Brevet FR2192319A1 — publié le 19740208

La présente invention a pour objet un mélange d'isotopes lourds pour la réalisation des dépôts dans les chambres de fission. On sait que ces chambres à fission comportent intérieurement un dépot d'un matériau fissile, le flux de neutrons que l'on veut mesurer provoquant la fission de ce materiau en particules lourdes ionisantes ou fragments de fission dont les effets permettent, en particulier par comptage des impulsions produites, de détecter ou de mesurer la valeur de ce flux. Par exemple, ces chambres sont introduites è différents endroits d'un réacteur nucléaire pour mesurer le flux neutronique en divers points dudit réacteur. Ces chambres de fission peuvent avoir des formes différentes. Par exemple celle qui est décrite dans la demande de brevet nO PV 176 371 du 3.12.68 au nom de la demanderesse. Cette chambre se compose essentiellement d'une double enveloppe cylindrique enfermant dans une atmosphere de gaz neutre un tube coaxial comportant sur au moins une de ses faces un dépôt de matériau fissile, ladite enveloppe et ledit tube étant isolés électriquement l'un de l'autre. Le tube sur lequel est effectué le dépôt sert d'anode alors que les parois de l'enveloppe servent de cathode. Les impulsions électriques provoquées par les produits de fission sont recueillies entre lesdites électrodes et permettent ainsi de détecter les neutrons et de mesurer la valeur du flux neutronique. Comme dépôt fissile sur l'anode, on a dé7à utilisé par exemple de l'uranium 235 contenant un faible pourcentage d'uranium 238. Dans le cas des fortes fluences neutroniques (de l'ordre de 1021 n/cm2) on a une altération rapide du composé fissile. En d'autres termes, on a une consommation de la matière fissile par fission ou capture. De telles chambres n'ont donc qu'une durée de vie limitée et leur sensibilité varie de façon importante avec le flux intégré. ta présente invention a précisément pour objet un mélange d'isotopes lourds pour chambre de fission qui pallie l'inconvénient cité ci-dessus dans le cas de forts flux neutroniques. Le mélange d'isotopes lourds pour chambre de fission se caractérise en ce qu'il est constitué par au moins un isotope fissile et par au moins un isotope susceptible de donner un isotope fissile sous l'action du flux neutronique, la somme des sections efficaces de fission desdits isotopes étant sensiblement constante pour un spectre neutronique donné. On voit donc que le principe de l'invention consiste à ajouter à l'isotope fissile un autre isotope lourd peu ou pas fissile mais susceptible sous l'action du rayonnement neutronique de donner un corps fissile. On a ainsi une compensation de la consommation de matière fissile par création de nouvelle matière fissile. Selon l'invention, le mélange d'isotopes lourds peut être avantageusement constitué par un mélange d'uranium 234 et d'uranium 235 avec un pourcentage d'uranium 235 de l'ordre de 20 à 30% en poids dans le cas de réacteurs refroidis à l'eau légère. On peut également utiliser un mélange de thorium 232 et d'uranium 233, l'uranium 233 représentant un pourcentage en poids de l'ordre de 5%. On peut également utiliser un mélange d'uranium 235 et d'uranium 238 comportant environ 16% d'uranium 235. On comprendra mieux les avantages des mélanges proposés dans la présente demande de brevet à titre non limitatif en se reportant au tableau annexé sur lequel on a comparé la variation de la section efficace totale de fission de chacun des mélanges et la contribution de chacun des composants à cette section efficace pour divers flux neutroniques intégrés dans un spectre de réacteurs de puissance à cou légère. Sur ce tableau, dans la première ligne on a fait figurer ce qui concerne le mélange uranium 234, uranium 235 avec 293 atomes d'uranium 234 pour 100 atomes d'uranium 235. Pour différentes valeurs du flux neutronique intégré exprimé en 2 neutrons par cm , on donne la section efficace totale de fission du mélange et la contribution de chacun des éléments constituant le mélange. On constate que pour ce mélange le pourcentage de fission pour chacun des composants est à peu près constant et que la section efficace totale de fission est également à peu près constante puisqu'elle ne varie qu'entre 1,006 et 0,892. Sur la deuxième ligne, on a représenté les mêmes éléments pour le mélange thorium 232 -uranium 233 avec 1836 atomes de thorium pour 100 atomes d'uranium 233. On constate que dans ce cas également on a des taux de fission sensiblement constants et une section efficace totale de fission qui varie très peu (de 1 à 0,962). On constate que dans ce cas par irradiation, il apparaît en plus de l'uranium 235 fissile. Sur la troisième ligne on a représenté le cas d'un mélange d'uranium 235 et d'uranium 238 avec 15,95% d'uranium 235. On constate que la section efficace totale de fission est encore sensiblement constante mais la contribution de chacun par exemple de l'uranium 235 varie dans une assez large mesure. I1 apparat en plus des deux composés initiaux du plutonium 239 et du plutonium 241. A titre de comparaison, on a pris le cas d'un mélange contenant 7% d'uranium 238 et 93% d'uranium 235. On constate sur le tableau que pour ce mélange la section efficace totale de fission varie beaucoup plus (de 1 à 0,331). On a donné des exemples concernant des mélanges binaires d'isotopes lourds, mais il va de soi qu'on ne sortirait pas de l'invention en utilisant des mélanges ternaires ou quaternaires répondant aux impératifs cités précédemment. Les exemples précédents ont été choisis car ils sont plus simples. REVENDICATIONS 1. Mélange d'isotopes lourds pour chambre de fission, caractérise en ce qu'il se compose d'au moins un isotope lourd fissile et d'au moins un isotope lourd susceptible de donner un isotope fissile sous l'action d'un flux neutronique, de façon que la somme des sections efficaces de fission desdits isotopes reste sensiblement constante dans le temps pour un spectre neutronique donné, ledit mélange comportant environ de 15 à 30 % d'uranium 235. 2. Mélange d'isotopes selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de l'uranium 234 et de l'uranium 235. 3. Mélange d'isotopes lourds selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit mélange comprend de l'uranium 235 et de l'uranium 238, avec environ 16 % d'uranium 235. Nouvelles revendications déposées après premier projet d'avis documentaire. B 4590.3 GD VARIATIONS DU TAUX DE FISSION DANS DIFFERENTS TYPES DE CHAMBRES A FISSION #t 0 0,5 x 1021 1,0 x 1021 1,5 x 1021 2,0 x 1021 2,5 x 1021 3,0 x 1021 U234 # Ni # f 1 1,006 0,999 0,982 0,957 0,926 0,892 + U235 U4 = 293 Fis. U4 3,0 2,8 2,6 2,5 2,3 2,2 2,2 # % # U5 97,0 97,2 97,4 97,5 97,6 97,6 97,6 U5 = 100 Th 232 + U 233 #Ni @ f 1 0,994 0,998 0,982 0,975 0,969 0,962 Th = 1836 Fis. Th 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 # % # U3 99,3 99,2 99,0 98,8 98,5 98,1 97,8 U3 = 100 U5 0,0 0,1 0,2 0,4 0,7 1,1 1,4 U 16 % U5) #Ni # f 1 1,021 0,997 0,956 0,909 0,860 0,812 Fis. U5 98,8 80,1 68,0 58,7 51,1 44,7 39,3 U5 = 15,95 % # U8 1,2 1,1 1,1 1,2 1,2 1,3 1,3 U8 = 84,05 Pu9 18,3 28,4 34,7 39,0 42,3 45,0 Pu1 0,5 2,4 5,4 8,6 11,6 14,3 U #Ni # f 1 0,831 0,690 0,574 0,477 0,397 0,331 (93 % U5) Fis. U5 100,0 99,6 99,3 98,9 98,5 98,1 97,5 U5 = 53 # % # U8 U8 = 7 Pu9 0,3 0,6 0,8 1,1 1,4 1,7