Brevet FR2124456A1 — publié le 19720922

-i- 2124456 La présente Invention concerne d'une façon générale un détecteur de flux neutronique et plus précisément un tel détecteur renfermant un revêtement régénérateur. Les détecteurs de flux neutronique du type à mini-cham-5 bre d'ionisation connus à ce jour emploient de l'uranium hautement enrichi (à plus de 90 % d'U 235) comme matériau sensible au flux neutronique. L'U 235 s'épuise rapidement, ce qui limite de façon notable la durée de vie en service d'un tel détecteur, lorsqu'il est logé dans le coeur d'un réacteur nucléaire, comme mesureur de 10 flux. La présente invention a essentiellement pour but de présenter un détecteur de flux neutronique qui ait une longue durée de vie en service, même à température élevée. A cette fin un détecteur de flux neutronique constitué par une enceinte scellée 15 renfermant au moins deux électrodes écartées l'une de l'autre et un gaz ionisable dans l'espace compris entre lesdites électrodes, se caractérise suivant l'invention en ce qu'une partie au moins dudit détecteur est constituée par un matériau régénérateur renfermant une certaine proportion de plutonium 238 (Pu 238). 20 L'emploi dans le revêtement de la chambre d'ionisation, aux lieu et place d'U 235, d'un matériau renfermant au moins un isotope fissile et fex-tile donc régénérateur, allonge notablement la durée de vie en service du détecteur. Des expériences dans ce domaine sont en cours, sur des mélanges d'isotopes contenant 25 U 234 ou U 238 comme isotope fertile. Pu 238 associé à d'autres isotopes fissiles et fertiles donne une voie d'obtention d'un revêtement régénérateur hautement efficace et économique^acceptable, pour détecteur de flux neutronique. 30 Une forme particulière de réalisation de l'invention est un détecteur à chambre d'ionisation ayant un revêtement régénérateur renfermant comme isotope fertile du Pu 238, ou son matériau cible Np 237 (neptunium 237) associé à Pu 238, en association avec d'autres isotopes fissiles ou fertiles, et en particulier une 35 mini-chambre d'ionisation destinée à être placée dans le coeur d'un réacteur nucléaire. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la 72 03678 -2- 2124456 description qui suit d'une forme préférée de réalisation, et à l'examen des dessins annexés dans lesquels - La Figure 1 est une vue en coupe longitudinale axiale d'un détecteur à chambre d'ionisation, suivant l'invention 5 - La Figure 2 est un graphe représentatif des variations de la sensibilité du détecteur en fonction de la fluence neutronique pour différents revêtements régénérateurs - La Figure 3 est un graphe semi-logarithmique donnant les courbes sensibilité détecteur/fluence de différents mélanges 10 de Pu 238 et de U 235 - La Figure 4 est un graphe semi-logarithmique donnant les courbes sensibilité détecteur/fluence de différents mélanges de Pu 238 et de Pu 239 Pour piloter le flux de neutrons au sein d'une ihstalla-15 tion nucléaire à réaction en chaîne, on utilise généralement des détecteurs à chambre d'ionisation. Tel qu'il est représenté à la Figure 1 un tel détecteur comporte une enceinte scellée 41, renfermant au moins deux électrodes 42, 44 écartées l'une de l'autre. Ces électrodes 42, 44 sont tenues isolées l'une de l'autre 20 par un élément isolant 50 et, dans le présent exemple, l'électrode axiale est électriquement connectée à un conducteur 48 qui court suivant l'axe de la chambre jusqu'à une source extérieure de tension (non représentée). Un gaz ionisable 46 tel qu'hydrogène, argon ou uranium, remplit l'espace séparant les électrodes 42, 25 44. Une couche mince 43 d'un matériau fissile est classiquement disposée en surface de l'une des électrodes. Dans cet exemple la couche 43 revêt la surface extérieure de l'électrode 44. On a principalement utilisé jusqu'ici de l'uranium enrichi (à plus de 90 % d'U 235) pour cet usage. Le matériau fissile peut être dépo-30 sé sur l'une ou l'autre des électrodes 42, 44 soit par dépôt élec-trolytique, soit par projection de particules sous vide poussé, soit par tout autre moyen convenable. L'exposition de ce matériau fissile à base d'uranium a un flux neutronique induit une fission en proportion dudit flux. Les neutrons à haute énergie en résul-35 tant ainsi que les produits de fission pénétrent dans le gaz ionisable 46, avoisinant les électrodes 42, 44 en formant des ions et en créant à travers la chambre 40 un courant proportionnel au flux 72 03678 2124456 à mesurer. Le détecteur 40 fonctionne en association avec une source permettant d'appliquer une tension entre les électrodes 42, 44, et un élément permettant de mesurer le courant produit à travers la chambre 40, c'est-à-dire un micro-ampèremètre, et com-5 me ce courant varie avec l'intensité d'ionisation, l'ampèremètre constitue 1'instrument de base pour piloter le flux neutronique dans le réacteur. Les détecteurs actuels à mini-chambre de fission utilisant de l'uranium hautement enrichi (à plus de 90 % d'U 235) comme 10 matériau sensible au flux neutronique ont une durée de vie en service très limitée. L'U 235 s'épuise rapidement, ce qui limite notablement la durée de vie en servie du détecteur lorsqu'il est logé comme détecteur fixe de flux dans le coeur d'un réacteur nucléaire, 15 Pour obtenir une plus longue durée de vie en service 21 dépassant environ 7 x 10 nvt (flux neutronique intégré en fonction du temps à des niveaux d'énergie thermiques et dans un environnement à 350° C environ), dans le cas d'un détecteur fixe à chambre d'ionisation, il est nécessaire d'utiliser aux lieu et 20 place de l'uranium hautement enrichi, un revêtement régénérateur d'un type convenable. Il faut d'ailleurs que le matériau régénérateur utilisé soit facile à obtenir aussi bien pour les besoins à court terme qu'à long terme, qu'il soit économique au point de vue prix de revient du détecteur et que ses propriétés donnent 25 les performances voulues0 On se propose d'utiliser du Pu 238 en association avec d'autres isotopes fissiles et fertiles pour obtenir ledit revêtement régénérateur, hautement efficace et économique. Au lieu de Pu 238 employé seul, on peut aussiutiliser 30 comme isotope fertile son matériau cible Np 237 associé à du Pu 238 ainsi éventuellement qu'à d'autres isotopes fissiles et fertiles pour former le revêtement régénérateur du détecteur de flux neutronique. La valeur de Pu 238 comme matériau fertile dans un revê-35 tement régénérateur, pour détecteur à chambre d'ionisation à placer dans le coeur d'un réacteur, ressort du graphe de la Figure 2 donnant la sensibilité calculée du détecteur en fonction de la fluen- 72 03678 2124456 ce neutronique nvt dans le cas d'une association de 90 % de Pu 238 et de 10 % de Pu 239 (courbe 12)„ La même Figure 2 donne également la relation sensibilité de détecteur/fluence neutronique dans le cas d'un revêtement à 100 % d'U 235 (courbe 14). Il ressort ainsi 5 de la Figure 2 que si la sensibilité initiale du détecteur à Pu 238 /Pu 239 n» est pas aussi grande que celle d'un détecteur à U 235, elle est cependant bien supérieure à la sensibilité minimale actuellement acceptée qui définit la fin de vie du détecteur (droite horizontale en trait interrompu 10) et l'association Pu 238/ Pu 239 10 a une durée de vie beaucoup plus grande. Il y a une infinité d'associations possibles de Pu 238 et d'isotopes fissiles et fertiles, susceptibles de donner des performances convenables. Les Figures 3 et 4 donnent sous forme de graphes semi-logarithmiques et à titre d'exemples les performances de 15 divers mélanges de U 235/Pu 238 et de Pu 239/Pu 238. La Figure 3 montre la relation sensibilité du détêcteur/ fluence neutronique nvt pour divers mélanges de Pu 238 et de U 235 savoir - 100 % de U 235 et 0 % de Pu 238 (courbe 16) 20 - 75 % de U 235 et 25 % de Pu 238 (courbe 18) 50 % de U 235 et 50 % de Pu 238 (courbe 20) - 25 % de U 235 et 75 % de Pu 238 (courbe 22) 10 % de U 235 et 90 % de Pu 238 (courbe 24) 0 % de U 235 et 100 % de Pu 238 (courbe 26) 25 II ressort de cette Figure 3 que plus la teneur du revê tement en Pu 238 est grande et plus la durée de vie du détecteur est longue. La Figure 4 montre la relation sensibilité du détecteur/ fluence neutronique nvt pour divers mélanges de Pu 238 et de Pu 239 30 savoir - 0 % de Pu 238 et 100 % de U 235 (courbe 28) - 60 % de Pu 238 et 40 % de Pu 239 (courbe 30) 70 % de Pu 238 et 30 % de Pu 239 (courbe 32) 80 % de Pu 238 et 20 % de Pu 239 (courbe 34) 35 90 % de Pu 238 et 10 % de Pu 239 (courbe 36) - 100 % de Pu 238 et 0 % de Pu 239 (courbe 38) plus Ici encore il ressort de cette Figure 4 que/la teneur du revêtement en Pu 238 est grande plus la durée de vie du réacteur est longue-. 72 03678 -5- 2124456 Il est sans importance que le matériau de revêtement soit appliqué d'une manière ou d'une autre; on peut donc utiliser à volonté n'imperte laquelle des techniques de revêtement connues de l'homme de l'art, dépôt électrolytique, projection de particules 5 sous vide poussé, etc. Il est également sans iraportance de savoir quels autres isotopes ont été associés a l'élément régénérateur Pu 238 (r. inme le montrent les Figures 3 et 4) et par quel procédé l'association a été obtenue» Il existe donc un très gran-I r±re de rnç }}:■'.! ' '.és pour réaliser cette association suivant l'invention 10 d'un isotope fertile avec d'autres isotopes, ainsi que pour loger le matériau régénérateur obtenu dans une chambre d'ionisation de détecteur. 72 03678 2124456 REVENDICATIONS 1. - Détecteur de flux neutronique constitué par une enceinte scellée renfermant au moins deux électrodes écartées l'une de l'autre et un gaz ionisable dans l'espace compris entre 5 lesdites électrodes, caractérisé par le fait qu'une partie au moins dudit détecteur est constituée par un matériau régénérateur renfermant une certaine proportion de plutonium 238 2♦ - Détecteur de flux neutronique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit matériau régénérateur 10 est constitué par un mélange de plutonium 238 et de neptunium 237. 3. - Détecteur de flux neutronique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit matériau régénérateur est constitué par un mélange de plutonium 238 et de plutonium 239 4. - Détecteur de flux neutronique seloh la revendica-15 tion 1, caractérisé par le fait que ledit matériau régénérateur est constitué par un mélange de plutonium 238 et d'uranium 235»