Brevet FR2202342A1 — publié le 19740503

La présente invention a pour objet un dispositif permettant de collimater un faisceau de neutrons issus d'un géné rateur de neutrons et d'éliminer le flux gamma émis simultanément par ce générateur Généralement, les générateurs de neutrons, sources isotopiques ou réacteurs nucléaires, émettent un flux mixte de neutrons et de gamma .Dans certaines applications des faisceaux de neutrons, la pollution gamma est très genante, par exemple dans la technique du contrôle non destructif de neutrographie par transfert direct d'image d'un convertisseur (n,) sur un film radiographique; celui-ci est placé dans le faisceau en même temps que l'objet à examiner et le convertisseur; il risque donc d'être tptwssionné par le flux gamma qui se traduit par une image ,~ graphique et un voile indésirables, inconvénients qui ne se p * ntent pas dans le cas de transfert indirect d'image Le dispositif selon l'invention peut s'appliquer à différents types de générateurs de neutrons : sources isotopiques (252Cf,Ra-Be..), réacteurs nucléaires de petiteS dimensions, fonc tionnant en régime impulsionnel ou en continu, etc... ) L'invention consiste à disposer différents éléments convenablement choisis dans un assemblage lié au générateur, de manière à obtenir un faisceau de neutrons correctement collimaté, une atténuation des gamma émis par le générateur et un filtrage du faisceau neutronique éliminant tout ou partie des gamma instant après atténuation De façon plus précise, l'invention a pour objet un dispositif de collimation et de filtrage de faisceaux de neutrons émis par un générateur de neutrons et de gamma, ce dispositif étant essentiellement caractérisé par le fait qu'il comprend un collimateur disposé tangentiellement à la source des neutrons et des gamma, ce collimateur étant recouvert intérieurement d'un matériau absorbeur de neutrons, sauf à celle de ses extrémités qui est disposée au maximum du flux de neutrons thermiques, un réflec teur formant écran gamma disposé entre cette extrémité du colli mateur et la source de neutrons et de gamma, et un écran de fil trage gamma peu absorbeur de neutrons disposé dans ledit collima teur au voisinage de son autre extrémité D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui suit, d'un dispositif appliqué à un mini-réacteur nucléaire pour neutrographie, faite en regard des dessins annexés et donnée à titre explicatif mais nullement limitatif Sur ces dessins, la figure f est une coupe horizontale du dispositif selon l'invention adapté à un mini-réacteur, et la figure 2 est une coupe verticale d'une partie du meme dispositif Le mini-réacteur auquel est adapté le dispositif selon l'invention est de type connu : le coeur de ce réacteur est constitué par une cuve que l'on prendra, dans l'exemple choisi, de forme cylindrique et d'un diamètre de 300 mm, contenant une solution d'un matériau fissile .La production de bouffées de neutrons est obtenue en approchant un réflecteur mobile de neutrons du fond de la cuve, ce qui apporte au réacteur un excès de réactivité et déclenche une réaction en chaîne divergente qui s'étouffe par élévation de la température de la solution et est arrêtée par retrait du réflecteur mobile Le dispositif selon l'invention comprend essentiellement :: a) un réflecteur annulaire 3 en plomb ou bismuth, de 5cm d'épaisseur constituant un écran gamma et entourant la cuve 1 et son réflecteur 2 b) un seco-nd réflecteur 4 (d'une épaisseur de 10 cm, s'il est en paraffine ou en polyéthylène) entourant le premier réflecteur écran c) un massif 5, thermaliseur et diffuseur de neutrons, qui peut être en polyéthylène d) un canal collimateur divergent 6 qui traverse la protection béton 7 du réacteur et le massif 5 thermaliseur et diffuseur de neutrons e) un écran 14 de filtrage logé dans ce canal, par exemple en bismuth L'axe du canal est situé dans un plan horizontal voisin du centre du coeur du réacteur; il passe en dehors du réflecteur annulaire 3 de plomb à une distance de celui-ci correspondant au maximum de flux de neutrons thermiques créé dans le massif 5 thermaliseur et diffuseur .Cette distance dépend de la nature du matériau du massif thermaliseur . L'entrée 8 du canal 6 est située dans un plan vertical passant par l'axe de la cuve et perpendiculaire au canal collimateur. canal 6 déboucle, e Retors de la protection de bétor 7, à la fenêtre de sortie 9; tes plaoues 10 d'un matériau absorbeur de neutrons, par exemple du boral, recouvrent les parois intérieures d Canal jusqu'à 1,5 cm de l'entrée, déterminant à cette distance le diaphragme d'entrée 11 du collimateur proprement dit et à l'extrémité opposée de la fenêtre d'exposition 12 du collimateur; ur.e couche 13 de mortier spécial(absorbeur de neutrons et de gamma)entoure le canal sur au moins 10 cm d'épaisseur dans la protection de béton 7 Ce mortier comprend - 15 % en poids de ciment fondu, - 72 % en poids de Barytine (sable baryté absorbeur de gamma), et - 7,3 % en poids de colémanite (absorbeur de neutrons) L'écran 14 de filtrage gamma est constitué par une plaque de matériau atténuateur gamma et peu absorbeur de neutrons et il est placé dans le canal 8 à une distance convenable de la fenêtre d'exposition 12 Ce canal collimateur 6,muni des plaques 10 avec le diaphragme il et la fenêtre d'exposition 12, constitue le dispositif de la collimation de neutrons de dimensions maximales dans 1' Installation, mais si l'on désire réduire ces dimensions ainsi que le rapport de collimation, il suffit d'emboîter à l'intérieur de ce premier canal 6 un autre dispositif constitué par un bloc de polyéthylène 15 dont les dimensions extérieures coïncident avec les dimensions intérieures du canal 6 . Ce bloc est percé d'un nouveau canal collimateur divergent 6' ayant les nouvelles dimensiors désirées, cont les parois sont recoujertes de plaques 10' d'absorbeur ce Pe~trons, avec un diaphragme d'entrée 11' et une nouvelle fenêtre d'exposition 12' . On réinstalle l'écran îfl à chaque changement dans le logement 16 prévu à cet effet Un jeu de collimateurs ainsi emboîtables et intercrangeables nermeç de faire varier à volonté les rapports de collimation et le flux à la fenêtre d'exposition Le fonctionnement du dispositif selon l'invention est le suivant - le flux de neutrons émis par le générateur est thermalisé et diffusé dans le massif 5 . Il se crée, à l'entrée 8 du canal, un maximum de flux de neutrons termiques .Le dispositif collimateur détermine alors un faisceau de neutrons thermiques parfaitement ccilimaté débouchant à la fenêtre d'exposition 12 L'absence d'absorbeur de neutrons 10 sur une largeur de 7,5 cm, à partir de l'entrée du canal, évite une trop grande dépression de flux thermique qui aurait pour conséquence une atténuation importante du flux à la sortie du faisceau Les matériaux constituant les écrans placés autour de la cuve dans le canal sont choisis de manière que leur absorption neutronique soit faible . En outre, le matériau de l'écran 3 constitue un bon réflecteur pour les neutrons issus de la source Les gamma émis par le générateur sont fortement atténués par l'écran 3 placé autour de la cuve . Ils diffusent moins que les neutrons dans le massif 5 et la disposition du collimateur étant telle que de la fenêtre d'exposition on ne voit pas le coeur du réacteur, le flux gamma polluant le faisceau neutronique émergent est faible . On diminue encore l'effet parasite de ces gamma résiduels en plaçant dans le canal l'écran 14 à filtrer le faisceau La variation du rapport de collimation du faisceau et du flux à la fenêtre d'exposition pour une puissance de fonctionnement identique du générateur est obtenue en emboîtant, dans le canal primaire 6,un dispositif de collimation 6' de dimensions désirées Il va de soi que la présente invention a été décrite ci-dessus à titre explicatif mais nullement limitatif et que l'on pourra y apporter toutes modifications de détail sans sortir de son cadre REVENDICATIONS t 1. Dispositif de collimation et de filtrage de faisceaux de neutrons émis par un générateur de neutrons et de gamma, ce dispositif étant essentiellement caractérisé par le fait qu'il comprend un collimateur disposé tangentiellement à la source des neutrons et des gamma, ce collimateur étant recouvert intérieurement d'un matériau absorbeur de neutrons, sauf à celle de ses extrémités qui est disposée au maximum du flux de neutrons thermiques, un réflecteur formant écran gamma disposé entre cette extrémité du collimateur et la source de neutrons et de gamma, et un écran de filtrage gamma peu absorbeur de neutrons disp-osé dans ledit collimateur au voisinage de son autre extrémité. 2. Dispostif de collimation et de filtrage selon la revendication 1,adapté à un générateur de neutrons et de gamma consistant en un mini-réacteur nucléaire pour neutrographie, ce dispositif étant caractérisé par le fait que ledit réflecteur formant écran gamma est un réflecteur annulaire en plomb ou en bismuth contre lequel est disposé un massif thermaliseur et diffuseur de neutrons, que ledit collimateur est un canal divergent et que l'extrémité de ce collimateur située au voisinage dudit réflecteur traverse ledit massif thermaliseur à une distance dudit réflecteur annulaire correspondant au maximum du flux de neutrons thermiques créé dans ledit massif thermaliseur. 3. Dispositif de collimation et de filtrage selon la revendication 2, caractérisé par le fait que, pour réduire les dimensions et le rapport de collimation dudit collimateur, on introduit à l'intérieur un bloc en matériau thermaliseur, dont les dimensions coïncident avec celles dudit canal et qui est percé d'un nouveau canal divergent recouvert d'une paroi en un matériau absorbeur de neutrons.