Brevet FR2233683A1 — publié le 19750110

La présente invention se rapporte à un procédé de réglage de l'intensité de l'émission neutronique de sources alpha et aux sources neutroniques réglables par ce procédé. Lorsqu'une source constituée par un émetteur alpha, comme le plutonium, est placée dans un milieu gazeux liquide ou solide chargé d'isotope 18 de l'oxygène ce dernier réagit avec les particules alpha pour donner naissance à des neutrons et à du néon suivant la réaction: Cette réaction (alpha, n) était considérée jusqu'à présent comme une réaction parasite et on cherchait à éviter le contact entre les sources alpha et l'isotope 18 de l'oxygène. On a maintenant découvert que l'on peut tirer profit des réactions entre une source alpha et une source d'isotope 18 de l'oxygène et obtenir ainsi des sources neutroniques d'intensité constante ou réglable ayant un grand intérêt dans plusieurs domaines, notamment dans celui de la biologie, de la métallurgie et de la chimie où de nombreuses analyses sont réalisées par activation neutronique. L'invention a pour objet un procédé de réglage de l'intensité de l'émission neutronique d'une source alpha, caractérisé par le fait que l'on fait croitre ou diminuer la quantité de l'isotope 18 de I'oxygène présent dans le matériau émetteur de particules alpha. Selon l'invention la-variation de I'intensité de l'émission neutronique est obtenue soit par contact de deux phases distinctes réalisé par mélange intime de lesdites phases soit par substitution de l'oxygène 16 par l'oxygène 18 du composé oxygéné émetteur de particules alpha. Suivant un premier mode de mise en oeuvre de ce procédé, on place une source alpha dans une première enceinte qui communique avec une seconde enceinte dans laquelle est placée la source d'oxygene 18, on provoque un écart de température entre les deux enceintes de façon à accroitre ou à diminuer l'apport d'oxygène 18 à l'intérieur de la source alpha. En variante, on peut n'utiliser qu'une seule enceinte contenant le matériau émetteur alpha sous forme solide et un gaz contenant de l'oxygène 18. La liquefaction de ce gaz par variation de température ou de pression provoque un contact plus ou moins important du gaz condensé avec le matériau émetteur alpha et ainsi permet d'ajuster l'intensité neutronique de la source. Suivant un deuxième mode de mise en oeuvre du procedé, la mise en contact de l'oxygène 18 avec la source alpha est réalisée mécaniquement par apport d'un liquide ou d'un solide riche en oxygène 18 dans le matériau émetteur de particules alpha ou inversement par apport d'un liquide ou d'un solide émetteur alpha dans le matériau enrichi en oxygène 18. Suivant un troisième mode de mise en oeuvre du procédé, on place dans un dispositif ayant une configuration rappelant celle d'un condensateur variable, des émetteurs alpha sur une série de lames et des sources d'oxygène 18 sous forme solide telle que de l'Al2 O3 sur l'autre série de lames, le réglage de la distance entre les sources étant obtenu en faisant varier l'emboitement des deux séries de lames l'une dans l'autre. - Suivant un quatrième mode de mise en oeuvre de l'invention applicable plus particulièrement à une source neutronique à fluence constante la mise en contact de l'oxygène 18 avec le matériau émetteur de particules alpha peut être réalisée par un échange entre les deux isotopes 16 et 18 de l'oxygène conduisant à un matériau émetteur alpha enrichi en oxygène 18. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après à titre non limitatif de trois exemples de sources neutroniques conformes à l'invention en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure I est une vue en coupe du premier mode de réalisation d'une source neutronique, - la figure 2 est une vue en coupe du deuxième mode de réalisation d'une source neutronique, - ia figure 3 est une vue en perspective du troisième mode de réalisation d'une source neutronique. La source neutronique que l'on observe à la figure 1 comprend deux enceintes cylindriques 1 et 2 en communication par leur partie supérieure au moyen d'un conduit 3 et d'une vanne 14 Le tond 4 de l'enceinte 1 est démontable, il porte une collerette 5 que l'on fixe a la collerette 6 de l'enceinte, par exemple au moyen de plusieurs boulons non représentés. Le tond 7 de l'encein- te 2 est fixé de taçon analogue. Sur le fond 4 on place une source 8 de 238Pu O2 fritté et poreux, et sur le fond 7 on verse de l'eau enrichie en isotope 18 de l'oxygène. La collerette 5 est appliquée sur le couvercle annulaire 10 et assure ainsi le soutien de enceinte 1 au-dessus de la chambre de chauffage 12. L'enceinte 2 est soutenue de façon analogue au-dessus de la chambre de chauffage 13 sur le couvercle annulaire 11. On comprend aisément que Si l'on chauffe l'eau enrichie 9, celle-ci s'évapore et s'entre par le conduit 3 jusqu'au contact de la source Pu O2 I1 se produit alors la réaction entre les particules alpha du plutonium et l'oxygène 18 de l'eau; l'émission neutronique s'intensifie. Pour diminuer cette émission, il suffit d'arrêter le chauffage de la chambre 13 et même de chauffer la chambre 12 pour chasser l'eau enrichie vers l'enceinte 2. Suivant le mode de réalisation qui apparaît à la figure 2, la source neutronique comprend deux enceintes 15 et 16 en communication par un conduit 17 comprenant une vanne 18. Enceinte 15 content un liquide ou une solution dans lequel se trouve un émetteur alpha (cas 1) ou de l'oxygène 18 (cas 2 > . L'enceinte 16 contient un solide poreux enrichi en oxygène 18 (cas 1) ou un solide poreux dans lequel se trouve un émetteur alpha (cas 2). La communication entre les deux enceintes par ouverture de la vanne 18 realise le contact entre l'émetteur alpha et l'oxygène 18 et provoque ainsi l'émission neutronique. On est en présence d'une source neutronique dont l'intensité peut être réglée par la quantité de liquide présent dans le matériau poreux de l'enceinte 16. Par retournement du dispositif et Duverture de la vanne 18 le retour du liquide dans l'enceinte 15 provoque l'arrêt de l'émission neutronique. Suivant le mode de réalisation qui apparat à la figure 3, on place des sources de Pu02 sur des lames telles que 19 et 20 disposées en série autour d'un axe commun 21 et 18 des sources d'Ai2 O 3 sur des lames telles que 22 et 23dispo- sées eh série également autour de l'axe commun 21, de telle façon que la rotation de l'axe 21 entraîne la rotation des lames telles que 22 et 23 et leur emboîtement entre les lames telles que 19 et 20. On comprend aisément que, lorsque les lames 22 et 23 recouvrent entièrement les lames 19 et 20, l'émission neutronique atteint son maximum, alors que si les deux séries de lames sont éloignées le plus possible, l'émission neutronique devient nulle. On a pu vérifier expérimentalement qu-'une source 238PuO2 contenant de l'oxygène naturel c'est-à-dire 0,2.de l'isotope 18, est le siège d'une émission neutronique d'environ 2-.104 neutrons/s.g, alors, que cette même source, enrichie à 90% en isotope 18 de l'oxygène émet 0,7.10 neutrons/s.g On conçoit donc que, grâce aux sources neutroniques conformes à l'invention, on peut obtenir à volonté une émission de neutrons dont l'intensité est comprise entre les deux valeurs indiquées ci-dessus. L'émetteur alpha peut se présenter sous forme de poudre, d'une masse fritté et spongieuse, ou d'une masse solide et compacte. Cependant, on choisit de préférence une masse frittée poreuse présentant une torte porosité ouverte vers l'extérieur pour obtenir le rendement maximum de la réaction. Suivant les modes de mise oeuvre 1 et 2 de l'invention, l'apport d'hydrogène favorise la thermalisation des neutrons c 'est-à-dire leur ralentissement. Ceci est avantageux pour certaines applications. Les sources neutroniques conformes à l'invention, ont pour avantage essentiel d'être de fabrication simple et de manipulation aisée. Ainsi l'absence d'oxygène 18 dans l'émetteur alpha au cours de ia tabrlcatlon réduit l'émission neutronique aux fissions spontanées de l'émetteur alpha et permet donc de s'affranchir des contraintes liées à la protection vis-à-vis des neutrons. Les sources neutroniques conformes à l'invention offrent une grande souplesse d'utilisation, elles peuvent servir avantageusement toutes les fois que l'on désire obtenir des intensités moyennes d'émissions neutroniques, et leur prls de revient est relativement faible, d'autant plus qu'elles ne nécessitent pas l'emploi d'émetteurs alpha de grande pureté. REVENDICATIONS 1. Procédé de réglage de l'intensité de l'émission neutronique d'une source à base d'un émetteur apha, caractérisé par le fait que l'on fait croltre ou diminuer la quantité de-l'lso- tope 18 de l'oxygène présent dans le matériau émetteur de particules alpha. 2. Procédé de réglage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la variation de l'intensité de 1rémission neutronique est obtenue par contact de deux phases distinctes réalisé par mélange intime de cesdites phases. 3. Procédé de réglage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la variation de l'intensité de l'émission neutronique est obtenue par substitution de l'oxygène 16 par l'oxygène 18 du composé oxygéné emetteur de particules alpha. 4. Procédé de réglage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le matériau émetteur de particules alpha est un actinide, un uranide ou un curide. 5. Procédé de réglage selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'actinide, I'uranide ou le curie se trouve sous forme d'oxyde. 6. Procédé de réglage selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le matériau émetteur de particules alpha est le polonium. 7.- Procédé de réglage selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le matériau émetteur de particules alpha est sous forme de cermets où il est associé à des métaux choisis parmi le tungstène, le molybdène, le tantale et le niobium. 8. Procédé de réglage selon les revendications 4, 5, 6 et 7, caractérisé par le fait que l'émetteur alpha se présente sous la forme d'un corps fritté et spongieux. 9. Procédé de réglage selon les revendications 4, 5, 6 et 7, caractérisé par le fait que l'émetteur alpha se présente sous fcrme-d'une poudre. 10. Procédé de réglage selon la revendication 1, caractérisé par le tait que la source alpha est placée dans une première enceinte qui communique avec une seconde enceinte dans iaquelle est placée la source d'oxygène 18 qui se présente sous la torme d'un liquide tel que de l'eau enrichie en oxygène 18 et que par un écart de température entre les deux enceintes on accroît ou on diminue l'apport d'oxygène 18 à l'intérieur de la source alpha 11. Procédé de réglage selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'on établit le contact entre un gaz contenarit de l'oxygène 18 et un matériau émetteur de particules alpha sous forme solide, dans une seule enceinte7 ledit contact étant réalisé par liquéfaction dudit gaz. 12. Procédé de réglage selon les revendication 1 et 2, caractérisé par le taist que la mise en contact de l'isotope 18 de l'oxygène avec ia source de particules alpha est réalisée mécaniquement par apport d'un liquide ou d'un solide riche en oxygène 18 dans le matériau émetteur de particules alpha ou inversement par apport d'un liquide ou d'un solide émetteur de particules alpha dans le matériau enrichi en oxygène 18. 13 Procédé de réglage selon la revendication 1, caractérisé par ie fait que dans un dispositif ayant une conflau- ration rappelant celle d'un condensateur variable, on place des émetteurs aipha sur une série de lames, et des sources d'oxygène 18 18 sous forme solide telles que de ltA12 O3 sur l'autre sérle de lames, ie réglage de la distance entre les sources étant obtenu en faisant varier l'emboltement des deux séries de lames i'une dans l'autre. 14. Source neutronique essentiellement caractérisée par ie tait qu'elle comprend deux enceintes en communication par un conduit et une vanne, la première enceinte contient un émetteur alpha et ia seconde enceinte une source d'oxygène 18 à l'état liquide telle que l'eau enrichie en oxygène 18 et un dispositif de chauffage ou de refroidissement associé à chaque enceinte pour assurer le transfert de la source liquide d'une enceinte vers l'autre. 15. Source neutronique essentiellement caractérisée par le fait qu'elle comprend une seule enceinte contenant le matériau émetteur de particules alpha sous forme solide, un gaz contenant de-l'oxygène 18 et un dispositif de chauffage, de refroidissement ou de variation. de pression interne associé à l'enceinte. 16. Source neutronique essentiellement caractérisée par le fait qu'elle comprend une première enceinte contenant un liquide ou une solution dans lequel se trouve un émetteur alpha ou de l'oxygène 18,-une deuxième enceinte contenant un solide poreux enrichi en oxygène 18 ou un solide poreux dans lequel se trouve un émetteur alpha, la communication entre les deux enceintes étant réalisée par un conduit muni d'une vanne. 17. Source neutronique essentiellement caractérisée par le fait qu'elle comprend deux série de lames pouvant s 'emboîter 1lune dans l'autre de façon identique aux deux séries de lames d'un condensateur variable, les lames d'une série supportant des émetteurs alpha et les lames de l'autre 18 série supportant des sources de A12 O3.