FR2501895A1 - PRODUCT ABSORBING NEUTRONS, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, AND APPLICATION OF SAID PRODUCT TO STORAGE CASTLES - Google Patents
PRODUCT ABSORBING NEUTRONS, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, AND APPLICATION OF SAID PRODUCT TO STORAGE CASTLES Download PDFInfo
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Abstract
LA PRESENTE INVENTION A POUR OBJET UN PRODUIT ABSORBANT LES NEUTRONS AINSI QU'UN PROCEDE DE PREPARATION DE CE PRODUIT. LE PRODUIT COMPREND UN BETON THIXOTROPIQUE DANS LEQUEL SONT INCORPORES 30 A 40 EN POIDS DE BILLES DE POLYETHYLENE HAUTE DENSITE AYANT UN DIAMETRE DE L'ORDRE DE 2 A 5 MM ET 1 A 5 EN POIDS DE GRAINS DE CARBURE DE BORE DONT LES DIMENSIONS SONT DE L'ORDRE DE 300 A 500 MM ENVIRON. APPLICATION AU STOCKAGE ET AU TRANSPORT DE PRODUITS RADIOACTIFS.THE SUBJECT OF THE PRESENT INVENTION IS A NEUTRON ABSORBING PRODUCT AS WELL AS A PROCESS FOR THE PREPARATION OF THIS PRODUCT. THE PRODUCT INCLUDES A THIXOTROPIC CONCRETE IN WHICH ARE INCORPORATED 30 TO 40 BY WEIGHT OF HIGH DENSITY POLYETHYLENE BALLS HAVING A DIAMETER OF THE ORDER OF 2 TO 5 MM AND 1 TO 5 BY WEIGHT OF BORON CARBIDE GRAINS, THE DIMENSIONS OF WHICH ARE OF THE ORDER OF 300 TO 500 MM APPROXIMATELY. APPLICATION TO THE STORAGE AND TRANSPORT OF RADIOACTIVE PRODUCTS.
Description
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La présente invention a pour objet un produit capable d'absorber les neutrons ainsi qu'un procédé de The subject of the present invention is a product capable of absorbing neutrons and a method of
fabrication de ce produit.manufacture of this product.
Plus précisément, elle a pour objet un maté- More specifically, its purpose is to
riau absorbant les neutrons et plus spécialement les neutrons rapides et thermiques d'énergie comprise entre 0,1 et 14 MeV, utilisable dans les châteaux de transport neutron absorbing material and more particularly fast and thermal neutrons of energy between 0.1 and 14 MeV, usable in transport casks
et de stockage de produits radioactifs. and storage of radioactive products.
On sait quecontrairement aux rayons gamma qui nécessitent pour leur absorption des matériaux lourds (fer, plomb, tungstène, uranium), l'absorption It is known that, unlike the gamma rays that require heavy materials (iron, lead, tungsten, uranium) for absorption,
des neutrons est en majeure partie obtenue après ralen- most of the neutrons are obtained after
tissement par des atomes légers (hydrogène, carbone). by light atoms (hydrogen, carbon).
C'est pourquoi les matériaux réalisés jusqu' ici comportent des substances riches en hydrogène pour ralentir les neutrons rapides (c'est le cas du polyéthylène) et des substances capables d'absorber les neutrons ralentis comme les composés de bore. Par exemple, le brevet français 1 534 032, appartenant au déposant, décrit un matériau capable d'absorber les neutrons consitué par du polyéthylène, du plâtre, de l'eau et de l'acide borique. Si un tel produit présente de bonnes qualités absorbantes, sa fabrication entraîne un certain nombre de difficultés. C'est ainsi qu'on a pu noter un mauvais amalgame des composants et une remontée en surface des billes de polyéthylène pendant la phase de solidification du produit; de plus cette This is why materials made so far include substances rich in hydrogen to slow down fast neutrons (this is the case of polyethylene) and substances capable of absorbing slow neutrons such as boron compounds. For example, the French patent 1,534,032, belonging to the applicant, describes a material capable of absorbing neutrons consisting of polyethylene, plaster, water and boric acid. If such a product has good absorbent qualities, its manufacture involves a number of difficulties. Thus it was noted that a bad amalgam of components and a rise in the surface of the polyethylene balls during the solidification phase of the product; moreover this
dernière étape exigeait toujours un temps assez long. last stage always required a long time.
La présente invention a justement pour objet un matériau absorbant les neutrons qui supprime ces inconvénients grâce à la mise en oeuvre d'un béton thixotropique. The present invention specifically relates to a neutron absorbing material which eliminates these disadvantages through the implementation of a thixotropic concrete.
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Selon la principale caractéristique du pro- According to the main characteristic of the
duit objet de l'invention, celui-ci comprend un béton thixotropique dans lequel sont incorporés 30 à 40 % en poids de billes de polyéthylène haute densité et 1 à 5 O/.. en poids de grains de carbure de bore. Selon un mode de réalisation préféré, les billes de polyéthylène ont un diamètre de l'ordre de 2 In accordance with the invention, this comprises a thixotropic concrete in which are incorporated 30 to 40% by weight of high density polyethylene balls and 1 to 50% by weight of boron carbide grains. According to a preferred embodiment, the polyethylene balls have a diameter of about 2
à 5 mm et les grains de carbure de bore ont des dimen- at 5 mm and the grains of boron carbide have dimensions
sions de l'ordre de 300 à 500 lm.about 300 to 500 lm.
L'invention a également pour objet un procé- The invention also relates to a method
dé de fabrication de ce produit. Selon la principale caractéristique de ce procédé, celui-ci comprend les étapes suivantes: die of manufacture of this product. According to the main feature of this method, it comprises the following steps:
- on mélange intimement le polyéthylène avec des cons- - the polyethylene is intimately mixed with
tituants aptes à former un béton thixotropique, - on ajoute le carbure de bore, - on ajoute de l'eau, - on verse le mélange dans le récipient auquel il est destiné tout en maintenant celui-ci en vibration, et substances suitable for forming a thixotropic concrete, boron carbide is added, water is added, the mixture is poured into the container for which it is intended while keeping the latter in vibration, and
- on laisse durcir le mélange.the mixture is allowed to harden.
Si l'on retrouve le polyéthylène, dont le If we find polyethylene, which
rôle est de ralentir les neutrons rapides, et le car- role is to slow down fast neutrons, and the car-
bure de bore, dont le rôle est de les absorber, l'uti- the role of which is to absorb them, the use of
lisation d'un béton thixotropique comme liant favorise la préparation et le coulage du matériau et confère la qualité de matériau incombustible. En effet, un tel béton reste liquide tant qu'on l'agite et se solidifie rapidement lorsqu'on le laisse au repos. Ainsi, le produit reste liquide quand on réalise le mélange The use of a thixotropic concrete as binder promotes the preparation and pouring of the material and confers the quality of non-combustible material. Indeed, such concrete remains liquid as it is stirred and solidifies quickly when left to rest. Thus, the product remains liquid when the mixture is made
puisque celui-ci se fait obligatoirement sous agita- since it is obligatorily under agitation
tion permanente des divers constituants. of the various constituents.
Enfin, lorsque l'agitation cesse, le pro- Finally, when the agitation stops, the
duit se prend en masse rapidement, ce qui emnpêche la duit is quickly en masse, which
remontée en surface des billes de polyéthylène et con- surface rise of the polyethylene balls and
duit à un matériau plus homogène. to a more homogeneous material.
L'invention a encore pour objet une application d'e ce produit à la réalisation de châteaux de stockage du type comprenant une paroi interne et une paroi externe The invention also relates to an application of this product to the production of storage casks of the type comprising an inner wall and an outer wall
entre lesquelles se trouve un produit absorbant les neu- between which there is a product absorbing the
trons. Pour cela, on recouvre la face interne de la paroi externe d'une peinture à base de carbure de bore et on trons. For this purpose, the inner face of the outer wall is covered with a boron carbide-based paint and
coule le produit selon l'invention entre les parois in- flows the product according to the invention between the walls
terne et externe du château.dull and external castle.
D'autres caractéristiques et avantages de l'in- Other features and advantages of the
vention apparaîtront à la lecture de la description qui will appear on reading the description which
va suivre d'un exemple de réalisation, donnée à titre purement illustratif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente un ensemble de courbes donnant follow of an exemplary embodiment, given purely by way of illustration and in no way limitative, with reference to the appended drawings in which: FIG. 1 represents a set of curves giving
le débit de dose neutron d'un échantillon de produit se- the neutron dose rate of a product sample se-
lon l'invention, en millirem par heure et par microgramme According to the invention, in millirem per hour and per microgram
de californium 252, en fonction de l'épaisseur de l'échan- of californium 252, depending on the thickness of the sample
tillon et de sa teneur en carbure de bore, et - la figure 2 représente un ensemble de courbes donnant le débit de dose gamma d'un échantillon, en millirad par heure et par microgramme de californium 252, en fonction and Figure 2 shows a set of curves giving the gamma dose rate of a sample, in millirad per hour and per microgram of californium 252, based on
de l'épaisseur de l'échantillon et de sa teneur en carbu- the thickness of the sample and its
re de bore.re boron.
A titre d'essai, on a réalisé un produit confor- As a test, a product has been produced according to
me à l'invention dont la composition était la suivante, les proportions étant calculées pour 1 dm3 de produit Polyéthylène: 0,448 kg Béton thixotropique: 0, 845 kg Eau: 0,134 litre Carbure de bore: 1,5 g La préparation du produit a été réalisée selon le processus suivant: - dans une bétonnière en marche, on met en place d'abord les billes de polyéthylène, puis le béton et on réalise le mélange à sec jusqu'à ce que les billes prennent une couleur grise, In the invention, the composition of which was as follows, the proportions being calculated for 1 dm3 of product Polyethylene: 0.448 kg Thixotropic concrete: 0.845 kg Water: 0.134 liter Boron carbide: 1.5 g The preparation of the product was carried out according to the following process: - in a concrete mixer in operation, the polyethylene balls are first put in place, then the concrete and the mixture is made dry until the balls take a gray color,
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- on ajoute ensuite le carbure de bore et on laisse tourner la bétonnière jusqu'à obtention d'un mélange homogène, - on ajoute l'eau et on attend que le mélange prenne une apparence relativement sèche de couleur gris/noir. the boron carbide is then added and the mixer is allowed to rotate until a homogeneous mixture is obtained; the water is added and the mixture is expected to assume a relatively dry gray / black appearance.
Ensuite, on coule le produit dans le réci- Then, pour the product into the recipe
pient auquel il est destiné, par exemple entre les parois d'un château de stockage, tout en agitant ce dernier à l'aide d'un système de mise en vibration qui peut se présenter sous la forme d'aiguilles vibrantes pneumatiques. Grâce à cette dernière précaution, le produit reste liquide jusqu'à la fin de l'opération, it is intended, for example between the walls of a storage castle, while agitating the latter by means of a vibrating system which can be in the form of pneumatic vibrating needles. Thanks to this last precaution, the product remains liquid until the end of the operation,
ce qui assure une bonne homogénéité, homogénéité d'au- which ensures a good homogeneity, homogeneity of
tant meilleure que le produit se solidifie rapidement une fois que les vibrations ont cessé, ce qui évite better than the product solidifies quickly once the vibrations have stopped, which avoids
les inconvénients de l'art antérieur. the disadvantages of the prior art.
Des essais de résistance au feu effectués Fire resistance tests carried out
sur une éprouvette en acier de diamètre 100 mm, lon- on a steel test piece with a diameter of 100 mm,
gueur 300 mm, épaisseur 3 mm, fermée à chaque extrémi- 300 mm, thickness 3 mm, closed at each end
té par une tôle d'acier de même épaisseur et remplie made of sheet steel of the same thickness and filled
du produit objet de l'invention ont montré que celui- product of the invention have shown that this
ci présentait une bonne tenue au feu, sans-déformation it had good fire resistance, without deformation
mécanique de l'éprouvette après un séjour de 30 minu- mechanical test piece after a stay of 30 minutes
tes dans un four à 8000C.in an oven at 8000C.
Une autre série d'essais avait pour but d'étudier l'influence de la teneur en carbure de bore Another series of tests aimed at studying the influence of boron carbide
sur le pouvoir absorbant du matériau. on the absorbency of the material.
Pour cela, on a réalisé 21 éprouvettes en acier de diamètre 80 mm, d'épaisseur 3 mm, de longueur variable (150 ou 300 mm) obturées à chacune de leurs For this purpose, 21 steel specimens of diameter 80 mm, thickness 3 mm, variable length (150 or 300 mm) closed at each of their
extrémités par une plaque d'acier d'épaisseur 3 mm. ends by a steel plate 3 mm thick.
L'intérieur de ces tubes est rempli du pro- The inside of these tubes is filled with
duit objet de l'invention auquel on incorpore du car- object of the invention incorporating car-
bure de bore en quantité variable. Les éprouvettes boron bure in varying amounts. The test pieces
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sont hermétiquement closes afin de maintenir constante are hermetically sealed to maintain constant
la teneur en humidité du composé.the moisture content of the compound.
Les trois courbes de la figure 1 (débit de The three curves of Figure 1 (flow rate
dose neutron) correspondent à trois teneurs différen- neutron dose) correspond to three different levels of
tes en carbure de bore, à savoir: Courbe 1: 0 kg/m3 Courbe 2: 3 kg/m3 Courbe 3: 20 kg/m3 On voit que la courbe 2 se situe nettement en dessous de la courbe 1 alors que la courbe 3 est très voisine de la courbe 2: il suffit donc d'une très faible teneur en carbure de bore pour diminuer de Boron carbide, namely: Curve 1: 0 kg / m3 Curve 2: 3 kg / m3 Curve 3: 20 kg / m3 We see that curve 2 is well below curve 1 while curve 3 is very close to curve 2: it is therefore sufficient to have a very low boron carbide
façon appréciable le débit de dose neutron. appreciable way the neutron dose rate.
Les trois courbes de la figure 2 (débit de dose gamma) correspondent aux teneurs suivantes en carbure de bore: Courbe 4: 0 kg/m3 Courbe 5: 3 kg/m3 Courbe 6: 8 kg/m3 On peut voir à la lecture de la figure 2 que le débit de dose gamma diminue régulièrement à mesure que l'on augmente la teneur en carbure de bore. De plus, la comparaison des figures 2 et 3 montre que le débit de dose neutron est toujours très supérieur au débit de dose gamma. C'est pourquoi on choisira une teneur en carbure de bore comprise entre 3 et 5 kg/m3 et de préférence plus proche de 3 kg/m3 Le matériau objet de l'invention présente de nombreux avantages, notamment en ce qui concerne son The three curves in Figure 2 (gamma dose rate) correspond to the following boron carbide contents: Curve 4: 0 kg / m3 Curve 5: 3 kg / m3 Curve 6: 8 kg / m3 Can be seen on reading Figure 2 shows that the gamma dose rate decreases steadily as the boron carbide content is increased. In addition, the comparison of FIGS. 2 and 3 shows that the neutron dose rate is always much greater than the gamma dose rate. This is why a boron carbide content of between 3 and 5 kg / m 3 and preferably closer to 3 kg / m 3 will be chosen. The material which is the subject of the invention has numerous advantages, in particular with regard to its
procédé de préparation. L'utilisation d'un béton thi- process of preparation. The use of a concrete
xotropique permet de garder le produit liquide pendant qu'on réalise le mélange dans la bétonnière et pendant qu'on le verse dans le château de stockage puisque xotropic helps keep the product liquid while mixing in the concrete mixer and while pouring into the storage tank since
celui-ci est mis en mouvement au moyen d'aiguilles vi- this one is set in motion by means of needles vi-
brantes. De plus, on obtient un produit très homogène brantes. In addition, we obtain a very homogeneous product
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puisque la solidification se fait rapidement une fois since the solidification is done quickly once
que les vibrations ont cessé.that the vibrations have stopped.
De plus, ce produit présente une bonne tenue In addition, this product has a good performance
mécanique, une bonne tenue au feu et un prix de re- mechanical resistance, good fire resistance and a price of
vient peu élevé puisqu'on peut le réaliser à partir de comes low because we can realize it from
matériaux facilement disponibles dans le commerce. materials readily available commercially.
Quant aux applications possibles, elles couvrent tous les cas o l'on a besoin d'un bon écran contre les radiations et plus spécialement les flux de neutrons rapides; c'est ainsi que le produit selon l'invention trouve une application particulièrement As for the possible applications, they cover all the cases where one needs a good screen against the radiations and more especially the fast neutron fluxes; this is how the product according to the invention finds a particular application
intéressante comme écran neutronique dans la réalisa- interesting as a neutron screen in the realization
tion d'emballages pour le transport et le stockage de packaging for the transport and storage of
produits radioactifs.radioactive products.
Dans le cas des châteaux de stockage compre- In the case of storage casks
nant une paroi interne et une paroi externe entre les- an inner wall and an outer wall between
quelles se trouve un produit absorbant les neutrons, on procede de la manière suivante: on recouvre d'abord la face interne de la paroi externe d'une peinture à base de carbure de bore, on coule ensuite which is a product absorbing neutrons, one proceeds in the following way: one covers first the internal face of the external wall of a paint based on carbide of boron, one then flows
le produit selon l'invention entre les parois du châ- the product according to the invention between the walls of the
teau tout en maintenant celui-ci zn vibration et on water while maintaining this one zn vibration and one
arrête les vibrations pour laisser durcir le produit. stop the vibrations to harden the product.
Claims (5)
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Applications Claiming Priority (1)
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