ce colis qui fait environ 4,7 tonnes, il sera donc nécessaire de détecter des masses inférieures à 200 mg. L'on voit qu'il sera nécessaire d'obtenir des sensibilités de détection environ 100 fois plus faible que celles qu'il est possible d'atteindre par le système du document FR 2 764383 (équivalent US6452992) .For this package which is about 4.7 tons, it will be necessary to detect masses of less than 200 mg. We see that it will be necessary to obtain detection sensitivities about 100 times lower than those that can be achieved by the system of FR 2,764,383 (equivalent US6452992).
En d'autres termes, les principaux inconvénients des systèmes de l'art antérieur et en particulier du document FR 2 764383 (équivalent US6452992) sont les suivants :In other words, the main disadvantages of the systems of the prior art and in particular of document FR 2 764383 (equivalent US6452992) are the following:
D'une part les neutrons à l'intérieur du fût de déchets ont un trajet mal maîtrisé, ce qui ne permet pas d'atteindre toutes les zones de ce fût, et d'autre part l'énorme quantité de neutrons (produits par l'impact des photons sur la cible) aveugle tous les détecteurs, au point de rendre impossible une mesure des neutrons prompts. Seuls les neutrons retardés peuvent efficacement être mesurés, et la sensibilité des mesures en est grandement affectée. Enfin, le rendement du procédé est extrêmement faible, une très petite partie des photons émis ayant une énergie suffisante pour déclencher une réaction de photofission.On the one hand, the neutrons inside the waste drum have a poorly controlled path, which does not allow to reach all the zones of this drum, and on the other hand the enormous The amount of neutrons (produced by the impact of the photons on the target) blinds all the detectors, to the point of making it impossible to measure fast neutrons. Only delayed neutrons can be measured effectively, and the sensitivity of measurements is greatly affected. Finally, the efficiency of the process is extremely low, a very small portion of emitted photons having sufficient energy to trigger a photofission reaction.
En outre, lorsque le flux de déchets est soumis non plus à des neutrons mais à des photons très énergétiques (produits par l'impact d'électrons sur une cible placée au voisinage immédiat du fût de déchets) , la répartition dans toute la section utile est a priori uniforme, ce qui constitue un avantage important. Toutefois la profondeur de pénétration des photons est faible, et la très grande majorité d'entre eux, insuffisamment énergétiques, s'arrêtent dans les tout premiers centimètres, ce qui ne permet pas de connaître la composition du fût dans la totalité de son épaisseur. Enfin, si les photons produits par l'impact d'électrons se dirigent à priori en ligne droite (selon la direction d'incidence de l'électron qui les a créé), l'ensemble du faisceau de photons est néanmoins affecté d'une certaine divergence, suffisante pour aveugler le détecteur de neutrons . Plus généralement, la méthode selon le document FR 2 764383 (équivalent US6452992) présente les trois inconvénients suivants : d'une part mesure de la masse des actinides et non de leur activité, d'autre part l'impossibilité d'identifier les actinides présents, enfin l'impossibilité d'abaisser suffisamment la limite de sensibilité pour déterminer la catégorie dans laquelle le déchet doit être stocké.In addition, when the waste stream is no longer subject to neutrons but to highly energetic photons (produced by the impact of electrons on a target placed in the immediate vicinity of the waste drum), the distribution throughout the useful section is a priori uniform, which is an important advantage. However, the penetration depth of the photons is low, and the vast majority of them, insufficiently energetic, stop in the very first centimeters, which does not allow to know the composition of the drum in the whole of its thickness. Finally, if the photons produced by the impact of electrons go in a straight line (according to the direction of incidence of the electron that created them), the entire photon beam is nevertheless affected by some divergence, sufficient to blind the neutron detector. More generally, the method according to FR 2,764,383 (equivalent US6452992) has the following three disadvantages: firstly a measure of the mass of the actinides and not their activity, secondly the impossibility of identifying the actinides present finally, the impossibility of lowering the sensitivity limit sufficiently to determine the category in which the waste must be stored.
La présente invention a pour but d'améliorer les systèmes de l'art antérieur en proposant un dispositif capable de détecter efficacement et simplement les neutrons prompts et retardés. On sait en effet que le rapport entre les neutrons prompts et les neutrons retardés varie fortement avec le type d'actinide considéré. La présente invention permettant la mesure des neutrons prompts en plus de la mesure des neutrons retardés, permet de déterminer ce rapport est donc de déterminer le type d'actinides présents dans le colis.The present invention aims to improve the systems of the prior art by providing a device capable of effectively and simply detect the prompt and delayed neutrons. It is known that the ratio between the fast neutrons and the delayed neutrons varies greatly with the type of actinide considered. The present invention allows the measurement of fast neutrons in addition to the measurement of delayed neutrons, allows to determine this report is therefore to determine the type of actinides present in the package.
La présente invention a encore pour but un procédé actif présentant une grande sensibilité de détection, et apte à focaliser cette sensibilité sur une zone précise à l'intérieur du colis. Elle a aussi pour but une mesure précise de toute quantité d'actinides présents dans un objet de grande taille.The present invention also aims an active method having a high sensitivity of detection, and able to focus this sensitivity on a specific area inside the package. It also aims to accurately measure any amount of actinides present in a large object.
On atteint au moins l'un des objectifs précités avec un nouveau procédé pour sonder un objet contenant des éléments potentiellement radioémetteurs. On irradie cet objet au moyen d'un faisceau de particules dont l'énergie est suffisante pour provoquer une photofission des éléments radioémetteurs de l'objet. On mesure les neutrons produits par photofission au moyen d' au moins un détecteur de neutrons. Selon l'invention, les particules qui sondent l'objet par photofission sont des électrons irradiant directement l'objet, et la conversion des électrons en photons aptes à générer la photofission est effectuée directement par l'objet à sonder. Contrairement à l'art antérieur, on utilise ici directement les électrons pour frapper l'objet à sonder, et on n'ajoute devant ou à l'intérieur de cet objet aucune cible en métal lourd, comme par exemple le tungstène, pour convertir les électrons en photons aptes à générer la photofission des éléments potentiellement radioémetteurs .At least one of the above objectives is achieved with a novel method for probing an object containing potentially radio-transmitter elements. This object is irradiated by means of a particle beam whose energy is sufficient to cause photofission of the radio-transmitter elements of the object. The neutrons produced by photofission are measured by means of at least one neutron detector. According to the invention, the particles that probe the object by photofission are electrons directly irradiating the object, and the conversion of the electrons into photons capable of generating the photofission is performed directly by the object to be probed. In contrast to the prior art, the electrons are used directly to strike the object to be probed, and no heavy metal target, such as tungsten, is added to the interior of this object to convert the electrons in photons able to generate the photofission of the potentially radiating elements.
L'objet à sonder est généralement constitué d'un contenant périphérique, et d'un contenu qui occupe la partie centrale. Lorsque cet objet est un colis de matière nucléaire, le contenant est généralement en béton absorbant, épais, et le contenu comporte de la matière nucléaire. Dans le cas d'un tel colis comportant une forte épaisseur de béton absorbant, entourant de la matière nucléaire, l'invention est particulièrement avantageuse puisqu' elle donne lieu à du rayonnement de freinage majoritairement au niveau de ce contenant en béton. Or les constituants du béton ont un faible numéro atomique, en moyenne autour de 20 (le composant le plus lourd, le baryum de numéro atomique 56 étant en très petite quantité) , ce qui fait que la réaction de photofission n' y crée pratiquement pas de neutrons directs de nature à aveugler les détecteurs. De façon plus générale, on favorise la mesure en disposant autour de l'objet à sonder ou dans son contenant un matériau ayant un numéro atomique suffisamment élevé pour que les réactions de Bremsstrahlung soient en nombre suffisant pour la photofission, et suffisamment faible pour limiter la production de neutrons. A titre indicatif, on peut situer cette plage, de façon non limitative, entre 10 et 50.The object to be probed generally consists of a peripheral container, and a content that occupies the central part. When this object is a package of nuclear material, the container is generally of absorbent concrete, thick, and the content comprises nuclear material. In the case of such a package having a large thickness of absorbent concrete, surrounding nuclear material, the invention is particularly advantageous since it gives rise to brake radiation mainly at the concrete container. However, the constituents of the concrete have a low atomic number, on average around 20 (the heaviest component, the barium of atomic number 56 being in a very small amount), so that the photofission reaction does not create substantially direct neutrons to blind the detectors. More generally, the measurement is favored by arranging around the object to be probed or in its container a material having a sufficiently high atomic number so that the Bremsstrahlung reactions are sufficient in number for the photofission, and sufficiently low to limit the production of neutrons. As an indication, this range can be located, without limitation, between 10 and 50.
Par ailleurs, on sait qu'aux énergies considérées, la conversion électron-photon s'effectue sur un matériau à numéro atomique élevé, comme le tungstène, en quelques mm.Moreover, it is known that at the considered energies, the electron-photon conversion takes place on a high atomic number material, such as tungsten, in a few mm.
Lorsqu'elle s'effectue dans du béton, cette conversion s'effectue en plusieurs dm, de sorte que si l'épaisseur du béton est moindre que cette distance, il reste des électrons non convertis en photons qui impactent directement les déchets contenus dans l'objet.When it is carried out in concrete, this conversion takes place in several dm, so that if the thickness of the concrete is less than this distance, there remain unconverted electrons in photons which directly impact the waste contained in the concrete. 'object.
Dans ce cas, des électrons rencontrant directement un morceau de matière potentiellement fissile, comme par exemple de l'uranium, se convertissent en photons en quelques mm, puis immédiatement après peuvent donner lieu à une réaction photonucléaire. Ainsi une épaisseur suffisamment faible du contenant permet de bénéficier de la plus grande facilité de diriger des électrons plutôt que des photons. En résumé, l'invention permet d'utiliser pleinement la directivité des électrons pour explorer le contenu de l'objet en choisissant un contenant en matériau de numéro l'In this case, electrons directly encountering a piece of potentially fissile material, such as uranium, convert into photons in a few mm, then immediately afterwards can give rise to a photonuclear reaction. Thus a sufficiently small thickness of the container makes it possible to benefit from the greatest ease of directing electrons rather than photons. In summary, the invention makes it possible to make full use of the electron directivity to explore the contents of the object by choosing a number material container. the
atomique suffisamment faible, et en lui donnant une épaisseur suffisamment faible pour qu'une partie suffisante des électrons le traversent avant d' être convertis en photons. Par partie suffisante, on entend une quantité suffisante pour que les réactions de photofission qui s'ensuivent puissent être mesurées avec un rapport signal sur bruit compatible avec les besoins.atomic enough, and giving it a sufficiently small thickness for a sufficient part of the electrons to pass through before being converted into photons. By sufficient part is meant an amount sufficient so that the resulting photofission reactions can be measured with a signal-to-noise ratio compatible with the needs.
Les caractéristiques ci-dessus se conjuguent pour localiser les réactions de photofission au plus près possible des matières nucléaires du colis, et, si on le souhaite, pour les répartir de manière relativement homogène sur tout le volume des matières nucléaires à sonder.The above features combine to locate the photofission reactions as close as possible to the nuclear materials of the package, and, if desired, to distribute them relatively homogeneously over the entire volume of the nuclear material to be probed.
Le procédé selon l'invention présente de nombreux avantages.The process according to the invention has many advantages.
Un premier avantage est que les électrons peuvent être manipulés plus facilement que des photons : on peut varier la dimension du faisceau d'électrons de manière à faire varier la précision de l'irradiation, on peut focaliser le faisceau d'électrons sur une partie de la matière nucléaire, on peut transporter les électrons, les dévier, effectuer un balayage bien ciblé ou délimité, etc ... On peut ainsi faire en sorte que le faisceau d'électrons balaye tout ou partie de la matière nucléaire, voire la totalité de l'objet à sonder qui peut être un fût par exemple. Le faisceau d'électrons est alors en mouvement par rapport à l'objet. De la même manière, on peut mettre l'objet en mouvement de translation et/ou rotation par rapport au faisceau d'électrons de façon à ce que le faisceau d'électrons irradie tout ou partie du contenu du colis.A first advantage is that the electrons can be manipulated more easily than photons: we can vary the size of the electron beam so as to vary the accuracy of the irradiation, we can focus the electron beam on a part of the nuclear material, we can transport the electrons, deflect them, carry out a well targeted or delimited scan, etc ... We can thus make sure that the electron beam sweeps all or part of the nuclear material, or even the totality of the object to be probed, which may be a cask for example. The electron beam is then moving relative to the object. In the same way, the object can be moved in translation and / or rotation relative to the electron beam so that the electron beam radiates all or part of the contents of the package.
De préférence, le faisceau d'électrons qui irradie le colis est puisé, et ledit au moins un détecteur de neutron détecte les neutrons retardés, générés par la photofission, après le flash résultant de impulsion du faisceau d'électrons. Ledit au moins un détecteur de neutrons peut également détecter les neutrons prompts émis pendant l'impulsion du faisceau d'électrons.Preferably, the electron beam that irradiates the package is pulsed, and the at least one neutron detector detects the delayed neutrons, generated by the photofission, after the resulting pulsed flash of the electron beam. Said at least one neutron detector can also detect the prompt neutrons emitted during the electron beam pulse.
Avantageusement, dans la mesure où les électrons perdent très rapidement leur énergie dans l'air et se dispersent facilement, on peut irradier la matière nucléaire en transportant le faisceau d'électrons via une ligne sous vide.Advantageously, insofar as the electrons very rapidly lose their energy in the air and disperse easily, the nuclear material can be irradiated by transporting the electron beam via a vacuum line.
Selon un mode de mise en œuvre de l'invention, en balayant l'objet au moyen du faisceau d'électrons, on détecte simultanément des particules émises par les parties balayées de façon à localiser la matière nucléaire au sein de l'objet.According to one embodiment of the invention, by scanning the object by means of the electron beam, particles emitted by the scanned parts are simultaneously detected so as to locate the nuclear material within the object.
Le second avantage consiste en ce que les électrons ont un pouvoir de pénétration dans la matière. De ce fait, ils peuvent atteindre au plus près les actinides présents dans le colis, et augmentent donc les chances d'une réaction nucléaire. Il en résulte une amélioration considérable du rendement énergétique et une plus grande sensibilité de mesure. Le troisième avantage réside en ce que l'utilisation directe d'électrons permet de minimiser le bruit induit par des gammas lors du premier impact (flash gamma de Bremsstrahlung) qui aveugle les détecteurs de neutrons. Ainsi, lorsque le faisceau d'électrons irradie la matière nucléaire sous forme d'au moins une impulsion, on peut détecter et mesurer des neutrons prompts émis pendant l'impulsion. On peut également détecter et mesurer les neutrons retardés émis après l'impulsion. La présente invention permet donc à la fois la mesure du flux de neutrons prompts et la mesure du flux de neutrons retardés. La seconde mesure permet de déterminer la masse d' actinides comme enseigné dans les documents FR 2 764383 (équivalent US6452992) ou US4497768, mais avec une résolution bien meilleure (absence de bruit, meilleure répartition des photons-sonde) . Avantageusement, le rapport de ces deux mesures permet de déterminer en outre la composition isotopique d'actinides présents dans la matière (éléments radioémetteurs) . En effet, comme déjà vu, les divers actinides présentent un rapport de neutrons prompts sur neutrons retardés différent. La mesure expérimentale de ce ratio sera donc une caractéristique de l'isotope considéré. On peut aussi déterminer la quantité totale d' actinides présents dans les éléments radioémetteurs à partir des neutrons prompts et des neutrons retardés mesurés.The second advantage is that the electrons have a penetrating power in the material. As a result, they can get as close as possible to the actinides present in the package, and thus increase the chances of a nuclear reaction. This results in a considerable improvement in energy efficiency and greater measurement sensitivity. The third advantage is that the direct use of electrons makes it possible to minimize the noise induced by gammas during the first impact (Bremsstrahlung gamma flash) which blinds the neutron detectors. Thus, when the electron beam irradiates the nuclear material in the form of at least one pulse, it is possible to detect and measure fast neutrons emitted during the pulse. It is also possible to detect and measure the delayed neutrons emitted after the pulse. The present invention thus allows both the measurement of the fast neutron flux and the measurement of the delayed neutron flux. The second measurement makes it possible to determine the mass of actinides as taught in the documents FR 2 764383 (equivalent US6452992) or US4497768, but with a much better resolution (absence of noise, better distribution of the photon-probe). Advantageously, the ratio of these two measurements makes it possible to further determine the isotopic composition of actinides present in the material (elements radio transmitters). Indeed, as already seen, the various actinides have a fast neutron report on different delayed neutrons. The experimental measurement of this ratio will therefore be a characteristic of the isotope considered. The total amount of actinides present in the radio - transmitter elements from the fast neutrons and the measured delayed neutrons can also be determined.
Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un dispositif pour sonder un objet contenant des éléments radioémetteurs. Ce dispositif comprend des moyens pour irradier ledit objet au moyen d'un faisceau de particules dont l'énergie est suffisante pour provoquer une photofission des éléments radioémetteurs de l'objet, et au moins un détecteur de neutrons pour mesurer les neutrons produits par photofission. Selon l'invention, lesdites particules sont des électrons irradiant directement la matière nucléaire, la conversion des électrons en photons aptes à générer la photofission étant effectuée directement par l'objet à sonder.According to another aspect of the invention, there is provided a device for probing an object containing radio-transmitter elements. This device comprises means for irradiating said object by means of a particle beam whose energy is sufficient to cause a photofission of the radio-transmitter elements of the object, and at least one neutron detector for measuring the neutrons produced by photofission. According to the invention, said particles are electrons directly irradiating the nuclear material, the conversion of the electrons into photons able to generate the photofission being carried out directly by the object to be probed.
De préférence on transporte le faisceau d'électrons via une ligne sous vide dont la fenêtre de sortie est mise en contact avec l'objet. Avantageusement, les moyens de détection des neutrons prompts sont disposés derrière l'objet lorsque le faisceau d'électrons arrive par l'avant de cet objet.Preferably, the electron beam is transported via a vacuum line whose exit window is brought into contact with the object. Advantageously, the means for detecting fast neutrons are arranged behind the object when the electron beam arrives from the front of this object.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de mise en œuvre nullement limitatif, et des dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 est une vue schématique simplifiée d'un dispositif de caractérisation de déchet nucléaire selon l'art antérieur; la figure 2 est un graphe illustrant le spectre de photons émis par Bremsstrahlung pour un électron d'énergie 50 MeV sur une cible de tungstène de 5mm d'épaisseur, selon l'art antérieur; et Ia figure 3 est une vue schématique simplifiée d'un dispositif de caractérisation de matière nucléaire selon la présente invention.Other advantages and characteristics of the invention will appear on examining the detailed description of an embodiment which is in no way limitative, and the appended drawings, in which: FIG. 1 is a simplified schematic view of a device characterizing nuclear waste according to the prior art; FIG. 2 is a graph illustrating the photon spectrum emitted by Bremsstrahlung for a 50 MeV energy electron on a 5 mm thick tungsten target, according to the prior art; and FIG. 3 is a simplified schematic view of a nuclear material characterization device according to the present invention.
Bien que l'invention n'y soit pas limitée, on va maintenant décrire un exemple de réalisation permettant la caractérisation d'un déchet de petite taille à l'intérieur d'un colis de grande taille.Although the invention is not limited thereto, an embodiment will now be described allowing the characterization of a small waste within a large package.
Sur la figure 1, on voit un objet à sonder 6 de grande taille renfermant une très petite quantité de matière nucléaire 7, un actinide. Cette matière 7 est localisée en un point précis au sein de l'objet 6. On distingue un accélérateur d'électrons 8 émettant, sous forme puisée, un faisceau d'électrons 13 destiné à frapper la matière nucléaire 7. Ce faisceau 13 est transporté par une ligne sous vide 9 qui est un tube sous vide reliant la sortie de l'accélérateur 8 à l'objet à sonder 6. Toutefois, pour pouvoir balayer le faisceau d'électrons 13, on installe un dispositif de balayage 10 à base d'éléments magnétiques de déviation (techniques bien connues dans le domaine des accélérateurs) qui est commandé par une unité de traitement (non représentée) pour une localisation fine de la matière nucléaire 7 dans l'objet 6 ou pour tester une très grande surface, éventuellement l'ensemble de l'objet d'une seule traite. On prévoit également une fenêtre de sortie à l'extrémité de la ligne sous vide 9. Cette fenêtre peut venir en contact, hors dispositif de balayage 10 par exemple, avec l'objet 6 de façon à éviter un passage du faisceau d'électrons dans l'air.In Figure 1, there is a large object to be probed 6 containing a very small amount of nuclear material 7, an actinide. This material 7 is located at a precise point within the object 6. There is an electron accelerator 8 emitting, in pulsed form, an electron beam 13 intended to strike the nuclear material 7. This beam 13 is transported by a vacuum line 9 which is a vacuum tube connecting the output of the accelerator 8 to the object to be probed 6. However, in order to be able to scan the electron beam 13, a scanning device 10 is installed. magnetic deflection elements (techniques well known in the field of accelerators) which is controlled by a processing unit (not shown) for a fine localization of the nuclear material 7 in the object 6 or to test a very large surface, possibly the entire object in one go. An exit window is also provided at the end of the vacuum line 9. This window may come into contact, for example with the scanning device 10, with the object 6 so as to avoid the passage of the electron beam through the air.
La présente invention permet de mesurer les neutrons prompts émis pendant l'impulsion d'électrons, tout en continuant à mesurer les neutrons retardés issus de l'objet à sonder, donc de quelques ms à 100 ms, voire plus après l'impulsion. Pour ce qui est des neutrons retardés, les dispositifs sont identiques à ceux décrits dans les documents FR 2 764383 (équivalent US6452992) ou US4497768.The present invention makes it possible to measure the prompt neutrons emitted during the electron pulse, while continuing to measure the delayed neutrons coming from the object to be probed, thus from a few ms to 100 ms, or even more after the pulse. For delayed neutrons, the devices are identical to those described in documents FR 2 764383 (equivalent US6452992) or US4497768.
Pour ce faire, des détecteurs 11 de neutrons retardés sont disposés autour de l'objet 6. Par contre, pour les neutrons prompts, l'utilisation des électrons comme faisceau sonde permet de s'affranchir du bruit de fond du "flash gamma". En effet, les électrons ne frappant qu'une faible partie de la surface de l'objet, finiront (ainsi que toutes les diverses particules produites par les réactions successives dans l'objet) soit par être rétrodiffuses (vers l'arrière), soit par être absorbés dans l'objet lui-même. On peut ainsi mesurer les neutrons prompts émis pendant le puise avec des détecteurs 12 de neutrons prompts. On montre que la position optimale de ces détecteurs du point de vue du rapport signal/bruit est de les placer derrière l'objet à sonder. Le signal de neutrons prompts détectés (beaucoup plus intense que celui des neutrons retardés cité précédemment) est utilisé pour en déduire la quantité de matière nucléaire présente dans le colis . Le signal de neutrons retardés est également mesuré entre deux impulsions. D'ailleurs, c'est la conjonction des deux informations simultanées (signal prompts et signal retardés) qui permet, en effectuant leur ratio, de remonter à l'isotope de l'actinide testé. Un mouvement de l'objet (vertical et/ou en rotation autour de l'axe vertical) permet de localiser précisément l'endroit où la matière 7 se trouve dans l'objet 6. La précision est déterminée par la dimension du faisceau d'électrons 13. Or, et précisément grâce au procédé d'électrons-sonde directe selon l'invention, la taille du faisceau d'électrons peut être aussi petite que l'on souhaite (dans la limite de l'émittance du faisceau), en plaçant tout simplement une focalisation (non représentée) adéquate dans la ligne de transport sous vide 9. Une autre particularité de la présente invention concerne la largeur d'impulsion du faisceau-sonde. Alors qu'avec des photons ou des neutrons, les impulsions utilisées sont en général très intenses (jusqu'à 200 mA) et très brèves (en général inférieures à 4 μs), on montre que dans le cas présent, des impulsions longues par exemple 4 ms, soit mille fois plus élevées pourront aussi bien être utilisées avec des intensités qui pourront donc être nettement plus faibles, quelques microampères suffisent.To do this, detectors 11 of delayed neutrons are arranged around the object 6. On the other hand, for neutrons Promptly, the use of electrons as probe beam makes it possible to overcome the background noise of the "gamma flash". Indeed, the electrons striking only a small part of the surface of the object, will end (as well as all the various particles produced by the successive reactions in the object) either by being backscattered (towards the back), or to be absorbed into the object itself. It is thus possible to measure the prompt neutrons emitted during pulsing with fast neutron detectors 12. It is shown that the optimal position of these detectors from the point of view of the signal-to-noise ratio is to place them behind the object to be probed. The detected fast neutron signal (much more intense than that of the delayed neutrons mentioned above) is used to deduce the amount of nuclear material present in the package. The delayed neutron signal is also measured between two pulses. Moreover, it is the conjunction of two simultaneous information (delayed signal and delayed signal) that allows, by performing their ratio, to go back to the isotope of the actinide tested. A movement of the object (vertical and / or in rotation around the vertical axis) makes it possible to precisely locate the place where the material 7 is in the object 6. The precision is determined by the size of the beam of 13. However, and precisely thanks to the direct electron-probe method according to the invention, the size of the electron beam can be as small as desired (in the limit of the emittance of the beam), simply placing a proper focus (not shown) in the vacuum transport line 9. Another feature of the present invention is the pulse width of the probe beam. While with photons or neutrons, the pulses used are generally very intense (up to 200 mA) and very short (generally less than 4 μs), it is shown that in the present case, long pulses for example 4 ms, which is a thousand times higher, could as well be used with intensities that can be much lower, some microamperes are enough.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménaqements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de 1' invention. Of course, the invention is not limited to the examples which have just been described and many arrangements can be made to these examples without departing from the scope of the invention.

Claims

l'REVENDICATIONS the CLAIMS
1. Procédé pour sonder un objet (6) contenant des éléments potentiellement radioémetteurs, dans lequel on irradie ledit objet au moyen d'un faisceau (13) de particules dont l'énergie est suffisante pour provoquer une photofission des éléments radioémetteurs de l'objet, et on mesure les neutrons produits par photofission au moyen d' au moins un détecteur de neutrons, ce procédé étant caractérisé en ce que lesdites particules (13) sont des électrons irradiant directement l'objet, et en ce que la conversion des électrons en photons aptes à générer la photofission est effectuée directement par l'objet (6) à sonder.A method for probing an object (6) containing potentially radiating elements, wherein said object is irradiated by means of a beam (13) of particles whose energy is sufficient to cause photofission of the radio-transmitter elements of the object , and the neutrons produced by photofission are measured by means of at least one neutron detector, said method being characterized in that said particles (13) are electrons directly irradiating the object, and in that the conversion of the electrons into photons capable of generating the photofission is performed directly by the object (6) to be probed.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'objet à sonder est un colis de déchets radioactifs renfermant des matières nucléaires.2. Method according to claim 1, characterized in that the object to be probed is a package of radioactive waste containing nuclear material.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'objet à sonder comporte un contenant constitué de béton, et un contenu comportant les matières nucléaires.3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the object to be probed comprises a container made of concrete, and a content comprising the nuclear material.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le faisceau d'électrons qui irradie le colis est puisé, et que le au moins un détecteur de neutron détecte les neutrons retardés, générés par la photofission, après le flash résultant de impulsion du faisceau d'électrons.4. Method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the electron beam which irradiates the package is pulsed, and that the at least one neutron detector detects the delayed neutrons, generated by the photofission, after the resultant pulse flash of the electron beam.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le au moins un détecteur de neutrons détecte également les neutrons prompts émis pendant l'impulsion du faisceau d' électrons.5. Method according to claim 4, characterized in that the at least one neutron detector also detects the fast neutrons emitted during the electron beam pulse.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on détermine la composition isotopique d'actinides présents dans les éléments radioémetteurs à partir du ratio des neutrons prompts aux neutrons retardés mesurés.6. Process according to claim 5, characterized in that the isotopic composition of actinides is determined. present in the radio-transmitter elements from the ratio of the fast neutrons to the measured delayed neutrons.
7. Procédé selon les revendications 4 et 5, ou 6, caractérisé en ce qu'on détermine la quantité totale d'actinides présents dans les éléments radioémetteurs à partir des neutrons prompts et des neutrons retardés mesurés .7. Process according to claims 4 and 5 or 6, characterized in that the total amount of actinides present in the radio-transmitter elements from the fast neutrons and the measured delayed neutrons is determined.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on irradie l'objet à sonder en transportant le faisceau d'électrons jusqu'à l'objet par une ligne sous vide (9) .8. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that irradiating the object to probe by transporting the electron beam to the object by a vacuum line (9).
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le faisceau d'électrons balaye tout ou partie de l'objet à sonder.9. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the electron beam scans all or part of the object to be probed.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on met l'objet (6) à sonder en mouvement par rapport au faisceau d'électrons de façon à ce que le faisceau d'électrons irradie tout ou partie de l'objet à sonder.10. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the object (6) to probe in motion relative to the electron beam so that the electron beam radiates all or part of the object to be probed.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on fait varier la dimension du faisceau d'électrons de manière à faire varier la précision de l'irradiation.11. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the size of the electron beam is varied so as to vary the accuracy of the irradiation.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 11, caractérisé en ce qu'en balayant l'objet au moyen du faisceau d'électrons, on détecte simultanément des particules émises par les parties balayées de façon à localiser les éléments radioémetteurs au sein de l'objet.12. Method according to any one of claims 3 to 11, characterized in that by scanning the object by means of the electron beam, particles emitted by the scanned parts are simultaneously detected so as to locate the radio-transmitter elements at the same time. within the object.
13. Dispositif pour sonder un objet (6) contenant des éléments radioémetteurs (7), ce dispositif comprenant des moyens pour irradier ledit objet au moyen d'un faisceau (13) de particules dont l'énergie est suffisante pour provoquer une photofission des éléments radioémetteurs de l'objet, et au moins un détecteur de neutrons pour mesurer les neutrons produits par photofission, caractérisé en ce que lesdites particules (13) sont des électrons irradiant directement la matière nucléaire, la conversion des électrons en photons aptes à générer la photofission étant effectuée directement par l'objet (6) à sonder.13. Device for probing an object (6) containing radio-transmitter elements (7), this device comprising means for irradiating said object by means of a beam (13) of particles whose energy is sufficient to cause photofission of the radio-transmitter elements of the object, and at least one neutron detector for measuring the neutrons produced by photofission, characterized in that said particles (13) are electrons directly irradiating the nuclear material, the conversion of the electrons into photons capable of generating the photofission being carried out directly by the object (6) to be probed.
14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour émettre le faisceau d'électrons sous forme d'au moins une impulsion, et des moyens (12) pour détecter et mesurer des neutrons prompts émis pendant l'impulsion.14. Device according to claim 13, characterized in that it comprises means for emitting the electron beam in the form of at least one pulse, and means (12) for detecting and measuring fast neutrons emitted during the impulse.
15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que les moyens de détection (12) sont disposés derrière l'objet lorsque le faisceau d'électrons arrive par l'avant de l'objet.15. Device according to claim 14, characterized in that the detection means (12) are arranged behind the object when the electron beam arrives from the front of the object.
16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (11) pour détecter et mesurer des neutrons retardés.16. Device according to any one of claims 13 to 15, characterized in that it comprises means (11) for detecting and measuring delayed neutrons.
17. Dispositif selon les revendications 14 et 16, caractérisé en ce qu'il comprend, une unité de traitement pour déterminer la composition isotopique et la quantité totale d'actinides présents dans les éléments radioémetteurs à partir des neutrons prompts et des neutrons retardés mesurés.17. Device according to claims 14 and 16, characterized in that it comprises a processing unit for determining the isotopic composition and the total amount of actinides present in the radio-transmitter elements from the prompt neutrons and measured delayed neutrons.
18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 13 à 17, caractérisé en ce qu'il comprend une ligne sous vide (9) pour transporter le faisceau d' électrons. 18. Device according to any one of claims 13 to 17, characterized in that it comprises a vacuum line (9) for transporting the electron beam.
19. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que l'extrémité de la ligne sous vide comporte une fenêtre de sortie qui est mise en contact avec l'objet.19. The method of claim 18, characterized in that the end of the vacuum line comprises an exit window which is brought into contact with the object.
20. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 13 à 19, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de balayage (10) apte à diriger le faisceau d1électrons.20. Device according to any one of claims 13 to 19, characterized in that it comprises scanning means (10) adapted to direct the beam of one electron.
21. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 13 à 20, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour mettre en mouvement l'objet par rapport au faisceau d'électrons.21. Device according to any one of claims 13 to 20, characterized in that it comprises means for moving the object relative to the electron beam.
22. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 13 à 21, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de focalisation pour focaliser le faisceau d'électrons sur une partie de la matière nucléaire. 22. Device according to any one of claims 13 to 21, characterized in that it comprises focusing means for focusing the electron beam on a portion of the nuclear material.
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