LU84158A1 - APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING GRANULOMETRIC DISTRIBUTION AND MASS CONCENTRATION OF AEROSOL PARTICLES OF NUCLEAR FUELS - Google Patents

APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING GRANULOMETRIC DISTRIBUTION AND MASS CONCENTRATION OF AEROSOL PARTICLES OF NUCLEAR FUELS Download PDF

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    • G01T7/00Details of radiation-measuring instruments
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    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Description

La présente invention concerne un appareil de mesure de la répartition granulométrique et de la concentration massique de particules d'aérosols de combustibles nucléaires, ainsi qu'un procédé de mesure utilisant cet appareil.The present invention relates to an apparatus for measuring the particle size distribution and the mass concentration of aerosol particles of nuclear fuels, as well as to a measurement method using this apparatus.

5 On connaît dans la technique antérieure divers types d'appareils de mesure, mais tous présentent certains inconvénients.Various types of measuring apparatus are known in the prior art, but all have certain drawbacks.

a) L'appareil de centrifugation d'aérosol.a) The aerosol centrifuge device.

Dans ce cas, l'aérosol pénètre au centre d'une partie découpée de conduite en spirale dans un rotor tournant à des vitesses 10 pouvant atteindre 3000 tr/rain. Les grosses particules se déposent sur la paroi de la conduite au voisinage de l'entrée, tandis que les particules plus petites se déposent plus loin dans la conduite, là où l'accélération centripète est plus élevée.In this case, the aerosol enters the center of a cut portion of the spiral line in a rotor rotating at speeds 10 of up to 3000 rpm. Large particles are deposited on the wall of the pipe near the entrance, while smaller particles are deposited further in the pipe, where the centripetal acceleration is higher.

De cette manière, les particules sont séparées suivant 15 un spectre correspondant à leurs propriétés aérodynamiques et iner-tielles. (Voir W. Stöber, H. Flachsbart "Size separating précipitation of aérosols in a spinning spiral duct", Env, Sei. Tech 3 (1956) 1280-1296.) Toutefois, avec cet appareil, on ne mesure pas la concentration massique, les particules plus grandes que 5 pm 20 ne peuvent Être séparées, les pertes de particules sont importantes dans l'entrée de l'appareil de centrifugation et dépendent de la taille des particules, et l'utilisateur doit concevoir son propre •j moyen de détermination de la répartition granulométrique des parti- i ; cules à partir du dépôt sur la paroi de la conduite.In this way, the particles are separated along a spectrum corresponding to their aerodynamic and inertial properties. (See W. Stöber, H. Flachsbart "Size separating precipitation of aerosols in a spinning spiral duct", Env, Sci. Tech 3 (1956) 1280-1296.) However, with this device, the mass concentration is not measured, particles larger than 5 µm cannot be separated, particle losses are large in the inlet of the centrifuge and depend on the size of the particles, and the user must design their own means of determination the particle size distribution of the particles; from the deposit on the wall of the pipe.

; 25 b) Le spectromètre inertiel , . Dans ce cas, un courant d'aérosol, entouré par un gaz i porteur, est envoyé dans un coude brusque faisant 90° et est ensuite j aspiré au travers d'un filtre où les particules d'aérosol sont j j retenues. Pendant le passage dans le coude de 90°, les grosses 30 particules glissent, relativement au courant de gaz, plus que les | petites particules, si bien qu'il apparaît sur le filtre une sépa ration de particules qui est fonction de leurs propriétés inertielles.; B) The inertial spectrometer,. In this case, an aerosol stream, surrounded by a carrier gas, is sent into an abrupt 90 ° bend and is then sucked through a filter where the aerosol particles are j retained. During the passage through the 90 ° bend, the large particles slide relative to the gas flow more than the | small particles, so that a separation of particles appears on the filter which is a function of their inertial properties.

I (Voir V. Prodi et al. "An inertial spectrometer for aérosol particles", J. Aerosol Sei. 101 (1979) 411-419.) I 35 Toutefois, avec cet appareil, l'utilisateur doit imaginer .son propre moyen de détermination de la répartition granulométrique des particules à partir du dépôt effectué sur le filtre, la concen- K tration massique n’est pas mesurée, et l'entrée d'aérosol très K mince est susceptible de s'obstruer partiellement, ce qui entraîne I une figure de dépôt d'aérosol déformée.I (See V. Prodi et al. "An inertial spectrometer for aerosol particles", J. Aerosol Sci. 101 (1979) 411-419.) I 35 However, with this apparatus, the user must imagine. His own means of determination of the particle size distribution from the deposit made on the filter, the mass concentration is not measured, and the entry of very thin aerosol K is likely to be partially clogged, which causes I a distorted aerosol deposition figure.

I * c) Le séparateur horizontal par entraînement • 5 Dans ce cas, un courant d'aérosol est aspiré dans une K fente latérale étroite formée dans la partie supérieure d'une con- I duite horizontale d'une hauteur d'environ 5 mm, d'une largeur d'en- ! . viron 50 mm et d'une longueur d'environ 600 mm. Tandis que l’aérosol est transporté le long de la conduite par un courant d'air, des ! - 10 particules d'aérosol se déposent sur la partie inférieure de la I " conduite avec des vitesses qui sont proportionnelles à leurs dia- I mètres aérodynamiques, ce qui permet d'effectuer une séparation I des particules d'aérosol suivant leurs tailles. (Voir VJ. Stöber I "Zur Bestimmung von Teilchengrößenverteilungen mit einem Horizontal- 1 15 Elutriator", Staub 24 (1964) 221-223.) 1 Toutefois, avec cet appareil, la vitesse d'échantilon- nage de l'aérosol est très faible, tout l'appareil doit être isolé 1 thermiquement pour minimiser les courants de convection dans la conduite, l'utilisateur doit imaginer son propre procédé d'obtention 1 20 de la répartition granulométrique de particules à partir du dépôt I ' sur la partie inférieure de la conduite, et la concentration massique K n'est pas mesurée.I * c) The horizontal separator by entrainment • 5 In this case, a stream of aerosol is sucked into a narrow lateral slit K formed in the upper part of a horizontal duct I with a height of about 5 mm , with a width of! . about 50 mm and about 600 mm long. While the aerosol is transported along the pipe by a draft,! - 10 aerosol particles are deposited on the lower part of the I "pipe with speeds which are proportional to their aerodynamic diameters, which makes it possible to separate the aerosol particles according to their sizes. See VJ. Stöber I "Zur Bestimmung von Teilchengrößenverteilungen mit einem Horizontal- 1 15 Elutriator", Staub 24 (1964) 221-223.) 1 However, with this apparatus, the speed of aerosol sampling is very low , the whole apparatus must be thermally insulated to minimize the convection currents in the pipe, the user must imagine his own method of obtaining the particle size distribution from the deposit I ′ on the lower part of the pipe. driving, and the mass concentration K is not measured.

K d) Le compteur optique I Dans ce cas, on concentre un faisceau lumineux intense 1 ”25 sur un courant de particules d'aérosol. Les particules d'aérosol traversant le faisceau focalisé créent des impulsions de lumière I diffusée, qui sont mesurées par un photodétecteur, La dimension de chaque impulsion lumineuse diffusée et l'amplitude de signal du détecteur sont proportionnelles à la taille des particules de § 30 l'aérosol. (Voir K.ï, Whicby, K. vlilleke "Single Pareicle Opticaî » Counters: Principles and Field Use" p. 145-162, "Aerosol Measurement" (1979), University of Florida Press.)K d) The optical counter I In this case, an intense light beam 1 ”25 is focused on a stream of aerosol particles. The aerosol particles passing through the focused beam create pulses of scattered light I, which are measured by a photodetector, The size of each scattered light pulse and the signal amplitude of the detector are proportional to the particle size of § 30 l 'aerosol. (See K.ï, Whicby, K. vlilleke "Single Pareicle Opticaî" Counters: Principles and Field Use "p. 145-162," Aerosol Measurement "(1979), University of Florida Press.)

Toutefois, avec cet appareil, la quantité de lumière qui | est diffusée par des particules de forme irrégulière dépend de f- ' 35 l'orientation des particules, les particules partiellement éclairées augmentent la concentration apparente en petites particules, tandis Λ 3 que l'éclairement coïncidant de particules augmente la concentration apparente en grandes particules, l'appareil étant en outre coûteux.However, with this device, the amount of light that | is diffused by irregularly shaped particles depends on the orientation of the particles, the partially illuminated particles increase the apparent concentration in small particles, while Λ 3 that the coincident illumination of particles increases the apparent concentration in large particles, the apparatus being also expensive.

e) La microbalance de dépSt 5 Dans ce cas, on commence par placer un échantillon de poudre en suspension dans un liquide, puis on laisse déposer sur le plateau immergé d'une microbalance. On peut déduire la répartition granulometrique des particules de la courbe temps-poids cumulé résultante au moyen de la loi de Stokes. (Voir S, Oden, Proc. Roy.e) The depSt 5 microbalance In this case, we start by placing a sample of powder in suspension in a liquid, then it is left to deposit on the immersed tray of a microbalance. The particle size distribution of the particles can be deduced from the resulting cumulative time-weight curve using Stokes' law. (See S, Oden, Proc. Roy.

10 Soc. Edinb. 36 (1915) 219, A.E. Jacobsen, W.F. Sullivan, Ind. Eng.10 Soc. Edinb. 36 (1915) 219, A.E. Jacobsen, W.F. Sullivan, Ind. Eng.

Chem. 19 (1947) 855 et W. Bostock, J.Sei. Instr. 29 (1952) 209.)Chem. 19 (1947) 855 and W. Bostock, J. Sei. Instr. 29 (1952) 209.)

Toutefois, avec cet appareil, il n'est pas facile de mesurer les particules d'une taille inférieure à 5 ,μπι environ, et il faut une concentration massique élevée des particules, si bien 15 que l'appareil est mieux adapté aux mesures des poudres que des aérosols.However, with this apparatus, it is not easy to measure the particles of a size less than about 5 μπι, and a high mass concentration of the particles is required, so that the apparatus is better suited for measuring the powders than aerosols.

Selon l'invention, il est proposé un appareil permettant de mesurer la répartition granulométrique et la concentration massique de particules d'un aérosol de combustible nucléaire comprenant 20 un récipient disposé verticalement et destiné à l'aérosol, un moyen permettant de faire entrer l'aérosol dans le récipient, et un détecteur de particules alpha placé ou pouvant être placé à l'intérieur du récipient et possédant une fenêtre de détection disposée horizontalement et dirigée verticalement, de manière à permettre la détection 25 de l'activité alpha des particules de l'aérosol qui se déposent sur la fenêtre.According to the invention, there is provided an apparatus for measuring the particle size distribution and the mass concentration of particles of a nuclear fuel aerosol comprising a container arranged vertically and intended for the aerosol, a means allowing the entry of the aerosol in the container, and an alpha particle detector placed or capable of being placed inside the container and having a detection window arranged horizontally and directed vertically, so as to allow the detection of the alpha activity of the particles of l aerosol that settle on the window.

L'invention propose également un procédé de mesure de la répartition granulométrique et de la concentration massique des particules d’un aérosol de combustible nucléaire, ce procédé consis-30 tant à faire entrer l'aérosol dans un récipient orienté verticalement destiné à le contenir, à placer un détecteur de particules alpha à l'intérieur du récipient de façon que sa fenêtre de détection soit horizontale et soit dirigée verticalement, à arrêter l'admission de l'aérosol dans le récipient, à détecter l'activité alpha des parti-35 cules de l'aérosol qui se déposent sur la fenêtre de détection, et ; ' h convertir la mesure d'activité alpha en mesures de répartition il 4 granulométrique et, ou bien, de concentration massique de particules.The invention also provides a method for measuring the particle size distribution and the mass concentration of the particles of a nuclear fuel aerosol, this method being so much that the aerosol is entered into a vertically oriented container intended to contain it, placing an alpha particle detector inside the container so that its detection window is horizontal and directed vertically, stopping the admission of aerosol into the container, detecting the alpha activity of the particles aerosol cules which deposit on the detection window, and; 'h convert the measurement of alpha activity into measurements of particle size distribution and, or, of mass concentration of particles.

Dans l'appareil selon l'invention, on laisse un nuage d'aérosol de combustible nucléaire se déposer sur unÆtecteur de particules alpha. Lorsque les particules de l'aérosol se déposent 5 sur le détecteur, l'activité alpha mesurée augmente. L'analyse de la courbe de l'activité alpha en fonction du temps, effectuée d'une manière analogue à celle utilisée avec la microbalance de dépôt, permet de calculer la répartition granulométrique des particules.In the apparatus according to the invention, an aerosol cloud of nuclear fuel is allowed to settle on an alpha particle detector. When the aerosol particles deposit on the detector, the measured alpha activity increases. The analysis of the curve of the alpha activity as a function of time, carried out in a manner analogous to that used with the deposit microbalance, makes it possible to calculate the particle size distribution.

Le fait d'utiliser un détecteur d'activité alpha augmente fortement 10 la sensibilité du procédé par comparaison avec les microbalances de dépôt de la technique antérieure, si bien qu'il est possible d'effectuer des mesures directes sur des nuages d'aérosl de combustible nucléaire contenant des particules d'une taille aussi faible que 1 ^m.The use of an alpha activity detector greatly increases the sensitivity of the method compared to the microbalance deposition of the prior art, so that it is possible to make direct measurements on aerosol clouds of nuclear fuel containing particles as small as 1 ^ m.

15 La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe de l'appareil selon 20 l'invention, prise suivant un plan perpendiculaire à l'axe d'articulation et suivant l'axe du tube, l'appareil étant présenté dans sa position de travail; - la figure la est une vue simplifiée de l'appareil dans sa position de nettoyage; 25 - la figure 2 est un graphe montrant les variations de l'activité alpha avec le temps par suite du dépôt de l'aérosol; - les figures 3A et 3B sont des graphes montrant les répartitions granulométriques de particules d'aérosols de UPuO^,. respectivement en poids cumulé et en poids simple; et 30 - la figure 4 est un graphe montrant les variatiens de production d'aérosol de UPuG^ à partir de pastilles de combus-; tible.The following description, intended to illustrate the invention, aims to give a better understanding of its characteristics and advantages; it is based on the appended drawings, among which: - Figure 1 is a sectional view of the apparatus according to the invention, taken along a plane perpendicular to the axis of articulation and along the axis of the tube , the apparatus being presented in its working position; - Figure la is a simplified view of the device in its cleaning position; FIG. 2 is a graph showing the variations in alpha activity over time as a result of the deposition of the aerosol; - Figures 3A and 3B are graphs showing the particle size distributions of aerosol particles of UPuO ^ ,. respectively in cumulative weight and in simple weight; and FIG. 4 is a graph showing the variatians for the production of aerosol of UPuG 4 from fuel pellets; tible.

On voit sur la figure 1 que l'appareil comprend un tube j circulaire 1, d'une hauteur d'environ 400 mm et d'un diamètre d'en- ; 35 viron 60 mm, au travers duquel l'aérosol 2 est aspiré par une pompe \ (non représentée) raccordée à une sortie 3. Un détecteur d'activité alpha 4, du type disponible dans le commerce, est monté au centre 5 du courant d'aérosol sur un bras 5, raccordé au tube 1 par une charnière d'articulation 6. Le détecteur 4 est maintenu dans un boîtier 4£ • résistant au rayonnement alpha et il est du type à "barrière de , surface". Le boîtier Aa possède une barrière de surface 4b, formant 5 une fenêtre de détection, laquelle barrière est disposée de manière I à s'étendre horizontalement et à être dirigée verticalement lorsque | le détecteur est dans sa position de travail, de sorte que les parti cules de l'aérosol peuvent se déposer sur la fenêtre et que leur activité alpha peut être mesurée. Le bras 5 possède un contrepoids 7 10 assurant que le détecteur 4 est normalement maintenu sa face vers le haut du tube 1. En soulevant le contrepoids 7, comme cela est représenté sur la figure la, on peut commodément abaisser le détecteur 4 pour effectuer un nettoyage au moyen d'un jet (non représenté) de gaz comprimé. Le détecteur 4 est relié par un câble coaxial 8 à un 15 équipement classique de comptage de particules alpha (non représenté).We see in Figure 1 that the device comprises a circular tube 1, a height of about 400 mm and a diameter of-; 35 about 60 mm, through which the aerosol 2 is sucked by a pump \ (not shown) connected to an outlet 3. An alpha 4 activity detector, of the type available on the market, is mounted at the center 5 of the current aerosol on an arm 5, connected to the tube 1 by an articulation hinge 6. The detector 4 is kept in a housing 4 £ • resistant to alpha radiation and it is of the "surface barrier" type. The housing Aa has a surface barrier 4b, forming a detection window, which barrier is arranged so as to extend horizontally and to be directed vertically when | the detector is in its working position, so that the particles of the aerosol can settle on the window and their alpha activity can be measured. The arm 5 has a counterweight 7 10 ensuring that the detector 4 is normally held its face upwards of the tube 1. By lifting the counterweight 7, as shown in FIG. La, one can conveniently lower the detector 4 to perform a cleaning by means of a jet (compressed gas). The detector 4 is connected by a coaxial cable 8 to conventional equipment for counting alpha particles (not shown).

Le procédé de mesure utilisant l'appareil de l'invention est le suivant.The measurement method using the apparatus of the invention is as follows.

On met en marche la pompe d'échantillonnage (non repré-| sentée) et on fait aspirer l'aérosol dans le tube 1 pendant environ ! 20 2 minutes avec un débit d'environ 10 litres par minute. On arrête I alors la pompe et l'aérosol commence à se déposer dans le tube par I gravité. Le comptage alpha commence peu avant l'arrêt de la pompe, j et l’activité alpha est enregistrée sur de brefs intervalles de ! b temps successifs (typiquement de 1 à 10 s) jusqu'à ce qu'un niveau j 25 constant d'activité alpha ait été enregistré (typiquement de 15 à | , 20 min). Le fait d'enregistrer l'activité alpha de cette manière i permet d'obtenir efficacement la dérivée de la courbe de l'activité cumulée en fonction du temps. La dérivée de la courbe de l'activité cumulée en fonction du temps est équivalente à un tracé du poids [ 30 cumulé en fonction du temps, et les données peuvent être évaluées au moyen des techniques mises au peint pour la balance de dépêt, i par exemple le procédé d'Oden des interceptions tangentielles.The sampling pump (not shown) is started and the aerosol is aspirated in the tube 1 for approximately! 20 2 minutes with a flow rate of approximately 10 liters per minute. We stop I then the pump and the aerosol begins to deposit in the tube by gravity. The alpha count begins shortly before the pump stops, j and the alpha activity is recorded in short intervals of! b successive times (typically 1 to 10 s) until a constant level of alpha activity has been recorded (typically 15 to 20 min). Recording alpha activity in this way i makes it possible to efficiently obtain the derivative of the curve of cumulative activity as a function of time. The derivative of the cumulative activity curve as a function of time is equivalent to a plot of the cumulative weight [30 as a function of time, and the data can be evaluated using the techniques painted for the deposit scale, i by example the Oden process of tangential interceptions.

i L'activité finale mesurée sur le détecteur est proportionnelle à la masse des particules se trouvant sur le détecteur, si bien que 35 la concentration massique des particules de l'aérosol peut également | être calculée si l'on connaît la composition isotopique de l'aérosol ! et le rendement du détecteur.i The final activity measured on the detector is proportional to the mass of the particles on the detector, so that the mass concentration of the aerosol particles can also | be calculated if we know the isotopic composition of the aerosol! and detector performance.

! ' 6 i j! '6 i d

Des avantages de l'appareil et du procédé décrits sont i que les résultats peuvent être obtenus rapidement, en particulier si l'on fait appel à un calculateur pour traiter les données, la répartition de poids des particules de l'aérosol peut être obtenue 5 directement à la fois en fonction du diamètre de Stokes et du diamètre aérodynamique des particules, la concentration massique peut également être obtenue pour des matières de composition isotopique connue, tandis que l'appareil est simple, relativement peu coûteux, robuste et facile à utiliser dans les conditions de mani-10 pulation à distance qui sont nécessaires pour les combustibles nucléaires, par exemple au cours de leur fabrication, de leur utilisation et de leur retraitement.Advantages of the described apparatus and method are that the results can be obtained quickly, in particular if a computer is used to process the data, the weight distribution of the aerosol particles can be obtained. directly both as a function of the Stokes diameter and of the aerodynamic diameter of the particles, the mass concentration can also be obtained for materials of known isotopic composition, while the apparatus is simple, relatively inexpensive, robust and easy to use in the remote handling conditions which are necessary for nuclear fuels, for example during their manufacture, use and reprocessing.

ExempleExample

Au moyen de l'appareil décrit, on effectue un essai i 15 dans lequel l'aérosol de combustible nucléaire est produit par mise en vibration d'un creuset d'aluminium perforé contenant des pastilles de combustible de UPUO2 dans un courant gazeux en amont de l'appareil. On met en marche le générateur d'aérosol et on aspire le gaz vers le haut au moyen de la pompe à 19 mm/s de façon à trans-I 20 porter un courant de particules d'aérosol devant le détecteur.By means of the apparatus described, a test i is carried out in which the aerosol of nuclear fuel is produced by vibrating a perforated aluminum crucible containing fuel pellets of UPUO2 in a gas stream upstream of the device. The aerosol generator is started and the gas is sucked up by means of the pump at 19 mm / s so as to carry a stream of aerosol particles in front of the detector.

Lorsqu'un courant stationnaire est créé (3 minutes), on arrête le générateur et le courant gazeux et on fait commencer le comptage alpha. Puisque les particules d'aérosol se trouvant dans le tube au-dessus du détecteur se déposent, l'activité alpha enregistrée I 25 par le détecteur augmente en fonction du temps, ainsi que cela est I présenté sur la figure 2.When a stationary current is created (3 minutes), the generator and the gas current are stopped and alpha counting is started. Since the aerosol particles in the tube above the detector are deposited, the alpha activity recorded by the detector increases as a function of time, as shown in Figure 2.

Pour autant qu'il n'y ait pas d'auto-absorption notable ! des particules alpha à l'intérieur du dépôt d'aérosol se trouvant sur le détecteur, on peut supposer que l'activité alpha enregistrée i 30 est proportionnelle è ls masse du dépôt. La courbe de la figure 2 donnant l'activité en fonction du temps est donc équivalente à une courbe donnant le poids cumulé en fonction du temps, et l'on I peut appliquer les traitements mathématiques connus mis au point ; pour les balances de dépût.As long as there is no notable self-absorption! alpha particles inside the aerosol deposit on the detector, it can be assumed that the alpha activity recorded i 30 is proportional to the mass of the deposit. The curve of FIG. 2 giving the activity as a function of time is therefore equivalent to a curve giving the cumulative weight as a function of time, and one can apply the known mathematical treatments developed; for overhead scales.

i 35 Les courbes de l'activité mesurée en fonction du temps ^ont traitées à l'aide du procédé d'Oden des intersections tangen-tielles, à savoir : 7 i ii 35 The curves of the activity measured as a function of time ^ have treated tangential intersections using the Oden method, viz: 7 i i

(D(D

100 F(D)dD = 100 - interception tangentielle (1) où F(D)dD est égal à la fraction massique de particules ayant un i ! diamètre compris entre D et D+dD et où l'interception tangentielle ! j désigne l'interception de la tangente de la courbe activité-temps | 5 avec l'axe y;, exprimée sous forme d'un pourcentage de l'activité [ . finale.100 F (D) dD = 100 - tangential interception (1) where F (D) dD is equal to the mass fraction of particles having an i! diameter between D and D + dD and where the tangential interception! j denotes the interception of the tangent of the activity-time curve | 5 with the y axis ;, expressed as a percentage of the activity [. final.

j On obtient la correspondance entre l'instant du dépôt et le diamètre de la particule par application de la force de frottement (loi de Stokes) à la force de pesanteur s'exerçant sur les 10 particules, à savoir : I b - [φφ (2) si i gt !j We obtain the correspondence between the instant of the deposit and the diameter of the particle by applying the friction force (Stokes law) to the gravitational force exerted on the 10 particles, namely: I b - [φφ (2) if i gt!

i OUi OR

i | j D est le diamètre de Stokes de la particule, î j η est la viscosité du gaz d'aérosol, i \ 15 g est la constante de l'accélération de la pesanteur, t est la densité de la matière des particules de l'aérosol, t est l'instant du dépôt, h est la distance de dépôt.i | j D is the Stokes diameter of the particle, î j η is the viscosity of the aerosol gas, i \ 15 g is the constant of the acceleration of gravity, t is the density of the material of the particles of the aerosol, t is the deposit time, h is the deposit distance.

j jDj jD

En traçant \ F(D)dD en fonction de D, on obtient la f ^ | 20 répartition pondérale cumulée qui est présentée sur la figure 3A, ? Λ ! à partir de laquelle on peut déduire une courbe de répartition pon- ! dérale simple, si cela est nécessaire, comme cela est montré sur ; la figure 3B. On obtient simplement la répartition pondérale en | fonction du diamètre aérodynamique en multipliant le diamètre de ! 25 Stokes, soit D, par \f\ . On peut obtenir les interceptions tan- gentielles des courbes activité-temps avec le maximum de précision lorsque la courbure des tracés est maximale. La courbure maximale correspond à la gamme de diamètres de particules pour laquelle la fraction massique est la plus élevée, c'est-à-dire au pic de la 30 courbe de répartition pondérale simple et, par conséquent, à la partie la plus intéressante de la répartition granulométrique. Au contraire, la fraction massique correspondant aux extrémités supé-0 rieure et inférieure de la répartition granulométrique est faible / I^^^R si bien que la précision de la répartition pondérale est plus faibli ^^B qu'au niveau du pic.By plotting \ F (D) dD as a function of D, we obtain the f ^ | 20 cumulative weight distribution which is shown in Figure 3A,? Λ! from which we can deduce a distribution curve pon-! simple mismatch, if necessary, as shown on; Figure 3B. We simply obtain the weight distribution in | function of the aerodynamic diameter by multiplying the diameter of! 25 Stokes, that is D, by \ f \. Tangible interceptions of activity-time curves can be obtained with maximum precision when the curvature of the plots is maximum. The maximum curvature corresponds to the range of particle diameters for which the mass fraction is the highest, i.e. at the peak of the simple weight distribution curve and, therefore, to the most interesting part of the particle size distribution. On the contrary, the mass fraction corresponding to the upper and lower ends of the particle size distribution is low / I ^^^ R so that the precision of the weight distribution is weaker ^^ B than at the peak.

Du fait que l'activité alpha enregistrée est proportion nelle à la masse des particules d'aérosol déposées, il est possible ^^B 5 de calculer la concentration massique des particules de l’aérosol ^^^R dans la mesure où l’on connaît la composition isotopique de la ^H matière de l'aérosol et le rendement du détecteur.Since the alpha activity recorded is proportional to the mass of the aerosol particles deposited, it is possible ^^ B 5 to calculate the mass concentration of the aerosol particles ^^^ R as far as knows the isotopic composition of the aerosol material and the efficiency of the detector.

On a effectué des expériences de dépôt au moyen d’aéro-sols produits par mise en vibration de pastilles de UPuO^ frittées 10 sous diverses amplitudes. La courbe typique donnant l'activité alph ^^^R en fonction du temps, qui est présentée sur la figure 2, est la moyenne de quatre expériences successives effectuées dans des condi tions identiques. Il apparaît que la reproductibilité des données ^^B est satisfaisante. Â l’aide du procédé d’Oden des interceptions ^^^R 15 tangentielles, on trouve que le diamètre des particules de masses ^^^R moyennes, soit d' ,augmente légèrement avec l'accroissement de l'am plitude de vibration entre 2,3 et 2,5 jim sur la gamme étudiée. L'am ^H plitude de vibration la plus faible (courbe a des figures 3A et 3B) conduit à des aérosols ayant une répartition granulométrique de ^^B 20 particules qui est approximativement du type log-normal (y= 1,4 pm ^^^R Toutefois, lorsque l'amplitude de vibration augmente, la proportion ^^B de grosses particules s'accroît, si bien que les répartitions devie' nent franchement biaises au lieu d'être du type log-normal (courbes ^^B et c des figures 3A et 3B).Deposition experiments were carried out using aerosols produced by vibrating UPuO ^ sintered pellets 10 at various amplitudes. The typical curve giving the activity alph ^^^ R as a function of time, which is presented in FIG. 2, is the average of four successive experiments carried out under identical conditions. It appears that the reproducibility of the data ^^ B is satisfactory. Using the Oden method of tangential interceptions ^^^ R 15, we find that the diameter of particles of average masses ^^^ R, that is, increases slightly with increasing vibration amplitude between 2.3 and 2.5 jim over the range studied. The lowest vibration amplitude (curve a in FIGS. 3A and 3B) leads to aerosols having a particle size distribution of ^^ B 20 particles which is approximately of the log-normal type (y = 1.4 pm ^ ^^ R However, when the amplitude of vibration increases, the proportion ^^ B of large particles increases, so that the distributions become frankly biased instead of being of the log-normal type (curves ^^ B and c of Figures 3A and 3B).

^R^R 25 Amplitude des d' Concentration ^^^B viorations â massique re- 1^· 50 hz (mm) (pra) lative^ R ^ R 25 Amplitude of Concentration ^^^ B viorations à mass re- 1 ^ · 50 hz (mm) (pra) lative

HBHB

H b 1,8 2,35 2,15 HH 30 2,9 2,50 2,56 ^H Comme on peut le voir sur la figure 4, la quantité ^^^R d'aérosol produite, telle qu'elle est mesurée par l'activité alpha 1^· finale sur le compteur, apparaît augmenter avec l'amplitude de vibration dès qu'un seuil correspondant à une accélération maximale ^^B 35 ‘de 5g a été dépassé.H b 1.8 2.35 2.15 HH 30 2.9 2.50 2.56 ^ H As can be seen in Figure 4, the quantity ^^^ R of aerosol produced, as it is measured by the alpha 1 ^ · final activity on the counter, appears to increase with the amplitude of vibration as soon as a threshold corresponding to maximum acceleration ^^ B 35 'of 5g has been exceeded.

99

Dans la description, le mot "aérosol" a été utilisé. Toutefois, il ne faut pas comprendre que l'invention se limite à l'utilisation d'un système de particules "colloïdales". Toute dispersion de particules dans un fluide porteur peut être utilisé, 5 le fluide préféré étant un gaz, plutôt qu'un liquide.In the description, the word "aerosol" was used. However, it should not be understood that the invention is limited to the use of a system of "colloidal" particles. Any dispersion of particles in a carrier fluid can be used, the preferred fluid being a gas, rather than a liquid.

Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir de l'appareil et du procédé dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du 10 cadre de l'invention.Of course, those skilled in the art will be able to imagine, from the apparatus and the method, the description of which has just been given by way of illustration only and in no way limitative, various variants and modifications not departing from the 10 scope of the invention.

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Claims (7)

1. Appareil de mesure de la répartition granulométrique et de la concentration massique de particules d'un aérosol de combustible nucléaire, caractérisé en ce qu'il comprend un récipient orienté verticalement (1) destiné à l'aérosol (2), un moyen (3) 5 servant à faire entrer l'aérosol dans le récipient, et un détecteur (4) de particules alpha placé ou pouvant Être placé â l'intérieur du récipient et possédant une fenêtre de détection (4b) disposée horizontalement et dirigée verticalement, de façon à permettre la détection de l'activité alpha des particules de l'aérosol qui 10 se déposent sur la fenêtre.1. Apparatus for measuring the particle size distribution and the mass concentration of particles of a nuclear fuel aerosol, characterized in that it comprises a vertically oriented container (1) intended for the aerosol (2), a means ( 3) 5 for entering the aerosol into the container, and an alpha particle detector (4) placed or capable of being placed inside the container and having a detection window (4b) arranged horizontally and directed vertically, so as to allow the detection of the alpha activity of the aerosol particles which deposit on the window. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce Ique le récipient a la forme d'un tube (1) dont l’axe est vertical, et en ce que le moyen permettant d'introduire l'aérosol dans le récipient est une pompe d'aspiration raccordée à l'extrémité supé-15 rieure (3) du tube.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the container has the form of a tube (1) whose axis is vertical, and in that the means for introducing the aerosol into the container is a pump of suction connected to the upper end (15) of the tube. 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour le nettoyage de la fenêtre de détection du détecteur entre les mesures.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that means are provided for cleaning the detection window of the detector between measurements. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce 2. que le détecteur est mobile à l'intérieur du récipient entre une I position de mesure et une position de nettoyage. $4. Apparatus according to claim 3, characterized in 2. that the detector is movable inside the container between a measurement position and a cleaning position. $ 15. Appareil selon la revendication 3 ou 4, caractérisé • en ce que le moyen de nettoyage consiste en un jet de gaz,15. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized • in that the cleaning means consists of a gas jet, 6. Procédé de mesure de la répartition granulomëtrique 25 et de la concentration massique de particules d'un aérosol de combustible nucléaire, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à faire entrer l'aérosol dans un récipient orienté verti-r, calement destiné à le contenir, à placer un détecteur de particules .¾ alpha à l'intérieur du récipient de façon que sa fenêtre de détec- $ 130 tion soit horizontale et dirigée verticalement, à arrêter l'admission d'aérosol dans le récipient, è mesurer l'activité alpha des particules de l'aérosol se déposant sur la fenêtre de détection, et à convertir les mesures d'activité alpha en mesures de répartition granulométrique et, ou bien, de concentration massique des 35 ‘particules. ' η F i, 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que I l'opération de mesure de l'activité alpha commence avant l'arrêt de l'introduction de l'aérosol.6. A method of measuring the particle size distribution and of the mass concentration of particles of a nuclear fuel aerosol, the method being characterized in that it consists in bringing the aerosol into a vertically oriented container. intended to contain it, to place a particle detector .¾ alpha inside the container so that its detection window $ 130 tion is horizontal and directed vertically, to stop the admission of aerosol in the container, è measuring the alpha activity of the aerosol particles depositing on the detection window, and converting the alpha activity measurements into particle size distribution and, or alternatively, mass concentration measurements of the 35 'particles. 'η F i, 7. Method according to claim 6, characterized in that I the operation for measuring the alpha activity begins before the introduction of the aerosol is stopped. 8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en 5 ce que l'on enregistre l'activité alpha des particules se déposant sur des intervalles relativement brefs successifs jusqu'à ce qu'un niveau d'activité alpha constant ait été enregistré, de façon à " obtenir la dérivée de la courbe donnant l'activité alpha cumulée ! I en fonction du temps. i I 10 9. Procédé selon la revendication 6, 7 ou 8, caractérisé en ce que l'on répète le processus plusieurs fois de manière à obtenir une mesure moyenne, la fenêtre de détection du détecteur ! étant nettoyée au moyen d'un jet de gaz entre les mesures. jf s» j j l i! I fiyy%i I ' 1" / · I H· i yxs fi8. Method according to claim 6 or 7, characterized in that the alpha activity of the particles depositing is recorded over successive relatively short intervals until a constant level of alpha activity has been recorded, so as to "obtain the derivative of the curve giving the cumulative alpha activity! I as a function of time. i I 10 9. Method according to claim 6, 7 or 8, characterized in that the process is repeated several times so as to obtain an average measurement, the detection window of the detector! being cleaned by means of a gas jet between the measurements. jf s »jjli! I fiyy% i I '1" / · IH · i yxs fi
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