Brevet FR2221793A1 — publié le 19741011

L' invention, due à Valdis Valdovich GAVAR,Alexandr Stanislavovich DINDUN,Mark Maximovich KRAMER,Ernest Yanovich PLATATSIS, Artur Eduardovich MIKELSON,Elmar Yanovich TOMSON,concerneles sources de rayonnement ionisant et,notamment,les circuits dtirradia- tion destinés à être utilisés comme sources de rayonnement dans les recherches scientifiques ou les processus industriels à irradiation (chimiques, physiques, biologiques). On connait des circuits d'irradiation émettant un rayonnement gamma, qui fonctionnent en annexe à des réacteurs nu cléaires de recherches (voir, par exemple, A.S. Dindun, V.V. Gavar, E.Y. Tomson Les circuits d'irradiation, sources de rayonnement gamma", éditions Zinatné, Riga 1959, pages 151 à 162). De tels circuits d'irradiation sont constitués par un système comprenant un générateur d'activité situé auprès de la zone active du réacteur nucléaire, un irradiateur, un réservoir pour le stockage du porteur d'activité et une pompe assurant la circulation du porteur d'activité (porteur gamma) dans le circuit, tous ces organes étant reliés entre eux par des conduites. Lors de son passage dans le générateur d'activité, le porteur gamma devient radioactif sous l'action des neutrons irradiés par le réacteur nucléaire les les conduites l'amènent à l'irradiateur où le rayonnement gamma du porteur gamma est utilisé pour la réalisation des processus à irradiation. A l'arrêt du circuit d'irradiation, il faut évacuer le porteur gamma au réservoir, afin de permettre l'accès à l'irra- diateur et d'empêcher l'irradiation du personnel. Dans les circuits d'irradiation connus, pour assurer lté- vacuation du porteur gamma au réservoir, on intercale dans le circuit des dispositifs obturateurs commandés à distance, ou bien, dans certaines conceptions, afin d'assurer l'auto-vidange sans formation de poches hydrauliques, les conduites reliant le générateur d'activité et l'irradiateur sont installées de telle façon que l'une d'elles soit bien plus haute que l'autre. L'inconvénient des circuits d'irradiation connus est la présence de dispositifs obturateurs mécaniques commandés à distance., dispositifs qui ne sont pas fiables, surtout lorsqu'ils coopèrent avec un porteur d'activité agressif. Dans les circuits d'irradiation où l'on est arrivé à supprimer les dispositifs obturateurs en réalisant une conduite haute et une conduite basse, entre le générateur d'activité et l'irradiateur, la conduite haute nécessite une protection biologique séparée, ce qui complique la construction et la rend plus chère. En règle générale, les circuits connus out un seul générateur d'activité et un seul irradiateur. Dans les circuits d'irradiation connus, l'augmentation du nombre des générateurs d'activité et des irradiateurs n'est possible qu'en ajoutant des dispositifs obturateurs mécaniques. En présence de l'action prolongée d'un rayonnement de grande intensité et de l'activité chimique du porteur gamma, les dispositifs obturateurs ne sont pas fiables, et il peut s'ensuivre la mise hors d'usage du circuit d'irradiation pour une durée prolongée. Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients indiqués. Ce but est donc de créer un circuit d'irradiation qui ne comporte pas de dispositifs obturateurs mécaniques, dans lequel les conduites reliant le générateur d'activité à l'irradiateur soient posées sous une protection biologique commune, et l'évacuation du porteur d'activité au réservoir lors de son arrêt se fasse par auto-vidange sans formation de poches hydrauliques. La solution consiste en ce que le circuit d'irradiation, comprenant un générateur d'activité, un irradiateur, un réservoir pour le stockage du porteur d'activité et une pompe pour assurer la circulation du porteur d'activité dans le circuit, ces éléments étant reliés par des conduites, sselon l'invention, est doté d'une chambre de mélange et d'une pompe additionnelle, la chambre de mélange étant mise en communication à sa partie supérieure avec les sorties du générateur d'activité et de l'irradiateur et, à sa partie inférieure, par l'intermédiaire des pompe pes, avec les entrées du générateur d'activité et de l'irradiateur, la chambre étant disposée de telle façon que sa partie supérieure soit plus basse que les parties basses du générateur d'activité et de l'irradiateur. Il est avantageux que le circuit d'irradiation soit doté d'au moins un irradiateur additionnel et d'une seconde pompe additionnelle, Icirradiateur ayant, dans ce cas, son entrée raccordée à la partie inférieure de la chambre de mélange, par l'intermédiaire de la seconde pompe additionnelle, et sa sortie raccordée à la partie supérieure de ladite chambre. Le circuit d'irradiation réalisé conformément à linven- tion ne comporte pas de dispositifs obturateurs mécaniques, éléments qui ne sont pas fiables ; il y a une protection biologique commune pour les tuyauteries reliant le générateur d'activité à l'irradiateur et, lois de son arrêt, il assure fiable du porteur d'activité au réservoir sans formation de poches hydrauliques. Le circuit d'irradiation réalisé conformément à l'invention présente, en outre, l'avantage qu'on peut y brancher plusieurs irradiateurs simultanément ou plusieurs irradiateurs différents à tour de rôle, sans qu'il soit nécessaire d'intercaler des dispositifs obturateurs mécaniques. Dans ce qui suit, l'invention est expliquée par la description d'un mode de réalisation concret, à l'aide d'un dessin dont la figure unique représente un circuit d'irradiation conforme à l'invention. Le circuit d'irradiation représenté par le dessin comprend un générateur d'activité 1, dont la sortie est raccordée, par une conduite 2, à la partie supérieure d'une chambre de mélange 3 et dont l'entrée est raccordée à la partie inférieure de la chambre de mélange 3,par l'intermédiaire d'une pompe é- lectromagnétique 4 et d'une conduite 5. Les conduites 2 et 5 sont posées sous une protection biologique commune 6. Le circuit d'irradiation ccFnrend aussi un irradiateur 7 dont la sortie est reliée par une conduite 8, à la partie supérieure de la chambre de mélange 3 cr dont entrée est reliée à la partie inférieure de crotte chambre 3 par l'intermédiaire d'une pompe électromagnétique 9 et d'une conduite 10.Les conduites 8 et 10 sont posées sous une protection biologique commune 11. Un irradiateur additionnel 12 est branché sur la chambre de mélange 3 d'une façon analogue, par des conduites 13 et 14 posées sous une protection biologique commune 15, par l'intermédiaire d'une troisième pompe électromagnétique 16. Le réservoir 17, dans lequel est stocké le porteur d'activité - le porteur gamma 18 est raccordé, à la partie inférieure de la chambre de mélange 3, par une conduite 19 et, à la partie supérieure de cette chambre 3, par une conduite 20. La conduite 20-permet de maintenir en dépression tout le volume du circuit d'irradiation à l'aide d'une seule pompe à vide 21 branchée sur le réservoir 17 par une conduite 22. Le maintien en dépression est nécessaire pour empêcher l'entrée de bulles de gaz dans les-conduites 2,5, 8, 10, 13, 14, 19, 20, 22 et dans les pompes électromagnétiques 4, 9, 16, ainsi que pour isoler en outre le porteur gamma 18 de l'air atmosphérique. Le générateur d'activité 1 est un serpentin tubulaire placé dans le réflecteur de la zone active d'un réacteur nucléaire (non représenté sur le dessin), dans lequel le porteur gamma 18 en circulation est activé sous l'action du rayonnement neutronique. Le porteur gamma 18, employé, est un alliage métallique indium-gallium-étain, ayant un point de fusion de il0 C. On peut aussi employer d'autres porteurs gamma, par exemple des alliages indium-gallium, indium-bismuth ou de l'indium pur. Les irradiateurs 7 et 12 servant à concentrer la radioactivité du porteur gamma sont des récipients dont la forme est choisie selon le processus à radiation. Par exemple, à des fins de recherches, l'irradiateur peut être réalisé sous la forme drun cylindre clos avec un canal axial, ce qui permet d'obtenir des rayonnements gamma de grande intensité. Les pompes 4, 9, 16 peuvent être des pompes électromagnétiques de n'importe quel type, engendrant une pression suffisante pour assurer la circulation du porteur gamma dans le circuit d'irradiation et adaptées au service en présence de radiations. La chambre de mélange 3 est un tronçon de tube de longueur suffisante (rapport longueur/diamètre environ égal à 10), dans lequel il y a mélange complet du porteur gamma 18 venant du générateur d'activité 1 et des irradiations 7 et 12. La chambre de mélange 3 doit être disposée de telle fa çon que sa partie supérieure soit plus basse que les points bas dù générateur d'activité 1 et des irradiations 7 et 12, afin d'assurer l'évacuation du porteur gamma 18 par auto-vidange à l'arrêt du circuit d'irradiation. Le réservoir est une capacité pouvant recevoir tout le porteur gamma 18. Tous les éléments du circuit d'irradiation doivent être réalisés en un matériau résistant aux actions chimiques et radiatives, par exemple en acier inoxydable. Dans l'exemple considéré, on a décrit un circuit d'irradiation avec un seul irradiateur additionnel 12. Au besoin, on peut connecter à ce même circuit d'irradiation d'autres irradiateurs additionnels, la liaison se faisant de la même manière que pour l'irradiateur 12. Le circuit d'irradiation fonctionne de la façon suivante. Avant la mise en marche du circuit, le porteur gamma 18 est stocké dans le réservoir 17. Quand la pompe 4 est mise en marche, le porteur-gamma 18 est aspiré hors du réservoir 17 par la conduite 19 et la chambre de mélange 3, et refoulé au générateur 1 par la conduite 5. Sous l'action du rayonnement neutronique du réacteur nucléaire, le porteur gamma 18 est activé dans le générateur 1. Du générateur 1, le porteur gamma 18 actif va à la chambre de mélange 3. La pompe 9 étant mise en marche, le porteur gamma 18 actif, aspiré hors de la chambre de mélange 3, est refoulé par la conduite 10 à l'irradiateur 7, où les noyaux du porteur gamma 18 se désintègrent ; un champ gamma est engendré dans l'espace environnant.De l'irradiateur 7, le porteur gamma 18 revient à la chambre de mélange 3, en passant par la conduite 8, puis il est repris par la pompe 4 qui le renvoie au générateur 1 par la conduite 5, en vue de son activation pour le cycle suivant. Etant donné que la période de demi-vie de l'élément de travail principal dans le porteur gamma, l'indium, est égale à 54 mn, la puissance nominale est atteinte par le circuit d'irradiation deux heures et demie à trois heures après sa mise en marche. L'irradiateur additionnel 12 est mis en action par mise en marche de la pompe électromagnétique 16. il y a alors distribution automatique de la puissance de radiation se dégageant dans les irradiateurs 7 et 12. Dans ce cas, la puissance totale de radiation des deux irradiateurs 7 et 12 est plus grande que la puissance du premier irradiateur 7 quand l'irradiateur additionnel 12 est au repos. La vitesse de circulation du porteur gamma 18 dans le circuit d'irradiation, assurée par les pompes 4, 9, 16, doit être telle que la rotation du porteur gamma 18 en un cycle ait lieu en un temps plus court que la moitié de la demi-période de vie de l'élément de travail principal, l'indium. En fonctionnement, le circuit d'irradiation étant monté sur le réacteur nucléaire de recherches de l'institut de Phy- sique de l'Académie des Sciences de la République Sociale Soviétique de Lettonie, d'une puissance de 2 MW, le champ gamma engendré dans le canal de l'irradiateur cylindrique 7 a une intensité de 5000 gZs. Les pertes de puissance radiative de l'irradiateur, comparativement à un circuit d'irradiation sans chambre de mélange 3, sont insignifiantes et ne s'élèvent qu'à 2 ou 3X à peine. On arrFte le circuit en arrêtant les pompes 4, 9, 16. La circulation du porteur gamma 18 s'interrompt et tout le porteur gamma 18 s'écoule par gravité dans le réservoir 17. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Circuit d'irradiation' comprenant un générateur d'activité, un irradiateur, un réservoir pour le stockage du porteur d'activité, et une pompe pour assurer la circulation du porteur d'activité dans le circuit, ces éléments étant reliés par des conduites, caractérisé en ce qutil est doté d'une chambre de mélange et d'une pompe additionnelle, la chambre de mélange étant mise en communication à sa partie supérieure avec les sorties du générateur d'activité et de l'irradiateur et, à sa partie inférieure, par l'intermédiaire des pompes, avec les entrées du générateur d'activité et de l'irradiateur, la chambre étant disposée de telle façon que sa partie supérieure soit plus basse que les parties basses du générateur d'activité et de l'irradiateur. 2. Circuit d'irradiation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est doté d'au moins un irradiateur additionnel et d'une seconde pompe additionnelle, l'irradiateur ayant dans ce cas son entrée raccordée à la partie inférieure de la chambre de mélange par l'intermédiaire de la seconde pompe additionnelle, et sa sortie raccordée à la partie supérieure de ladite chambre.