FR2772509A1 - Aiguille d'absorption de neutrons - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une aiguille d'absorption de neutrons.Elle se rapporte à une aiguille qui comprend au moins un absorbeur (10) de neutrons, un tube (11) à paroi mince entourant l'absorbeur (10) de neutrons et un revêtement (13) placé à une certaine distance du tube à paroi mince. La différence entre le coefficient de dilatation thermique alpha1 de l'absorbeur (10) de neutrons et le coefficient de dilatation thermique alpha2 du tube (11) à paroi mince a une valeur absolue telle que | alpha2 - alpha1 | <= 10. 10-6 / K. Le tube (11) à paroi mince est une céramique armée de fibre, et la céramique armée de fibre est choisie parmi le carbure de silicium armé de fibre (SiC) et l'alumine armée de fibre (Al2 O3 ). Application aux réacteurs surrégénérateurs à neutrons rapides.

Description

La présente invention concerne une aiguille (c'est-àdire un organe cylindrique) destinée à absorber les neutrons, formant un élément constituant d'une barre de contrôle de réacteur) ainsi qu'une barre de contrôle de réacteur qui a été assemblée par utilisation d'un tel élément. L'aiguille selon la présente invention peut garder non seulement une bonne caractéristique mécanique, mais aussi une bonne compatibilité entre plusieurs éléments constituant l'aiguille, jusqutà une température élevée.

Dans un réacteur nucléaire, tel qu'un réacteur surrégénérateur à neutrons rapides, il est très important de maîtriser l'état de fonctionnement du réacteur nucléaire (c'est-à-dire de régler la puissance du réacteur, d'assurer un arrêt d' urgence , etc.) . Pour une telle commande, la réactivité du réacteur (ou degré de réaction qui se produit dans le réacteur) est modifiée, habituellement par disposition dans le réacteur d'une barre de contrôle qui contient un absorbeur de neutrons (ou un matériau d'absorption de neutrons) comme élément constituant, et par extraction de la barre de contrôle hors du réacteur d'une manière appropriée.

De nombreuses barres de contrôle précitées ont une structure qui comprend un ensemble de plusieurs "aiguilles d'absorption de neutrons" qui sont regroupées, et chacune des aiguilles comporte un revêtement (ou tube de recouvrement) d'acier inoxydable, et un absorbeur de neutrons (tel que des pastilles de carbure de bore B4C) inséré à l'intérieur. Dans l'aiguille d'absorption de neutrons, l'absorbeur de neutrons contenant une pastille de carbure de bore, etc. a en général une forme cylindrique de masse volumique élevée, qui a été frittée par pressage à chaud, etc. Habituellement, une partie formant un petit espace est disposée entre la pastille et le revêtement d'acier inoxydable.

Dans de nombreux cas, la partie formant un petit espace a une structure telle qu'elle est remplie d'hélium gazeux ou de sodium liquide qui permettent l'allongement de la durée de la barre de contrôle.

Le premier type d'aiguille d'absorption de neutrons est appelé "aiguille à liant d'hélium" et le dernier type d'aiguille est appelé "aiguille à liant de sodium".

On sait que, lors de l'utilisation d'une aiguille d'absorption de neutrons dans un réacteur nucléaire, lorsqu'une pastille de carbure de bore constituant l'aiguille est irradiée par des neutrons, il se produit une réaction 10B (n,) 7Li, et l'hélium (He) produit par la réaction s'accumule dans les particules de carbure de bore si bien que la pastille présente un gonflement (dilatation en volume).

Le changement de dimension de la pastille de carbure de bore dans la direction axiale de l'aiguille d'absorption de neutrons provoqué par le gonflement est habituellement absorbé par un ressort qui repousse la pastille et qui est placé entre une extrémité de l'aiguille et la pastille de la barre de contrôle dans la direction axiale de celle-ci, si bien que ce phénomène ne pose pratiquement aucun problème.

Cependant, lorsque la dimension de la pastille de carbure de bore augmente en direction diamétrale, l'espace compris entre la pastille de carbure de bore et le revêtement d'acier inoxydable diminue, si bien que la pastille de carbure de bore et le revêtement viennent finalement en contact mécanique mutuel. Lorsque l'aiguille d'absorption de neutrons est en outre utilisée dans un tel état successivement, le degré d'interaction mécanique entre la pastille et le revêtement augmente encore, et le revêtement commence à se déformer plastiquement. Lorsqu'une telle déformation plastique dépasse la limite de déformation, un accident se produit si bien que le revêtement est finalement détérioré ou casse.

En outre, la pastille précitée de carbure de bore a tendance à être brisée en petits fragments essentiellement sous l'action d'une contrainte thermique qui se produit dans la pastille, pendant que la pastille de carbure de bore est utilisée dans le réacteur. Lorsque le carbure de bore est brisé en fins fragments, il apparaît un phénomène selon lequel les fragments de la pastille se déplacent ou changent d'emplacement dans le revêtement, ou un petit fragment pénètre dans une fissure, un clivage de la pastille, ou l'espace formé entre la pastille et le revêtement. Lorsqu'un tel phénomène se produit, l'espace formé initialement entre la pastille et le revêtement est rapidement rempli (fermé) après le début de l'irradiation par des neutrons. En conséquence, l'interaction mécanique entre la pastille de carbure de bore et le revêtement se produit à un moment antérieur à celui qui avait été prévu, et la durée du revêtement de l'aiguille d'absorption de neutrons (ou de la barre de contrôle) est raccourcie.

Compte tenu de ces conditions et afin que les fragments de carbure de bore ne puissent pas se déplacer dans le revêtement, on a proposé une structure dans laquelle un tube à paroi mince (habituellement appelé "blindage") comprenant de l'acier inoxydable austénitique, de l'acier inoxydable et de l'acier ferritique, etc. est disposé dans le revêtement précité d'acier inoxydable afin que le blindage recouvre toute la longueur de la pastille d'absorbeur de neutrons (voir la demande publiée de brevet japonais Kokoku n" Hei 6-31 769, c'est-à-dire 31 769/1994, et le document de B.T.

Kelly et al., "International Conference on Fast Reactors and
Related Fuel Cycles", Proceedings, volume III, page 1, 10-1, novembre 1991).

Dans l'aiguille d'absorption de neutrons ayant un tel blindage, le fragment de carbure de bore ne se déplace pas dans le revêtement, et l'absorbeur de neutrons est gonflé avec conservation pratiquement de sa forme d'origine, si bien qu'une plus longue durée de vie de l'aiguille peut être obtenue avant le début de l'interaction mécanique entre la pastille et le revêtement.

Lorsque la durée de vie d'une telle aiguille d'absorption de neutrons équipée d'un blindage doit être plus longue, il est possible théoriquement de prolonger cette durée de l'aiguille, par exemple par augmentation de l'espace initial compris entre la pastille de carbure de bore et le revêtement. Cependant, dans ce cas, lorsque l'espace augmente, la vitesse ou le rendement de transfert de chaleur diminue entre la pastille constituant l'organe générateur de chaleur soumis à l'irradiation par des neutrons et le revêtement refroidi par le fluide de revêtement, si bien que la température de la pastille de carbure de bore s'élève. Ainsi, la température du tube formant le blindage devient trop élevée, et il apparaît un phénomène selon lequel le blindage d'acier inoxydable devient inutilisable.

Pour la solution du problème précité, on a adopté une mesure selon laquelle le rendement de transfert de chaleur est accru dans la partie d'espace par mise de sodium liquide dans cette partie d'espace, entre le revêtement et la pastille constituant l'aiguille d'absorption de neutrons (c'est-à-dire afin que l'aiguille ait une structure "à liant de sodium") , si bien que la température de surface de la pastille et la température de travail du blindage sont réduites. Cependant, l'aiguille à liant de sodium pose inévitablement un problème car il est difficile de manipuler l'aiguille à cause du traitement ou de la décharge du sodium au moment auquel la barre de contrôle doit être produite, l'aiguille d'absorption doit être traitée après utilisation dans le réacteur, etc. A cause de ces circonstances, on a beaucoup cherché à mettre au point une aiguille d'absorption de neutrons comprenant, comme élément constituant un tube formant un blindage réfractaire, un matériau autre que l'acier inoxydable, par exemple dans l'aiguille précitée "à liant d'hélium" qui possède d'excellentes caractéristiques de production et de manipulation.

En outre, par exemple, même dans le cas de l'aiguille à liant de sodium, lorsque l'aiguille est utilisée pendant une longue période, le blindage d'acier inoxydable réagit avec la pastille de carbure de bore et provoque une carburation, etc. et une rédlxetion de sa ductilité si bien que le fonctionnement ou les performances comme tube de blindage sont inévitablement réduits. En conséquence, on a aussi beaucoup cherché à mettre au point une aiguille d'absorption de neutrons qui possède comme élément constituant un matériau de blindage ayant une excellente compatibilité avec le carbure de bore.

La présente invention a pour objet la mise à disposition d'une aiguille d'absorption de neutrons permettant la solution des problèmes posés par la technique antérieure.

L'invention concerne aussi une telle aiguille d'absorption de neutrons qui peut donner une longue durée de vie et qui comprend un blindage ayant une excellente résistance à la chaleur.

L'invention concerne aussi une aiguille d'absorption de neutrons qui peut avoir une longue durée de vie et qui comporte un blindage possédant une excellente compatibilité avec le carbure de bore.

A la suite d'études poussées, les inventeurs ont constaté que, pour qu'une aiguille d'absorption de neutrons soumise à une irradiation par des neutrons possède une plus longue durée de vie, la relation entre les caractéristiques de dilatation thermique des matériaux constituant l'aiguille (en particulier les matériaux adjacents) était extrêmement importante.

A la suite de travaux reposant sur la découverte précitée, les inventeurs ont aussi constaté qu'il était très efficace, pour l'obtention des résultats précités, de régler une plage spécifique de la valeur absolue de la différence entre les coefficients de dilatation thermique al et a2 respectivement de l'absorbeur de neutrons et du tube à paroi mince (blindage) qui sont des éléments adjacents dans l'aiguille d'absorption de neutrons.

L'aiguille d'absorption de neutrons selon la présente invention est réalisée sur la découverte précitée et comporte au moins un absorbeur de neutrons, un tube à paroi mince entourant l'absorbeur de neutrons, et un revêtement placé à une certaine distance du tube à paroi mince, et la différence entre le coefficient de dilatation thermique al de l'absorbeur de neutrons et le coefficient de dilatation thermique a2 du tube à paroi mince a une valeur absolue telle que I a2 - al 5 10. /K.

Comme décrit précédemment, selon l'invention, la valeur absolue de la différence entre le coefficient de dilatation thermique al de l'absorbeur de neutrons et le coefficient de dilatation thermique a2 du tube à paroi mince est réglée à une valeur qui correspond à la relation 1a2 - ali < 10. /K. Ainsi, même lorsque l'absorbeur de neutrons (tel que le carbure de bore) et le tube à paroi mince subissent une dilatation thermique à cause de l'irradiation par les neutrons, la propriété d'adhérence ou de contact intime mutuel est conservée à cause de la petite différence précitée de dilatation thermique. En conséquence, l'absorbeur de neutrons est supporté ou maintenu très efficacement par le tube à paroi mince, si bien que la durée de l'aiguille d'absorption de neutrons peut être prolongée.

Selon la présente invention, on peut utiliser avantageusement, comme matériau constituant le tube précité à paroi mince (blindage), un matériau composite armé de fibre (en particulier un matériau composite céramique armé de fibre).

Dans un tel mode de réalisation, le matériau composite céramique armé de fibre a une caractéristique convenant à la production d'un blindage sous forme d'un tube à paroi mince, et il présente en outre une résistance mécanique supérieure à celle du tube comprenant le matériau céramique seul. De plus, même lors de l'application d'une contrainte qui pourrait provoquer une fracture ou une rupture, le matériau composite céramique armé de fibre présente une caractéristique ductile qui dépend de l'effet d'arrachement (ou de traction) appliqué à la fibre, etc. et a une caractéristique qui convient aux fonctions et performances d'un tube de blindage. Un tel matériau composite peut supprimer presque complètement la fragilité qui constitue le défaut de la céramique seule.

Au contraire, les études des inventeurs ont montré que, lorsqu'un matériau céramique (tel que le carbure de silicium ou l'alumine) était simplement utilisé comme matériau réfractaire à la place d'acier inoxydable classique, il était extrêmement difficile de mettre le matériau céramique lui-même sous forme d'un tube à paroi mince et, même lorsque le matériau céramique était mis de manière satisfaisante à une forme à paroi mince, le tube résultant à paroi mince possédait une faible résistance mécanique et une caractéristique de fracture fragile, si bien que ce matériau est mécaniquement instable. En conséquence, selon les études des inventeurs, les problèmes précités ne peuvent pas être résolus par simple utilisation d'un tube à paroi mince d'un matériau céramique monolithique à la place d'un tube à paroi mince classique d'acier inoxydable.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation faite en référence aux dessins annexés sur lesquels
la figure 1 est une coupe schématique d'une aiguille d'absorption de neutrons dans un mode de réalisation de l'invention, comprenant un manchon comme blindage
la figure 2 est une vue partielle agrandie de la figure 1 ; et
la figure 3 est une coupe schématique représentant l'état multicouche d'un noyau, d'un manchon et d'un papier de séparation, lorsque le manchon est découpé avec un couteau après le tissage.

Sur les figures 1 à 3, la référence 1 désigne un manchon, la référence 2 un matériau d'âme, la référence 3 un papier de séparation, la référence 10 un absorbeur de neutrons, la référence 11 un blindage, la référence 12 un espace et la référence 13 un revêtement.

En outre, dans la description qui suit, les références à des parties et à des pourcentages correspondent à des quantités et rapports pondéraux, sauf indications contraires.

Aiguille d'absorption de neutrons
L'aiguille d'absorption de neutrons selon l'invention est une aiguille qui comprend au moins un absorbeur de neutrons, un tube à paroi mince entourant l'absorbeur de neutrons, et un revêtement placé à une certaine distance du tube à paroi mince. Dans l'aiguille d'absorption de neutrons, la différence entre le coefficient de dilatation thermique al de l'absorbeur de neutrons et le coefficient de dilatation thermique a2 du tube à paroi mince a une valeur telle que
la2 - all < 10. /K.

Selon l'invention, le coefficient précité de dilatation thermique peut être mesuré par le procédé suivant.

Procédé de mesure du coefficient de dilatation thermique
Le coefficient de dilatation thermique peut être mesuré convenablement par un procédé classique de mesure qui a été utilisé pour la mesure de la dilatation thermique des céramiques, par exemple par utilisation d'un thermodilatomètre différentiel à tige poussoir, d'un thermodilatomètre interférentiel, etc. (voir par exemple "Corpus of Fine Ceramics
Evaluation Techniques", éditeur Hiroshi Okuda et al.,
Realize Inc., 1984, etc.).

La coupe schématique de la figure 1 représente un exemple d'aiguille d'absorption de neutrons selon l'invention ayant la structure précitée. La figure 2 est une vue agrandie d'une partie de la coupe schématique de la figure 1.

Sur la figure 1, une pastille 10 d'un absorbeur de neutrons contenant B4C, etc. est disposée dans un blindage cylindrique creux 11 (tube à paroi mince) qui comporte un manchon d'un matériau composite de SiC, etc. En outre, un revêtement cylindrique creux 13 (formé d'acier inoxydable, etc.) est placé à l'extérieur du blindage 11 et forme un espace prédéterminé 12 avec le blindage 11.

Les deux côtés de la pastille 10 d'absorbeur de neutrons dans le blindage 11 sont maintenus par des organes 14a et 14b d'arrêt de pastille respectivement. En outre, la pastille 10 d'absorbeur de neutrons et le blindage 11 placé dans le revêtement 13 sont maintenus par des bouchons 15a et 15b d'extrémité placés respectivement aux deux extrémités du revêtement 13. Un ressort 16 de pression de pastille destiné à maintenir le blindage 11 à un état convenable est placé entre un premier bouchon 15a d'extrémité et un organe 14a d'arrêt de pastille.

Absorbeur de neutrons
L'absorbeur de neutrons qui peut être utilisé selon l'invention n'est pas soumis à des restrictions particulières dans la mesure où son coefficient de dilatation thermique al peut donner la relation 1a2 - ail I < 10.10-6 /K, pour la valeur absolue de la différence entre ce coefficient et le coefficient de dilatation thermique a2 du tube 11 à paroi mince. Ainsi, il est possible d'utiliser, comme absorbeur de neutrons selon l'invention, un matériau choisi de façon convenable à partir des absorbeurs de neutrons connus.

Compte tenu de la facilité d'obtention de la différence précitée des coefficients de dilatation thermique la2 - all, le coefficient de dilatation thermique al de l'absorbeur de neutrons peut de préférence être compris entre 3. 10-6 et 15.10-6 /K et de préférence de l'ordre 5.10-6 à 10.10-6 K.

Des exemples particuliers d'un tel absorbeur de neutrons sont B4C, TiB2, un matériau composite B4C/SiC, etc.

Parmi eux, étant donné la capacité d'absorption de neutrons à grande vitesse, le carbure de bore B4C peut être utilisé avantageusement.

Tube à paroi mince
Le tube à paroi mince 11 qui entoure l'absorbeur de neutrons qui convient selon l'invention n'est pas soumis à des restrictions particulières dans la mesure où son coefficient de dilatation thermique a2 peut donner la relation #&alpha;2 - all < 10.10-6 /K pour la valeur absolue de la différence entre lui-même et le coefficient de dilatation thermique al de l'absorbeur précité de neutrons 10. Ainsi, il est possible d'utiliser, comme tube 11 à paroi mince, un tube contenant un matériau connu. Compte tenu de la facilité d'obtention de la différence précitée des coefficients de dilatation thermique #&alpha;2 - &alpha;1#, le coefficient de dilatation thermique a2 du tube à paroi mince est de préférence compris entre environ 3.10-6 et 15. /K et de préférence entre 5.10-6 et 10. /K.

Des exemples particuliers du matériau constituant un tel tube à paroi mince peuvent comprendre des produits céramiques frittés tels que SiC et A1203, des matériaux composites armés de fibre produits à partir de ces produits, et des métaux réfractaires tels que l'alliage "Hastelloy".

Parmi eux et étant donné leur résistance à la chaleur, la résistance à température élevée, etc., il est préférable d'utiliser une céramique armée de fibre, notamment du carbure de silicium armé de fibre (SiC) ou de l'alumine armée de fibre (Al2O3).

En particulier, lorsqu'on utilise comme blindage un manchon mince d'un matériau composite de SiC armé de fibre de SiC, qui a été considéré habituellement comme difficile à mettre sous forme d'un manchon mince, il est possible d'obtenir une aiguille d'absorption de neutrons ayant une bonne durabilité même dans des conditions sévères.

Le tube à paroi mince précité 11 peut avantageusement former un manchon cylindrique à paroi mince contenant un matériau composite de SiC armé de fibre SiC (SiC/SiC) dont la porosité est inférieure ou égale à 40 % et dont l'épaisseur de paroi est inférieure ou égale à 5 mm.

Lorsque le manchon contenant un matériau composite à base de SiC armé de fibre de SiC est inséré comme blindage 11 entre un revêtement d'acier inoxydable et une pastille de
B4C 10 (absorbeur de neutrons), l'aiguille d'absorption de neutrons réalisée a une excellente caractéristique dans la mesure où le blindage est très peu détérioré par l'irradiation par les neutrons, il possède une tolérance à la détérioration mécanique (c'est-à-dire une bonne durabilité lorsqu'une partie du blindage est détériorée mécaniquement), le mouvement de migration de B4C dans le revêtement 13 d'acier inoxydable peut être évité, et le revêtement 13 d'acier inoxydable risque moins d'être détérioré. Lorsqu'un manchon contenant le matériau composite à base de SiC armé de fibre de SiC est utilisé comme blindage, contrairement au cas dans lequel un blindage contenant de l'acier inoxydable est utilisé, la carburation du matériau composite à base de SiC armé de fibre de SiC constituant le manchon est réduite à une très faible valeur.

En outre, comme le manchon contenant un matériau composite à base de SiC armé de fibre de SiC peut être mis sous forme d'un manchon à paroi mince ayant une épaisseur de paroi inférieure ou égale à 0,5 mm, contrairement au cas de l'utilisation d'un manchon à paroi épaisse comme blindage, il n'est pas possible que la quantité de pastille de B4C qui doit être insérée dans le blindage soit réduite et favorise une réduction de la capacité d'absorption de neutrons de la barre de contrôle.

Les tableaux suivants 1 à 3 permettent des comparaisons entre divers types de procédés de production de SiC/SiC, des comparaisons entre divers types de fibres minérales continues, et des comparaisons entre divers types de matériaux dans le cas où leur utilisation comme blindage est prise en considération. On peut se référer, pour les données avec lesquelles les comparaisons sont réalisées, aux documents de R.H. Jones, D. Steiner, H.L. Heinisch et al., Journal of
Nuclear Materials, 245, (1997), pages 87 à 107, et de F.W.

Clinard Jr., G.F. Hurley et R.W. Klaffky, Res Mechanica, 8, (1983), pages 207 à 234.

Tableau 1 : Comparaisons entre divers types de procédés de production de matériaux SiC/SiC dans le blindage
Tableau 1

<tb> <SEP> Imprégnation <SEP> Procédé <SEP> de <SEP> Procédé <SEP> d'impré
<tb> <SEP> Procédé <SEP> de <SEP> par <SEP> dépôt <SEP> chi- <SEP> cuisson <SEP> nation <SEP> par <SEP> un
<tb> <SEP> production <SEP> mique <SEP> en <SEP> phase <SEP> réactive <SEP> et <SEP> polymère, <SEP> pressage
<tb> <SEP> vapeur <SEP> CVI <SEP> frittage <SEP> RB <SEP> et <SEP> cuisson <SEP> PIP
<tb> Installation <SEP> (i <SEP> m) <SEP> A <SEP> O
<tb> Dimension <SEP> de <SEP> la <SEP> paroi <SEP> A <SEP> A <SEP> <SEP> O <SEP>
<tb> <SEP> mince <SEP> O <SEP> O <SEP> O
<tb> Tolérance <SEP> à <SEP> la <SEP> dété
<tb> <SEP> rioration <SEP> mécanique
<tb> Evaluation <SEP> globale <SEP> A <SEP> A <SEP> O <SEP>
<tb>
Tableau 2 : Comparaisons entre divers types de fibres continues minérales pour le blindage
Tableau 2

<tb> ature <SEP> A1203 <SEP> Si-C-O <SEP> Si-Ti-C-O
<tb> Nom <SEP> commercial <SEP> "Almax" <SEP> "Nicalon" <SEP> "Tirano"
<tb> Ouvrabilité <SEP> au <SEP> tissage
<tb> Détérioration <SEP> "Newtron" <SEP> # <SEP> <SEP> X
<tb> <SEP> #
<tb> <SEP> (Gonflement) <SEP> (Contenant <SEP> Ti)
<tb> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> chaleur <SEP> x <SEP> X
<tb> <SEP> (He, <SEP> 1 <SEP> 300 <SEP> C) <SEP> # <SEP> <SEP> (Oxygène) <SEP> (Oxygène)
<tb> Evaluation <SEP> globale <SEP> A <SEP> <SEP> A <SEP> x <SEP>
<tb>
Tableau2 (suite)

<tb> Nature <SEP> Si-N-C-O <SEP> SiC/C <SEP> SiC
<tb> Nom <SEP> commercial <SEP> "Tonen" <SEP> "FP" <SEP> "Hi-Nicalon"
<tb> Ouvrabilité <SEP> au <SEP> tissage <SEP> O <SEP> X <SEP> O
<tb> <SEP> Détérioration <SEP> "Newtron" <SEP> #
<tb> <SEP> # <SEP> <SEP> #
<tb> <SEP> (Contenant <SEP> N)
<tb> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> chaleur <SEP> X
<tb> <SEP> # <SEP> <SEP> #
<tb> <SEP> (He, <SEP> 1 <SEP> 300 <SEP> C) <SEP> (Azote)
<tb> Evaluation <SEP> globale <SEP> X <SEP> X <SEP> O
<tb>
Tableau 3 @ Comparaisons entre divers types de matériaux utilisés comme blindages
Tableau 3

<tb> alité <SEP> nécessaire <SEP> Céramique <SEP> Acier
<tb> <SEP> monolithique <SEP> réfractaire <SEP> <SEP> C/C*1 <SEP> SiC/SiC2 <SEP>
<tb> Dimension <SEP> de <SEP> paroi <SEP> X*3 <SEP> O <SEP> O <SEP> O <SEP>
<tb> <SEP> mince <SEP> (0,3 <SEP> mm) <SEP>
<tb> Réaction <SEP> avec <SEP> tube <SEP> X <SEP> (Carbu
<tb> <SEP> # <SEP> <SEP> # <SEP> <SEP> #
<tb> <SEP> d'acier <SEP> inoxydable <SEP> ration)
<tb> Réaction <SEP> avec <SEP> pastille <SEP> X <SEP> (Carbu # <SEP> # <SEP> #
<tb> <SEP> de <SEP> B4C <SEP> ration)
<tb> Tolérance <SEP> aux <SEP> détérioré <SEP> (Catas- <SEP> O <SEP> O <SEP> O
<tb> <SEP> rations <SEP> mécaniques <SEP> trophique)
<tb> Transmittance <SEP> des
<tb> <SEP> # <SEP> <SEP> # <SEP> <SEP> # <SEP> <SEP> #
<tb> <SEP> neutrons
<tb> évaluation <SEP> globale <SEP> X <SEP> A <SEP> A <SEP> O
<tb> *1 Matériau composite de carbone armé de fibre de carbone *2 Matériau composite de SiC armé de fibre de SiC *3 Difficile à traiter
Sur les tableaux X signifie mauvais, # signifie passable et O signifie bon.

Porosité
Dans le manchon 11 constituant l'aiguille d'absorption de neutrons selon l'invention, la porosité est de préférence inférieure à 40 % et très avantageusement comprise entre 5 et 35 % (de préférence entre 5 et 15 %).

Selon l'invention, la porosité précitée p est définie de la manière suivante p = (densité vraie ou absolue - densité apparente)
/(densité véritable)
La "densité apparente" et la "densité véritable peuvent être mesurées avantageusement par le procédé suivant.

Procédé de mesure de la densité apparente
Le volume d'un échantillon à mesurer est calculé d'après ses dimensions, puis l'échantillon est pesé. La densité apparente de l'échantillon est déterminée d'après les données mesurées avec la formule suivante
densité apparente = poids/volume
Procédé de mesure de la densité véritable
Le principe de mesure de la densité véritable met en oeuvre le principe d'Archimède. Comme procédé d'essais correspondant aux normes industrielles japonaises, on utilise celui de la norme JIS R-7212 selon laquelle du butanol est utilisé comme liquide et la densité véritable d'un échantillon est mesurée après pulvérisation en poudre de dimension inférieure ou égale à 149 pm.

Plus précisément, dans ce cas, le volume d'un échantillon (après pulvérisation) est mesuré par le principe d'Archimède précité à l'aide de butanol comme liquide.

L'échantillon est alors pesé. La densité véritable de l'échantillon est déterminée d'après les données mesurées avec la formule suivante
densité véritable = poids/volume
Epaisseur de paroi
Le manchon 11 utilisé selon l'invention a de préférence une épaisseur de paroi inférieure ou égale à 5 mm. Lorsque l'épaisseur de paroi dépasse 5 mm, le coefficient de transmission de chaleur du manchon a tendance à diminuer, et une réduction du volume interne du manchon peut être favorisée (par exemple une réduction de la capacité de logement d'un "autre matériau" tel qu'un absorbeur de neutrons destiné à être placé dans le manchon).

Tant que la résistance mécanique nécessaire au manchon 11 est obtenue, l'épaisseur de paroi du manchon est de préférence aussi faible que possible, pour réduire le défaut d'uniformité de transmission ou de transfert de chaleur et pour réduire l'espace occupé par le manchon lui-même (c'està-dire pour la présence d'un espace suffisant pour "un autre matériau" tel que l'absorbeur de neutrons) . Plus précisément, l'épaisseur de paroi du manchon peut être de préférence d'environ 3 à 1 mm et très avantageusement d'environ 1 à 0,5 mm (et en particulier de préférence de 0,3 à 0,2 mm environ).

Fibre de SiC
La fibre de carbure de silicium SiC qui peut être utilisée selon l'invention n'est pas soumise à des restrictions particulières, mais il s'agit de préférence d'une fibre de SiC qui est obtenue par un procédé d'insolubilisation par faisceau d'électrons (donnant un caractère infusible) (par exemple comme décrit dans la demande mise à l'inspection publique de brevet japonais Kokai n" Hei 4-194 028, c'est-à-dire 194 028/1992) pour des raisons de pureté de la fibre de SiC.

La composition de la fibre précitée de SiC n'est pas soumise à des restrictions particulières. Pour des raisons de résistance à la chaleur de la fibre, la fibre de SiC est de préférence une fibre de SiC qui contient au moins Si, C et O. En outre, il s'agit de préférence d'une fibre de SiC ayant une composition comprise dans les plages suivantes
Si : 50 à 70 % <RTI ID d'une interface dense et uniforme entre le revêtement et la surface de la fibre de SiC, par exemple, il est préférable d'utiliser un type de revêtement ou une combinaison d'au moins deux types de revêtement choisis dans le groupe qui comprend un revêtement de carbone formé par dépôt chimique en phase vapeur CVD, un revêtement de nitrure de bore formé par dépôt chimique en phase vapeur CVD et un revêtement de
SiC formé par dépôt chimique en phase vapeur CVD.

Pour des raisons relatives aux propriétés de tissage, la fibre de SiC (avant d'être soumise à la formation du matériau composite avec SiC) a de préférence un diamètre d'environ 5 à 20 um, avantageusement d'environ 8 à 15 ura.

Matériau composite SiC/SiC
Tant qu'un manchon ayant des propriétés physiques telles que définies selon l'invention est obtenu, la production du matériau composite SiC/SiC (fibre) constituant le manchon n'est pas soumise à des restrictions particulières.

Compte tenu des tolérances de détérioration mécanique du manchon, il est préférable d'utiliser un procédé de dépôt chimique en phase vapeur CVD (qui est exécuté à température élevée dans un gaz des matières premières), un procédé de dépôt chimique en phase vapeur avec imprégnation CVI (dans lequel l'introduction de vapeur d'un produit chimique est réalisée dans le gaz des matières premières à température élevée), un procédé de cuisson réactive et de frittage RB, et un procédé d'imprégnation par un polymère, de pressage et de cuisson PIP. Parmi ces procédés, le procédé PIP est particulièrement avantageux à cause de la commodité de la préparation d'un manchon à paroi mince avec un matériau composite de SiC/SiC.

Il est possible le cas échéant d'utiliser au moins deux types de procédé parmi les procédés précités CVD, CVI, RB et
PIP, sous forme combinée.

Procédé de production du manchon
Le manchon du matériau composite de SiC selon l'invention peut être réalisé par exemple par tricotage circulaire d'une fibre continue contenant SiC, puis par mise de la fibre continue sous une forme constituant un manchon prenant l'état d'un matériau composite de SiC (formation du matériau composite SiC/SiC) par utilisation du procédé PIP, etc.

Procédé de tissage
Dans la mesure où le manchon obtenu a les propriétés physiques voulues selon l'invention, le procédé de tissage de la fibre continue précitée sous forme d'un manchon ne subit pas de restriction particulière, mais on peut utiliser un procédé connu de tissage. Pour des raisons d'uniformité d'épaisseur de paroi du manchon, il est préférable d'utiliser un procédé de tricotage circulaire (ou tubulaire) comme procédé précité de tissage. Pour des détails relatifs au procédé de tricotage circulaire, on peut consulter l'ouvrage "Kako Hen (Section of Processing)" de Sen'i Binran (Handbook to Fibers) édité par the Society of Fiber Science and Technology, Japon, pages 502 et suivantes, publié le 30 mai 1969 (Showa-44) par Maruzen Co. Ltd.

Il est préférable de donner la forme voulue de manchon, par exemple, par insertion d'un matériau de noyau (par exemple un corps en forme de barre ou de tige constitué d'un métal tel que le titane ou le fer) dans la fibre précitée continue tricotée sur un métier circulaire et, le cas échéant, de tirer les deux extrémités du produit tricoté circulairement formé par la fibre. Dans ce cas, avant l'introduction du matériau de noyau dans le produit tricoté circulairement, un agent de séparation, un papier de séparation, etc. peut être placé au préalable à la surface du matériau du noyau le cas échéant.

Il est aussi possible d'utiliser le manchon tel qu'obtenu, dans une étape éventuelle suivante dans laquelle deux manchons ou plus ainsi réalisés sont positionnés ou superposés. Pour des raisons relatives à l'épaisseur de la paroi du manchon, le "nombre de couches" de fibre continue constituant le manchon est de préférence inférieur ou égal à trois.

A ce moment, la seconde couche qui doit être placée ou superposée à la première couche peut être le cas échéant mise sous forme d'un manchon, comme la première couche. Dans ce cas, il est préférable que la fibre continue destinée à constituer la seconde couche soit mise sous forme d'un manchon et que les deux extrémités du produit analogue à un manchon ainsi formé soit légèrement comprimées (dans la direction axiale du manchon) pour donner au produit résultant un diamètre externe légèrement supérieur à celui de la première couche, et la seconde couche ainsi formée est alors placée sur la première couche.

Selon l'invention, pour des raisons de facilité de réalisation d'une structure dense, par exemple, il est préférable d'utiliser une structure tissée ayant les propriétés suivantes
Nombre de fils : 8 à 12 par cm
Angle de tissage (direction axiale) : 30 à 600
Nombre de couches empilées : 1 à 2
Diamètre externe : 12,1 à 12,3 mm
Porosité (avant imprégnation) : 40 à 60 %
L'expression précitée "angle de tissage" se réfère à un angle (angle aigu) formé entre la direction axiale du tricotage circulaire et la direction de la fibre continue constituant le produit tricoté circulairement.

Le produit tricoté circulairement ainsi réalisé peut être coupé à toute longueur voulue. A ce moment, l'opération de coupe peut être réalisée par un dispositif connu de coupe (par exemple un organe à diamant). Pour que la fibre ne puisse pas s'effilocher au moment de l'opération de coupe, il est préférable par exemple que, comme représenté sur la coupe schématique de la figure 1, un matériau convenable de noyau 2 (dont le diamètre externe est égal au diamètre interne d'un manchon 1) soit introduit dans le manchon 1, qu'un papier 3 de séparation (ayant une épaisseur de 200 pm) soit enroulé à la périphérie externe du manchon 1, puis que le manchon 1 soit coupé avec le papier 3 de séparation et le matériau du noyau 2. Pour des raisons de facilité de séparation, l'épaisseur du papier précité 3 est de préférence d'environ 100 à 300 pria.

Imprégnation et calcination
On décrit des modes de réalisation préférés de l'invention dans le cas où la fibre de SiC est mise sous forme d'un produit composite par utilisation du procédé PIP précité.

D'abord, un matériau prédéterminé de noyau est introduit dans un produit tricoté circulaire qui a été obtenu par tissage d'une fibre continue de SiC et est imprégné d'un composé de silane organique. Pour qu'il n'apparaisse pas un "plissage" et une détérioration (telle qu'une fracture) pendant cette étape d'imprégnation et de calcination, le matériau de noyau a de préférence un coefficient de dilatation thermique d'environ 1.10-6 à 7.10-6/0C. Des exemples particuliers de matériaux ayant un tel coefficient de dilatation thermique sont une tige de titane, une tige de matière plastique armée de fibre de carbone (CFRP), etc.

Pour qu'un plissage n'apparaisse pas, le diamètre externe du matériau du noyau est de préférence supérieur au diamètre interne du manchon afin que le retrait au moment de la calcination soit pris en considération. Il est en outre préférable que le diamètre externe du matériau du noyau soit supérieur au diamètre interne du manchon d'environ 2 à 10 % par rapport au diamètre interne du manchon.

Le matériau du noyau destiné à être introduit dans le manchon est de préférence revêtu d'un agent de séparation ou peut être entouré d'un papier de séparation placé au préalable. Comme "papier de séparation" utilisé dans ce cas, il est préférable d'utiliser un "ruban de séparation" comprenant un matériau à base de papier et un adhésif placé à la surface destinée à être fixée au matériau du noyau. Ce ruban de séparation peut avantageusement être utilisé dans le but précité car il se carbonise facilement par chauffage au moment de la calcination si bien qu'il peut être facilement retiré.

Composé organique du silicium
Le composé organique du silicium qui peut être utilisé dans le procédé PIP selon l'invention n'est pas soumis à des restrictions particulières dans la mesure où il peut donner SiC par un procédé de synthèse. Pour la formation du carbure de silicium, il est préférable d'utiliser un polycarbosilane [-(R)Si-C-]n (R étant un groupe alkyle), un polyvinylsilane CH3-Si [(CH2=CH) (CH3) Si] n-Si-CH3, un polysi lastyrène -[Si(C6H5) (CH3))n1[Si(CH3)2] n2-etc. Parmi ces com- posés, il est préférable d'utiliser un polycarbosilane pour des raisons portant sur le rapport ou la quantité du produit résiduel au moment de la calcination.

Pour la propriété d'imprégnation, il est préférable que le composé organique du silicium ait une masse moléculaire moyenne comprise entre environ 500 et 100 000 (et de préférence entre 500 et 3 000).

Imprégnation
Au moment de l'imprégnation, il est possible d'utiliser le cas échéant un solvant. Le solvant à utiliser à cet effet n'est pas soumis à des restrictions particulières dans la mesure où il peut dissoudre le composé organique précité du silicium. Pour des raisons d'adaptation industrielle, il est préférable d'utiliser un solvant organique tel que le xylène, l'hexane et le toluène. Pour des raisons de perméabilité, la concentration de la solution utilisée pour l'imprégnation est de préférence comprise entre environ 50 et 100 % (très avantageusement entre 50 et 70 % environ).

Pour que l'imprégnation soit réalisée efficacement avec le composé organique du silicium précité, on utilise de préférence une technique d'imprégnation sous vide et sous pression. Le degré de vide peut être de préférence compris entre environ 13 et 2 700 Pa, et la pression appliquée (pression manométrique) au moment de la mise sous pression est de préférence d'environ 0,5 à 1 MPa.

Pour des raisons de réduction d'épaisseur de paroi et d'homogénéité dans l'épaisseur de paroi du manchon, il est aussi préférable d'effectuer une "mise sous pression par un ruban" après l'imprégnation par le composé organique de silicium précité. I1 est préférable de réaliser cette opération d'application d'un ruban à l'aide d'un ruban de résine contenant du polyéthylène, etc. et d'enrouler le ruban autour de la surface du manchon (après imprégnation) avec application au ruban d'une force de traction d'environ 10 à 100 N. Dans ce cas, la charge du ruban peut être mesurée par tout dispositif connu, par exemple un dynamomètre à ressort.

Pour des raisons de résistance mécanique, le ruban précité utilisé a de préférence une épaisseur comprise entre 10 et 30 pin et une largeur d'environ 5 à 20 mm.

Calcination
Il est préférable de réaliser la calcination dans une atmosphère de gaz inactif (tel que l'azote ou l'argon) à une pression ordinaire (ou atmosphérique) à température élevée afin que SiC soit produit à partir du composé organique du silicium qui a été placé entre les brins de la fibre de SiC par 1' imprégnation. La température finale du traitement thermique est de préférence d'environ 800 à 1 600 "C (très avantageusement d'environ 1 300 à 1 500 "C).

Au moment de cette étape de calcination et pour empêcher un gauchissement qui peut se produire dans le manchon (provoqué par exemple par la déformation du matériau du noyau), il est préférable de supporter l'extérieur du manchon par un "moule de pressage". Pour la commodité de fixation du manchon et de séparation de celui-ci, le moule de pressage a une forme divisée (la section en direction perpendiculaire à l'axe est en demi-cercle).

Pour qu'un gauchissement soit efficacement évité pendant l'étape de calcination, le matériau constituant le moule de pressage a de préférence un coefficient de dilatation thermique compris entre environ 1.10-6 et 7.10-6/OC. Des exemples particuliers de matériaux ayant un tel coefficient de dilatation thermique sont des matériaux à base de graphite, etc.

On décrit maintenant l'invention plus en détail en référence à des exemples particuliers.

ExemPle 1
Formation d'un manchon
Une fibre continue ayant un diamètre de 14 pin et contenant SiC, fabriquée par Nippon Carbon Co. Ltd., (nom commercial "Hi-Nicalon") a été tricotée circulairement pour la formation d'un manchon tricoté circulairement ayant un diamètre externe de 12,0 mm, un nombre de fils de 8 à 12 fibres par cm, un angle de tissage (en direction axiale) de 30 à 600, et une épaisseur de paroi de 0,2 mm.

Sur la figure 3, un matériau de noyau 2 ayant un diamètre externe de 12 mm a été introduit dans le manchon tricoté circulairement 1 indiqué précédemment, puis un papier 3 de séparation ayant une épaisseur de 200 pin a été enroulé à la périphérie externe du manchon pour empêcher un effilochage de la fibre, si bien que le manchon a été retenu. Le manchon ainsi enveloppé du papier de séparation 3 a été coupé par un organe de coupe à diamant à une longueur prédéterminée (1 m) . Le manchon ainsi obtenu avait une porosité de 55 %.

D'autre part, une tige de titane ayant un diamètre externe de 11,4 mm et une longueur de 1200 mm a été enveloppée d'un papier de séparation contenant une matière organique destinée à être carbonisée. La tige de titane enveloppée du papier de séparation a été introduite dans le manchon précité de fibre de SiC qui a été coupé de la manière précitée.

Le manchon a été placé dans un récipient hermétique qui a été mis à un vide de 133 Pa et maintenu dans cet état pendant 10 minutes. Ensuite, 180 cm3 d'une solution à 50 % dans le xylène d'un composé organique du silicium de polycarbosilane [Si (CH) CH2-) (fabriqué par Nippon Carbon Co.

Ltd, nom commercial "Nipusi") ayant une masse moléculaire moyenne de 2000, ont été coulés dans le récipient précité.

En outre, le récipient a été mis sous pression (1 MPa) et maintenu sous pression pendant 180 minutes afin que l'intérieur du manchon soit imprégné de la solution de résine.

Ensuite, la périphérie externe du manchon a été comprimée par un ruban de polyéthylène (de 15 pin d'épaisseur et 15 mm de largeur) sous une charge de 20 N.

On a placé, autour de la périphérie externe du manchon ainsi imprégné après la disposition du ruban, un moule de graphite de forme cylindrique de type divisé ou fendu (qui peut être séparé en deux parties dans sa direction axiale) dont le diamètre interne était égal au diamètre externe du manchon. Pendant l'application d'une charge (environ 20 N) destinée à maintenir la forme précitée, le manchon a été fritté en présence d'un gaz inactif (argon) à 1 350 "C pendant 60 minutes, pour la préparation d'un manchon de matériau composite SiC armé de fibre de SiC à paroi mince (procédé PIP).

Après frittage, la tige précitée de titane a été retirée du manchon et la matière fixée à l'intérieur et à l'extérieur du manchon a été retirée à laide de papier de verre à grain de 150 pin, avec prise de précautions pour éviter de détériorer la fibre de SiC.

Les faces d'extrémité du manchon, après le traitement précité donnant la masse volumique, ont été coupées pour l'obtention d'un manchon terminé ayant une longueur prédéterminée (100 cm).

Le manchon ainsi réalisé avait une porosité de 30 % et on n'a observé aucune transmission de lumière à l'oeil nu.

Lorsque le manchon a été placé sur une surface plate et l'espace maximal entre la surface plate et le manchon a été mesuré par une jauge d'espacement, il a été déterminé que le gauchissement était d'environ 0,1 mm pour une longueur de manchon de 1 m.

Exemple 2
Préparation du manchon par les procédés CVI et RB
Des manchons à paroi mince comprenant un matériau composite de SiC armé de fibre de SiC (SiC/SiC) ont été préparés de la même manière que dans l'exemple 1 mais avec utilisation respectivement du procédé de dépôt chimique en phase vapeur et d'imprégnation par un gaz CVI et du procédé de cuisson réactive RB, dans les conditions suivantes, à la place du procédé d' imprégnation par un polymère et de pressage PIP utilisé dans l'exemple 1.

Conditions du procédé CVI
Dans une atmosphère de tétrachlorure de silicium SiCl41 de méthane CH4 et d'hydrogène formant un véhicule gazeux, des gaz ont imprégné le matériau de base du manchon et se sont déposés sur lui à une pression de 1 300 Pa à 1 300 OC.

Conditions du procédé RB
Le manchon de SiC formant le matériau de base a été imprégné d'une suspension contenant du noir de carbone, une résine phénolique et de la poudre de SiC-ss dispersée dans l'eau. Le produit résultant a été séché, et le manchon a été ensuite imprégné de silicium fondu sous vide à une température de 1 450 "C.

Exemple 3
Tube d'alumine armé d'une fibre d'alumine
Un manchon comprenant de l'alumine armée d'une fibre d'alumine a été obtenu de la même manière que dans l'exemple 1 mais avec les conditions suivantes.

Une fibre d'alumine (ayant un diamètre de 10 um) a été tissée sous une forme tubulaire par tissage en fil biais (500 à 1 000 filaments par fil) sur un mandrin (matériau d'âme), la fibre tubulaire tissée ainsi obtenue étant imprégnée d'un liant d'alumine (50 % de poudre d'alumine, 25 % d'une solution aqueuse d'un sel de chlorure d'aluminium, 25 % d'un sol d'alumine et une quantité convenable d'un solvant), pour assurer une opération de mise en forme.

Ensuite, une opération de cuisson (calcination) a été exécutée à température élevée (1 100 OC) afin que le liant d'alumine soit fixé à la fibre. Les deux extrémités du tube ainsi obtenu ont été découpées pour l'obtention d'un manchon (ayant une longueur d'environ 800 mm, un diamètre d'environ 15 mm et une épaisseur de paroi d'environ 0,2 mm).

Exemple 4
Evaluation de la caractéristique mécanique du tube céramique composite mince à haute température
La résistance à la traction à 1 200 "C de chacun des tubes composites céramiques à paroi mince contenant la fibre de carbure de silicium et la fibre d'alumine, obtenus dans les exemples précités, a été mesurée dans les conditions suivantes.

Evaluation des caractéristiques mécaniques d'un matériau composite à liant céramique (CMC)
I1 n'existe pas de norme d'évaluation des propriétés mécaniques d'un matériau composite CMC en forme de manchon.

En conséquence, des feuilles plates de divers types de matériaux composites à liant céramique CMC ont été préparées et soumises à un essai de traction à haute température et un essai de flexion à température ambiante (après exposition à une température élevée), suivant les normes PEC-TS CMC 01 (procédé d'essai du comportement par déformation sous traction à température élevée pour des matériaux composites à liant à base céramique armés de fibre longue) et PEC-TS CMC 04 (procédé d'essai de résistance à la flexion à température ambiante et à haute température pour des matériaux composite à liant à base céramique armés de fibre longue). Pour les détails de ces normes PEC-TS, on peut se référer par exemple au document PEC-TS CMC 01, 09.

Les tableaux suivants 4 à 8 indiquent les résultats obtenus pour les essais de traction à haute température et de durabilité à haute température.

Tableau 4
Valeurs de la résistance mécanique et de l'allongement
à la rupture de tubes céramiques composites
à paroi mince à 1 200 "C
Résistance Allongement à
mécanique (MPa) la rupture (%)
Fibre de carbure de silicium 5 8,1
Fibre d'alumine 33 4,9
D'après les valeurs de la résistance mécanique et de l'allongement à la rupture indiquées dans le tableau 4 précédent, on peut facilement comprendre que, à une température élevée de 1 200 "C, le matériau utilisé dans cet exemple possède une résistance mécanique suffisante pour empêcher le déplacement des fragments de carbure de bore et conserver une amplitude de distorsion qui suit le gonflement du carbure de bore (ou iui correspond).

Tableau 5
Résistance à la traction à hautes températures
respectives dans l'air (Interface : nitrure de bore, fibre d'armatures "Hi-Nicalon", procédé de production : PIP)
Température Résistance à la traction
20 C 350 MPa
400 C 350 MPa
1 200 C 230 MPa
1 400 C 160 MPa
Tableau 6
Résistance à la traction à hautes températures
respectives dans l'air (Interface : carbone, fibre d'armature : "Nicalon", procédé de production : PIP)
Température Résistance à la traction
20 C 110 MPa
400 OC 110 MPa
600 C 60 MPa
1 000 C 50 MPa
Tableau 7
Résistance à la flexion à température ambiante après
exposition à température élevée de 1 400 C à l'air
Interface : nitrure de bore, fibre d'armature : "Hi-Nicalon", procédé de production : PIP)
Temps d'exposition Résistance à la flexion
0 h 400 MPa
200 h 400 MPa
600 h 400 MPa
Tableau 8
Résistance à la flexion à température ambiante après
exposition à température élevée de 1 400 C à l'air (Interface : carbone, fibre d'armature "Nicalon", procédé de production : PIP)
Temps d'exposition Résistance à la flexion
0 h 300 MPa
200 h 100 MPa
600 h 50 MPa
Exemple 5
Compatibilité avec le carbure de bore
La compatibilité du tube céramique à paroi mince à fibre obtenu dans l'exemple 1 avec le carbure de bore à température élevée a été évaluée par le procédé suivant.

Procédé d'évaluation de la compatibilité avec le carbure de bore
L'essai d'évaluation de la compatibilité du tube céramique à paroi mince à fibre avec le carbure de bore a été réalisé à 1 000 "C et 1 300 OC. Le produit fritté d'alumine de haute pureté, un matériau composite à fibre de carbure de silicium et de l'acier inoxydable, pour la comparaison avec le matériau selon l'invention, ont été mis chacun sous forme d'une feuille carrée ayant une épaisseur d'environ 2 à 3 mm et un côté d'environ 15 mm ou sous forme d'un disque ayant une épaisseur d'environ 2 à 3 mm et un diamètre de 12 à 20 mm, et chaque surface d'échantillon a été polie jusqu'à ce qu'elle ait une surface de miroir. Les surfaces des échantillons et les surfaces de carbure de bore ont alors été mises en contact intime mutuel par superposition en alternance de chaque échantillon et de carbure de bore, avec application d'une force de 0,1 N sur 1 cm2. Chaque produit résultant a été chauffé dans un four électrique tubulaire horizontal en atmosphère d'hélium à une pression légèrement positive. Les produits ont été chauffés à deux températures différentes de 1 000 "C et 1 300 OC avec un temps de retenue de chauffage de 500 h.

Après la fin du chauffage, l'état de réaction de chaque échantillon après sa mise en contact avec le carbure de bore a été observé au microscope optique et au microscope électronique à balayage (SEM). Par observation de la surface de chaque échantillon qui a été mis au contact du carbure de bore, dans le cas de l'alumine et du carbure de silicium, aucune couche de réaction pratiquement n'a été observée dans l'échantillon aux deux températures de 1 000 et 1 300 OC, si bien que les résultats étaient bons. D'autre part, dans le cas de l'acier inoxydable, on a observé une réaction nette avec le carbure de bore, si bien que la pastille de carbure de bore a été partiellement associée par fusion à l'acier inoxydable, même à 1 000 "C. Ces résultats sont résumés dans le tableau suivant 9.

Tableau 9
Résultats de l'essai de compatibilité d'un tube céramique
composite à paroi mince et de carbure de bore
Conditions d'essais 1 000 "C-500 h 1 300 OC-500h
Carbure de silicium ** **
Alumine ** **
Acier inoxydable 170-400 400-600 ** . l'épaisseur de la couche de réaction était inférieure
à la limite de détection (1 pin).

D'après le tableau 9 qui précède, on peut facilement comprendre que le tube céramique composite à paroi mince utilisé dans cet exemple est supérieur à celui qui est formé d'acier inoxydable.

Comme décrit précédemment, l'invention concerne une aiguille d'absorption de neutrons qui comprend au moins un absorbeur de neutrons, un tube à paroi mince entourant l'absorbeur de neutrons, et un revêtement placé à une certaine distance du tube à paroi mince, de manière que la différence entre le coefficient de dilatation thermique al de l'absorbeur de neutrons et le coefficient de dilatation thermique a2 du tube à paroi mince ait une valeur absolue
1a2 - ail < 10.10-6 /K
Dans l'aiguille d'absorption de neutrons selon l'invention, les caractéristiques thermiques des éléments respectifs constituant l'aiguille sont réglées de façon convenable et il est donc possible de conserver non seulement une bonne résistance à la chaleur et de bonnes caractéristiques mécaniques, mais aussi une bonne compatibilité entre les éléments constituants à température élevée, de préférence d'environ 850 à 1 500 OC. Ainsi, l'invention concerne une aiguille d'absorption de neutrons ayant une longue durée.

Dans un mode de réalisation mettant en oeuvre une céramique armée de fibre (SiC armé de fibre ou A1203 armé de fibre) comme matériau du tube précité à paroi mince, une aiguille d'absorption de neutrons ayant une plus longue durée de vie et une excellente compatibilité avec l'absorbeur de neutrons (carbure de bore, etc.) peut être obtenue.

Comme une telle aiguille d'absorption de neutrons a une caractéristique de fracture analogue à celle d'un matériau ductile, elle peut facilement absorber le gonflement de la pastille de carbure de bore et elle présente aussi une excellente compatibilité avec l'absorbeur de neutrons.

Ainsi, dans une telle aiguille d'absorption de neutrons, même lorsque la contrainte circonférentielle du tube à paroi mince dépasse la limite de fracture de celui-ci à cause du gonflement de la pastille de carbure de bore, la progression de la fracture peut être évitée par l'effet d'arrachement (ou de traction) de la fibre, si bien que le déplacement des fragments des pastilles d'absorbeur de neutrons est réduit jusqu'à la fin de l'utilisation.

En outre, 1' aiguille d'absorption de neutrons selon l'invention présente une bonne compatibilité entre le blindage et l'absorbeur de neutrons (par rapport à l'acier inoxydable) même à basse température, si bien qu'il est possible d'obtenir une plus longue durée d'utilisation non seulement dans le cas d'une aiguille à liant d'hélium mais aussi dans le cas d'une aiguille à liant de sodium.

Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux aiguilles qui viennent d'être décrites uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (4)

REVENDICATIONS

1. Aiguille d'absorption de neutrons, du type qui comprend au moins un absorbeur (10) de neutrons, un tube (11) à paroi mince entourant l'absorbeur (10) de neutrons et un revêtement (13) placé à une certaine distance du tube à paroi mince, caractérisée en ce que la différence entre le coefficient de dilatation thermique al de l'absorbeur (10) de neutrons et le coefficient de dilatation thermique a2 du tube (11) à paroi mince a une valeur absolue telle que

#&alpha; - &alpha;1# # 10.10-6 /K

2. Aiguille selon la revendication 1, caractérisée en ce que le tube (11) à paroi mince est une céramique armée de fibre.

3. Aiguille selon la revendication 2, caractérisée en ce que la céramique à paroi mince armée de fibre est choisie parmi le carbure de silicium armé de fibre (SiC) et l'alumine armée de fibre (A1203).

4. Aiguille selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'absorbeur (10) de neutrons est le carbure de bore (B4C).