Brevet FR2122365A1 — publié le 19720901

La présente invention concerne un procédé de détection de produits de fission et un dispositif mettant en oeuvre ce procédé. Ce dispositif trouve une application intéressante dans la détection des ruptures de gaînes des combustibles dans les réacteurs nucléaires par la détection des produits de fission soit dans le gaz de refroidissement, soit dans les gaz extraits du fluide de refroidissement soit dans le gaz de couverture. Pour surveiller les fuites de l'enveloppe entourant le matériau fissile, on détecte la radioactivité des produits de fission à vie courte que la rupture de l'enveloppe laisse passer dans le fluide de refroidissement en contact avec cette enveloppe. Cette radioactivité est mesurée par un dispositif de détection placé sur le trajet du gaz prélevé sur le circuit de refroidissement ou dans le gaz de couverture. On connaît divers dispositifs de détection de ruptures de gaînes ; dans les dispositifs de ce genre, la fraction "de gaz utilisée pour -la détection séjourne dans un réservoir approprié pendant un temps suffisant pour la formation des ions radioactifs descendants des produits de fission présents dans le gaz ; Ces ions sont ensuite collectés par précipitation, à l'aide d'un champ électrique, sur des zones choisies sur la surface d'un organe transporteur, tambour ou disque. Après collection, sur une zone déterminée, celle-ci est amenée par rotation de l'organe transporteur devant un appareil de mesure constitué généralement d'un-sqintillateur et d'un photomultiplicateur suivisd'un dispositif électronique de comptage. Le mouvement de l'organe transporteur est tel qu'une nouvelle collection sur une zone déterminée n'est possible qu'après une durée suffisante pour que cette zone soit relativement décontaminée par décroissance naturelle des produits collectés. Au cours d'une mesure un courant gazeux neutre de balayage p.eut. être injecté entre l'organe de détection et l'organe transporteur pour réduire l'influence parasite des gaz actifs qui peuvent se trouver entre ces deux organes. Cependant de tels dispositifs ne permettent pas d'ef-fectuer une spectrométrie p fine, étant donné le manque de résolution des scintillât \.:,3 et surtout l'importance du phénomène de rétrodiffusion, due à l'épaisseur nécessaire de l'organe transporteur pour obtenir une bonne rigidité mécanique et qui a pour résultat de déformer le spectre en énergie. B 3921-3-FP 71 02218 2 2122365 Le dispositif selon l'invention, qui permet en particulier d'effectuer de telles détections de rupture de gaînes, est destiné tout spécialement à l'étude des produits de fission à vie courte par spectrométrie bêta fine. □r, la spectrométrie bêta est en général rendue difficile par le fait que les spectres bita, contrairement aux spectres gamma, sont continué et également parce que des déformations se produisent en raison de perturbations, comme par exemple la rétro-diffusion ; de tels inconvénients se produisent avec la spectrométrie bêta magnétique, qui est la plus couramment utilisée et qui a, de plus, le défaut de ne pas permettre de tracer la totalité du spectre en une seule mesure. La présente invention fait appel à la spectrométrie bêta des produits de fission avec collection électrique et permet d'obtenir une bonne résolution et une réduction de l'effet de rétrodiffusion. De façon plus précise, l'invention a pour objet un procédé de détection de produits de fission, ledit procédé consistant à effectuer la collection électrique de produits de fission sur les deux côtés de pions métallisés très minces, en isolant polyester, disposés au centre d'une chambre sphérique et à mesurer la radioactivité avec un ensemble de deux détecteurs d'électrons montés en géométrie 4 tc. L'invention concerne également un dispositif permettant de mettre ce procédé en oeuvre, ce dispositif étant - essentiellement caractérisé par le fait qu'il comprend un magasin constitué par une couronne circulaire tournante percée d'ouvertures égales et régulièrement espacées destinées à contenir chacune un pion très mince en isolant polyester métallisé sur les deux faces, une chambre de collection sphérique, deux détecteurs identiques d'électrons, ou semicteurs de surface au moins égale à celle d'un pion et montés parallèlement très près l'un de l'autre, une plaque de transfert munie d'une ouverture susceptible de recevoir successivement chacun desdits pions, et un organe de transport dans lequel est ménagée une chambre de l'épaisseur desdits pions, susceptible de venir au niveau de ladite couronne circulaire et au niveau de ladite plaque de transfert, le montage étant tel que, grâce à une coordination convenable des déplacements de la plaque de transfert et de l'organe de transport, ledit organe de transport B 3921-3 FP 71 02218 ^ 2122365 fait passer un pion dudit magasin dans l'ouverture de la plaque de transfert, que ladite plaque de transfert entraîne ce pion au centre de la chambre de collection en vue de la collection des ions, puis entre les deux détecteurs, en vue de la mesure de l'activité et du spectre d'énergie du rayonnement bêta, des ions collectés et revient à sa position initiale, et que ledit organe de transport fait revenir ledit pion dans le magasin. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre faite en regard des dessins annexés et donnant, à titre explicatif et nullement limitatif, une forme de réalisation du dispositif salon l'invention . Sur ces dessins, - la figure 1 représente l'ensemble du dispositif selon l'invention, vu au niveau de son magasin de pions, - la figure 2 représente ce même dispositif, à une échelle différente, vu perpendiculairement à la figure 1, - la figure 3 représente l'organe de transport seul,vu à plus grande échelle que sur la figure 2, et - la figure 4 représente, à plus grande échelle que sur la figure la figure 2 et de façon plus détaillée, la partie du dispositif selon l'invention comportant les deux semiçteurs. Le dispositif de détection, tel que représenté sur ces figures, comprend essentiellement un magasin 1 constitué par une couronne circulaire percée d'ouvertures 2 (par exemple au nombre de vingt) régulièrement espacées, destinées à contenir chacun? un pion selon l'invention, une chambre de collection sphérique 3 (dite 4 -), deux semiçteurs 4 pcrallciss en silicium, une plaque de transfert 5 munie d'une ouverture 6 susceptible de recevoir successivement chacun des pions et de les amener suivant un cycle déterminé dans la chambre de collection 3 et dans la chambre de mesure et un organe 7 de transport des pions entre le magasin 1 et la plaque de transfert 5, dans lequel est ménagée une chambre 8 destinée à recevoir successivement chacun desdits pions. Chacun des pions (figure 4) est constitué par une feuille très mince 9 en isolant polyester (par exemple le produit , connu sous le nom de "mylar") métallisée sur les deux faces pour obtenir la collection des ions par les deux côtés des pions,retenue par une couronne 10. L'épaisseur de la feuille 9 est par exemple de 13.microns. Ces pions sont conducteurs de l'électricité .jrâce à la 3921.3 FP 71 02218 2122365 métallisation qui constitue l'électrode de collection et leur épaisseur est choisie le plus faible possible en vue de supprimer tout risque de rétrodiffusion, phénomène qui présente l'inconvénient de déformer les spectres. Les détecteurs 4 à semi-conducteurs, dits semiçteurs, ont la forme de plaques circulaires parallèles. Ils sont dits montés en géométrie 4 % ( 4 % stéradians) c'est-à-dire que, du fait qu'ils ont chacun une surface au moins égale à celle des pions, ils peuvent détecter l'activité de ces pions dans toutes les directions de l'espace. Le fonctionnement du dispositif de détection selon l'invention est le suivant : l'opérateur, en agissant sur une manivelle 11, fait tourner le magasin 1 de façon à faire venir l'un des pions (9, 10) de ce magasin 1 en position 12, c'est-à-dire en regard de le plaque de transfert 5 qui est alors en position de passage, c'est-à-dire à une position telle que son ouverture 6 sait en regard de ladite position 12, l'organe de transport 7 occupe alors une position que l'on appellera ci-après, pour la commodité de langage, position basse en considérant la figure 2 qomrne orientée de telle façon que le magasin 1 se trouve au-dessous de la plaque de transfert 5. A cette position basse, l'organe de transport 7 maintient dans le magasin 1 le pion qui est emprisonné dans la chambre 8. Puis, la plaque de transfert 5 restant immobile, l'opérateur fait monter l'organe de transport 7 en position moyenne, position à laquelle la chambre 8 co'incide avec l'ouverture 6 de la plaque de transfert. Le pion (9, 10) se trouve alors dans cette ouverture 6. L'opérateur fait alors avancer la plaque de transfert 5 de façon que son ouverture 6 (et par suite le pion 9, 10) se trouve entre les deux semiçteurs 4 où l'on effectue une mesure de l'activité résiduelle que peut présenter ce pion s'il ne s'agit pas d'un pion neuf. Il y a lieu de remarquer que l'organe de transport 7 est conçu de telle façon que son bras 13 empêche le magasin 1 de tourner lorsque la plaque de transfert 5 se déplace. L'opérateur fait ensuite avancer la plaque de transfert 5 de façon que son ouverture 6 (et par suite le pion 9, 10) se trouve au centre de la chambre de collection sphérique 3. Le pion est alors porté à un potentiel négatif par rapport à cette 71 02218 5 2122365 chambre 3. Les ions radioactifs du gaz étudié qui pénètre par les ouvertures 14, 15 de la chambre 3 sont alors collectés sur les deux faces du pion, cette collection étant une collection électrique en géométrie 4 (c'est-à-dire dans toutes les directions de 1'espace) . Après cette collection, l'opérateur fait revenir le pion entre les semict urs 4 où s'effectue la mesure de l'activité des ions collectés, puis fait revenir la plaque de transfert 5 en position de passage, de telle façon que le pion qui vient de subir cette mesure d'activité, se trouve en- regard du magasin 1, Enfin, en agissant sur l'organe de transport 7 qu'il remet en position basse, il replace le pion dans le magasin 1, en position 12. Il peut être prévu un balayage permanent, à faible débit, des deux semiçteurs 4 avec un gaz inactif, ce qui permet de réduire le bruit de fond du à l'activité du gaz examiné ; en effet, ce gaz inactif, qui pénètre en 16 dans l'appareil, empêche le gaz actif recueilli dans le précipitateur 4 tc (référence 3) de venir entre les semiçteurs 4. La métallisation réalisée sur les-deux faces du pion a l'avantage de provoquer la même atténuation du rayonnement atteignant chacun.des détecteurs; il en résulte que ces derniers mesurent la même énergie. Le dispositif selon l'invention étant destiné à la spectrométrie bêta, on élimine l'influence des radiations gamma par exemple en effectuant d'abord une mesure de l'activité bêta + gamma du pion, puis une seconde mesure, après avoir disposé de part et d'autre du pion, deux écrans escamotables 17, actionnés par deux bras 18, qui arrêtent les radiations bêta. On peut encore n'utiliser qu'un seul écran, de façon à effectuer une mesure bêta + gamma avec l'un des"semiçteurs 4 et une mesure gamma avec 1'autre semicteur,-ces deux mesures étant alors effectuées chacune en géométrie 2 it. L'appareil selon l'invention est destiné à l'étude de produits de fission à vie courte par spectrométrie bêta fine. La chaîne de traitement électronique des impulsions, n'est "pas indiquée sur les figures où l'on n'a représenté, àu niveau des semiçteurs 4, que des préamplificateurs 19. Le détecteur selon l'invention présenté lravantage de supprimer pratiquement la rétrodiffusion en raison de sa géo- B 3921.3 FP 71 02218 2122365 métrie 4 n et du fait que les pions sont extrêmement minces. Lorsqu'un pion a été soumis à la détection entre les semiçteurs 4, on peut procéder au changement de pion soit en remettant le pion étudié dans le magasin 1 comme expliqué plus haut pt en 5 faisant tourner ce magasin de façon à faire venir le pion suivant en position 12, soit en extrayant le pion étudié en faisant monter l'organe de transport 7 en position haute, position à laquelle sa chambre 8 et le pion qu'elle contient se trouvent en dehors de l'appareil , puis en introduisant un pion neuf. Cette possibilité 10 d'introduire des pions dans l'appareil permet d'étalonner les sçmic- . teurs à l'aide de pions sources (activité étalon, énergie étalon) qui peuvent être placés directement sous les semidteurs. La possibilité d'extraction des pions permet de mesurer leur activité dans d'autres dispositifs, par exemple un spectromètre gamma. 15 II va de soi que la présente invention n'a été décrite ci-dessus qu'à titre explicatif et nullement limitatif et qu'on pourra y apporter toutes modifications de détail sans sortir de son cadre. B. 3921.3 FP 71 02218 2122365 REVENDICATIONS 1°) Procédé de détection de produits de fission, ledit procédé consistant à effectuer la collection électrique de produits de fission sur les deux côtés de pions métallisés très minces, en 5 isolant polyester, disposés au centre d'une chambre sphérique et à mesurer la radioactivité avec un ensemble de deux détecteurs d'électrons montés en géométrie 4 7t. 2°) Dispositif mettant en oeuvre le procédé selon la revendication 1, ce dispositif étant caractérisé par le fait •jQ qu'il comprend un magasin constitué par une couronne cirpulaire tournante percée d'ouvertures égales et régulièrement espacées destinées à contenir chacune un pion très mince en isolant polyes-^ ter métallisé sur les deux faces, une chambre de collection sphérique, deux détecteurs identiques d'électrons, ou semiçteurs de ■] 5 surface au moins égale à celle d'un pion et montés parallèlement très près l'un de l'autre, une plaque de transfert munie d'une ouverture susceptible de recevoir successivement chacun desdits pions, et un organe de transport dans lequel est ménsrée une chambre de l'épaisseur desdits pions, susceptible de venir au 2q niveau de ladite couronne circulaire et au niveau de ladite plaque de transfert, le montage étant tel que, grâce à une coordination convenable des déplacements de la plaque de transfert et de lfcrgane de transport, ledit organe de transport fait passer un pion dudit magasin dans l'ouverture de la plaque de transfert, 2g que ladite plaque de transfert entraîne ce pion au centre de la chambre de collection en vue de la collection des ions, puis entre les deux détecteurs, en vue de la mesure de l'activité et du spectre d'tlnergie du rayonnement bêta des ions collectés et revient à sa position initiale et que ledit organe de transport fait reve-2Q nir ledit pion dans le magasin. 3°) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les pions sont constitués par un film polyester tel que le "mylar" métallisé sur les deux faces. 4°) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé 35 par le fait qu'il comporte des écrans escamotables arrêtant les radiations bêta et susceptibles de venir s'interposer entre les semiçteurs et les faces du pion examiné . 5D) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé 71 02218 2122365 par le fait qu'il comporte une conduite pour l'introduction de gaz inactif destiné à balayer les deux semiçteurs. 6°) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comporte un organe de transport permettant la 5 sortie des ions contaminés et l'introduction de pions neuf^ pu de pions sources d'étalonnage en activité ou en énergie. B. 3921.3 FP