FR2507328A1 - SELF-SUPPLIED NEUTRON AND G-RAY FLOW DETECTOR - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne un détecteur de flux de neutrons et de rayons Y auto-alimenté. The invention relates to a self-powered neutron flux and Y-ray detector.
Des détecteurs de flux de neutrons et de rayons yauto-alimentés sont couramment utilisés dans les réacteurs nucléaires. Dans certaines applications, ils sont utilisés comme détecteur primaire dans le système de sécurité du réacteur, alors que dans d'autre cas, ils sont utilisés comme détecteur primaire dans le système de commande du réacteur. Dans ces applications, il est particulièrement désirable que la réponse dynamique du détecteur concorde avec le comportement dynamique du réacteur nucléaire. Bien que la plus grande partie de l'énergie thermique dans un réacteur à fission nucléaire soit due à la fission directe du combustible énergie dite de fission, une fraction importante de cette énergie est due aux rayonnements p et t libérés par des produits de fission radioactifs, énergie dite "différée".Dans les réacteurs à uranium naturel, et à eau lourde, du type CANDI, par exemple, environ 93% de l'énergie thermique à l'équilibre engendre dans le combustible nucléaire sont dûs à la fission directe du combustible, alors qu'environ 7% sont dûs à la désintégration des produits de fission. Le premier constituant suit promptement les changements dans le flux de neutrons, alors que le second constituant ne le fait pas, car les produits de fission se désintègrent avec des constantes de temps très diverses qui varient de quelques secondes à plusieurs Jours. Neutron flux and self-powered ray detectors are commonly used in nuclear reactors. In some applications, they are used as the primary detector in the reactor safety system, while in other cases, they are used as the primary detector in the reactor control system. In these applications, it is particularly desirable for the dynamic response of the detector to agree with the dynamic behavior of the nuclear reactor. Although most of the thermal energy in a nuclear fission reactor is due to the direct fission of the so-called fission energy fuel, a significant fraction of this energy is due to the p and t radiation released by radioactive fission products. , so-called "deferred" energy. In natural uranium and heavy water reactors, of the CANDI type, for example, about 93% of the equilibrium thermal energy generated in nuclear fuel is due to the direct fission of fuel, while about 7% is due to the decay of fission products. The first constituent promptly follows the changes in the neutron flux, while the second constituent does not, because the fission products decay with very diverse time constants which vary from a few seconds to several days.
Pour être utilisé dans des systèmes de commande et de sécurité de réacteurs nucléaires, le détecteur idéal de flux de neutrons et de rayons y doit répondre aux changements intervenant dans le flux de neutrons exactement de la même manière que le fait le combustible nucléaire. To be used in nuclear reactor control and safety systems, the ideal neutron and ray flux detector must respond to changes in the neutron flux in exactly the same way as nuclear fuel does.
Un détecteur de flux de neutrons et dé rayons g autoalimenté consiste normalement en un câble co-axial à isolement minéral. L'électrode centrale est appelée l'émetteur alors que l'électrode extérieure est appelée le collecteur; Les deux é- lectrodes sont électriquement isoléesl'une de l'autre par un isolement à base d'oxydes minéraux, ordinairement MgO ou A12o3, bien que d'autres oxydes puissent être utilisés. Dans de nombreuses applications, le détecteur auto-alimenté est utilisé pour mesurer l'énergie, ou flux, dans une région limitée du coeur du réacteur. Dans ces applications, le détecteur est relié à un câble conducteur qui peut etre également un câble co-axial à isolement minéral.Cependant, grâce à un choix approprié de la forme et des matériaux, et quelquefois également en utilisant des techniques de compensation du câble conducteur, le signal auto-alimenté engendré dans le câble conducteur peut être une faible fraction de celui engendré dans le détecteur. A self-powered neutron and g-ray detector normally consists of a coaxial cable with mineral insulation. The central electrode is called the emitter while the outer electrode is called the collector; The two electrodes are electrically isolated from each other by isolation based on mineral oxides, usually MgO or A12o3, although other oxides can be used. In many applications, the self-powered detector is used to measure energy, or flux, in a limited region of the reactor core. In these applications, the detector is connected to a conductive cable which can also be a coaxial cable with mineral insulation. However, thanks to an appropriate choice of shape and materials, and sometimes also using cable compensation techniques conductive, the self-powered signal generated in the conductor cable can be a small fraction of that generated in the detector.
Dans un réacteur énergétique, le courant engendré dans un détecteur auto-alimenté peut être attribué à trois interactions distinctes, à savoir
- des interactions (n, ss ) dans lesquelles un nuclide de filiation p -actif est créé par capture de neutrons dans le détecteur, normalement dans l'électrode émettrice;
- des interactions (n, d , e) dans lesquelles les rayons g produits par capture de neutrons dans le détecteur libèrent des électrons libres par des processus Compton et électriques, et, en conséquence, engendrent un flux de courant net entre les deux électrodes; et
- des interactions ( t , e) dans lesquelles des rayons du réacteur produits dans le combustible et les autres éléments du réacteur réagissent réciproquement dans le détecteur et produisent un flux de courant entre les deux électrodes. Etant donné que l'interaction (n, p ) est différée, des détecteurs dans lesquels ces interactions sont le mécanisme dominant de production d'un courant électrique, tels que des détecteurs comportant des émetteurs en vanadium ou en rhodium, ne conviennent pas comme détecteur primaire dans des systèmes de commande et de sécurité d'un réacteur.On utilise donc dans ces applications des détecteurs dans lesquels le courant est essentiellement dû à ces interactions (n,ll/ye) et ( & ,e). Il faut noter qu'il est impossible de construire un détecteur dans lequel iln'existe absolument pas d'interactions (n, P mais que grâce à un choix judicieux des matériaux, il est possible de réduire la fraction de courant produite par ses interactions à moins de quelques pourcents du signal total. In an energy reactor, the current generated in a self-powered detector can be attributed to three distinct interactions, namely
- interactions (n, ss) in which a nuclide of p-active parentage is created by capture of neutrons in the detector, normally in the emitting electrode;
- interactions (n, d, e) in which the g-rays produced by capture of neutrons in the detector release free electrons by Compton and electrical processes, and, consequently, generate a net current flow between the two electrodes; and
- interactions (t, e) in which rays from the reactor produced in the fuel and the other elements of the reactor interact with each other in the detector and produce a current flow between the two electrodes. Since the interaction (n, p) is delayed, detectors in which these interactions are the dominant mechanism for producing an electric current, such as detectors with vanadium or rhodium emitters, are not suitable as a detector primary in reactor control and safety systems. In these applications, detectors are therefore used in which the current is essentially due to these interactions (n, ll / ye) and (&, e). It should be noted that it is impossible to build a detector in which there are absolutely no interactions (n, P but that thanks to a judicious choice of materials, it is possible to reduce the fraction of current produced by its interactions to less than a few percent of the total signal.
Un détecteur théorique dans lequel 100% du signal sont dus à des interactions (n, y e) devrait répondre efficacement et instantanément aux changements intervenant dans le flux de neutrons, c'est-à-dire qu'un tel détecteur devrait avoir une "promptitude de réponse -de 100%. Ainsi sa réponse serait trop rapide pour un détecteur idéal étant donné que, comme exposé ci-dessus, l'énergie dans le combustible n'a qu'une promptitude de réponse d'environ 93%.D'autre part, un détecteur théorique dans lequel 100% du signal sont dus à des interactions ( Y , e) répondrait trop lentement étant donné qu'environ un tiers des raisons Y du réacteur sont retardés,
environ de sorte que seulement/67% du constituant du signal dans un tel détecteur seraient immédiats.A theoretical detector in which 100% of the signal is due to (n, ye) interactions should respond effectively and instantly to changes in the neutron flux, that is, such a detector should have a "promptness 100% response, so its response would be too fast for an ideal detector since, as discussed above, the energy in the fuel has a response speed of only about 93%. on the other hand, a theoretical detector in which 100% of the signal is due to interactions (Y, e) would respond too slowly since approximately one third of the reasons Y of the reactor are delayed,
approximately so that only / 67% of the signal component in such a detector would be immediate.
Cependant, un détecteur dans lequel 21% du signal sont dus à des interactions ( ,e) et 79% du signal sont dus à des interactions (n,, e), aurait une fraction immédiate de 93'XI c'est-à-dire qu'il aurait la meme fraction immédiate que l'énergie du combustible nucléaire. En outre, étant donné que la réponse différée du détecteur est due à des rayons g de réacteur différés, il concorderait, à une bonne approximation près, à l'énergie différée du combustible nucléaire, étant donné que les rayons Y différées proviennent de la désintégra- tion des produits de fission du combustible qui sont égale ment la source de l'énergie thermique différée dans le combustible nucléaire. However, a detector in which 21% of the signal is due to interactions (, e) and 79% of the signal are due to interactions (n ,, e), would have an immediate fraction of 93'XI, say it would have the same immediate fraction as nuclear fuel energy. In addition, since the delayed response of the detector is due to delayed reactor g-rays, it would, to a good approximation, agree with the delayed energy of nuclear fuel, since the delayed Y-rays come from the disintegration - tion of fuel fission products which are also the source of deferred thermal energy in nuclear fuel.
On a essayé d'adapter la réponse dynamique d'un détecteur auto-alimenté de flux de neutrons et de rayons dans un réacteur nucléaire en choisissant le rapport des réponses du détecteur aux rayons g et au flux de neutrons du réac- teur nucléaire, de manière, par exemple, à faire étroitement concorder la réponse dynamique du signal du détecteur avec celle de l'énergie totale du combustible du réacteur nucléaire. We have tried to adapt the dynamic response of a self-powered detector of neutron and ray fluxes in a nuclear reactor by choosing the ratio of the detector's responses to g-rays and to the neutron flux of the nuclear reactor, of so as, for example, to closely match the dynamic response of the detector signal with that of the total energy of the nuclear reactor fuel.
Un procédé de réglage du rapport de réponse du détecteur aux rayons t d'un réacteur nucléaire et au flux de neutrons d'un réacteur nucléaire, tel que décrit dans le brevet canadien 1.085.066 consiste à utiliser une couche de re vêtement d'émetteur relativement épaisse, de l'ordre de 0,05 mm d'épaisseur par exemple, en platine, comme revêtement complet d'un noyau émetteur en Inconel (marque déposée) par exemple.La réponse de ce type de détecteur dépend du diamètre de l'émetteur ainsi que du choix des métaux pour l'émetteur.C'est ainsi qu'une réponse spécifique dicte une forme particulière et ceci peut créer un problème du fait que la forme peut ne pas etre compatible avec une ou plusieurs des contraintes relatives à la dimension du détecteur, telles que par exemple celles qui peuvent être imposées par le procédé de fabrication ou par des limitations d'espace dans l'assemblage utilisé pour contenir les détecteurs. Si, par exemple, un détecteur ayant un émetteur constitué d'un noyau d'Inconel et d'une couche de revêtement au platine doit avoir une réponse dynamique concordant avec la réponse dynamique de l'énergie du combustible dans un réacteur à uranium naturel modéré à l'eau lourde, l'émetteur du- détecteur doit alors avoir un diamètre total d'environ 2,9 mm.Un tel détecteur doit avoir un diamètre extérieur d'environ 5,0 mm et l'adaptation d'un détecteur si encombrant dans des réacteurs à uranium naturel, modérés à l'eau lourde, poserait des problèmes. A method for adjusting the response ratio of the detector to the t-rays of a nuclear reactor and to the neutron flux of a nuclear reactor, as described in Canadian patent 1,085,066, consists in using a layer of emitter coating. relatively thick, of the order of 0.05 mm thick for example, in platinum, as a complete coating of an emitter core in Inconel (registered trademark) for example. The response of this type of detector depends on the diameter of the emitter as well as the choice of metals for the emitter. This is how a specific response dictates a particular shape and this can create a problem because the shape may not be compatible with one or more of the constraints relating to the size of the detector, such as for example those which may be imposed by the manufacturing process or by space limitations in the assembly used to contain the detectors. If, for example, a detector having an emitter consisting of an Inconel core and a platinum coating layer must have a dynamic response consistent with the dynamic response of the fuel energy in a moderate natural uranium reactor in heavy water, the transmitter of the detector must then have a total diameter of approximately 2.9 mm. Such a detector must have an outside diameter of approximately 5.0 mm and the adaptation of a detector if bulky in natural uranium reactors, moderated in heavy water, would pose problems.
Un autre procédé d'adaptation de la réponse du détecteur aux rayons g du réacteur nucléaire et au flux de neutrons d'un réacteur nucléaire, tel que décrit dans le brevet
US 4.123.658 consiste à utiliser un très mince revêtement (moins de 5 microns) de platine, par exemple, sur un noyau de cobalt. Un réglage de l'épaisseur de la couche de revetement permet de régler la réponse aux rayons g du réacteur, et par conséquent la réponse dynamique. Bien que les détecteurs proposés dans ce brevet US 4.123.658 soient utilisables, ils posent un problème de fabrication, car il est très diffici- le de régler l'épaisseur des très minces couches de revêtement requise. I1 est donc difficile d'obtenir une régulation adéquate de la réponse dynamique du détecteur.Another method for adapting the response of the detector to the g-rays of the nuclear reactor and to the neutron flux of a nuclear reactor, as described in the patent
US 4,123,658 consists in using a very thin coating (less than 5 microns) of platinum, for example, on a cobalt core. An adjustment of the thickness of the coating layer makes it possible to adjust the response to the g-rays of the reactor, and consequently the dynamic response. Although the detectors proposed in this US Pat. No. 4,123,658 are usable, they pose a manufacturing problem, since it is very difficult to adjust the thickness of the very thin layers of coating required. It is therefore difficult to obtain adequate regulation of the dynamic response of the detector.
C'est ainsi qu'il existe un besoin pour un détecteur de flux de neutrons et de rayons W auto-alimenté dont la réponse dynamique concorde de très près avec la réponse dy namique de l'énergie du combustible, qui puisse facilement s'adapter dans, par exemple, des assemblages de détecteur de réac- teur à uranium naturel modéré à l'eau lourde existant et qui ne présente aucun problème particulier de fabrication. Thus there is a need for a self-powered neutron flux and W-ray detector whose dynamic response closely matches the dynamic response of the fuel energy, which can easily be adapted in, for example, existing heavy water moderated natural uranium reactor detector assemblies which do not present any particular manufacturing problem.
La présente invention, concerne un détecteur de flux de neutrons et de rayons g auto-alimenté, comprenant :
a) un fil noyau émetteur;
b) une couche extérieure émetteur autour du fil noyau émetteur constituée d'un métal différent de celui-ci;
c) un collecteur métallique autour du fil noyau émetteur et de la couche extérieure émetteur; et
d) un isolement diélectrique isolant électriquement le fil noyau émetteur et la couche extérieure émetteur du collecteur métallique;
ledit détecteur étant caractérisé en ce que
e) le diamètre total du fil noyau émetteur et de la couche extérieure émetteur est d'au moins de l'ordre de 0,4 mm;
f) la couche extérieure émetteur ne recouvre qu'environ 10 à 90% de la surface du fil noyau émetteur et comprend au moins un ruban autour du fil noyau émetteur et a une épaisseur de l'ordre de 0,02 à 0,07 mm; et
g) le métal du fil noyau émetteur, le métal de la couche extérieure émetteur, le métal du collecteur métallique, le diamètre total du fil noyau émetteur et de la couche extérieure émettrice et la surface du fil noyau émetteur qui est couverte par la couche extérieure émetteur sont choisis pour faire en sorte que le détecteur ait une promptitude de réponse de l'ordre de 90 à 96% et ait une réponse dynamique qui concorde pratiquement avec la réponse dynamique de l'énergie dans le combustible du réacteur nucléaire dans lequel le détecteur doit être utilisé.The present invention relates to a self-powered neutron and g-ray detector, comprising:
a) a transmitting core wire;
b) an outer emitter layer around the emitter core wire made of a metal different from the latter;
c) a metal collector around the emitter core wire and the emitter outer layer; and
d) a dielectric isolation electrically insulating the emitter core wire and the emitter outer layer of the metal collector;
said detector being characterized in that
e) the total diameter of the emitter core wire and of the emitter outer layer is at least of the order of 0.4 mm;
f) the outer emitter layer covers only about 10 to 90% of the surface of the emitter core wire and comprises at least one ribbon around the emitter core wire and has a thickness of the order of 0.02 to 0.07 mm ; and
g) the metal of the emitter core wire, the metal of the emitter outer layer, the metal of the metal collector, the total diameter of the emitter core wire and of the emitter outer layer and the surface of the emitter core wire which is covered by the outer layer emitters are chosen to cause the detector to have a response promptness in the range of 90 to 96% and to have a dynamic response which is substantially consistent with the dynamic response of the energy in the fuel of the nuclear reactor in which the detector must be used.
Dans certains modes de réalisation de l'invention
a) le fil noyau émetteur est en un matériau choisi parmi le nickel, le fer, le titane, le chrome, le cobalt et des
alliages contenant au moins un de ces métaux; et
b) la couche extérieure d'émetteur est en un maté
riaux choisi parmi le platine, le palladium, le tantale, l'os- mium, le molybdène, le cérium, l'étain, le ruthénium, le niobium, le zirconium et des alliages contenant au moins un de ces métaux.In certain embodiments of the invention
a) the emitter core wire is made of a material chosen from nickel, iron, titanium, chromium, cobalt and
alloys containing at least one of these metals; and
b) the outer emitter layer is made of a mat
rials chosen from platinum, palladium, tantalum, osmium, molybdenum, cerium, tin, ruthenium, niobium, zirconium and alloys containing at least one of these metals.
Dans d'autres modes de réalisation de l'in vention, la couche extérieure émetteur comprend de 5 à 10 bandes d'égale largeur, également espacées longitudinalement sur toute la longueur du fil noyau émetteur. In other embodiments of the invention, the emitter outer layer comprises 5 to 10 bands of equal width, also spaced longitudinally along the entire length of the emitter core wire.
Dans d'autres modes de réalisation de l'invention, la couche extérieureémetteur recouvre de 40 à 60% de la surface du fil noyau émetteur. In other embodiments of the invention, the outer emitter layer covers from 40 to 60% of the surface of the emitter core wire.
Dans d'autres modes de réalisation de l'in- vention, le fil noyau émetteur est un alliage de nickel contenant nominalement 76% de nickel, 15,8% de chrome et 7,20% de fer, en poids, et la couche extérieure émetteur est en platine. In other embodiments of the invention, the emitter core wire is a nickel alloy nominally containing 76% nickel, 15.8% chromium and 7.20% iron, by weight, and the layer transmitter exterior is platinum.
Dans les modes de réalisation de l'invention qui sont à utiliser comme détecteur d'énergie d'un combustible dans un réacteur à uranium naturel, et à modération à l'eau lourde, le matériau du noyau d'émetteur est de préférence un alliage de nickel contenant nominalement 76X de nickel, 15,8X de chrome, et 7,20% de fer, en poids, ou du fer très pur ou du nickel très pur; la couche extérieure d'émetteur est de préférence en platine, ou en étain, ou en molybdène; et le diamètre total du fil noyau émetteur et de la couche extérieure est de préférence au plus égal à 2 mm environ. In the embodiments of the invention which are to be used as energy detector of a fuel in a natural uranium reactor, and in heavy water moderation, the material of the emitter core is preferably an alloy nickel nominally containing 76X nickel, 15.8X chromium, and 7.20% iron, by weight, or very pure iron or very pure nickel; the outer emitter layer is preferably made of platinum, or tin, or molybdenum; and the total diameter of the emitter core wire and of the outer layer is preferably at most equal to approximately 2 mm.
Dans d'autres modes de réalisation de l'invention, le fil noyau émetteur est en nickel pratiquement pur et la couche extérieure d'émetteur est en platine. In other embodiments of the invention, the emitter core wire is made of practically pure nickel and the outer emitter layer is made of platinum.
Dans certains modes de réalisation de llin- vention,
a) le fil noyau émetteur est en un matériau choisi parmi le nickel, le fer, le titane,le chrome, le cobalt et des alliages contenant au moins un de ces métaux; et
b) la couche extérieure d'émetteur comprend au moins deux bandes de matériaux différents choisis parmi le platine, le palladium, le tantale, l'osmium, le molybdène, le cérium, l'étain, le ruthénium, le niobium, le zirconium et des alliages contenant au moins un de ces métaux. In certain embodiments of the invention,
a) the emitter core wire is made of a material chosen from nickel, iron, titanium, chromium, cobalt and alloys containing at least one of these metals; and
b) the outer emitter layer comprises at least two bands of different materials chosen from platinum, palladium, tantalum, osmium, molybdenum, cerium, tin, ruthenium, niobium, zirconium and alloys containing at least one of these metals.
La figure 1 est une vue latérale arrachée et en coupe, d'un détecteur de flux de neutrons et de rayons
Y auto-alimenté, et
La figure 2 est une vue latérale arrachée et en coupe d'un détecteur de flux de neutrons et de rayons auto-alimenté, différent de celui représenté sur la figure 1.Figure 1 is a cutaway side view in section of a neutron and ray flux detector
Y self-powered, and
FIG. 2 is a cutaway side view in section of a self-powered neutron and ray flux detector, different from that shown in FIG. 1.
Sur la figure 1, on a représenté un détecteur de flux de neutrons et de rayons Y auto-alimenté, comprenant
a) un fil noyau émetteur 1;
b)- une couche extérieure d'émetteur, généralement appelée 2, autour du fil de noyau d'émetteur et en un métal différent;
c) un collecteur métallique 4 autour du fil noyau émetteur 1 et de la couche extérieure d'émetteur 2; et
d) un isolement diélectrique 6 isolant élec triquement-le fil noyau émetteur 1 et la couche extérieure d'émetteur 2 du collecteur métallique 4; et dans lequel
e > le diamètre total du fil noyau émetteur 1 et de la couche extérieure d'émetteur 2 est au moins de l'ordre de 0,4 mm,
f) la couche extérieure d'émetteur 2 ne recouvre que de 10 à 90% de la surface du fil noyau émetteur et comprend au moins une bande, dans ce mode de réalisation typiquement de 5 à 10 bandes dont 4 d'entre elles sont représentées et désignées par 12 à 15, autour du fil noyau émetteur 1, et ont une épaisseur de l'ordre de 0,02 à 0,07 mm; et
g) le métal du fil noyau émetteur 1, le mé- tal de la couche extérieure d'émetteur 2, le métal du collecteur métallique 4, le diamètre total du fil de noyau d'é- metteur 1 et de la couche extérieure d'émetteur 2 et la surface du fil noyau émetteur 1 qui est couverte par la couche extérieure d'émetteur 2, sont choisis de manière à ce que le détecteur ait une promptitude de réponse de l'ordre de 90 à 96% et une réponse dynamique qui concorde pratiquement avec la réponse dynamique de l'énergie dans'le combustible du réacteur nucléaire dans lequel le détecteur doit etre utilisé.In FIG. 1, a self-powered neutron flux and Y-ray detector has been represented, comprising
a) a transmitter core wire 1;
b) - an outer layer of emitter, generally called 2, around the emitter core wire and of a different metal;
c) a metal collector 4 around the emitter core wire 1 and the emitter outer layer 2; and
d) a dielectric insulation 6 electrically insulating the emitter core wire 1 and the emitter outer layer 2 of the metal collector 4; and in which
e> the total diameter of the emitter core wire 1 and of the emitter outer layer 2 is at least of the order of 0.4 mm,
f) the outer emitter layer 2 covers only 10 to 90% of the surface of the emitter core wire and comprises at least one band, in this embodiment typically 5 to 10 bands, 4 of which are shown and designated by 12 to 15, around the emitter core wire 1, and have a thickness of the order of 0.02 to 0.07 mm; and
g) the metal of the emitter core wire 1, the metal of the outer emitter layer 2, the metal of the metal collector 4, the total diameter of the emitter core wire 1 and of the outer layer of emitter 2 and the surface of the emitter core wire 1 which is covered by the outer emitter layer 2, are chosen so that the detector has a response promptness of the order of 90 to 96% and a dynamic response which practically agrees with the dynamic response of the energy in the fuel of the nuclear reactor in which the detector is to be used.
Dans un mode de réalisation, le fil noyau émetteur 1 est en Inconel et comporte des longueurs de tube de platine formant les bandes d'émetteur, telles que 12 à 15, mises en place par extrusion à partir de longueurs de tubes de diamètre plus grand de manière que le fil noyau émetteur 1 et les bandes d'émetteur, telles que 12 à 15, soient en contact électriquement conducteur sur toute leur longueur. In one embodiment, the emitter core wire 1 is made of Inconel and has lengths of platinum tube forming the emitter strips, such as 12 to 15, placed by extrusion from lengths of tubes of larger diameter. so that the emitter core wire 1 and the emitter strips, such as 12 to 15, are in electrically conductive contact over their entire length.
Un dispositif 8 pour mesurer la grandeur du courant électrique entre le fil noyau émetteur 1 et le collecteur 4 est relié à ces électrodes par un câble de raccordement coaxial 10. L'isolement diélectrique 6, dans ce mode de réalisation, est une poudre d'oxyde métallique comprimée, par exemple une poudre d'oxyde de magnésium. L'isolement diélectrique est scellé par une extrémité fermée 20 de l'électrode du collecteur 4 et un Joint de résine époxyde, électriquement,722, à l'extrémité du câble 10.A device 8 for measuring the magnitude of the electric current between the emitter core wire 1 and the collector 4 is connected to these electrodes by a coaxial connection cable 10. The dielectric isolation 6, in this embodiment, is a powder of compressed metal oxide, for example magnesium oxide powder. The dielectric insulation is sealed by a closed end 20 of the electrode of the collector 4 and an epoxy resin gasket, electrically, 722, at the end of the cable 10.
La réponse dynamique d'un tel détecteur dépend
(i) de la fraction du fil noyau émetteur 1 qui est recouverte, plus la fraction est importante, plus la réponse est lente;
(ii) du diamètre de l'émetteur, plus le diamètre de l'émetteur est faible, plus la réponse est lente;
(iii) et du nombre atomique du métal des bandes, telles que 12 à 15, plus le nombre atomique est faible, plus la réponse est rapide. Pour un diamètre d'émetteur donnée, un matériau de fil de noyau 1 donné et un matériau donné pour les bandes telles que 12 à 15, on obtient généralement une valeur optimale pour la fraction de la surface du fil noyau émetteur 1 à recouvrir, telle que la réponse dynamique du détecteur concorde le mieux avec l'énergie différée dans le combustible nucléaire.Cette fraction peut etre facilement déterminée en mesurant expérimentalement la réponse dynamique d'un détecteur, ayant un fil noyau émetteur 1 sans couche extérieure d'émetteur 2 et en mesurant la réponse dy namique d'un détecteur ayant un fil noyau émetteur 1 qui est totalement recouvert par une couche extérieure d'émetteur 1.C'est ainsi, par exemple, que si F1 est la fraction de promptitude de réponse du détecteur ayant le premier type d'émetteur, c'est-à-dire un émetteur sans couche extérieure d'émetteur 2, et F2 est la promptitude de réponse du détecteur ayant le second type d'émetteur, c'est-à-dire un émetteur dont la couche extérieure d'émetteur recouvre totalement le fil noyau émetteur 1, et si le fuel est la promptitude de réponse de l'énergie du combustible, un détecteur dans lequel la couche extérieure d'émetteur 2 couvre une fraction X du fil noyau émetteur 1 aura une fraction immédiate égale à la promptitude de réponse de l'énergie du combustible si
F1 -Ffuel
X =
F1 -F2
Les expériences ont montré que, pour un détecteur ayant un diamètre de 3,0 mm, un diamètre total d'émetteur d'environ 1,5 mm avec un collecteur 4 en nickel, un fil noyau émetteur 1 en nickel et une couche extérieure d'émetteur 2 en platine, F1 est d'environ 1,02 et F2 est d'environ 0,90. C'est ainsi que pour obtenir une promptitude de réponse de 0,93, qui est celle de l'énergie dans le combustible d'un réacteur nucléaire à uranium naturel, modéré au deutérium, de type CANDU, on utilise un détecteur ayant un fil noyau 1 en nickel dont environ 75% sont recouverts par une couche extérieure d'émetteur 2 en platine. Pour une utilisation dans un système de sécurité d'un réacteur, il serait désirable que la réponse du détecteur soit légèrement plus rapide que l'énergie dans le combustible, de sorte que de préférence une fraction un peu plus faible du fil de noyau d'émetteur 1 serait couverte.The dynamic response of such a detector depends
(i) of the fraction of the emitter core wire 1 which is covered, the larger the fraction, the slower the response;
(ii) the diameter of the transmitter, the smaller the diameter of the transmitter, the slower the response;
(iii) and the atomic number of the metal of the bands, such as 12 to 15, the lower the atomic number, the faster the response. For a given emitter diameter, a given core wire material 1 and a given material for bands such as 12 to 15, an optimum value is generally obtained for the fraction of the surface of the emitter core wire 1 to be covered, such that the dynamic response of the detector best matches the delayed energy in nuclear fuel. This fraction can be easily determined by experimentally measuring the dynamic response of a detector, having an emitter core wire 1 without an outer emitter layer 2 and by measuring the dynamic response of a detector having a transmitter core wire 1 which is completely covered by an outer layer of transmitter 1. Thus, for example, if F1 is the fraction of response speed of the detector having the first type of transmitter, i.e. a transmitter without an outer layer of transmitter 2, and F2 is the response speed of the detector having the second type of transmitter, i.e. a transmitter whose outer layer of the emitter completely covers the emitter core wire 1, and if the fuel is the response speed of the fuel energy, a detector in which the outer emitter layer 2 covers a fraction X of the emitter core wire 1 will have a immediate fraction equal to the fuel energy response speed if
F1 -Ffuel
X =
F1 -F2
Experiments have shown that, for a detector having a diameter of 3.0 mm, a total emitter diameter of approximately 1.5 mm with a collector 4 in nickel, a core emitter wire 1 in nickel and an outer layer d emitter 2 in platinum, F1 is approximately 1.02 and F2 is approximately 0.90. Thus, to obtain a response speed of 0.93, which is that of the energy in the fuel of a natural uranium nuclear reactor, moderated with deuterium, of the CANDU type, a detector having a wire is used. core 1 in nickel of which approximately 75% is covered by an outer layer of emitter 2 in platinum. For use in a reactor safety system, it would be desirable for the detector response to be slightly faster than the energy in the fuel, so that preferably a slightly smaller fraction of the core wire. transmitter 1 would be covered.
La réponse dynamique d'un émetteur ayant un type donné d'émetteur dépend également du matériau utilisé pour le détecteur 4. C'est ainsi, par exemple, qu'on a trouvé qu'en remplaçant le collecteur de nickel 4 du dé tecteur ci-dessus par un collecteur 4 de Zircaloy, F1 est alors d'environ 1,04 et F2 est d'environ 0,80, de sorte que pour obtenir une promptitude de réponse d'environ 0,93 avec un détecteur à couche de revêtement de Zircaloy, on utilise de préférence un détecteur dans lequel seuls environ 46% du fil noyau émetteur 1 sont couverts par la couche extérieure d'émetteur en platine 2, en supposant un diamètre d'émetteur total de 1,5 mm. The dynamic response of an emitter having a given type of emitter also depends on the material used for the detector 4. Thus, for example, we have found that by replacing the nickel collector 4 of the detector ci above by a Zircaloy manifold 4, F1 is then approximately 1.04 and F2 is approximately 0.80, so that to obtain a response promptness of approximately 0.93 with a coating layer detector from Zircaloy, a detector is preferably used in which only about 46% of the emitter core wire 1 is covered by the outer layer of platinum emitter 2, assuming a total emitter diameter of 1.5 mm.
Dans la pratique, la correspondance entre la fraction de promptitude de réponse du détecteur et la fraction de celle de l'énergie dans le combustible, en utilisant un simple matériau pour la couche extérieure d'émetteur 2, n'a pas nécessairement pour résultat une concordance parfaite de tous les constituants différés, étant donné qu'il n'est généralement pas possible de fabriquer un détecteur ayant une contribution nulle à partir d'interactions (n , ) . Par exemple, en utilisant les matériaux d'emetteur ci-dessus, c'est-à-dire le nickel et le platine, de faibles courants différés sont attribuables à la désintégration p du 199 Pt qui a une durée de demi-vie de 30,8 minutes et à la désintégration ss de 65 Ni qui a une durée de demi-vie de 2,57 heures.Neanmoins, une concordance totale d'ensemble entre la réponse dynamique du détecteur et celle de l'énergie du combustible est possible. In practice, the correspondence between the fraction of response speed of the detector and the fraction of that of energy in the fuel, using a simple material for the outer layer of emitter 2, does not necessarily result in a perfect agreement of all the deferred constituents, since it is generally not possible to manufacture a detector having zero contribution from interactions (n,). For example, using the above emitter materials, i.e. nickel and platinum, small deferred currents are due to the p decay of 199 Pt which has a half-life of 30 , 8 minutes and at decay ss of 65 Ni which has a half-life of 2.57 hours. Nevertheless, a total overall agreement between the dynamic response of the detector and that of the fuel energy is possible.
On sait selon le brevet canadien 1.085.066 mentionné ci-dessus, que la sensibilité aux rayons ? d'un é- metteur comprenant un noyau et une couche de revêtement, est saturée pour une épaisseur d'enveloppe d'environ 0,02 mm. It is known from Canadian patent 1,085,066 mentioned above, that the sensitivity to the rays? of an emitter comprising a core and a coating layer, is saturated for an envelope thickness of approximately 0.02 mm.
En utilisant une ou plusieurs bandes, telles que 12 à 15, la bande ou les bandes peuvent avoir au moins 0,02 mm d'épaisseur de manière que la sensibilité du détecteur ne soit pas sujette à des variations résultant d'irrégularités dans l'épaisseur des bandes telles que 12 à 15 et provenant de la fabrication. De plus, en modifiant le pourcentage total de la surface du fil noyau émetteur 1 qui est recouverte par les bandes telles que 1 à 15, il est possible d'obtenir une reponse dynamique particulière pour un détecteur ayant un dia mètre total particulier et un fil noyau émetteur 1 et des bandes telles que 12 à 15, en des métaux particuliers.C'est ainsi que pour un détecteur ayant un diamètre total particulier et des métaux particuliers pour le fil noyau émetteur 1 et les bandes telles que 12 à 15, le pourcentage total de la surface du fil noyau émetteur 1 qui est recouverte, peut etre choisi pour un diamètre total particulier pour l'émetteur et pour une réponse dynamique désirée. Etant donné que la sensibilité totale du détecteur diminue avec le diamètre total de l'émetteur, il existe une limite inférieure pratique au diamètre total de l'émetteur qui peut etre utilisé, et celle-ci est de l'ordre de 0,4 mm.By using one or more strips, such as 12 to 15, the strip or strips may be at least 0.02 mm thick so that the sensitivity of the detector is not subject to variations resulting from irregularities in the thickness of the strips such as 12 to 15 and coming from the manufacturing. In addition, by modifying the total percentage of the surface of the emitter core wire 1 which is covered by the bands such as 1 to 15, it is possible to obtain a particular dynamic response for a detector having a particular total diameter and a wire. emitter core 1 and bands such as 12 to 15, in particular metals. Thus for a detector having a particular total diameter and particular metals for the core emitter wire 1 and bands such as 12 to 15, the total percentage of the surface of the emitter core wire 1 which is covered, can be chosen for a particular total diameter for the emitter and for a desired dynamic response. Since the total sensitivity of the detector decreases with the total diameter of the transmitter, there is a practical lower limit to the total diameter of the transmitter that can be used, and this is of the order of 0.4 mm .
Comme indiqué ci-dessus, le pourcentage de la surface du fil noyau émetteur 1 qui est couverte par les bandes telles que 12 à 15, est le facteur le plus important affectant la réponse dynamique pour des métaux donnés pour le fil noyau émetteur 1 et des bandes telles que 12 à 15. Cependant, l'emplacement de la bande ou des bandes, si une ou deux bandes seulement recouvrent le fil noyau émetteur, engendre un effet de second ordre. As indicated above, the percentage of the area of the emitter core wire 1 which is covered by the bands such as 12 to 15, is the most important factor affecting the dynamic response for metals given for the emitter core wire 1 and bands such as 12 to 15. However, the location of the band or bands, if only one or two bands cover the emitter core wire, generates a second order effect.
Donc, pour minimiser l'effet de second ordre, il est préférable de couvrir le fil noyau émetteur 1 avec un nombre relativement important de bandes, de préférence de 5 à 10 bandes, d'égale largeur et également espacées sur toute la longueur du fil noyau émetteur 1, de manière à obtenir la surface couverte désirée. Therefore, to minimize the second order effect, it is preferable to cover the transmitting core wire 1 with a relatively large number of bands, preferably 5 to 10 bands, of equal width and also spaced along the entire length of the wire. emitter core 1, so as to obtain the desired covered area.
Sur la figure 2, les parties semblables à celles représentées sur la figure 1 portent les mêmes numéros et la description précédente s'appliquent également à elles. In Figure 2, parts similar to those shown in Figure 1 have the same numbers and the preceding description also applies to them.
En se reportant à la figure 2, il est possible d'améliorer la concordance en utilisant une première série de bandes, telles que 16 et 17, d'un matériau différent de celui d'une seconde série de bandes telles que 18 et 19, pour un matériau donné du fil noyau émetteur 1. C'est ainsi par exemple qu'on peut utiliser une combinaison de Pt, pour la première série de bandes (16 et 17) et de Mo pour la seconde série de bandes (18 et 19), sur un fil noyau émet teur 1 en nickel.La promptitude de réponse serait alors exprimée comme suit FCom.=FNi(1-XPt-XMo) + Pt FPt + Mo où Fcom est la promptitude de réponse du détecteur
composite,
FNi est la promptitude de réponse obtenue avec
un détecteur ayant un fil de noyau d'émet
teur 1 en nickel nu, c'est-à-dire sans ban
des 16 à 19,
FPt est la promptitude de réponse d'un détec
Ni
teur ayant un fil de noyau d'émetteur 1 to
talement couvert d'une couche de Pt,
FMo est la promptitude de réponse d'un détecteur
Ni
ayant un fil de noyau d'émetteur 1 totalement
recouvert d'une couche de Mo, XPt est la fraction du fil noyau émetteur/len nic
kel qui est recouverte avec des bandes tel
les que 16 et 17, en Pt; et
XMo est la fraction du fil noyau émetteur 1 en
nickel qui est recouverte avec des bandes tel
les que 18 et 19 en Mo.Referring to FIG. 2, it is possible to improve the agreement by using a first series of bands, such as 16 and 17, of a material different from that of a second series of bands such as 18 and 19, for a given material of the emitter core wire 1. Thus, for example, it is possible to use a combination of Pt, for the first series of bands (16 and 17) and of Mo for the second series of bands (18 and 19 ), on a nickel emitting core wire 1. The response speed would then be expressed as follows FCom. = FNi (1-XPt-XMo) + Pt FPt + Mo where Fcom is the response speed of the detector
composite,
FNi is the prompt response obtained with
a detector having an emitter core wire
grade 1 in bare nickel, i.e. without ban
from 16 to 19,
FPt is the prompt response of a detec
Or
1 TB emitter core wire
heavily covered with a layer of Pt,
FMo is the prompt response of a detector
Or
having a transmitter core wire 1 totally
covered with a layer of Mo, XPt is the fraction of the emitter / len nic core wire
kel which is covered with strips such
les que 16 et 17, en Pt; and
XMo is the fraction of the emitter core wire 1 in
nickel which is covered with strips such
les que 18 et 19 en Mo.
De même, les constituants différés sont une combinaison linéaire des réponses différées obtenues avec les trois émetteurs de base La réponse optimale devrait être normalement déterminée par approximations successives en comparant la réponse dynamique obtenue pour une série de valeurs données pour Xpt et XMo avec le comportement dynamique de l'é- nergie du combustible. Similarly, the deferred constituents are a linear combination of the deferred responses obtained with the three basic transmitters. The optimal response should normally be determined by successive approximations by comparing the dynamic response obtained for a series of values given for Xpt and XMo with the dynamic behavior. fuel energy.
I1 faut noter que les bandes 16 et 17 n'ont pas besoin d'avoir la même épaisseur que les bandes 18 et 19. It should be noted that the strips 16 and 17 need not have the same thickness as the strips 18 and 19.
De même, les bandes 16 et 17 n'ont pas besoin d'avoir la meme largeur que les bandes 18 et 19.Likewise, the strips 16 and 17 do not need to have the same width as the strips 18 and 19.
On dispose de plusieurs procédés pour la fabrication du fil noyau émetteur avec une ou des bandes, selon l'invention, et le choix du procédé est en grande partie dicté par les métaux utilisés pour le fil noyau émetteur et la ou les bandes. Several methods are available for the manufacture of the emitter core wire with one or more bands, according to the invention, and the choice of the method is largely dictated by the metals used for the emitter core wire and the band or bands.
Si le fil noyau émetteur est en un métal très ductile, tel que du nickel pratiquement pur, et si le métal de la ou des bandes est relativement dur par rapport à celui du fil noyau émetteur, on peut alors placer une ou plusieurs longueurs tubulaires pour le matériau ou les matériaux des bandes sur un fil noyau émetteur ayant un diamètre supérieur à sa valeur finale et faire passer l'assemblage à travers une matrice d'estampage pour comprimer la ou les bandes dans la surface du fil noyau émetteur, pendant que ce dernier est réduit au diamètre désiré. If the emitter core wire is made of a very ductile metal, such as practically pure nickel, and if the metal of the strip (s) is relatively hard compared to that of the emitter core wire, it is then possible to place one or more tubular lengths for the material or materials of the bands on a core transmitter wire having a diameter greater than its final value and passing the assembly through a stamping die to compress the band or bands in the surface of the core transmitter wire, while this the latter is reduced to the desired diameter.
Cependant, si le fil noyau émetteur est en métal relativement dur par rapport à celui de la ou des bandes, la ou les bandes peuvent alors être formées en enveloppant d'abord, pour chaque bande, une couche du métal sous la forme d'un fil, d'un ruban ou d'une feuille le long d'une partie longitudinale du fil noyau émetteur, puis en aplatissant chaque bande de métal sur la surface du fil noyau é- metteur. Dans ce cas, la ou les bandes peuvent alors au moins partiellement faire saillie sur la surface du fil noyau émetteur. However, if the emitter core wire is made of relatively hard metal compared to that of the strip (s), the strip (s) can then be formed by first wrapping, for each strip, a layer of the metal in the form of a wire, tape or sheet along a longitudinal portion of the emitter core wire, then flattening each metal strip on the surface of the emitter core wire. In this case, the strip or strips can then at least partially project from the surface of the emitter core wire.
Un troisième procédé de fabrication du fil noyau émetteur avec la ou les bandes, consiste, pour chaque bande, à enrouler une spire fermée ou ouverte faite d'une mince feuille ou fil métallique autour du fil noyau émetteur et à fixer les extrémités de la spire au fil de noyau par, par exemple, soudure, martelage, ou sertissage, puis à procéder à l'emboutissage du collecteur et de l'isolement diélectrique pour presser et maintenir la ou les bandes en position. A third method of manufacturing the emitter core wire with the band or bands, consists, for each band, of winding a closed or open turn made of a thin sheet or metal wire around the emitter core wire and of fixing the ends of the turn to the core wire by, for example, welding, hammering, or crimping, then proceeding to the stamping of the collector and the dielectric isolation to press and maintain the band or bands in position.
Dans les réacteurs nucléaires, l'énergie dans la combustible est généralement de 93% et le détecteur doit donc de préférence avoir une promptitude de 93 à 95%, car il est souhaitable d'utiliser un détecteur qui réponde légèrement plus rapidement que le combustible nucléaire. In nuclear reactors, the energy in the fuel is generally 93% and the detector should therefore preferably have a promptness of 93 to 95%, since it is desirable to use a detector which responds slightly faster than nuclear fuel .
Comme le montre la description précédente de l'invention, la meme technique générale peut etre utili sées pour obtenir d'autres caractéristiques de réponse dna- mique d'un détecteur de flux de neutrons et de rayons γ auto- alimenté, par exemple, pour annuler la réponse différée due aux rayons j du réacteur et la faire concorder suListan- tiellement avec la réponse du flux de neutrons. As the preceding description of the invention shows, the same general technique can be used to obtain other dynamic response characteristics of a neutron and gamma ray detector; self-powered, for example, to cancel the delayed response due to the j-rays from the reactor and to make it substantially match the response of the neutron flux.
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