FR2555853A1 - LITHIUM TARGET FOR BOMBARDMENT BY PROTONS TO PRODUCE NEUTRONS - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION A POUR OBJET UNE CIBLE POUR PRODUIRE DES NEUTRONS RAPIDES PAR REACTION 73 LI (P, N) 74 BE. ELLE COMPREND UN MINCE CLINQUANT D'ALUMINIUM 30 SUPPORTE DANS UN TUBE 10 A FAISCEAUX DIRIGES ET DANS LEQUEL UN VIDE A ETE ETABLI PAR UNE STRUCTURE DE SUPPORT 12 REFROIDIE A L'EAU; LES BRECHES 24 DANS LA STRUCTURE DE SUPPORT 12 SONT RECOUVERTES PAR LE CLINQUANT 30; EN SERVICE UN FAISCEAU DE PROTONS EXPLORE CES PARTIES DE RECOUVREMENT DU CLINQUANT. TRIAGE D'UN MINERAI AURIFERE POUR DETECTER LA PRESENCE EVENTUELLE D'UNE CERTAINE CONCENTRATION D'OR.THE OBJECT OF THE INVENTION IS A TARGET FOR PRODUCING FAST NEUTRONS BY REACTION 73 LI (P, N) 74 BE. IT INCLUDES A THIN CLINQUANT OF ALUMINUM 30 SUPPORTED IN A TUBE 10 WITH DIRECTED BEAMS AND IN WHICH A VACUUM HAS BEEN ESTABLISHED BY A WATER-COOLED SUPPORT STRUCTURE 12; THE BREACHS 24 IN THE SUPPORT STRUCTURE 12 ARE COVERED BY THE CLINQUANT 30; IN SERVICE, A PROTON BEAM EXPLORES THESE CLINQUANT COVERAGE PARTS. SORTING A GOLD ORE TO DETECT THE POSSIBLE PRESENCE OF A CERTAIN CONCENTRATION OF GOLD.
Description
La présente invention concerne une cible en lithium pour bombardement parThe present invention relates to a lithium target for bombardment by
des protons pour produire 7 L(,n)7 Btu des neutrons par réaction 7 Li (p, n) Be et un protons to produce 7 L (, n) 7 Btu neutrons by reaction 7 Li (p, n) Be and a
3 43 4
appareil pour détecter la présence d'une substance choisie dans des minerais par une activation de neu- trons, par exemple pour détecter la teneur en or d'un apparatus for detecting the presence of a selected substance in ores by neutron activation, for example to detect the gold content of a
minerai aurifère.gold ore.
Un atelier pratique de triage de minerai d'or doit pouvoir traiter plusieurs dizaines de tonnes de minerai à l'heure et doit donc utiliser une technique analytique rapide. Une technique appropriée est l'analyse par activation de neutrons utilisant la réaction 97Au 19 7mA (n, n'Y) 97mAu pour activer l'or présent dans un morceau de minerai, les nucléides de 197mAu ainsi A practical gold ore sorting workshop should be able to process several tens of tons of ore per hour and therefore must use a fast analytical technique. A suitable technique is neutron activation analysis using the reaction 97Au 19 7mA (n, N'Y) 97mAu to activate the gold present in a piece of ore, the 197mAu nuclides as well
produits étant désintégrés après une durée de radio- products being disintegrated after a period of
activité d'environ 7,8 secondes, avec émission de rayons gamma ayant une énergie de 279 keV. Les brevets britanniques n 2.055.465 B et 2.101.304 A (brevet US 4.340.443 et demande de brevet US S.N. 383.686 déposée le 27 mai 1982, respectivement), décrivent activity of about 7.8 seconds, with emission of gamma rays having an energy of 279 keV. British Patent Nos. 2,055,465 B and 2,101,304 A (US Patent 4,340,443 and US Patent Application Serial No. 383,686 filed May 27, 1982, respectively) describe
un appareil pour trier les minerais aurifères dans les- an apparatus for sorting gold-bearing ores in
quels des morceaux de minerai sont actives par la which pieces of ore are active by the
réaction ci-dessus, les rayons gamma émis ultérieure- reaction above, gamma rays emitted later-
ment étant détectés et analysés pour déterminer avec being detected and analyzed to determine with
exactitude la teneur en or des minerais. accuracy the gold content of the ores.
Un atelier de triage de minerai nécessite une source intense de neutrons rapides pour provoquer l'activation, et une source possible est une cible consistant en une couche de lithium appliquée sous forme d'un revêtement sur une plaque de support en argent et bombardée par des protons. Cependant, l'effet du bombardement est de dégager-de la chaleur et de l'hydrogène dans la cible, ce qui peut être nuisible pour la structure de la cible. Dans cette cible, par exemple, des bulles d'hydrogène tendent à se former An ore sorting workshop requires an intense source of fast neutrons to trigger activation, and a possible source is a target consisting of a layer of lithium applied as a coating on a silver support plate and bombarded with protons. However, the effect of the bombardment is to release-heat and hydrogen into the target, which can be detrimental to the target structure. In this target, for example, hydrogen bubbles tend to form
c l'interface entre le lithium et l'argent. c the interface between lithium and silver.
Selon la présente invention on prévoit une cible pour produire des neutrons par bombardements avec des protons, qui comprend au moins un clinquant de lithium et une structure supportant le clinquant au sein d'un tube à faisceaux dirigés dans lequel on a fait le vide, o elle est bombardée par un faisceau de protons, la structure présentant au moins une brèche la traversant de façon qu'une partie du clinquant recouvre la brèche et soit exposée au vide sur ses According to the present invention there is provided a target for producing neutrons by proton bombardment, which comprises at least one lithium foil and a foil-supporting structure within a directed beam tube which has been evacuated, where it is bombarded by a beam of protons, the structure having at least one gap crossing it so that a part of the foil covers the gap and is exposed to vacuum on its
deux côtés.two sides.
En utilisation de la cible, le faisceau de protons est de préférence incident, au moins la plupart In use of the target, the proton beam is preferably incidental, at least most
du temps, à la partie du clinquant qui recouvre la brèche. of time, to the part of the foil that covers the breach.
Dans un mode de réalisation préféré, le clinquant In a preferred embodiment, the foil
de lithium est supporté à proximité d'une paroi ter- of lithium is supported near a
minale du tube à faisceau dirigé, cette paroi termi- of the directed beam tube, this wall terminates
nale étant en un matériau présentant une faible section transversale pour les neutrons provenant du clinquant et à travers lequel l'hydrogène diffuse avec une rapidité suffisante pour empêcher l'accumulation de l'hydrogène à l'intérieur du tube. La paroi terminale peut être en palladium et peut être chauffée pour assurer une It is a material having a small cross section for the neutrons from the foil and through which the hydrogen diffuses with sufficient rapidity to prevent the accumulation of hydrogen inside the tube. The end wall may be of palladium and may be heated to provide a
diffusion rapide de l'hydrogène.rapid diffusion of hydrogen.
Dans un mode de réalisation préféré, la structure de support comprend un plateau définissant au moins une brèche sensiblement annulaire à travers lui, et le clinquant recouvre la ou les brèches et est supporté sur chaque côté de la brèche ou de chaque brèche. L'invention fournit ainsi une cible devant agir comme une source de neutrons de haute énergie, qu'on pense devoir subir moins d'endommagement que les cibles connues, et qui produit des neutrons dans une gamme relativement bien définie d'énergie puisque l'épaisseur In a preferred embodiment, the support structure comprises a tray defining at least one substantially annular gap therethrough, and the foil covers the gap (s) and is supported on each side of the gap or each gap. The invention thus provides a target to act as a source of high energy neutrons, which is believed to be subject to less damage than known targets, and which produces neutrons in a relatively well-defined range of energy since the thickness
du lithium peut être bien définie. lithium can be well defined.
L'invention fournit également un appareil d'irra- The invention also provides an apparatus for
diation pour irradier les morceaux de minerai afin de détecter la présence d'une substance choisie dans les morceaux, l'appareil d'irradiation comprenant à titre de source de neutrons, la cible en lithium définie diode for irradiating the ore pieces to detect the presence of a selected substance in the pieces, the irradiation apparatus comprising as a neutron source the defined lithium target
plus haut.upper.
D'autres buts, caractéristiques et avantages Other goals, features and benefits
de l'invention ressortiront de la description détaillée of the invention will emerge from the detailed description
qui va suivre en regard des dessins annexes, sur les- which will follow with regard to the annexed drawings, on
quels: - la figure 1 est un schéma général d'un appareil de triage du minerai d'or comportant une cible en lithium selon l'invention; - la figure 2 est une coupe de la cible en lithium représentée sur la figure I; et - la figure 3 est une vue de la cible en which: - Figure 1 is a general diagram of a gold ore sorting apparatus comprising a lithium target according to the invention; FIG. 2 is a section of the lithium target shown in FIG. 1; and FIG. 3 is a view of the target in
lithium dans le sens de la flèche A sur la figure 2. lithium in the direction of arrow A in Figure 2.
En se référant a la figure 1, un appareil de triage du minerai d'or comprend un concasseur et trieur de roche 2 auquel on fournit du minerai extrait et dans lequel le minerai est concassé en morceaux et d'o le minerai sort sous forme d'un courant de morceaux dont les grosseurs sont d'environ 75 mm (grosseur de maille) alors que des morceaux plus petits que 35-mm (grosseur de maille) sont rejetés. Le courant de Referring to Figure 1, a gold ore sorting apparatus includes a rock crusher and sorter 2 which is supplied with ore mined and in which the ore is crushed into pieces and where the ore is discharged in the form of ore. a stream of pieces whose sizes are about 75 mm (mesh size) while pieces smaller than 35-mm (mesh size) are rejected. The current of
morceaux passe par une chambre d'irradiation 4 adja- pieces passes through an irradiation chamber 4 adja-
cente à une cible en lithium 5 qui sera décrite plus en détail par la suite, et ensuite tous les morceaux sont obliges de passer par un ensemble détecteur 6 de rayons gamma dans lequel sont détectés les rayons gamma ayant une énergie de 279 keV provenant de la désintégration des nucléides de 197m Au et indiquant 5 to a lithium target 5 which will be described in more detail later, and then all the pieces are forced to pass through a detector assembly 6 of gamma rays in which are detected the gamma rays having an energy of 279 keV from the disintegration of nuclides of 197m Au and indicating
ainsi la présence d'or dans les morceaux de minerai. thus the presence of gold in the pieces of ore.
Chaque morceau de minerai est interrogé individuelle- Each piece of ore is interrogated individually-
ment par l'ensemble détecteur 6 pour établir si sa te- by the detector assembly 6 to establish whether its
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neur en or se situe au-dessus ou au-dessous d'une concentration prédéterminée. La concentration critique est normalement comprise entre 0, 5 et 5 ppm et peut être établie par exemple a 1 ppm. On fait alors passer chaque morceau de minerai dans une trieuse 8 qui est agencée pour répondre à l'aide des cables 7 aux signaux provenant de l'ensemble détecteur 6 et qui trie chaque morceau de minerai en l'un des deux courants de sortie selon que la concentration d'or dans le morceau se situe au-dessus ou au-dessous de la concentration prédéterminée. Le concasseur et trieur 2 et la trieuse 8 peuvent être de modèles bien connus des spécialistes alors que l'ensemble détecteur 6 peut être du type gold neur is above or below a predetermined concentration. The critical concentration is normally between 0.5 and 5 ppm and can be set for example at 1 ppm. Each piece of ore is then passed through a sorter 8 which is arranged to respond by means of the cables 7 to the signals coming from the detector assembly 6 and which sorts each piece of ore into one of the two output streams according to that the gold concentration in the piece is above or below the predetermined concentration. The crusher and sorter 2 and the sorter 8 may be of the type well known to those skilled in the art whereas the detector assembly 6 may be of the type
décrit plus en détail dans les brevets précités aux- described in more detail in the aforementioned patents
quels on peut se référer, le concasseur et trieur 2, la trieuse 8 et l'ensemble détecteur 6 ne faisant pas what can be referred to, the crusher and sorter 2, the sorter 8 and the detector assembly 6 not doing
l'objet de la présente invention.the subject of the present invention.
En se référant aux figures 2 et 3, la cible en lithium 5 est disposée à une extrémité d'un tube à faisceaux dirigés et dans lequel le vide a été établi, dans lequel un faisceau de 1 mA de protons de 4,5 Mev passe pendant le fonctionnement de l'appareil Referring to FIGS. 2 and 3, the lithium target 5 is disposed at one end of a directed beam tube and in which the vacuum has been established, in which a beam of 1 mA protons of 4.5 Mev passes. during the operation of the device
de la figure 1. La cible 5 comprend un plateau circu- of Figure 1. Target 5 includes a circular tray
laire de support en aluminium 12 constitué d'un moyeu intérieur 14, de trois bagues concentriques 16 et d'une bague extérieure 18, liés par trois entretoises radiales 20 régulièrement espacées (dont une seule aboutit aluminum support bracket 12 consisting of an inner hub 14, three concentric rings 16 and an outer ring 18, connected by three regularly spaced radial spacers 20 (of which only one ends
au moyeu 14) de façon à définir quatre brèches concen- hub 14) in order to define four concen-
triques 24 d'une forme sensiblement annulaire, coupées par les entretoises 20. Les quatre brèches 24 sont 24 of a substantially annular shape, cut by the spacers 20. The four gaps 24 are
respectivement recouvertes par quatre clinquants annu- respectively covered by four foils annulled
laires en lithium 30 ayant chacun 30 mm de largeur et 0,3 mm d'épaisseur, qui sont fixés suivant chaque bord au plateau de support 12. Un petit trou 32 à travers le centre du moyeu 14 assure l'absence d'une différence de pression entre les deux côtés du plateau de support 12 et ce plateau de support est fixé sur le each of which is 30 mm wide and 0.3 mm thick, which are attached along each edge to the support plate 12. A small hole 32 through the center of the hub 14 ensures the absence of a difference pressure between the two sides of the support plate 12 and this support plate is fixed on the
pourtour de son périmètre à la paroi du tube 10. around its perimeter at the wall of the tube 10.
Cinq conduites 34, 35, 36, 37, 38 sont fixées suivant des cercles concentriques au moyeu 14, aux trois bagues 16 et à la bague extérieure 18, respectivement et leurs extrémités sont dirigées radialement vers Five ducts 34, 35, 36, 37, 38 are fixed in concentric circles to the hub 14, to the three rings 16 and to the outer ring 18, respectively, and their ends are directed radially towards
l'extérieur pour traverser la paroi du tube 10. the outside to cross the wall of the tube 10.
Les parties radiales des conduites 34, 35, 36 sont The radial portions of the pipes 34, 35, 36 are
alignées avec les entretoises 20.aligned with the spacers 20.
Comme on le voit sur la figure 2, en travers de l'extrémité du tube 10, à une distance d'environ 20 nm des clinquants en lithium 30, est monté un plateau en palladium 40 d'une épaisseur suffisante pour résister à une différence de pression As seen in FIG. 2, across the end of the tube 10, at a distance of about 20 nm from the lithium foils 30, is mounted a palladium tray 40 of sufficient thickness to resist a difference. of pressure
de 1 atmosphère, et comportant une bordure circon- of 1 atmosphere, and having a circumferential
férentielle 42. Une plaque terminale en cuivre 44 feral 42. A copper end plate 44
est fixée autour de la bordure 42 et présente deux ori- is fixed around the border 42 and has two ori-
fices diamétralement opposés 46 reliés à des conduits 48. diametrically opposed fonts 46 connected to conduits 48.
En fonctionnement de l'appareil représenté sur la figure 1, le faisceau de protons est accéléré en descendant le tube 10 pour aboutir à la cible , avec une exploration autour de chacun des clinquants successifs de lithium 30. En même temps, un liquide de refroidissement tel que l'eau circule dans les tubes 34 à 38 pour assurer que la température du lithium n'atteigne pas son point de fusion (1860C) et on fait passer de l'air dans les conduits 48 pour que cet air passe sur un coté de la plaque en palladium 40 et In operation of the apparatus shown in Figure 1, the proton beam is accelerated down the tube 10 to reach the target, with exploration around each of the successive foils of lithium 30. At the same time, a coolant as the water circulates in the tubes 34 to 38 to ensure that the temperature of the lithium does not reach its melting point (1860C) and air is passed through the ducts 48 so that this air passes on one side of the palladium plate 40 and
permette d'en extraire l'excès de chaleur. allow to extract the excess heat.
En résultat de la réaction nucleaire 7 Li (p, n) 7 Be un flux intense de neutrons rapides ayant une énergie comprise entre environ 0,6 et 2,8 MeV émerge de la cible pour irradier les morceaux de minerai qui passent à travers la chambre d'irradiation adjacente 4 (voir figure 1). L'épaisseur du clinquant en lithium 30 et l'énergie des protons incidents déterminent le niveau d'énergie des neutrons émis. La section transversale pour activer les noyaux d'or, 197Au, est au maximum d'environ 2,5 MeV et les neutrons ayant une énergie de 0,6 à 2,8 MeV peuvent provoquer cette activation As a result of the nuclear reaction 7 Li (p, n) 7 Be an intense fast neutron flux having an energy of between about 0.6 and 2.8 MeV emerges from the target to irradiate the ore pieces passing through the adjacent irradiation chamber 4 (see FIG. 1). The thickness of the lithium foil 30 and the energy of the incident protons determine the energy level of the emitted neutrons. The cross-section to activate the gold nuclei, 197Au, is at most about 2.5 MeV and the neutrons with an energy of 0.6 to 2.8 MeV can cause this activation
mais ont une énergie insuffisante pour amener l'acti- but have insufficient energy to bring the activity
vation par (n, p) réactions d'autres éléments qui sont probablement présents dans le minerai, tels que l'aluminium et le silicium. Les neutrons ayant une by (n, p) reactions of other elements that are probably present in the ore, such as aluminum and silicon. Neutrons having a
énergie au-dessous d'environ 0,6 MeV ne vont probable- energy below about 0.6 MeV are unlikely to
ment pas activer les noyaux d'or mais peuvent provo- not activate the gold nuclei but may provoke
quer une activation par (n,T) réactions de l'alu- an activation by (n, T) reactions of the aluminum
minium, par exemple, et ils sont donc indésirables. minium, for example, and so they are undesirable.
L'épaisseur des clinquants 30, qui est dans ce cas de 0,3 mm, est régie par ces considérations. On conçoit que du fait qu'un vide existe de part et d'autre des clinquants 30, les parties des clinquants 30 qui recouvrent les brèches 24 ont seulement besoin de The thickness of the foils 30, which in this case is 0.3 mm, is governed by these considerations. It is conceivable that since a vacuum exists on both sides of the foils 30, the parts of the foils 30 which cover the gaps 24 need only
supporter leur propre poids.bear their own weight.
Les protons qui ne subissent pas la réaction Protons that do not undergo the reaction
ci-dessus avec les atomes de lithium émergent du clin- above with the lithium atoms emerging from the clin-
quant de lithium 30 avec une énergie d'environ 3,3 MeV et sont ensuite incidents à la plaque de palladium 40 dans laquelle leur énergie est dissipée en chaleur par collisions avec le réseau de palladium. La plaque 40 est ainsi chauffée, sa température étant réglée par le courant d'air à travers les conduits 48, et les atomes d'hydrogène (c'est-à-dire les protons qui ont été ralentis) sont rapidement diffusés à travers la plaque chaude 40 et sont évacués dans le courant d'air. On conçoit qu'étant donné que les clinquants de lithium 30 sont séparés de la plaque 40 par une brèche d'environ 20 mm, on peut chauffer la plaque 40 à une température bien au-dessus du point de fusion du lithium, la transmission de chaleur à travers la brèche quantum of lithium with an energy of about 3.3 MeV and are then incident on the palladium plate 40 in which their energy is dissipated in heat by collisions with the palladium network. The plate 40 is thus heated, its temperature being regulated by the stream of air through the conduits 48, and the hydrogen atoms (that is to say the protons which have been slowed down) are rapidly diffused through the hot plate 40 and are discharged into the air stream. It will be appreciated that since the lithium foils 30 are separated from the plate 40 by a gap of about 20 mm, the plate 40 can be heated to a temperature well above the melting point of the lithium, the transmission of heat through the gap
se faisant seulement par rayonnement thermique. only by thermal radiation.
En conséquence, le taux de diffusion d'hydrogène & travers la plaque 40 est plus grand que dans le cas As a result, the rate of diffusion of hydrogen through the plate 40 is greater than in the case
d'une plaque 40 maintenue à une basse température. a plate 40 maintained at a low temperature.
En outre, bien que la plaque 40 ait été décrite comme étant en palladium, on pourrait utiliser un autre métal tel que le niobium à travers lequel la diffusion In addition, although the plate 40 has been described as being in palladium, another metal such as niobium could be used through which the diffusion
d'hydrogène se fait avec une rapidité suffisante. of hydrogen is done with sufficient speed.
Il va de soi qu'on peut apporter diverses modifications aux modes de réalisation qui ont été It goes without saying that various modifications can be made to the embodiments that were
décrits, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. described, without departing from the scope of the invention.
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