Brevet FR2029724A1 — publié le 19701023

i 2029724 En instrumentation nucléaire, la mesure de la distribution de puissance exige des appareils compacts, sensibles aux neutrons et à fonctionnement aussi linéaire que possible. Des sondes de flux basées sur le principe thermoélectrique ou des chambres d'ionisation miniatures sont uti-5 lisables dans ce cas. On connaît,une telle chambre d'ionisation, qui comporte deux électrodes cylindriques et dans laquelle l'électrode intérieure massive est entourée concentriquement par l'électrode extérieure, à une distance définie (interstice). L'interstice contient un gaz de remplissage. Une électrode, l'électrode intérieure par exemple, est recouverte de matière 10 fissile (uranium). Les neutrons produisent des fissions, dont les produits à haute énergie ionisent le gaz de remplissage. Les charges sont évacuées par les électrodes de la chambre sous tension et indiquées par des méthodes usuelles. Le signal S de la chambre dépend du courant de saturation Ig pour 15 un flux neutronique donné et de la recombinaison des paires d'ions dans l'interstice. Cette recombinaison s'exprime par le facteur f = (signal/courant de saturation). Le courant de saturation est proportionnel à la largeur de l'interstice car, dans le cas d'un grand interstice, les produits de fission peuvent parcourir une plus grande distance dans le gaz et créer ainsi 20 un nombre plus élevé de paires d'ions.La recombinaison dépend de même de la largeur de l'interstice, et notamment aux flux neutroniques élevés. La densité du gaz influence aussi les phénomènes d'ionisation et de recombinaison, de sorte que la sensibilité de la chambre aux neutrons croît linéairement avec cette densité. . 25 On désire réaliser une chambre dont le signal S croît linéairement avec le flux. Les fissions dans la couche d'uranium et l'absorption du rayonnement gamma augmentent toutefois notablement la température de l'électrode interne en fonction du flux, par rapport à la température ambiante de la chambre (du 30 fait du réfrigérant); on obtient par exemple ainsi 286°G contre 386°C pour le flux maximal. Il en résulte une diminution des fissions d'une part et une recombinaison plus intense d'autre part, ces deux phénomènes réduisant la sensibilité. Sous l'influence de l'élévation de température produite par le flux neutronique croissant, la densité du gaz varie en outre car l'échauf-35 fement intense du cylindre interne massif chasse le gaz de la zone de fission active versla zone plus froide, de sorte que la sensibilité diminue encore. Toutes les influences mentionnées agissant dans le même sens, la sensibilité 70 03370 2 2029724 de la chambre connue diminue notablement quand le flux augmente, c'est-à-dire que la chambre présente une forte non~linéarité (5 % par exemple). L'invention a pour objet la réalisation d'une chambre présentant une grande linéarité. Selon une particularité essentielle de l'invention, 5 l'électrode intérieure est un cylindre creux .et des ouvertures de compensation sont prévues entre la partie cylindrique de l'enceinte intérieure et l'enceinte de gaz actif. , D'autres objets et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous et de la figure unique qui re-10 présente un exemple de réalisation en coupe longitudinale. La chambre remplie de gaz comporte une électrode extérieure cylindrique 1 et une électrode intérieure, cylindrique creuse 2, cette dernière étant munie de deux tenons de guidage 3, 4, fixés sur des guides céramiques 5, 6. Le tenon 3 est creux afin d'assurer la compensation gazeuse, tandis 15 que le fil de signal 7 passe dans le tenon 4. L'électrode intérieure est recouverte de matière fissile entre les deux guides céramiques; l'enceinte gazeuse 8 comprise entre les deux électrodes constitue ainsi la zone de fission active. Le guide céramique 5 comporte deux ouvertures 9, 10 assurant .une compensation gazeuse entre les enceintes 8, 13 et 11. Un joint d'étan-20 chéité 12 interdit 1'échappement du,gaz. L'influence de la température sur la linéarité est décrite ci-dessous à l'aide d'un exemple numérique. Soit un cylindre extérieur en Inconel 600, un cylindre intérieur en titane et des guides céramiques en > *-a largeur d'interstice est de 0,2 mm. La température de service est de 286°C par hypothèse, la température 14 -2 -1 25 de l'électrode interne augmentant de 1,2.10 cm s , soit 100°C environ au flux maximal. Le calcul montre que l'interstice de l'enceinte gazeuse 8 s'élargit de 4 yU entre 20 et 286°C (réfrigérant), cet élargissement étant réduit de 2 14 -2 -1 30 variation du flux entre 0 et 1,2.10 cm s réduit ainsi l'interstice de 2 jU = 1 %, c'est-à-dire que les variations de la largeur d'interstice réduisent la linéarité de 1 %. La linéarité diminue en outre de 2 % sous l'influence de la recombinaison des paires d'ions. Ces effets se produisent qualitativement avec une électrode intérieure massive ou creuse bien que de 35 légères différences quantitatives apparaissent, car l'électrode intérieure massive est portée à 150°C environ. La réalisation selon l'invention de l'électrode intérieure 2 en électrode creuse et les ouvertures de compensation 70 03370 3 2029724 vers la zone de fission 8 sont toutefois très importantes quant au troisième effet, à savoir la variation de sensibilité due à la variation de densité gazeuse. Un raisonnement température-volume montre que dans le cas d'une électrode massive, 1'échauffement plus intense dilue le gaz dans 5 l'interstice actif 8, par refoulement vers les zones plus froides; la réduction de sensibilité est d'environ 2,3 % et comme elle agit dans le même sens que la variation par diminution de fission et recombinaison, l'écart est d'environ 5 °L pour la chkmbre connue. Dans la chambre selon l'invention, le gaz est par contre plus 10 chaud dans l'électrode creuse (enceinte 11) que dans la zone de fission (par suite de 1'échauffement plus intense de l'électrode intérieure). Le gaz est donc refoulé de l'enceinte 11 vers les autres zones et dans l'interstice actif; la sensibilité augmente de ce fait, d'environ 3 %. Les deux autres effets de réduction de la sensibilité sont ainsi avantageusement 15 compensés pour l'essentiel; la chambre selon l'invention présente par suite une grande linéarité. Lorsqu'une telle linéarité ne présente pas un intérêt particulier, il est inversement possible d'admettre une recombinaison plus importante, c'est-à-dire des courants plus intenses, une tension de chambre plus faible 20 ou un interstice plus grand .entre les électrodes intérieure et extérieure. 70 03370 4 2029724 REVENDICATIONS 1 - Chambre d'ionisation sensible aux neutrons, à remplissage 5 gazeux et dans laquelle une électrode extérieure cylindrique entoure une électrode intérieure cylindrique à une distance qui détermine l'enceinte de gaz actif, ladite chambre étant caractérisée en ce que l'électrode intérieure est un cylindre creux et des ouvertures de compensation sont prévues entre l'enceinte intérieure cylindrique et l'enceinte de gaz actif. 10 2 - Chambre selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élec trode intérieure est munie à chaque extrémité d'un tenon de guidage, fixé dans un guide céramique dont le diamètre est adapté au diamètre intérieur de l'électrode extérieure, et un tenon de guidage et son guide céramique sont percés pour constituer les ouvertures de compensation. 15 3 - Chambre selon la revendication 2, caractérisée en ce que le second tenon de guidage présente un alésage dans lequel est fixé le fil de signal, et un joint d'étanchéité gazeuse est disposé de f^çon connue derrière le guide céramique correspondant. 4 - Chambre selon une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce 20 que l'électrode extérieure est en Inconel 600 et l'électrode intérieure en titane. 5 - Chambre selon la revendication 4, caractérisée en ce que les guides céramiques sont 6 - Chambre selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que 25 la largeur d'interstice est de 0,2 mm.