Brevet FR2064279A1 — publié le 19710723

ha présente invention a trait à on détecteur de rayonnements et plus précisément à un multidéteeteur combiné de rayonnements différents utilisable comme détecteur de coeur de réacteur pour permettre de piloter les niveaux de rayonnements neutroniques 5 et gamma au sein d'un réacteur nucléaire» ^'industrie de l'énergie nucléaire exige des systèmes de détection neutronique susceptibles d'être installés dans le coeur de chaque réacteur au moment où ce coeur est assemblé et devant fonctionner durant toute la vie de ce coeur. Ceci exige que le 10 système de détection soit capable de fonctionner dans des flux de 21 / 2 neutrons de l'ordre de 10 n/cm . Les détecteurs de neutrons actuellement connus sont des types à chambre d'ionisation, à compteurs de fissions, et à autoalimentation» les uns & réponse rapide et les autre £ réponse 15 lente. ^es détecteurs des types à chambres d'ionisation et de fission tombent hors de service au bout du tiers ou même moins de la durée de vie nécessaire. L'expérience présentement acquise révèle plusieurs modes de défaillance. La plupart des défaillances 20 des chambres d'ionisation dues aux dégradations provoquées par les rayonnements environnants peuvent être attribuées soit à des défaillances de cibles sous les tensions de fonctionnement O50-200 volts) normalement utilisées, soit à des défaillances d'étan-chéité entraînant fuite ou pollution du gaz de remplissage des 25 chambres. Les détecteurs auto-alimentés à réponse lente en plus du fait qu'ils sont également susceptibles d'être endommagés par les rayonnements environnants sont inacceptables du fait à la fois de leur réponse lente et de leur médiocre sensibilité. 30 Les détecteurs auto-alimentés à réponse rapide nTont pas eu de succès en raison de leur sensibilité aux signaux électriques parasites qui rendent leurs signaux de sortie erratiques. La présente invention a pour objet de fournir- un nouveau type de détecteur de neutrons ou rayons gamma, à chambre d'ionisa-35 tion ou chambre à impulsions de fission, sous tension continue. L'invention a également pour objet un multidéteeteur combiné de rayonnements multiples, pouvant être de la longueur requise 70 35130 2 2064279 pour couvrir un eoeur de réacteur nucléaire ou autre région observée» lie multl-détecteur de l'invention comporte une enveloppe tubulaire dans laquelle sont assemblées plusieurs chambres 5 à ionisation élémentaires, l'enveloppe tubulaire jouant le rôle de cathode commune à toutes lesdites chambres à ionisation. Les anodes des chambres sont des éléments tubulaires de plus petit diamètre que celui de l'enveloppe tubulaire et sont disposées en ligne bout à bout, coaxialeaent & ladite enveloppe. Une tige céra-10 mique tubulaire constitue le support des anodes et apporte l'iso* lement électrique nécessaire entre câbles connectés aux différentes anodes. L'enveloppe cathodique est remplie d'un* gaz de remplissage commun'. Comme dans ces conditions toutes les chambres sont 15 logées dans la même enveloppe remplie de gaz et ont la même structure mécanique, elles présentent des caractéristiques électriques sensiblement identiques et peuvent être mises en oeuvre sous la même tension de service. ^'utilisation de poténtiela anodiques identiques réduit 20 au minimum les différences de potentiel entre câbles anodiques et les structures anodiques les entourant, ce qui a pour effet de réduire les risques de défaillance du détecteur k la suite de détériorations de câbles• Le cas échéant, un canal tubulaire intérieur aux éléments 25 anodiques alignés permet l'insertion d'un détecteur miniaturisé d'étalonnage ou d,une source de rayonnement pour permettre l'étalonnage de chaque détecteur individuellement. D'un autre côté l'utilisation de détecteurs séparés au sein d'une même enveloppe permet de donner à l'ensemble une sou-30 plesse mécanique notable^par conséquent d'insérer le détecteur dans des canaux incurvés. ^invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'exeaçles de réalisation, se référant aux dessin» annexés, dans lesquels : 35 - la figure 1 est une vue en coupe d'un détecteur sui vant une permière forme de réalisation ; - la figure 2 est une vue en coupe prise suivant la ligne 70 35130 3 2064279 II-II de la figure 1 j et - la figure 3 est une rue en coupe analogue à celle de la figure 1, mais partielle et relative à une seconde forme de réalisation. 5 Tel qu'il est représenté aux figures 1 et 2, un multi déteeteur de rayonnements 10 à enveloppe unique est d'un type couramment désigné comme à chambres d'ionisation. Le détecteur 10 est essentiellement constitué par une SLectrode cathodique tubulaire commune 12 qui forme l'enveloppe du détecteur et par une plu-10 ralité d'électrôdes anodiques élémentaires 11}., définissant chacune une chambre d'ionisation indépendante pour détection d'un rsyonne-aent particulier. Un milieu ionisable est établi à l'intérieur de l'enveloppe formée par la cathode 12. Ce milieu est normalement constitué par du gas 16 remplissant l'espace offert; Une source 15 de tension convenable (non représentée) applique une différence de potentiel élevée entre la cathode 12 et les anodes Quand le détecteur 10 est exposé à des rayonnements nucléaires 18, le gaz 16 est ionisé et chaque ion est attiré par l'électrode de polarité opposée. Chaque flux de courant résultant tel qu'il est 20 mesuré par un circuit électronique (non représenté) est proportionnel à l'intensité du rayonnement correspondant. L'électrode cathodique 12 est un élément tubulaire dont les extrémités sont fermées et les électrodes anodiques élémentaires 1î{. sont représentées comme étant également des éléments 25 tubulaires mais de diamètre plus petit que celui de l'élément cathodique 12. Comme matériaux normalement utilisables pour constituer ces électrodes on peut citer l'acier inoxydable, l'alliage dit "inconel", etc. Les éléments anodiques sont disposés en ligne bout à bout, écartéai'un de l'autre, coaxialement à l'élément ca-30 thodique 12. L'emploi d'un tube céramique continu 28 permet pour former les éléments modiques llj. des chambres d'ionisation de ne pas avoir des éléments métalliques tubulaires séparés. Les anodes U4. peuvent être plaquées au déposées sous vide en forme 35 de revêtements minces directement appliqués sur la surface extérieure du tube céramique 28« Les câbles électriques 26 respectivement associés aux 70 35130 k 2064279 différents éléments anodiques et jouant le rôle de connexions électriques de ces anodes sont amenés à traverser des ouvertures percées dans le tube céramique 28 de manière telle que chaque cible soit isolé vis à vis des autres câbles ainsi que vis à vis des 5 autres éléments anodiques. L'écartement existant entre les anodes donne l'isolement électrique voulu entre anodes ainsi que la possibilité de loger des cloisons céramiques isolantes 20, convenablement positionnées. Les cloisons céramiques isolantes 20, conçues pour que les chemins de fuite soient les plus longs possi-10 ble compte tenu de la résistance mécanique nécessaire, maintiennent la position des éléments anodiques 1ij. vis à vis de la cathode 12. Des passages 22 sont percés dans chaque cloison céramique isolante 20 pour permettre la libre circulation du gaz de remplissage 16 qui est fourni à. l'enceinte par la conduite d'amenée 2î(.. 15 Les câbles électriques anodiques 26 sortent du détecteur 10 par un bouchon étanche d'interconnexion 28 qui est disposé en dehors du champ principal des rayonnements. La connexion du eâble cathodique 30 est réalisée sur la surface extérieure de l'élément cathodique tubulaire 12. Les câbles anodiques 26 et le eâble 20 cathodique 30 vont d'autre part connectés à un circuit de mesure et de compensation 31• Qhaque élément anodique forme avec l'élément cathodique 12 un détecteur indépendant à chambre d'ionisation séparée, détecteur dont la réponse électrique traduit l'intensité d'une 25 certaine portion de spectre des rayonnements nucléaires 18. Le nombre, le type et l'arrangement des détecteurs de rayonnements fixés à l'intérieur de l'enveloppe cathodique 12, peut âtre différent d'un détecteur à l'autre pour s'adapter aux applications voulues. 30 Les détecteurs utilisables comprennent ceux sensibles aux neutrons rapides, aux sensibles, aux neutrons lents, et ceux sensibles aux rayons gamma. Dans le cas où un élément anodique sensible aux neutrons est disposé à côté d'un élément sensible aux rayons gamma, on 35 peut réaliser électriquement une compensation de sensibilité aux rayons gamma sur l'élément anodique sensible aux neutrons, dani^Le circuit de mesure et de compensation 31» au moyen d'une comparai 70 35130 2064279 son des sorties électriques des deux chambres adjacentes d'ionisation. D'un autre côté la disposition coaxiale bout à bout des éléments anodiques % des détecteurs, à l'intérieur de l'élément 5 cathodique 12, permet de fabriquer une sonde déteetrice relativement souple, à laquelle on peut donner toute forme lui permettant d'âtre insérée dans des canaux ou passages incurvés. Les composants céramiques du multidéteeteur permettent de lui donner un tbj~ on de courbure compris entre 1,5 et 3 m* 10 L'uniformité ae i>environnement gazeux commun dans le quel fonctionnent les détecteurs élémentaires de rayonnements» combinée avec celle de structure mécanique des différents éléments anodiques, permettent d'utiliser un potentiel unique d'excitation des différents détecteurs. Une longue durée de vie de fonctionnels ment des différents détecteurs élémentaires est grandement facilitée par le fait que les câbles électriques anodiques 26 sont isolés du champ électrique sous forte tension entre la cathode 12 et les anodes 1I|.. Comme on l'a déjà indiqué la mise hors service d'an câble, résultant de la rupture de l'isolement de ce câble» 20 représente un facteur d'importance dans la défaillance du détec-tenr. Dans la mesure où la différence de potentiel existant entre les signaux transmis par les câbles 26 et le potentiel des différents éléments anodiques ilf. est négligeable, une source importante de défaillance du détecteur, la mise hors service de eâbles 25 est pratiquement éliminée. Les défaillances du détecteur attribua-bles à des pertes d'étanchéité du bouchon interconnecteur 28 peuvent aussi être évitées en utilisant une enveloppe cathodique 12 d'une longueur suffisante pour que le bouchon 28 soit en dehors du champ des rayonnements les plus intenses, 30 La sensibilité des détecteurs de rayonnement peut Être commandée en faisant varier la pression du gaz remplissant l'enveloppe cathodique 12. Le fait que le conduit d'arrivée de gaz 2ij. soit écarté de l'environnement à forte intensité de rayonnements donne la possibilité soit d'ajuster la pression du gaa de remplis-35 sage par un dispositif de commande 25 en cours de fonctionnement du multidéteeteur, soit de purger et de remplir à nouveau le multidéteeteur dans le cas où le gaz existant déjà vient â être 70 35130 & 2064279 pollué. Cette possibilité de remplacer le gaz de remplissage en cours de fonctionnement du multidéteeteur réduit au minimum le risque de défaillance de celui-ci par pollution du gaz de remplissage. 5 On a représenté à la figure 3 par une vue en coupe par tielle une forme de réalisation autre que celle du détecteur 10 des figures 1 et 2 et qui comporte un tube céramique cylindrique i|J2 pour servir de support aux aredes. La structure cylindrique du tube céramique support ij.2 de la figure 3 donne accès à la région 10 de chacun des détecteurs élémentaires aux fins d'étalonnage de ces détecteurs. Un détecteur miniaturisé d'étalonnage, ou une source de radiations (non représentés) peut ttre inséré par un canal central dans le tube support l\2. et être positionné dans chaque élément anodique pour permettre l'étalonnage des détecteurs 15 formés par la cathode 12 et les différents éléments anodiques 1ij.« Encore une fois l'utilisation d'un élément support céramique 1|.2 comme conduit pour les câbles anodiques réduit au minimum le risque de défaillance du détecteur qui se produit quand l'isolant des câbles est soumis à une différence de potentiel 20 élevée au sein du champ de rayonnements* Bien que les formes de réalisation décrites utilisent une cathode commune et une pluralité d'éléments anodiques» il es# clair que les caractéristiques nouvelles de structure et de fonctionnement qui ont été exposées s'appliquent également à un dé-25 tecteur comportant une anode commune et une pluralité d'éléments cathodiques. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation représentés et décrits qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples. 30 70 35130 7 2064279 BKyiËMDI CAII QHS 1. Multidéteeteur combiné de rayonnements différents caractérisé par le fait qu'il comprend une première électrode, tubulaire et fermée, cette première électrode formant une enceinte, 5 appareil caractérisé par une pluralité de secondes électrodes, écartées l'une de l'autre et disposées à l'intérieur de l'enceinte formée par la première électrode, un élément permettant de créer un milieu ionisable dans l'enceinte constituée par la première électrode, chacune des secondes électrodes formant avec la 10 première électrode une chambre séparée d'ionisation, un circuit électrique comprenant un câble connecté à la première électrode et une pluralité de câbles respectivement connectés aux différentes secondes électrodes, de façon à appliquer pratiquement la même différence de potentiel entre les deux électrodes de chacu-15 ne des chambres d'ionisation, enfin un élément supportant les secondes électrodes et isolant les câbles connectés à ces secondes électrodes de façon qu'elles soient mises à l'abri des différences de potentiel. 2. Multidéteeteur de rayonnements selon la revendication 20 1, caractérisé par le fait que lesdites secondes électrodes sont tubulaires. 3. Multidéteeteur de rayonnements selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que ledit élément supportant et isolant, conqprend un bouchon étanche d'interconnexion à l'une 25 cLes extrémités de la première électrode, disposé au dehors d® niveaux de forts rayonnements, et un^tige électriquement non conductrice s'étendant vers l'intérieur de l'enceinte formée par la première électrode0 4. Multidéteeteur de rayonnements selon l'une des revendi-30 cations 1, 2 et 3 caractérisé par le fait que les secondes électrodes sont disposées à la surface de ladite tige électriquement non-conductrice. 5. Multidéteeteur de rayonnements selon la revendication 4» caractérisé par le fait que ladite tige électriquement non con- 35 ductrice fournit aux câbles associés aux secondes électrodes des passages individuels, électriquement isolés les uns des autres, lesdits câbles sortant de l'enceinte formée par la première 70 35130 8 2064279 électrode par ledit bouchon étanehe d'interconnexion. 6. Multidéteeteur de rayonnements selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il comporte un élément permettant de régler la pression du milieu ionisable dans l'en- 5 ceinte formée par la première électrode, de façon à pouvoir commander la sensibilité des différentes chambres d'ionisation. 7. Multidéteeteur de rayonnements selon la revendication 6, caractérisé par le fait que ledit milieu ionisable est constitué par un gaz ionisable de remplissage. 10 8. Multidéteeteur de rayonnements selon l'une des revendi cations 1 à 7» caractérisé par le fait qu'il comporte un élément permettant de purger l'enceinte formée par la première électrode du milieu ionisable qu'elle renferme et de remplir à nouveau ladite enceinte de gaz. 15 9* Multidéteeteur de rayonnements selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ladite tige électriquement non-conductrice comporte longitudinalement un canal s'étendant à partir du bouchon d'interconnexion, et permettant de donner accès aux secondes électrodes des différente» chambres d'ionisation, 20 aux fins d'étalonnage de ces différentes chambres. 10. Multidéteeteur de rayonnements selon l'une des revendications 1 à 9» caractérisé par le fait que les chambres d'ionisation formées par lesdites première et seconde électrodes sont des chambres sensibles les unes aux neutrons les autres aux ra-25 yons gamma, chambres se succédant dans n'importe quel ordre voulu 11o Multidéteeteur de rayonnement selon la revendication 10 caractérisé par le fait que des moyens sont prévus pour compenser la sensibilité aux rayons gamma des chambres d'ionisation sensible aux neutrons.