Brevet FR2034347A1 — publié le 19701211

' 2034347 La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour déterminer l'activité d'isotopes présents dans un gaz lorsque ces isotopes appartiennent à deux ou plusieurs éléments gazeux différents. Elle s'applique plus particulièrement 5 à la mesure cyclique de l'activité des isotopes des produits de fission gazeux contaminant le gaz de couverture dans un réacteur nucléaire à neutrons rapides refroidi par un métal liquide ; il s'agit alors d'émetteurs Y . On sait l'intérêt que présentent actuellement, du 10 point de vue physique, ^le'slïmesurés d'activité des isotopes Xe 133 et Xe 135 présents dans l'argon de couverture d'un réacteur du type mentionné ci-dessus. Il est apparu de plus, qu'une analyse systématique' de la contamination, impliquant l'identification d'un plus grand nombre d-'-émetteurs Y de basse énergie et une 15 exploitation quasi-instantanée des prélèvements, se révélerait extrêmement précieuse. Par spectrométrie Y directe, il n'est guère possible de réaliser que'des analyse différées des' gaz de fission à vie langue (tels que Xe 133 et Xe 135} ; par ailleurs, l'analyse 20 quasi instantanée de la contamination d'argon soulève des difficultés du fait que ce dernier contient également des émetteurs Y parasites tels que Ne 23 et surtout A 41 ; en effet, si l'activité de Ne 23, très forte à l'équilibre, décroît rapidement (période : 39 s), celle.de A 41 masque pratiquement l'activité des pro-25 duits de fission gazeux de basse énergie, à vie relativement courte tels que Kr B5 m et Kr 88 (période de A 41 ; 110 mn, de Kr 85 m : 4,4h, de Kr 88 : 2,8h). Des méthodes proposées antérieurement pour mesurer l'activité d'isotopes émetteurs Y présents dans un mélange de gaz, 30 l'une consiste à combiner une séparation par 'colonne chrqmatogra-phique avec un comptageP en sortie de colonne % une autre à-piéger les gaz en sortie de colonne chromatographique pour en effectuer séparément une spectrométrie Y „ La première de ces méthodes ne permet pas de distinguer les activités de deux isotopes d'un même 35 gaz, la seconde se prête très mal à des mesures cycliques. Pour s'affranchir de ces inconvénients,, l'invention propose un procédé de détermination de l'activité d'isotopes d'éléments différents présents dans un gaz, caractérisé en ce 69 07826 2 2034347 qu'il consiste à prélever un échantillon dudit gaz, à entraîner ledit échantillon par un gaz porteur au travers d'une colonne chromatographique où les éléments gazeux différents sont successivement élues, à mesurer successivement l'activité correspondant 5 a chacun desdits éléments à la sortie de la colonne chromatographique, en distinguant les activités correspondant aux rayons Y d'énergies caractéristiques d'isotopes différents de chacun desdits éléments. 5elon une caractéristique secondaire, ce procédé 10 s'applique à une analyse cyclique de l'activité d'un gaz, et notamment du gaz de couverture d'un réacteur à neutrons rapides. L'intérêt présenté par le procédé conforme à l'invention se révèle clairement : il permet d'obtenir, à intervalles de temps déterminés, plusieurs signaux, chacun d'entre-eux 15 correspondant à l'activité d'un isotope donné. Il permet aisément de suivre dans le temps l'évolution de la concentration des différents isotopes dans le gaz. L'enregistrement des mesures peut donner lieu à une interprétation quantitative, d'autant plus significative que les périodes des isotopes choisis sont différentes 20 (pour Xe 133, Xe 135, Kr B5m et Kr 88, par exemple, les périodes sont respectivement 5 j ; 0,2h ; 4,4h 2,8h)'. Ce procédé peut être utilisé en particulier comme moyen d'approche des principaux paramètres qui caractérisent, dans un réacteur nucléaire du type mentionné ci-dessus, le cheminement 25 des produits de fission gazeux échappés d'une aiguille, tels que : - temps de rétention des gaz de fission dans l'oxyde, - temps de transit dans le sodium, - fraction retenue dans le" sodium. 30 Décelée sans retard appréciable par un tel dis positif, une augmentation brusque d'activité des gaz de fission dans le gaz de couverture peut avertir qu'une fuite d'aiguille s'est produite dans le coeur. L'invention concerne également un dispositif pour 35 l'application du procédé défini ci-dessus ou d'un procédé analogue. Ce dispositif permettant la détermination de l'activité d'isotopes d'éléments différents présents dans'un gaz, se caractérise en ce qu'il comporte des moyens de prélèvement d'un échantillon dudit 69 07826 3 2034347 gaz et de circulation dudit échantillon successivement dans une colonne chromatographique où lesdits éléments gazeux différents sont successivement élues, et une boucle de mesure associée à un détecteur sensible à l'activité desdits éléments gazeux à leur passage dans ladite boucle, et de moyens de comptage des impulsions du détecteur correspondant respectivement aux énergies des différents isotopes, lesdits moyens étant répartis en groupes de comptage différents respectivement affectés auxdits éléments et des moyens pour commander la mise en service de chaque groupe de comptage lors du passage de l'élément correspondant dans la boucle de mesure» D'autres caractéristiques de 11 invention, en même temps que ses principaux avantages, ressortiront: plus clairement à la lecture de la description qui suit. Celle-ci est do-nnée à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent : - la figure 1r un diagramme des circuits d'un dispositif conforme à l'invention, - la figure 2, un diagramme de fonctionnement du programmeur inclus dans ces circuits. Les circuits représentés figure 1 comportent une cellule de détection 1 dans laquelle un détecteur de payons Y à réponse proportionnelle en énergie, constitué par un cristal scintillateur 11 détecte les rayons provenant d'une boucle de mesure 12 où circule le gaz à étudier j cette boucle est montée en aval d'une colonne chromatographique 2t placée dans, un four à température constante 21 . Une électrovanne de mesure 3 est montée en amont de la colonne chromatographique ; elle comporte une capacité échantillon 31 pouvant être mise en série* soit dans on circuit de prélèvement 42 relié à- la source de gaz à atialfser, soit dans un circuit de mesure 41 relié à une source de gaz porteur. Une vanne d'étalonnage 5, identique à'la vanne 3^ est prévue en aval de celle-ci ; sa capacité échantillon 51' peut être mise en série, soit dans le circuit de mesure 41 , soit dans un circuit de prélèvement 43 relié à une source de gaz êtalo-n: d'activité connue. Le cristal 11 du détecteur est relié, dans l'exemple représenté, à deux groupes de comptage présentant chacun deux fenêtres électroniques 61-62, 63-6-4,. par l'intermédiaire 69 07826 4 2034347 d'un photomultiplicateur 7. Les groupes de comptage sont respectivement affectés aux éléments gazeux auxquels appartiennent les isotopes dont l'activité est à mesurer et chaque fenêtre électronique est calée en énergie sur le pic caractéristique d'un isotope 5 déterminé et permet donc le comptage des impulsions correspondant à cet isotope. Enfin, un programmeur B commande d'une part 1'électrovanne 3, d'autre part la mise en service successive des groupes de comptage 61-62, 63-64 en fonction de la vitesse d'élu-10 tipn, dans la colonne chromatographique, des éléments gazeux auxquels ces groupes sont affectés. L'appareil peut comporter également un sélecteur multicanaux 9 qui permet d'enregistrer, pour une analyse fine ultérieure, les spectres des rayons Y émis par les éléments gazeux successivement élués. 15 La figure 2 illustre le fonctionnement établi par le programme B au cours des cycles successifs de prélèvement et d'analyse du gaz. Les temps sont portés en abscisses. Le circuit de prélèvement 42 est balayé en permanence par le.gaz à analyser qui, sous la commande du program-20 meur couplé à 1'électrovanne 3, est prélevé périodiquement dans la capacité échantillon 31 (position de 1'électrovanne représentée figure 1 ; partie hachurée de ligne a, figure 2). A la fin de chaque prélèvement, toujours sous la commande du programmeur, la capacité échantillon 31 est introduite dans le circuit de 25 mesure 41 , et le gaz qu'elle contient est entraîné dans la colonne chromatographique 2 par le gaz porteur qui parcourt en permanence ce circuit de mesure. En sortie de colonne, les éléments gazeux séparés passent successivement, dans un ordre déterminé par leurs vitesses drélution respectives, dans la boucle de 33 mesure entourant le cristal du détecteur Y« La ligne _b de la figure 2 illustre les mises en service successives des groupes de comptage après chaque prélèvement, sous la commande du programmeur et en fonction des vitesses d'élution des éléments gazeux. Dans le cas considéré, les ■activi— 35 tés correspondant à deux éléments gazeux sont relevées ; à ces éléments-gazeux sont affectés les groupes de comptage 61-62 et 63-64, qui sont mis en service entre les instants T1 et T2 et entre T3 et T4, respectivement lorsque ces éléments passent dans 69 07826 5 2034347 la cellule de détection. Chaque groupe de comptage comporte autant de fenêtres électroniques qu'il y a d'isotopes choisis pour être analysés dans l'élément gazeux correspondant. Dans le cas considéré, deux isotopes sont analysés par élément gazeux et les fenêtres correspondantes sont calées en énergie sur" les pics caractéristiques des isotopes auxquels elles sont affectées. Les informations recueillies sous forme d'impulsions peuvent être traduites en signaux analogiques pour en faciliter l'enregistrement. On obtient ainsi au cours de chaque cycle £ des signaux proportionnels à l'activité d'isotopes déterminés présents dans le gaz prélevé. L'appareil est étalonné par prélèvement d''un échantillon de gaz étalon (circuit 43} dans la capacité 51 et entraînement de cet échantillon de gaz dans le circuit de mesure, au moyen de la vanne d'étalonnage 5. On indique ci-après, à titre .d'exemple, les données caractéristiques d'un dispositif réalisé conformément à l'invention : - gaz analysé : argon de couverture d'un réacteur à neutrons rapides, - gaz porteur : argon ; débit du circuit de mesure : 60 cm3/mn, - volume d'échantillonnage : 15 cm3 - débit du circuit de prélèvement : 60 cm3/mn, - colonne chromatographique : tamis moléculaire 5 A, langueur 4m, four à 83°C, - détecteur : cristal Nal, volume de la boucle 17 cm3, - isotopes choisis : Xe 133, Xe 135, Kr 85 m, Kr 88, - calage des fenêtres électroniques : B1 KeV, 250 KeV, 150 KeV, 190 KeV. Il est bien entendu que la description qui précède a été faite uniquement à titre d'exemple et que l'invention en englobe toutes les variantes. 69 07826 6 2034347 REVENDICATIONS 1.- Procédé de détermination de l'activité d'isotopes d'éléments différents présents dans un g-a2, caractérisé en ce qu'il consiste à prélever un échantillon" dudit gaz, à entraîner 5 ledit échantillon par un gaz porteur au travers d'une colonne chromatographique où les éléments gazeux différents sont successivement élués, à mesurer successivement l'activité correspondant à chacun desdits éléments à la sortie de la colonne chromatographique, en distinguant les activités correspondant aux rayons y 10' d'énergies caractéristiques d'isotopes différents de chacun desdits éléments. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est appliqué à une analyse cyclique de l'activité d'un gaz et notamment du gaz de couverture d'un réacteur à neu- 15 trons rapides. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on mesure 1'activité Y des isotopes Xe 133, Xe 135 et Kr 85 m, Kr 88. 4.- Dispositif de détermination de l'activité 20 d'isotopes d'éléments différents présents dans un gaz pour l'application du procédé selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de prélèvement d'un échantillon dudit gaz et de circulation, dudit échantillon, successivement dans une colonne chromatographique où lesdits 25 éléments gazeux différents sont successivement élués, et une boucle de mesure associée à un détecteur sensible à l'activité Y , desdits éléments gazeux à leur passage dans ladite boucle, et de moyens de comptage des impulsions du détecteur correspondant respectivement aux énergies des différents isotopes, lesdits 3 0 moyens étant répartis en groupes de comptage différents respectivement affectés auxdits éléments, et des moyens pour commander la mise en service de chaque groupe de comptage lors du passage de l^lément correspondant dans la boucle de mesure. 69 07826 7 2034347 5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte un_programmeur pour commander périodiquement les .moyens de prélèvement d'un échantillon et la mise en service des groupes de comptage.