FR2481869A1 - Tube accelerateur de neutrons a section d'ionisation tres perfectionnee - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN TUBE ACCELERATEUR DE NEUTRONS POSSEDANT UNE SECTION D'IONISATION TRES PERFECTIONNEE. LE TUBE COMPREND UNE SECTION CIBLE 19, UNE SECTION DE REMPLISSAGE 16 PRODUISANT UN GAZ ACCELERATEUR ET UNE SECTION D'IONISATION 18. CETTE DERNIERE COMPORTE UNE CHAMBRE D'IONISATION, UNE PREMIERE ET UNE DEUXIEME CATHODE 18B, 18C TOURNEES L'UNE VERS L'AUTRE ET VERS L'INTERIEUR DE LA CHAMBRE, LA SURFACE ACTIVE D'AU MOINS L'UNE DES CATHODES ETANT FORMEE D'UN MATERIAU EMETTEUR DE RAYONS BETA, ET UNE ANODE 18A, PLACEE ENTRE LES CATHODES DE FACON QUE LES ELECTRONS PRODUITS PAR LE CHAMP ELECTRIQUE SOIENT TRANSMIS ENTRE LES SURFACES ACTIVES OPPOSEES DES CATHODES ET PRODUISENT, PAR CHOC, DES ELECTRONS SECONDAIRES. LE TUBE ACCELERATEUR EST NOTAMMENT DESTINE A ETRE UTILISE DANS UN INSTRUMENT DE DIAGRAPHIE DE PUITS DE PETROLE.

Description

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La présente invention concerne les sources de neutrons

et, plus précisément, les sources à tube de neutrons du type accé-

lérateur possédant une section d'ionisation perfectionnée.

Les sources à tube de neutrons du type accélérateur sont utilisées dans de nombreuses applications. Une application bien connue est la diagraphie nucléaire de puits s'enfonçant dans des formations souterraines. Par exemple, dans la diagraphie de puits neutron-neutron, on utilise une source de neutrons primaires pour irradier les formations souterraines intéressantes. Le rayonnement secondaire résultant est mesuré par un ou plusieurs détecteurs

écartés axialement de la source à l'intérieur du trou de forage.

Ce rayonnement secondaire peut prendre la forme de neutrons ther--

miques, neutrons épithermiques ou rayons gamma de capture de neutrons thermiques. Un instrument de diagraphie du type utilisé pour les mesures de porosité est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 4 005 290 ou l'instrument de diagraphie comporte une source de neutrons et des détecteurs de neutrons épithermiques et thermiques. Dans des processus tels que la diagraphie de porosité, ou diagraphie électrique> la source de neutrons est une source continue ordinairement de type chimique. D'autres techniques de diagraphie nucléaire de puits bien connus font appel à des sources

de neutrons pulsées. Par exemple, dans la technique de la diagra-

phie de puits analytique nucléaire, on abaisse un instrument

d'analyse dans le puits jusqu'au niveau d'une formation à analyser.

On met ensuite en oeuvre l'analyse en actionnant cycliquement une source de neutrons de l'instrument afin d'irradier la formation examinée au moyen d'impulsions, ou gerbes, répétées de neutrons rapides. Dans un prooessus d'analyse décrit par le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 686 503, on peut faire détecter par

un détecteur de neutrons des neutrons retardés émis par de l'ura-

nium à l'intérieur de la formation. Un autre processus, décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 4 180 730, utilise la détection de neutrons instantanés émis par de l'uranium dans la formation. Des techniques de diagraphie nucléaire pulsée peuvent

aussi Etre employèes dans des processus selon lesquels on déter-

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mine des vitesses de désintégration radioactive.Ainsi, on irradie la formation examinée au moyen d'une salve de neutrons rapides, et on mesure la densité neutronique résultante dans des fenêtres temporelles successives ou en recouvrement. Par exemple, le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 800 150 décrit une technique de

diagraphie de neutrons selon laquelle on mesure la vitesse de désin-

tégration neutronique relative aux neutrons épithermiques ou ther-

miques en utilisant des fenêtres temporelles de détection qui se

recouvrent partiellement l'une l'autre.

Les sources de neutrons qui peuvent être utilisées dans les processus de diagraphie nucléaire tels que décrits ci-dessus peuvent prendre la forme de tubes de neutrons de type accélérateur comprenant une section cible, une section de remplissage et une

section d'ionisation placée entre la cible et la section de remplis-

sage. La section de remplissage constitue une source de gaz accélé-

rateur pour la section d'ionisation o celui-ci est ionisé puis

accéléré pour venir frapper la cible. La cible est formée d'un maté-

riau qui réagit au bombardement des ions en produisant des neutrons.

Dans un certain nombre de sources à tube de type accélérateur bien connues, on utilise les isotopes lourds de l'hydrogène pour le gaz accélérateur et pour la source. Par exemple, le gaz accélérateur peut prendre la forme du deutérium ou de mélanges de deutérium et de tritium, et la cible peut comporter des molécules de tritium, des molécules de deutérium ou des mélanges de molécules de deutérium et de tritium. La réaction nucléaire dite deutérium-tritium est une

réaction couramment utilisée dans un tube de neutrons du type accé-

lérateurpour produire les neutrons. Dans la section de remplissage, un filament ou un réservoir ordinairement formés de zirconium ou de titane sont électriquement chauffés (dans des conditions ajustées)de manière qu'ils libèrent le deutérium gazeux précédemment absorbé dans

le filament ou le réservoir. Le zirconium et le titane ont la pro-

priété d'adsorber des quantités importantes de différents gaz tels

que l'hydrogène, le deutérium, le tritium, et bien d'autres gaz.

Ces matériaux ont en outre la propriété de libérer les isotopes gazeux de l'hydrogène dans des conditions données lorsqu'on les chauffe à environ 300'C tout en retenant d'autres gaz qu'ils peuvent

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avoir adsorbés.- Les molécules de deutérium sont ionisées dans la section d'ionisation par application d'une tension positive à une anode de la section d'ionisation. Les ions de deutérium sont ensuite

accélérés par un important potentiel négatif, par exemple de.

-100 kV, et viennent frapper la cible de tritium en produisant une

certaine quantité de neutrons.

Alors qu'on peut utiliser diverses techniques pour ioniser legaz accélérateur, une technique d'ionisation qui se

révèle particulièrement appropriée dans le cas o l'on fait fonc-

tionner la source de neutrons sous une basse pression du gaz accê-

lérateur et suivant un mode pulsé est constituée par la méthode dite de Penning. Une source d'ions de Penning comprend des,cathodes séparées et une anode placée entre les cathodes. Dans une source d'ions de Penning du type à cathode froide, les électrons sont émis d'une surface cathodique par l'action du champ électrique

lorsqu'une pulsion de tension positive est appliquée à l'anode.

Un aimant associé à la source de manière à faire déplacer les électrons en spirale augmente donc leur trajectoire de vol et augmente la probabilité statistique qu'ils entrent en collision

avec des molécules du gaz accélérateur fourni à la chambre d'ioni-

sation. Dans une source d'ions de Penning bien conçue, un certain nombre des électrons produits au niveau d'une surface cathodique viennent frapper l'autre surface cathodique, si bien que des

électrons secondaires sont émis et augmentent la réaction d'ionisa-

tion. Ces sources d'ions sont bien connues de l'homme de l'art et sont notamment décrites dans les ouvrages de Flinta, J. "Pulsed High-Intensity Ion Source", Part I; Pauli, R. et Flinta, J. "Pulsed High-Intensity Ion Source", Part Il, Nuclear Instruments 2, pages 219-236 (1958). Dans une source d'ions de Penning du type à cathode chaude, une cathode est formée d'un filament chauffé et les électrons initiaux sont produits par émission thermo-ionique à partir du filament. Pour le reste, les sources d'ions de Penning

à cathode froide et à cathode chaude sont sensiblement identiques.

Les sources d'ions à cathode chaude sont également bien connues de l'homme de l'art, et l'une d'ellesest décrite dans Wood, J. et Crocker, A. "An Electrostatically Focused Ion Source and Its Use

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In A Sealed-Off D.C. Neutron Source", Nuclear Instruments And

Methods 21, pages 47-48 (1963).

Selon l'invention, il est proposé un tube de neutrons du type accélérateur possédant une section d'ionisation nouvelle et perfectionnée permettant d'ioniser le gaz accélérateur. La section d'ionisation est placée entre la section cible et la section de remplissage du tube de neutrons et comprend une chambre d'ionisation conçue pour recevoir le gaz accélérateur venant de la section de remplissage. Une première et une deuxième cathode sont séparées l'une de l'autre et présentent des surfaces actives opposées qui qui sont tournées vers l'intérieur de la chambre. La surface active d'au moins l'une des cathodes est formée d'un matériau émetteur de

rayons bêta. Des moyens anodiques sont placées en une position inter-

médialire entre les cathodes. Des rayons bêta sont continûment émis et certains viennent frapper la cathode opposée et d'autres surfaces en produisant des électrons secondaires. Ainsi, il existe dans la chambre d'ionisation à tous instants. la fois des rayons bêta et des électrons secondaires. En réponse à l'application d'une tension positive à l'anode, les électrons sont transmis entre les surfaces actives opposées des cathodes et produisent instantanément à la

fois des ions et l'émission d'électrons secondaires supplémentaires.

Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la surface active d'un premier élément cathodique placé au voisinage de la section de remplissage du tube possède un élément protubérant qui se prolonge axialement dans la chambre d'ionisation et est formé d'un matériau émetteur de rayons bêta. Un deuxième-élément cathodique écarté du premier en direction de la cible comporte une ouverture

suivant l'axe de la partie protubérante. Le deuxième élément catho-

dique a une surface tournée vers l'intérieur de la chambre d'ionisa-

tion qui est formée d'un matériau ayant un coefficient d'émission d'électrons secondaires au moins égal à 2. Un élément anodique entoure l'intérieur de la chambre d'ionisation suivant sa périphérie

en une position intermédiaire entre le premier et le deuxième élé-

ment cathodique.

La description suivante, conçue à titre d'illus-

tration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels:

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- la figure 1 est une représentation simplifiée d'un

dispositif de diagraphie de puits constituant un mode de réali-

sation de l'invention;

- la figure 2 est une vue en coupe de la section d'ioni-

satin" d'un tube de neutrons de type accélérateur conçu selon l'invention; et - la figure 3 est une vue partiellement en coupe d'un autre

élément cathodique pouvant être utilisé selon l'invention.

En relation avec la figure 1, on va décrire l'invention relativement à une application préférée à un dispositif de diagraphie

nucléaire de puits et, plus précisément, à un dispositif de diagra-

phie dans lequel la source de neutrons fonctionne en mode pulsé. Le dis-

positif de diagraphie de puits comprend un instrument de diagraphie 3 qui est suspendu à un câble-4 à l'intérieur d'un puits 5 traversant une formation souterraine intéressante indiquée par le numéro de référence 6. Le trou de forage peut être garni ou non d'un tubage, mais il sera normalement rempli d'un fluide tel que de la boue de forage, du pétrole ou de l'eau. Les signaux venant de l'instrument de diagraphie sont transmis à la surface par l'intermédiaire de conducteurs appropriés passant dans le câble 4, jusqu'à un circuit 8 d'analyse et de commande placé à la surface. Le circuit 8 fonctionne sur la base des mesures effectues dans le puits et applique une ou plusieurs fonctions de sortie à un dispositif d'enregistrement 9. De

plus, le circuit 8 transmet un certain nombre de fonctions de com-

mande à l'instrument de diagraphie par l'intermédiaire de conducteurs passant dans le câble 4. Lorsque l'instrument de diagraphie se déplace dans le trou, un moyen d'enregistrement de profondeur, par exemple e une poulie de mesure 10, produit un signal de profondeur qui est appliqué au dispositif d'enregistrement 9, de façon à mettre en corrélation les mesures effectuées dans le puits avec les profondeurs

auxquelles elles sont effectuées.

L'instrument de diagraphiie 3 comprend une source de neutrons pulsée 12, une alimentation électrique 14 interne destinée à la source, et un détecteur de rayonnement 15, qui répond au rayonnement primaire ou secondaire de la formation en réponse au signal de sortie de la source de neutrons pulsée. Par exemple, le détecteur 15 peut être un détecteur de rayons gamma, un détecteur de neutrons thermiques ou un détecteur de neutrons épitiermiques. Alors qu'un seul détecteur est représenté sur la figure 1, on comprendra que ces instruments dedia;raphie peuvent comporter plusieurs detecteurs reagissant a des

rayonnements identiques ou différents.

La source de neutrons pulsée est un tube de neutrons du type accélérateur comprenant une section de remplissage 16, une section d'ionisation 18 et une section cible 19. La section de remplissage 16 peut comprendre un élément de remplissage 16a qui libère du deutérium gazeux en réponse à l'application d'une tension continue ou alternative par l'alimentation 14. La section cible 19

comprend une cible de tritium l9a. La section cible comportera éga-

lement, de façon typique, un ensemble d'électrodes de captage et de focalisation et une alimentation de haute tension négative (non représentées) ayant pour fonction de diriger les ions venant de la section d'ionisation 18 sur la cible 19a tout en supprimant le contre- courant d'électrons secondaires produit par l'impact des ions sur la cible. La section d'ionisation 18 comporte des moyens anodiques 18a et des moyens cathodiques 18b et 18c. La source de neutrons 12 peut fonctionner suivant un mode continu ou un mode pulsé. Quel que soit le mode de fonctionnement, le deutérium gazeux libéré lors de l'application d'une puissance électrique à l'élément de remplissage 16 passe dans la section d'ionisatioa 18 o les

molécules du gaz sont ionisées par une tension d'ionisation posi-

tive (par rapport aux cathodes 18b et 18c) appliquée entre l'anode 18a

et les cathodes 18b et 18c. Les ions de deutérium formés dans la sec-

tion d'ionisation sont ensuite accélérés en direction de la cible 19a

par une impulsion de tension négative appliquée à la section cible.

Par exemple, une tension ou une impulsion de tension positive d'une amplitude comprise entre querques centaines de volts et quelques kilovolts peut être appliquée à l'élément anodique l8a, tandis

qu'une tension de -100 kV est appliquée à la section cible 19.

La section d'ionisation de Penning du tube de neutrons du type accélérateur peut être "à cathode froide" ou "à cathode chaude". Dans la source à cathode froide, les électrons primaires sont produits par l'action du champ électrique lorsqu'une impulsion de tension positive est appliquée à l'anode. Dans la source à

cathode chaude, les électrons sont initialement produits par émis-

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sion thermo-ionique à partir d'un filament électriquement chauffé.

La source à cathode froide présente l'inconvénient, particulière-

ment important lorsque la source de neutrons fonctionne en mode pulsé, d'avoir un décalage temporel par rapport à l'instant o le flux électronique atteint une valeur suivante pour ioniser de façon

optimale le gaz accélérateur. Ainsi, lorsqu'on applique une impul-

sion de tension positive à l'anode, il se passe ordinairement une durée d'environ 3 à 10 microsecondes avant que le flux électronique ne s'établisse à une valeur d'équilibre. La source à cathode

chaude, du fait que les électrons sont rendus instantanément dis-

ponibles par l'émission thermo-ionique, ne présente pas cet inconvé-

nient. Toutefois, la source à cathode chaude demande une alimentation

électrique de haute tension supplémentaire, ce qui est particulière-

ment important.dans le cas d'instruments de diagraphie travaillant

au fond qui sont alimentes en énergie depuis la surface.

La concentration du gaz accélérateur ionisé

dé p e n d de la pression du gaz accélérateur, c'est-à-

dire de la concentration en molécules gazeuses de la section de remplissage et du rendement de la section d'ionisation. Le rendement

d'ionisation est directement relié au flux et à l'énergie des élec-

trons libres de la section d'ionisation. Ainsi, un processus-d'ioni-

sation relativement inefficace demande une pression de gaz accélé-

rateur relativement élevée, c'est-à-dire une concentration plus forte en molécules gazeuses. Inversement, on peut notablement réduire la pression du gaz accélérateur en augmentant le flux électronique

dans la section d'ionisation. On obtient un accroissement trus impor-

tant de la production de neutrons à l'aide d'une source d'ions qui fonctionne efficacement à une faible pression gazeuse de l'ordre de quelques microns de pression de mercure. Cette relation est vraie aussi bien pour les sources d'ions continues que pour les sources

d'ions pulsées.

Selon l'invention, on accrott sensiblement le rende-

ment de la section d'ionisation de la source de neutrons en formant

la surface active d'au moins une des cathodes en un matériau radio-

actif faisant fonction d'émetteur de rayons bêta négatifs. De pré-

férence, le matériau radioactif est un émetteur de rayons bêta purs.

Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les deux cathodes

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sont dotées de surfaces actives formées d'un matériau émettant des rayons bêta Ainsi, une ou plusieurs surfaces cathodiques actives peuvent être formées de matériaux radioactifs tels que le nickel-63, le prométhium-147 et le carbone-14. Le nickel-63 est préféré, car il est un émetteur de rayons P purs et a une durée de vie relativement longue, de presque 100 ans. On peut aisément former un placage de

nickel-63 sur un élément de support qui est également un bon conduc-

teur de flux magnétique, tel que le fer doux, des alliages de fer, de nickel, etc. Selon un autre mode de réalisation de l'invention,

la surface active de l'une des cathodes est dotée d'un matériau émet-

teur de rayons bêta tel que décrit ci-dessus, tandis que la surface active de l'autre cathode contient un matériau ayant un coefficient

d'émission secondaire d'au moins 2.

Ainsi, la surface active de l'autre cathode peut être formée d'halogénures de métaux alcalins tels que bromures de potassium et de sodium, et fluorures de lithium et de sodium. Les halogénures de métaux alcalino-terreux décrits ci-dessus présentent l'inconvénient pratique de se détériorer rapidement sous l'action du bombardement ionique. D'autres matériaux qui se révèlent plus utiles pour former les surfaces cathodiques comportent des oxydes métalliques tels que l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de béryllium, l'oxyde de baryum et l'oxyde de magnésium. De préférence, on forme la surface cathodique d'une couche d'un oxyde choisi dans le groupe formé de l'oxyde de béryllium, l'oxyde d'aluminium et l'oxyde de magnésium, puisque ces matériaux sont relativement stables dans un environnement à basse pression d'hydrogène ou d'isotopes lourds de l'hydrogène et, sous une épaisseur suffisante, sont stables vis-à-vis d'impacts ioniques. Parmi les oxydes mentionnés, l'oxyde de béryllium est celui qui résiste le mieux à la réduction dans un environnement

d'hydrogène, et c'est pourquoi c'est lui que l'on préférera spéciale-

ment utiliser selon l'invention. L'oxyde de béryllium offre un coeffi-

cient d'émission d'électrons-secondaires qui dépasse 3, ceci étant une

particularité préférée pour la mise en oeuvre de l'invention. Les sur-

faces d'électrode en oxyde métallique qui conviennent le mieux sont formées par chauffage de la couche métallique en présence d'air ou d'oxygène de manière que soit produite une couche d'oxyde relativement

épaisse. Par exemple, on peut chauffer du béryllium en présence d'ozy-

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gène à une température de quelques centaines de degrés Celsius afin de former une couche uniforme d'oxyde de béryllium d'au moins deux couches atomiques d'épaisseur. On fixe mécaniquement à la cathode

la couche de métal à surfaces oxydées.

L'utilisation de matériaux à forte émission secondaire tels que les oxydes métalliques s'oppose à l'emploi fait suivant la technique antérieure du cuivre, du fer, du nickel, de l'aluminium, du magnésium et du tantale. La pratique-utilisée dans la technique antérieure relativement aux matériaux métalliques décrits ci-dessus, lorsqu'ils sont soumis à l'oxydation, consiste à nettoyer les surfaces

cathodiques pour en éliminer toute couche d'oxyde.

Selon un autre aspect de l'invention, l'un des éléments

cathodiques reçoit une surface active possédant une partie protubé-

rante qui se prolonge axialement dans la chambre de la section d'ioni-

sation et qui est formée d'un matériau émetteur de rayons bêta. Un deuxième élément cathodique comporte une ouverture disposée suivant l'axe de la partie prépondérante de manière à permettre l'évacuation d'ions en provenance de la chambre d'ionisation. La surface active de ce deuxième élément cathodique est formée d'un matériau possédant un coefficient d'émission secondaire d'au moins 2. De préférence,une partie de la surface active du premier élément cathodique, qui est évidée par rapport à la partie prépondérante, est formée d'un matériau ayant un coefficient d'émission secondaire d'au moins 2. Il est en outre souhaitable que la partie protubérante de la surface cathodique se trouve à une proximité plus étroite de l'anode de la section d'ionisation que le reste de la surface cathodique active. Cette configuration de l'élément cathodique a pour effet d'accroître le

champ électrique au niveau du bord périphérique de la partie protu-

bérante et dans la partie intérieure centrale de la section d'ionisa-

tion, ce qui renforce l'extraction d'électrons par le champ électrique au niveau du bord périphérique et accroît la probabilité que les électrons émis à partir de la cathode viennent traverser la cathode

opposée au lieu d'être captés par l'anode.

Relativement à la figure 2, est représentée une vue en

coupe de la section d'ionisation 18 du tube accélérateur de neutrons.

La section d'ionisation comprend un élément cathodique principal 22 et un élément cathodique secondaire 24 qui définissent les extrémités

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supérieure et inférieure de la chambre 25 dans laquelle l'ionisation

du gaz accélérateur a effectivement lieu. Suivant le pourtour inté-

rieur de la chambre 25 et entre les éléments cathodiques 22 et 24 se trouve un élément anodique 27. L'élément anodique 27 est monté sur des bagues isolantes en céramique 29 et 30 et est donc isolé de

manchons métalliques 32 et 33 qui, avec les éléments cathodiques, dé-

finissent lereste de la chambre d'ionisation.'Les manchons 32 et 33

et l'anode 27 sont formés en un métal non magnétique ou à perméabi-

lité relativement faible, tel. qu'un acier inoxydable austénitique de

la série 300 AISI (norme des Etats-Unis d'Amérique). Un aimant annu-

laire 35 entoure l'extérieur de la chambre d'ionisation et s'étend audelà des extrémités supérieure et inférieure de l'élément anodique, ainsi que cela est représenté sur la figure. Partant de l'élément anodique et passant entre les bagues en céramique 29 et 30, puis dans l'aimant 35 et unebague annulaire 37 qui sera décrite plus en détail ci-après, il est prévu un fil électrique 38 servant à connecter

l'anode à une source d'alimentation électrique de haute tension.

L'élément cathodique 22 est doté de canaux 36 par lesquels le gaz accélérateur de la section de remplissage 16 s'écoule dans la chambre d'ionisation. L'élément cathodique 24 est doté d'une ouverture 45 située suivant l'axe de la partie protubérante 42 de l'élément anodique 22, cette ouverture donnant accès de la chambre d'ionisation à la section cible du tube à neutrons. La cible (non représentée sur la figure 2) est enfermée à l'intérieur d'une chambre constituée partiellement par une bague de verre 44, qui est maintenue en place par un manchon métallique ou en "Kovar" 45 soudé à l'élément

cathodique 24. L'élément cathodique 24 est doté d'une pièce rappor-

tée 45 qui est formée de béryllium revêtu d'une couche d'oxyde ou d'un autre matériau approprié possédant un coefficient d'émission secondaire élevé, ainsi que cela a été indiqué précédemment. La partie

protubérante de l'élément cathodique 22 est dotée d'un élément rap-

porté 48 formé de nickel-63 ou d'un autre émetteur de rayons bêta approprié. La partie évidée de la surface cathodique active est

dotée d'une pièce rapportée 50. Selon un mode de réalisation pré-

féré de l'invention, cette pièce rapportée est formée d'un matériau ayant un coefficient d'émission de 2 ou plus. Selon d'autres modes de réalisation de l'invention, la pièce rapportée 50 peut être

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1.1 formée d'autres matériaux comportant un matériau émetteur de rayons bêta. Une autre forme du premier élément cathodique est présentée sur la figure 3. Comme le montre cette figure, la cathode comprend une partie 50 formant un corps principal qui possède un évidement central recevant un élément cylindrique 52 maintenu en position par une vis 54. Dans ce cas, il est possible de retirer la partie protubérante du reste de la structure de la cathode pour l'application du matériau émetteur du rayon bêta a son extrémité externe, comme cela est indiqué par le numéro de référence 55. Pour le reste, la structure de la cathode peut étre identique à celle

de l'élément cathodique 22.

L'élément cathodique 24, l'élément cathodique 22 et la bague annulaire 37 sont tous formés de matériaux extrêmement perméables au flux-magnétique. Par exemple, ces éléments peuvent être faits en fer doux ou en certains aciers inoxydables, tels que l'acier

inoxydable de la série 410 AISI (norme des Etats-Unis d'Amérique).

La partie supérieure de l'élément cathodique 24 et la bague 37 créent donc, en relation avec la partie inférieure de l'élément cathodique 24 et de l'élément cathodique 22, un parcours magnétique à perméabilité élevée qui prend naissance à l'extérieur des extrémités de l'élément , puis tourne vers l'intérieur jusqu'aux surfaces actives des éléments cathodiques. Les parcours à perméabilité élevée que créent les cathodes 22 et 24 et la bague 37 dirigent la plus grande partie du flux magnétique existant entre les pôles nord et sud de l'élément jusqu'à l'intérieur de la chambre 25. De plus, on admettra en examinant la figure 2 que le champ magnétique le plus intense qui

s'établit à l'application d'une tension positive à l'élément ano-

dique 27 part de la partie protubérante 42 de l'élément cathodique 22.

Ceci augmente la probabilité que les électrons émis par les éléments cathodiques 22 et 24 viennent frapper la surface cathodique opposée au lieu d'être captés par l'élément anodique 27 etavec l'effet de spirale conféré par-le champ magnétique accru existant à l'intérieur de la chambre, augmente la probabilité que les électrons viennent frapper des molécules du gaz accélérateur pour produire les ions voulus.

248 18 69,

Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure

d'imaginer, à partir du tube accélérateur de neutrons dont la des-

cription vient d'Atre donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses autres variantes et modifications ne sortant pas du cadre de- l'invention.

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Claims (9)

R E V E N D I C A T I O N S

1. Tube accélérateur de neutrons po sédant une section cible (19), une section de remplissage (16) séparêe qui fournit un gaz accélérateur, et une section d'ionisation (18) placée entre la section cible et la section de remplissage, caractérisé en ce que la section d'ionisation comprend:

(a) une chambre d'ionisation (25) conçue pour rece-

voir le gaz accélérateur de la section de remplissage, (b) une première et une deuxième cathode (18b, 18c 22, 24) écartées l'une de l'autre et possédant des surfaces actives opposées qui sont tournées vers l'intérieur de la chambre, la surface active (48) d'au moins l'une des cathodes étant formée d'un matériau émetteur de rayons bêta, et

(c) une anode (18a; 27) placée en une position inter-

médiaire entre les cathodes de manière que, en réponse à l'applica-

tion d'une tension positive, des électrons soient transmis entre les surfaces actives opposées des cathodes et provoquent l'émission d'électrons secondaires au moment de leur impact sur une surface

Cathodique active.

2. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que

le matériau émetteur de rayons bêta est le nickel-63.

3. Tube selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en

ce que les surfaces actives des deux cathodes sont formées d'un maté-

riau émetteur de rayons bêta.

4. Tube selon la revendications1 ou 2, caractérisé en ce

que la surface active de la première cathode est formée d'un matériau émetteur de rayons bêta et la surface active de la deuxième cathode est formée d'un matériau ayant un coefficient d'émission d'électrons

secondaires d'au moins 2.

5. Tube selon la revendication 4, caractérisé en ce que le matériau émetteur de rayons bêta est le nickel-630

6. Tube selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le matériau ayant un facteur d'émission d'électrons secondaires

d'au moins 2 est l'oxyde de béryllium.

7. Tube selon l'une quelconque des revendications 1 à 6,

caractérisé en ce que la première cathode est placée au voisinage de

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la section de remplissage et possède une partie protubérante (42) se

prolongeant axialement dans la chambre d'ionisation, la partie pro-

tubérante étant formée d'un matériau émetteur de rayons bêta (48), et en ce que le deuxième élément cathodique est séparé du premier dans la direction de la cible et possède une ouverture (40) disposée suivant l'axe de la partie protubérante ainsi qu'une surface active (46) opposée à la surface active (48) de la première cathode et formée d'un matériau ayant un coefficient d'émission d'électrons

secondaires d'au moins 2.

8. Tube selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'anode entoure circonférentiellement l'intérieur de la chambre

d'ionisation en une position intermédiaire entre les cathodes.

9. Tube selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'une partie de la surface active de la première cathode, qui est évidée par rapport à la partie protubérante, est formée d'un matériau (50) ayant un coefficient d'émission d'électrons secondaires d'au

moins 2.