Brevet FR2241793A1 — publié le 19750321

La présente invention düe à la collaboration de Monsieur Gorges, Achille PHLIPOT, et réaliséedans les services de la Demanderesse est relative à la détection d'un flux de neutrons par formation de traces dans une feuille de matière plastique, traces-produites par une émission secondaire de particules ionisantes, en particulier de particules , provenant d'une réaction nucléaire de conversion des neutrons en particules a, appelée habituellement réaction nucléaire (n5a). La présente invention est plus particulièrement relative à un film neutrographique qui permet d'enregistrer un flux de neutrons uniforme ou modulé par un objet et à un procédé d'enregistrement neutrographique suivant lequel on expose ce film à un flux de neutrons puis l'on révèle les traces formées par les particules a provenant de la réaction (n, a), par exemple par une solution basique. Il est connu d'utiliser des rayonnements neutroniques pour obtenir des informations sur la structure interne des corps solides. On utilise habituellement des neutrons lents, par exemple les neutrons thermiques et avantageusement les neutrons froids. Le corps solide que l'on soumet au rayonnement neutronique module le flux des neutrons, puis l'on dirige le flux de neutrons modulé sur un milieu d'enregistrement. On a déjà proposé d'utiliser pour l'enregistrement neutrographique des produits photosensibles aux halogénures d'argent, mais les halogénures d'argent présentent l'inconvénient d'être sensibles aussi aux rayonnements parasites, en particulier les rayonnements B et y,qui accompagnent habituellement les flux deneutrons. D'autres procédés pour l'enregistrement neutrographique utilisent des couches ou des films de matière plastique sensibles aux particules a, auxquelles sont associées des composés chimiques dont au moins l'un des constituants est le siège d'une réaction nucléaire (n, a), composés appelés, ci-après, agents convertisseurs (n, a). Les particules a dégradent sélectivement certaines substances qui sont, par ailleurs, pratiquement insensibles aux autres rayonnements électromagnétiques, en particulier aux rayonnements p et J qui, comme on l'a mentionné précédemment, accompagnent les flux des neutrons.Des substances sensibles aux particules a,utiles pour former les couches d'enregistrement des films neutrographiques, sont,par exemple, des matières plastiques telles que les esters de cellulose comme le nitrate de cellulose, ltacétate de cellulose, l'acétobutyrate de cellulose ou des polyesters,par exemple,les polycarbonates. Lorsque le flux de neutrons atteint la couche d'enregistrement constituée, par exemple, par un film de nitrate de cellulose auquel est associé un agent convertisseur, le flux de neutrons est transformé en flux de particules ionisantes qui dégradent sélectivement le nitrate de cellulose. On met ensuite ces dégradations, en évidence, par une réaction chimique, par exemple par traitement par une solution basique. Les traces ainsi révélées doivent présenter un bon contraste entre les plages- exposées aux neutrons et les plages non exposées. On a déjà propose d'utiliser des composés chimiques très variés dont au moins l'un des constituants est le siège d'une réaction nucléaire (n, a). Ces agents convertisseurs comprennent le bore en poudre enrichi en isotope 10, tel que décrit au brevet français 1 527 114, le fluorure de lithium tel que décrit au brevet belge 741 960, une feuille d'uranium enrichi, telle que décrite au brevet français 1 555 688, les composés du bore 10, par exemple les borates, les sels de lithium 6, par exemple les halogénures de lithium tels que le chlorure de lithium et les composés qui contiennent à la fois du bore 10 et du lithium 6 tels que les borates de lithium, composés qui sont décrits au brevet français 2 067 103 et à ses additions nO 70.23144 et 71.32658.Les produits neutrographiques de la technique antérieure, décrits dans les brevets précités, comprennent tous une couche d'agent convertisseur ou écran convertisseur distinct de la couche d'enregistrement des particules a provenant de la réaction nucléaire (n,a). Ces produits neutrographiques de la technique antérieure à écran convertisseur et à couche d'enregistrement distincts présentent l'inconvénient de n'enregistrer qu'une faible fraction des particules a émises par l'écran convertisseur au contact du flux de neutrons. Les particules a de faible énergie n' atteignent pas la couche d'enregistrement, par exemple la couche de nitrate de cellulose, parce qu'elles sont soit absorbées par l'écran convertisseur soit déviées à l'interface entre l'écran convertisseur et la couche de nitrate de cellulose. On a déjà proposé d'introduire l'agent convertisseur dans la couche d'enregistrement. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique 3 548 191 décrit, en effet, un film pour la détection des neutrons lents qui comprend une couche d'enregistrement en nitrate de cellulose dans laquelle est dispersée de manière uniforme un agent convertisseur choisi dans le groupe constitué par le tétraphénylbore, l'hexaméthylborazine, le ricinoléate de lithium et le carborane. I1 est en effet bien connu que la plupart des composés du bore et du lithium, en particulier les composés minéraux, sont insolubles dans les solutions utilisées pour former les couches d'enregistrement des particules a, solutions qui comprennent, par exemple, un ester de cellulose et un ou plusieurs solvants tels que l'alcool éthylique, l'éther diéthylique, l'acétone, la cyclohexanone, etc. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique 3 548 191 décrit trois composés organiques du bore et un savon de lithium qu'il est possible de dissoudre ou de disperser de manière uniforme dans une solution de nitrate de cellulose qui comprend un mélange de solvants organiques. I1 serait néanmoins souhaitable de préparer des films neutrographiques contenant un agent convertisseur (n,a) dans la couche d'enregistrement des particules a, dont la sensibilité soit améliorée. La présente invention apporte une solution à ce problème et a notamment pour buts - un film neutrographique qui permet de détecter un flux de neutrons dont la sensibilité aux neutrons est nettement améliorée par rapport à celle des films neutrographiques de la technique antérieure, film neutrographique qui, exposé à un flux de neutrons, par exemple modulé par un objet, et traité par un réactif chimique approprié, permetd'obtenir une image visible de cet objet, - un procédé d'enregistrement neutrographique qui met en oeuvre le film suivant l'invention. Le film neutrographique ou enregistreur de neutrons suivant l'invention, qui comprend une couche d'enregistrement des particules a qui contient une solution solide d'un agent convertisseur des neutrons en particules a de la classe des composés organiques du bore dans la substance permettant l'enregistrement des particules a, est caractérisé en ce que ce composé organique du bore est choisi dans le groupe constitué par 1 - Les-dérivés du triphénylbore correspondant à la formule suivante où R1 et R2 représentent chacun un atome d'hydrogène ou un radical-alcoyle de 1 à 4 atomes de carbone, 2 - Les composés correspondant à la formule suivante où R1 et R2 représentent chacun un atome d'hydrogène ou un radical alcoyle de 1 à 4 atomes de carbone. 3 - Les composés correspondant à la- formule suivante où R, R, R représentent chacun un atome d'hydrogène ou un radical alcoyle de 1 à 4 atomes de carbone. 4 - Les composés correspondant à la formule suivante R1 R2 R3 R4 4 et R5 où R, R, R , R4 et R5 représentent chacun un atome d'hydrogène ou un radical alcoyle de 1 à 4 atomes de carbone, et 5 - L'acide butylboronique correspondant à la formule suivante V C4119B (OH)2 L'agent convertisseur étant situé au sein même de la couche d'enregistrement, les particules a prennent naissance dans l'épaisseur de cette couche. Lorsque l'épaisseur de la couche d'enregistrement est faible, les particules a débouchent pour la plupart vers l'extérieur et le traitement ultérieur par une solution basique permet de révéler et de rendre visible les traces correspondant aux trajets des particules a. Comme le bore 10, qui représente 18,8% du bore contenu dans les composés naturels du bore5 a une section efficace de capture des neutrons lents environ cinq fois supérieure à celle du bore 11, on utilise avantageusement dans les films neutrographiques suivant l'invention des composés du bore enrichi en bore 10, mais on peut aussi utiliser efficacement les composés naturels du bore. On peut utiliser ces agents convertisseurs à des concentrations variées, par exemple à des concentrations comprises entre 1/10.000 et 25/100 en masse par rapport à la matière plastiqué servant à l'enregistrement des particules a. On utilisera plus particulièrement ces agents convertisseurs à une concentration d'environ 1/1000 à 5/100 par rapport à la masse de la matière plastique utilisée pour détecter les particules a. Lorsque la dose de rayonnement neutronique à détecter est très élevée, on utilisera les concentrations en-agent convertisseur les plus faibles, cette concentration pouvant ne pas dépasser 1/10.000 par rapport à la masse de la matière plastique. On utilisera avantageusement les dérivés du triphénylbore correspondant à la formule I à une concentration d'environ 1/10.000 à 5/100 en masse dans le nitrate de cellulose, les composés correspondant à la formule II à une concentration d'environ 1/10.000 à 25/100 en masse dans le nitrate de cellulose, les composés correspondant à la formule III, à une concentration d'environ 1/10.000 à 15/100 en masse par rapport au nitrate de cellulose, les composés correspondant à la formule IV à une concentration d'environ 1/10.000 à 15/100 en masse par rapport au nitrate de cellulose et le composé correspondant à la formule V à une concentration d'environ 1/10.000 à 10/100 en masse par rapport au nitrate de cellulose. On peut utiliser des matières plastiques variées pour former les couches d'enregistrement des particules a, par exemple des couches d'ester de cellulose tel que le nitrate de cellulose, l'acétate de cellulose, l'acetobutyrate de cellulose, etc. On utilisera avantageusementle nitrate de cellulose comme substance sensible aux particules ionisantes, en particulier un nitrate de cellulosesans stabilisant qui contient du camphre comme seul plastifiant. La concentration en camphre du nitrate de cellulose est d'environ 10/100 à 20/100 et avantageusement d'environ 13/100 à 18/100. L'épaisseur de la couche d'enregistrement des particules a peut varier considérablement, par exemple d'environ 1p à 500cor. Lorsqu'on désire détecter et compter les traces produites par les particules a provenant de la conversion des neutrons, on choisit l'épaisseur de la couche d'enregistrement en fonction de l'énergie des particules a que l'on cherche à détecter ou à compter, pour que ces particules la traversent de part en part et y produisent des traces telles que le traitement chimique subséquent provoque des perforations. L'épaisseur de la couche d'enregistrement qui doit être perforée par les particules a est habituellement comprise entre 5p et 50p suivant l'énergie de ces particules. Pour améliorer l'examen optique des traces et faciliter leur reproduction photographique, en éliminant les inconvénients dûs à la diffusion de la lumière, il est avantageux d'utiliser une couche d'enregistrement, par exemple une couche de nitrate de cellulose colorée dans la masse, comme décrit au brevet français 2 092 830 (père addition rattachée au brevet français 2 067 103). Lorsque 1 'épaisseur de la couche de nitrate de cellulose est comprise entre 5p et 50y, cette épaisseur est trop faible pour que la couche soit manipulable, de sorte qu'il est nécessaire d'appliquer la couche de nitrate de cellulose sur un support inerte, incolore et transparent, par exemple un support de polytéréphtalate d'éthylèneglycol. I1 est nécessaire que la couche de nitrate de cellulose adhère correctement sur le support et que cette adhérence ne soit pas altérée par la solution basique utilisée ultérieurement pour révéler les traces provoquées par les particules a. Lorsqu'on ne désire pas compter les traces des atx particules ,mais former une image visible dépolie, l'épaisseur de la couche d'enregistrement, qui n'est pas traversée par les particules a, peut être comprise entre 50F et 500p et dans ce cas, la couche d'enregistrement n'a pas besoin de support auxiliaire. On peut utiliser des solvants variés pour préparer les solutions de coulage des couches d'enregistrement des particules a qui contiennent la matière plastique et l'agent convertisseur tels que décrits précédemment. Des solvants utiles pour dissoudre le nitrate de cellulose sont, par exemple, l'acétone, la méthyléthylcétone, la méthylsobutyleétone, la cyclohexanone, l'acétate d'éthyle, l'acétate d'isopropyle, etc. Des solvants utiles pour dissoudre l'acétate de cellulose et l'acétobutyrate de cellulose sont, par exemple, l'acétone, la méthyléthylcétone, l'acétate de méthyle, l'acétate d'éthyle, le dichlorure de méthylène, le chloroforme, le tétrahydrofuranne, etc. On utilise des solutions de matière plastique dans des solvants, tels que mentionnés précédemment, à des concentrations variées, par exemple à des concentrations d'environ 5/100- à 35/100 en masse, suivantla matière plastique et les solvants utilisés et suivant l'épaisseur de la couche de matière plastique désirée. Dans la solution de matière plastique on ajoute un agent convertisseur tel que décrit précédemment, puis on coule le mélange obtenu sur une roue de coulée et on sèche le film. On soumet ensuite le film neutrographique à un flux de neutrons pendant une-durée qui peut varier considérablement, mais qui est habituellement comprise entre 5 mn et 1 h, avantageusement entre 10 mn et 30 mn, suivant l'intensité du flux de neutrons à détecter et la sensibilité du film neutrographique, en particulier suivant la concentration en dérivé organique du bore utilisée. L'exposition modifie localement les propriétés de la matière plastique, en particulier le nitrate de cellulose, de la couche d'enregistrement, c'est-à-dire qu'à l'endroit des impacts des particules, la matière plastique est rendue plus fragile et les plages rendues plus fragiles sont ensuite attaquées sélectivement par un réactif chimique approprié qui élimine cette matière dégradée. Ce traitement d'intensification des dégradations produites dans le film par les particules a a pour résultat de produire des traces observables, par exemple par un examen au microscope. Pour révéler et intensifier les plages exposées aux particules a provenant de la conversion des neutrons, on peut traiter le film neutrographique exposé par des procédés variés. On peut, par exemple, traiter le film neutrographique exposé par une solution aqueuse très basique, comme décrit dans "Physical Review" 5A, 135., p 14/13-1449 (2 mars 1964) par R.L.Fleischer. Après traitement, on examine le film neutrographique par transparence, en lumière dirigée et on peut ainsi compter les traces. On peut aussi avantageusement révéler et intensifier les traces de matière cellulosique exposée au rayonnement a par le procédé décrit au brevet français 1 563 973.Suivant ce dernier procédé, on expose une couche de substance telle que le nitrate de cellulose, initialement transparente, à un flux de particules ionisantes, puis on traite cette couche par une solution alcaline contenant de préférence un agent gonflant du nitrate de cellulose, ce qui-permet d'approfondir les dégradations produites par les particules ionisantes, mais peut en même temps dépolir également les plages non irradiées. Dans une seconde opération, réalisée au moyen d'une autre solution alcaline contenant cette fois un agent solvant de la substance, on repolit la surface de la couche en dissolvant la fraction de l'épaisseur attaquée et dépolie par le premier traitement : les parties non irradiées retrouvent leur transparence initiale alors que les parties irradiées, plus profondément attaquées, restent visibles. Dans le cas du nitrate de cellulose, on peut choisir comme agent gonflant un halogénure ou un thiocyanate de'métal alcalin, et comme agent solvant, 1'éthy-. lèneglycol. On obtient ainsi des traces visibles correspondant à l'impact des particules a provenant de la conversion des neutrons ou bien une image visible de l'objet exposé au flux des neutrons. On peut ainsi compter les traces visibles révélées, par exemple au microcospe ou bien examiner par transmission l'image visible de l'objet soumis au rayonnement neutronique, soit par examen direct, par exemple à l'oeil nu, soit par reproduction photographique, par exemple au moyen d"un agrandisseur. L'exemple suivant illustre l'invention. EXEMPLE - On dissout dans une solution de nitrate de cellulose à 25/100 en masse dans la cyclohexanone, le triphénylbore corrèspondant à la formule suivante à la concentration de 5/100 en masse par rapport à la solution. On applique ensuite à la raclette la solution obtenue sous une épaisseur mesurée à l'état humide de 1 mm, On sèche la couche et on obtient un film neutrographique dont l'épaisseur est égale à 0,25 mm. On expose ce film neutrographique à un flux de neutrons, modulé par un objet à examiner, pendant 15 mn, puis on révèle les traces correspondant à l'impact des particules a, provenant de la conversion des neutrons, par une solution d'hydroxyde de sodium 2,5 N, à- 60"C, pendant 15 mn. On obtient une image visible de l'objet soumis au flux de; neutrons. On effectue d'autre part, un essai-témoin en l'absence de triphénylbore. Après exposition et traitement comme décrit ci-dessus, on n'obtient aucune image visible sur le film de nitrate de cellulose. On reproduit le mode opératoire de l'exemple 1, mais on remplace le tri phénylbore par l'un des composés qui correspondent à l'une des formules I à V décrites précédemment. On obtient des résultats semblables à ceux de l'exemple 1. REVENDICATIONS. 1 - Film neutrographique ou enregistreur de neutrons,qui comprend une couche d'enregistrement des particules a qui contient une solution solide d'un agent convertisseur des neutrons en particules a de la classe des composés organique du bore dans une substance permettant l'enregistrement des parti cules a, caractérisé en ce que ce composé or-ganique du bore est choisi dans le groupe constitué par 1 - les dérivés du triphénylbore correspondant à la formule suivante où R et R représentent chacun un atome d'hydrogène ou un radical alcoyle de 1 à 4 atomes de carbone. 2 - Les composés correspondant à la formule suivante où R et R2 représentent chacun un atome d'hydrogène ou un radical alcoyle de 1 à 4 atomes de carbone. 3 - Les composés correspondant à la formule suivante où R, R et R représentent chacun un atome d'hydrogène ou un radical alcoyle de 1 à 4 atomes de carbone. 4 - Les composés correspondant à la formule suivante où R, R, R4 et R5 représentent chacun un atome d'hydrogène ou un radical alcoyle de 1 à 4 atomes de carbone, et 5 - L'acide butylboronique correspondant à la formule suivante C4HgB (OH)2 2 - Film neutrographique conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le composé organique du bore est choisi parmi les dérivés du triphé nylbore qui correspondent à la formule suivante: où R1 et R2 représentent chacun un atome d'hydrogène ou un radical alcoyle de 1 à 4 atomes de carbone. 3 - Film neutrographique conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le composé organique du bore est choisi parmi les composés qui corres pondent à la formule suivante R1 et R2 où R1 et R représentent chacun un atome d'hydrogène ou un radical alcoyle de 1 à 4 atomes de carbone. 4 - Film neutrographique conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le composé organique du bore est choisi parmi les composés qui corres pondent à la formule suivante où R15 R2 et R3 représentent chacun un atome d'hydrogène ou un radical alcoyle de 1 à 4 atomes de carbone. 5 - Film neutrographique conforme à la revendication l,caractérisé en ce que le composé organique du bore est choisi parmi les composés qui corres pondent à la formule Suivante où R, R, R , R4 et R5 représentent chacun un atome d'hydrogène ou un radical alcoyle de 1 à 4 atomes de carbone. 6 - Film neutrographique conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le composé organique du bore est l'acide butylboronique qui correspond à la formule C4H9B(OH)2 7 - Film neutrographique conforme à l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le composé organique du bore est le triphénylbore. 8 - Film neutrographique conforme à l'une quelconque des revendications I à 7, caractérisé en ce que la substance qui permet l'enregistrement des parti cules a contenue dans la couche d'enregistrement des particules a est un ester de cellulose choisi dans le groupe constitué par le nitrate de cellu lose, l'acétate de cellulose,-et l'acétobutyrate de cellulose. 9 - Film neutrographique conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la couche d'enregistrement des particules a est une couche de nitrate de cellulose qui contient le composé organique du bore à une concentration comprise entre 1/10000 et 25/100 en masse. 10- Film neutrographique conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche d'enregistrement des parti cules a est comprise entre lii et 500p. 11 - Film neutrographique conforme à la revendication 10, caractérisé en ce qu il comprend une couche d'enregistrement des particules a qui contient l'agent convertisseur des neutrons en particules a de la classe des com posés organiques du bore, couche d'enregistrement des particules a qui est appliquée, sur un support de polytéréphtalate d'éthylèneglycol sous une épaisseur, mesurée à l'état sec, d'environ 5p à 50p. 12 - Film neutrographique conforme à la revendication 11, caractérisé en ce que la couche d'enregistrement des particules a est colorée dans la masse. 13 - Film neutrographique conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu il comprend une couche de nitrate de cellulose qui contient l'agent convertisseur des neutrons en particules a de la classe des composés organiques du bore qui se supporte elle-même, cette couche étant appliquée sous une épaisseur mesurée à l'état sec d'environ 50\Là 50011. 14 - Procédé d'enregistrement neutrographique, où l'on expose un film neutro graphique qui comprend un agent convertisseur des neutrons en particules a et une couche d'enregistrement des particules a,à un flux de neutrons modulé par un objet, de manière à convertir le flux modulé de neutrons en -flux modulé de particules a qui dégrade sélectivement les plages exposées de la couche d'enregistrement, formant ainsi une image de l'objet exposé au flux de neutrons, caractérisé en ce qu'on expose à un flux de neutrons un film neutrographique conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 13, putes l'on traite le film neutrographique exposé par une solution basique. 15 - Procédé conforme à la revendication 14, caractérisé en ce que, après l'ex position au flux de neutrons, on traite le film neutrographique successi vement par une solution basique qui contient un agent gonflant la substance qui permet l'enregistrement des particules a, puis par une solution basique qui contient un solvant de la substance d'enregistrement des particules a.