Brevet FR2116212A1 — publié le 19720713

La présente invention concerne des détecteurs de flux de rayonnements, notamment de neutrons à l'intérieur d'un réacteur nucléaire, mettant en oeuvre l'activation d'un élément métallique par le flux à mesurer et permettant en outre d'être utilisés dans des ambiances à températures élevées, supérieures à 12000C, pendant des durées très longues pouvant dépasser plusieurs semaines ou même plusieurs mois. L'invention concerne également un procédé de fabrication de tels détecteurs. On sait que les détecteurs par activation usuels, permettant notamment la mesure de flux de neutrons, sont généralement constitués de feuilles laminées, de fils fins ou de dépôts métalliques minces, éventuellement recouverts de films plastiques, l'activité acquise étant mesurée par un appareil de contrôle approprié, notamment par un compteur Geiger-Muller, proportionnel ou à scintillations. Avec ces éléments métalliques, il est cependant évident que les conditions particulières de température et de rayonnement imposées, correspondant à un séjour prolongé à l'intérieur de l'enceinte d'un réacteur, engendrent rapidement une corrosion du métal et une usure accélérée de celui-ci.Pour pallier ces désavantages, on a déjà pensé à utiliser des compositions céramiques, notamment de verre ou d'émaux,-formant une matrice dans laquelle on incorpore un oxyde métallique, constituant le détecteur proprement dit. Toutefois, ces compositions ne sont pas toujours exploitables du fait de l'activation parasite de certains de leurs composants ; en outre, l'élément métallique détecteur est généralement inclus en proportions insuffisantes si l'on ne veut pas accroître de façon inacceptable les dimensions du dispositif et empêcher de ce fait, l'obtention de mesures quasi-ponctuelles. La présente invention a pour objet un nouveau type de détecteur par activation qui évite les inconvénients cidessus et qui, à cet effet, se caractérise en ce qu'il comprend un élément de fil métallique fin,dégazé à haute tempéra turne et enfermé sous vide secondaire dans une enveloppe étanche de verre de silice. Contrairement aux autres matériaux réfractaires en effet, le verre de silice présente des qualités particulièrement appropriées à son usage dans les détecteurs par activation: ce matériau est relatlvement solide et présente une résistance mécanique convenable. I1 est inerte chimiquement vis-à-vis de la plupart des ambiances corrosives ou dangeureuses. De plus, ses composants n'entrent pas en réaction avec l'élément de fil métallique enrobé par le verre de silice; d'autre part, ce matériau est convenablement transparent aux différents flux de rayonnements et en particulier au flux de neutrons. Enfin, il est aisé à façonner par fusion vitreuse pour la réalisation d'une enveloppe étanche enrobant étroitement le fil du détecteur. Un autre avantage très important du verre de silice résulte de sa bonne tenue en température sa dévitrification ne se manifestant qu'à des températures supérieures à 12500C et n'étant en fait rapide qu'à partir de 15000C. L'invention concerne également un procédé de fabrication de tels détecteurs cractérisé en ce qu'il consiste à étirer par fusion vitreuse locale un tube de verre de silice de manière à obtenir une partie effilée constituant un tube capillaire dont le diamètre interne est suffisant pour contenir un élément de fil fin métallique préalablement déterminé, à sectionner ce tube capillaire et à en obturer une première extrémité, à introduire l'élément de fil métallique dans le tube capillaire, à souder la seconde extrémité ouverte sur un conduit de liaison avec une installation de mise sous vide réalisant un dégazage soigné du tube capillaire et du fil qu'il contient, à sceller la seconde extrémité puis à la séparer du conduit de liaison et enfin à parfaire par fusion cette seconde extrémité. D'autres caractéristiques du procédé de fabrication selon l'invention sont données ci-après en relation avec un exemple de mise en oeuvre particulier mais non limitatif de celui-ci. Dans une première étape, on prépare un tube capillaire de verre de silice à partir d'un tube de diamètre externe de 6 mm environ et de 4 mm de diamètre interne par étirement dans la flamme d'un chalumeau, notamment du genre chalumeau à gaz de ville-cxygene. On poursuit cet étirement jusqu'à obtenir un tube capillaire fin en forme de compte-gouttes, présentant dans sa partie effilée un diamètre externe de 2 mm environ et un diamètre interne suffisant pour contenir un élément de fil métallique fin préalablement choisi. En particulier, cet élément de fil peut être constitué de cuivre, de 0,7 ou 0,8 mm de diamètre sur une longueur de 6 mm environ. Le tube capillaire ainsi réalisé est alors sectionné à la longueur nécessaire pour déborder légèrement celle de l'élément de fil métallique précédent, puis est monté verticalement dans un mandrin rotatif, entraîné sur lui-même en rotatlon lente. L'extrémité inférieure du tube capillaire est fermée à la flamme d'un micro-chalumeau gaz de ville-oxygène ou acétylene-oxygène, présentant sa flamme sensiblement perpendiculaire à l'axe du tube capillaire de manière à mordre légèrement l1extrémité inférieure de celui-ci. Le verre de silice fond en cet endroit et se referme sur lui-même très régulièrement, le réglage du chalumeau étant choisi de telle sorte que le fond du tube capillaire se présente dans la partie ainsi fermée sous une forme approximativement hémisphérique cu même sensiblement plane. On place alors l'élément de fil de cuivre préalablement sélectionné dans le tube capillaire fermé à son extrémité inférieure, en s'assurant qu'il s'y adapte correctement, puis cn soude l'extrémité supérieure ouverte du tube sur un conduit de liaison réuni a une rampe ou installation de vide poussé. Le vide est ensuite établi suivant une technique habituelle, l'installation comprenant notamment une pompe primaire à palettes et une pompe à diffusion d'huile permettant par piégeage avec un baffle à azote liquide, d'atteindre en quelques heures ur. de limite de l'ordre de 2.10 6 mm de mercure.Au cours de l1opératicn précédente, on procède simultanément à un dégazage soigné et prolongé du tube capillaire et de l'élément de fil de cuivre qu'il contient, en les soumettant extérieurement à des températures élevées voisines de 10000C, produites au moyen de la flamme d'un chalumeau de souffleur de verre ou dans un four spécialement adapté. L'opération de mise sous vide terminée, on sépare l'extrémité supérieure du capillaire de son conduit de liaison, en réalisant comme pour une ampoule de verre sous vide, un scellement du tube, cette opération étant menée avec précautions pour ne pas léser l'élément de fil de cuivre contenu dans le tube capillaire. Avantageusement dans ce but, on monte sur le tube capillaire une enveloppe tubulaire de graphite présentant une hauteur telle qu'elle masque complètement l'élément de fil de cuivre et protège ce dernier de la flamme du chalumeau. Le scellement de l'extrémité ouverte du tube capillaire étant ainsi réalisé, on procède à sa séparation du conduit de liaison avec l'installation de mise sous vide par étirage à la pince en dégageant l'enveloppe tubulaire de graphite. Une opération finale consiste alors à parfaire l'extrémité supérieure effilée du tube capillàire, obtenue dans la phase précédente. Dans ce but, on place le tube capillaire dans une nouvelle enveloppe de graphite de longueur suffisante, percée à sa pointe d'un trou dont le diamètre et la pmo-ondeur sont e~.ols s t 1 ' 5 iaissent juste affleurer l'extréritr de ce tube, puis après l'avoir placé verticalement dans un mandrin tournant lentement, on le présente devant la flamme d'un chalumeau de manière à fondre sa pointe qui se résorbe graduellement jusqu'à prendre un aspect définitif hémisphérique très régulier. On réalise ainsi un détecteur par activation ccmprenant un tube capillaire extérieur en verre de silice fermé à ses deux extrémités et contenant de façon étanche et sous vide un élément approprié de fil métallique. Bien entendu, diverses variantes peuvent être apportées dans certaines des étapes de mise en oeuvre du procédé ci-dessus. En particulier, on peut reprendre par usinage à la meule diamantée le tube capillaire obtenu de manière à lui donner des cotes rigoureuses et en particulier transformer ses extrémités hémisphériques en des extrémités plates pour donner au détecteur final la forme précise dlun orthocylindre. L'expérience montre que le détecteur ainsi réalisé peut être soumis à de nombreux cycles de températures, s'élevant jusqu'à 1200qu et portant sur des durées importantes, notablement supérieures à la semaine. I1 va de soi par ailleurs que le procédé selon l'invention pourrait être envisagé avec d'autres éléments métalliques, notamment en fer, cobalt, nickel ou titane, dont l'usage est en lui-même connu dans la technique des détecteurs de flux neutroniques par activation. REVENDICATIONS 10/ Détecteur de flux de rayonnements par activation, caractérisé en ce qu'il comprend un élément de fil métallique fin, dégazé à haute température et enfermé sous vide secondaire dans un tube capillaire étanche en verre de silice. 20/ Procédé pour la fabrication d'un détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à étirer par fusion vitreuse locale un tube de verre de silice de manière à obtenir une partie effilée constituant un tube capillaire dont le diamètre interne est suffisant pour contenir un élément de fil fin métallique préalablement déterminé, à sectionner ce tube capillaire et à en obturer une première extrémité, à introduire l'élémelt de fil métallique dans le tube capillaire, à souder la seconde extrémité ouverte sur un conduit de liaison avec une installation de mise sous vide réalisant un dégazage soigné du tube capillaire et du fil qu'il contient, à sceller la seconde extrémité, puis à la séparer du conduit de liaison, et enfin à parfaire par fusion cette seconde extrémit . 30/ Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on utilise par la fusion du tube capillaire un chalumeau à flamme. 40/ Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on scelle la seconde extrémité du tube capillaire après montage autour de ce tube d'une enveloppe de graphite protégeant l'élément de fil métallique. Revendications déposées après premier projet d'avis documentaire.