Brevet FR2023321A1 — publié le 19700821

L'invention concerne un dispositif pour guider,et notamment dévier, un faisceau de neutrons sub-thermiques avec des surfaces limitescourbées au moins dans un plan, de façon à réfléchir totalement les neutrons (guide de neutrons). On utilise de tels guides de neutrons comme moyens d'expérimentation pour des recherches sur le rayonnement effectuées hors du canal de rayonnement du réacteur Ces guides ont -les utilisations suivantes a) Elimination des bruits de fond. b) Séparation des rayonnements de neutrons sub-thermiques et thermiques avec possibilité de focalisation. e) Amplification de l'intensite d'un faisceau de neutrons lorsque l'angle solide effectif, dans les guides de neutrons à réflection totale1 est supérieur à l'angle solide géométrique du conducteur de neutrons. Grace à des conducteurs de neutrons de longueur importante, il est possible d'amener des neutrons hors du réacteur, vers des postes et des installations d'expérimentation , si possible situés en dehors -des bâtiments du réacteur. Cette façon de procéder offre les avantages suivants Les laboratoires et les postes d'expérimentation ainsi placés en dehors des batiments du réacteur-ne sont plus soumis qu'â de très faibles bruits de fond, enparticulier lo-rsque le guide de neutrons est légèrement coudé et qu'on sépare ainsi les neutrons sortant de façon rectiligne du réacteur, et ainsi lorsqu'on a prévu des écrans qui protègent les laboratoires et les installations d'expérimentation de la diffusion de rayonnements gênants hors des bâtiments du réacteur. De plus on peut augmenter le nombre des expérimentations simultanées,car les guides de neutrons partent en faisceaux du réactéur et peuvent desservir des installations d'expérimentation plus étendues. De plus on peut amener l'extrémité de tels guides de neutrons coudes les zones où les flux de neutrons sont les plus élevés, car les neutrons rapides ne sont pas transférés par ces tubes. Pour des essais de faible énergie, décrits ci-après1il est intéressant d'avoir des guides de neutrons dans les cas indiqués ci-dessous. a) Expérience avec un angle de dispersion faible sur des matières usuelles ou magnétiques. b) Essais de captation de rayons &gamma; et notamment expériences de coïncidence. Sur des réacteurs à flux im portants, ces expériences exigent que l'on porte une attention particulière au bruit de fond. c) Spectroscopie de durée de tir avec des neutrons lents. d) Expérience de transmissions à très faible énergie. On connait un guide de neu trons constitué par un tube de section cylindrique 3, plaqué de cuivre très poli intérieurement. Ce tube a un diamètre dé l'ordre de grandeur de 10 cm, sa longueur est de l'ordre de 20 à 30 mètres, et on y a fait le vide. Un tel guide de neutrons, droit, de forme tubulaire permet,pour des neutrons lents. de recueil lir une intensité de l'ordre de G 4 &gamma;c /# &gamma; c étant l'angle critique de réflection totale sur la paroi tubulaire intérieure du guide de neutrons (par exemple 1,5 x 10-2 pour des neutrons froids ayant des longueurs d'ondes de 10 2) et Q étant l'angle solide efficace, avec Q =## /L2. ( # est le rayon intérieur du guide de neutrons ;L est la longueur du guide rectiligne de neutrons). On connait de plus un guide de neutrons coudé ayant à peu près les mêmes dimensions, et dont le rayon de courbure est de l'ordre de 300 à 500 mètres. Pour des guides de neutrons de longueur plus grande, ce rayon de cou dure peut même être de l'ordre de 2000 mètres. Pour éviter un échauffement et une activation trop importants de la couche ré fléchissante, ce guide n'arrive pas à la zone de flux élevée du réacteur.Comme matière pour le guide de neutrons, on utilise des revêtements de cuivre sur un support en aluminium et un revêtement de nickel sur du fer (Réector Science and Technology, Journal o Nuclear Energyr Part A Qlo P7, 1963, Pages 217 à 225 X Nukleonik, volume 4,1962, Page 23 à 25) On connait de plus un colli mateur multi-canaux pour neutrons, réalisé en feuille de fer magnétisée et polie. Grâce à ce dernier dispositif on peut obtenir une très bonne polarisation des neutrons (Journal of Nuclear Energy,Part A et B, Reactor Science Technology, Vol. 17, 1963, Pages 227 à 231).Il est uniquement nécessaire d-'effectuer une légère modification pour utiliser de tels collimateurs cohme f- 1.tres de neutrons. De plus, il faut que le collimateur soit ré-vzisé en deux-parties, et les parois doivent être en des matières présentant de bonnes propriétés de réflection de neutrons, par exemple des tôles d'acier recouvertes de nickel. Lorsque la partie intérieure est montée basculante de façon que l'angle compris entre les deux parties puisse être réglé au choix, on peut également utiliser le collimateur comme filtre de neutrons. Chaque partie de paquet de tôle présente ainsi une longueur d'environ 100 cm et est constitué d'environ 5 à 6 couches comprenant entre-elles des couches d'air. Cependant, il est mis en doute, dans la littérature, que ce collimateur de réfraction donne une intensité de neutrons froids aussi élevée qu'un filtre à cristaux de quartz ou un guide de neutrons tubulaire coudé à parois réfléchissantes. Les guides de neutrons connus présentent l'inconvénient que lfintensité du flux de neutrons qu'il est possible d'obtenir à la sortie de ces-guides est re- lativement faible. Pour les travaux expérimentaux, il serait en tout cas souhaitable, en dehors des avantages de l'élimination des rayonnements parasites, et du gain de liberté d'implantation, d'avoir également des intensités élevées de flux de neutrons. De plus, le réglage et la stabilisation du rayon de courbure sont longs et difficiles. La présente invention a pour but de créer un guide de neutrons dont le rayon de courbure est faible par rapport à celui des dispositifs connus et reste constant. De plus, la présente invention a pour but de créer un dispositif de guidage de neutrons permettant d'obtenir un flux d'intensité aussi élevé que possible. A cet effet, l'invention concerne un dispositif pour le guidage, et notamment la déviation, des faisceaux de neutrons sub-thermiques, avec des surfaces limites courbées dans au moins un plan, de façon à y réfléchir totalement les neutrons, dispositif dit "microguide de neutrons, caractérisé en ce qu'entre les surfaces-limitesextérieures on a prévu plusieurs couches alternées A et B parallèles, ayant chaque fois une épaisseur régulière, ayant le même centre de courbure que les surfaces limites extérieures et un rayon de courbure de l'ordre de grandeur de quelques dixièmes de matres à quelques mètres, la couche A, d'une épaisseur de l'ordre de quelques microns, étant constituée d'une matière transparente aux neutrons froids, avec un indice de réfraction peu différent de i, et la couche B, d'une épaisseur de l'ordre de quelques dixièmes de microns, etant constituée d'une matière réfléchissant les neutrons froids. L'indice de réfraction pour les neutrons dans les diverses matières se détermine selon b. J. Hughes par la formule Dans cette formule N représente la densité d'atomes de la matière acoh représente lfampli- tude de dispersion cohérente, 3 la longueur d'onde des neutrons. Comme l'indice de réfraction n est inférieur à 1 dans la plupart des substaces, on obtient une réflection totale pour l'angle critique : (2) Comme l'indice de réfraction dépend de la longueur d'onde des neutrons, l'angle critique donné par la formule nO 2 en dépend également. Le microguide de neutrons selon l'invention est particulièrement approprié pour des neu trons froids ayant une longueur d'onde de 6 à 20 2. Suivant un mode de réalisation préférentiel du microguide de neutrons selon l'invention, les couches transparentes aux neutrons froids (couches A) sont en aluminium et les couches réfléchissant les neutrons (couches B) sont en nickel. La couche A présente dans ce cas une épaisseur d'environ alors que la couche B présente une épaisseur d'environ 0,1 Les microguides de neutrons selon l'invention ont un diamètre de base d de l'ordre de l à 20 om et le rayon de courbure est de l'ordre de i à 0,2 mètres. De plus les microguides selon l'invention peuvent être réalisés de façon simple et malgré tout précise. On a trouvé comme particulièrement avantageux les procédés de fabrication suivants a) Vaporisation sous vide -8- sur une matrice positive ou négative, le vide étant de 10 Torr, en utilisant pour la vaporisation des matières ayant une pureté nucléaire. b) Dépôt électrolytique des diverses couches sur une matrice positive ou négative, dans un bain électrolytique. c) Projection cathodique de chaque- couche, sur une matrice positive ou négative, par décharge dans un gaz. On obtient une forte intensité du flux de neutrons, à l'aide d'un dispositif de focalisation à micoguides de neutrons selon l'inventions caractérisé en ce que plusieurs tels microguides présentant une courbure dans un seul plan sont réunis en un corps creux qui a -la forme d'un- tronc de cône polygonal à parois latérales coudées de façon convexe. Un tel dispositif de focalisation peut toutefois présinter également la forme d'une demi-sphère dont la calotte a été coupée Le dispositif de focalisation est constitué d'un canal de rayonnement de section circulaire, et d'une demi-sphère dont la calotte a été coupée (courbure des surfaces limites dans deux plans).On entend dans ce cas par canal de rayonnement aussi bien un canal de rayonnement logé dans la paroi du réacteur de recherches qu'un guide de neutrons connu, tel que décrit dans l'introduction, et ayant une très grande longueur. Dans cas d'un canal de rayonnement de section rectangulaire, le dispositif de focalisation selon l'invention présente la forme d'un tronc de pyramide à surfaces latérales bombées de façon convexe. Dans ce dernier cas les surfaces limite réfléchissant les neutrons ne présentent une courbure que dans un seul plan. Le diamètre de base d du dispositif de focalisation selon l'invention, du type décrit, est de l'ordre de 1 à 20 cm et le rayon de courbure S des couches A et B est compris entre 0,2 et l mètre. Il est avantageux que, lors de la fabrication du dispositif de focalisation, la matrice positive servant de matière de support soit réalisée en un sel, car cette matière peut alors être éliminée facilement après revêtement par les différentes couches. La même remarque est valable pour le procédé de fabrication du dispositif de focalisation par l'intermédiaire d'une matrice négative. La fabrication à l'aide d'une matrice négative présente de plus l'avantage qu'il n'est pas absolument nécessaire d'enlever cette matrice négative. Un mode de réalisation de l'invention est représenté, à titre- d'exemple non limitatif, sur l'unique figure ci- jointe, qui est une coupe longitudinale d'un dispositif de focalisation de section circulaire. Pour les neutrons froids arrivant dans le canal de rayonnement l ayant un diamètre d = 2 cm il existe deux possibilités pour passer dans le dispositif de focalisation 2 selon l'invention et arriver sur la cible 4a a) Les neutrons dans la zone voisine de l'axe passent dans l'espace creux 3 central du dispositif de focalisation 2 sans aucune réflection et arrivent presque perpendiculairement au point de focalisation 4b de la cible 4a b) Les neutrons dans la zone 5 voisine de la paroi effectuent au moins une réflection sur les couches B arrondies, réfléchissant les neutrons, dans le dispositif de focalisation 2 et sont ainsi déviés vers le point de focalisation 4b. Le nombre de réflections ne doit pas être supérieur à 5 ou 6, l'énergie et la longueur d'ondes du rayonnement des neutrons se modifi-3nt avec le nombre de refle tiens et ainsi les cheminements de longueur correspondante dans la couche A conductrice de neutrons ~.e rayon de courbure des couches A et B courbes1 du dispositif de ::ocalisation 2, se dé termi-ae selon le diamètre de hase 4 iii iiit être égal au dia mrtre du canal de rayonnement, '- @@ @@bre de rétbections, selon l'angle critique c pour une réflection totale qui dépend de la longueur d'onde du rayonnement de neutrons et suivant la dimension du point de focalisation 4b sur la cible 4a. Pour le dispositif de focalisation décrit dans l'exemple de réalisation, on a utilisé une couche A conductrice de neutronsu en aluminium d'épaisseur une couche B en nickel réfléchissant les neutrons, d'épaisseur 0,1 et le rayon de courbure S de ces couches A et B était de 10 cm. La longueur d'arc l de la couche extérieure du dispositif de focalisation était de 2 cm et l'angle critique en de grés = r - (loneueur d'onde des neutrons en L'invention ne se limite pas à des dispositifs de focalisation ayant des surfaces limites arrondies dans la direction de passage des neutrons.On peut également prévoir des microguides de neutrons avec un canal de rayonnement de section rectangulaire, cest-à-dire un microguide de neutrons ayant la forme d'un tronc de pyramide à parois latérales planes, -ou avec un canal/de rayonnement de section circulaire et un micro guide de neutrons en forme de tronc de cône avec des surfaces latérales courbées dans un seul plan Suivant le principe d'un miroir à plusieurs couches, on peut dévier vers le point de focalisation les neutrons passant dans les zones limites voisines de la paroi A l'aide des microguides de focalisation de neutrons tels que décrits, on peut obtenir des caractéristiques s'écartant de façon extraordinaire des caractéristiques habituelles des guides de neutrons et notamment des densités de flux de neutrons de l'ordre de 10 n/cm secO et plus. En outre, à l'aide dgun micro guide selon l'invention, il est possible sans aucun autre moyen obtenir un renvoi de 900 du flux de neutrons dans un volume très réduit, ce qui était impossible avec les guides de neutrons connus ayant des rayons de courbure de 300 à 2 000 mètres. Bien entendu l'invention n1est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, pour lesquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10) Dispositif pour le guidage, et notamment la déviation des faisceaux de neutrons subthermiques, avec des surfaces limites courbées dans au moins un plan, de façon à y réfléchir totalement les neutrons, dispositif dit "microguide de neutrons", caractérisé en ce qu'entre les surfaces limites extérieures on a prévu plusieurs couches alternées A et B parallèles, ayant chaque fois une épaisseur régulière, ayant le même centre de courbure que les surfaces limite extérieures et un rayon de courbure de l'ordre de grandeur de quelques dixièmes de mètres à quelques mètres, la couche A, d'une épaisseur de lvordre de quelques microns, étant constituée d'une matière transparente aux neutrons froids, avec un indice de réfraction peu différent de i, et la couche B, d'une épaisseur de l'ordre de quelques dixièmes de microns, étant constituée d'une matière réfléchissant les neutrons froids. 20) Microguide de neutrons selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche A est de l'aluminium, la couche B étant du nickel 30) Microguide de neutrons selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche A a une épaisseur d'environ l - > et la couche B une épaisseur d'en- viron 0,1 40) Microguide de neutrons selon l'une quelconque des revendications de 1 à 3, caractérisé en ce que les diverses couches sont réalisées par évaporation sous vide. 50) Microguide de neutrons selon l'une quelconque des revendications de l à 3, caractérisé en ce que les diverses couches sont réalisées par dépôt électrolytique. 60) Microguide de neutrons selon l'une quelconque des revendications de 1 à 3, caractérisé en ce que les diverses couches sont réalisées par projection cathodique. 70) Dispositif de focalisation comprenant des microguides de neutrons selon l'une quelconque des revendications de 1 à 6, caractérisé en ce que plusieurs de ces microguides courbés dans un seul plan sont réunis sous forme de corps creux ayant la forme d'un tronc de pyramide à parois convexes. 80) Dispositif de focalisation comportant des microguides de neutrons selon l'une quelcon que des revendications de 1 à 6, caractérisé en ce que ces microguides sont réunis en un corps creux qui a la forme d'une hémisphère dont la calotte a été coupée. 90 Dispositif de focalisation selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le diamètre de base du corps- creux est de l'ordre de 1 à 20 cm, et le rayon de courbure des parois du corps creux est de l'ordre de 1 à 0,2 mètres