Brevet FR2260118A1 — publié le 19750829

La présente invention concerne de façon générale les détecteurs de neutrons auto-excités et plus particulièrement des détecteurs de ce type ayant une compensation interne pour les unissions gamma. Il existe actuellecrent différents détecteurs auto-excités pour mesurer les neutrons thermiques d'un réacteur. Les sections efficaces importantes pour les neutrons thermiques permettent une mesure facile des courants des signaux ayant des contributions faibles de courants induits par l'émission gamma. En considérant l'utilisation des techniques d auto-excitation pour mesurer les neutrons rapides, les sections efficaces plus faibles pour les neutrons rapides se traduisent par la contribution relativement plus importante des courants gnants induits par les émissions gamma.Par suite, pour obtenir d'un détecteur un signal sortant représentatif des neutrons rapides5 il est nécessaire d'utiliser un procédé et une technique supprimant effectivement ou réduisant appréciablement les contributions en courants résultant des rayons gamma. Dans l'état actuel de la technique, la compensation pour les courants induits par les gamma est obtenue au moyen d'un second dispositif détecteur répondant seulement à l'action des rayons gamma. Les courants provoqués par les neutrons et les courants provoqués par Les gamma sont ensuite combinées dans un circuit additionneur pour fournir une mesure du paramètre désiré (le courant -eprésentant les gar:rn.a). Cette technique de compensation nécessite l'utilisation d'un cable blindé à deux conducteurs et demande en genéral une structure d'une fabrication compliquée et difficile. Un exemple des dispositifs antérieurs est donné par le brevet des Etats-TJnis d'AméVique n 3.375.370 suivant lequel la compensation pour les rayons gamma est obtenue en utilisant deux détecteurs identiques dont l'un est sensible seulement aux rayons gamma. tes courants engendrés par les deux détecteurs sont additionnés à l'entrée d'un appareil de mesure de la différence des courants qui indique seulement le courant induit par les neutrons. Un second exemple est donné dans le brevet des tats-Unis d'Amérique n 3.067.329 suivant lequel La compensation pour les rayons gamma est assurée d'une façon similaire, sauf que les deu détecteurs sont construits concentriquement au lieu d'tre séparés. Cette dernière technique nécessite deux câbles séparés ou un câble à deux conducteurs connecté à l'équipement additionneur de courants pour éliminet l'influence du courant induit par les rayons gamma. Une combinaison structurale est de préférence désirée dans le cas des détecteurs de neutrons rapides auto-excités pour permettre une annulation interne directe de l'effet des courants induits par les rayons gamma en supprimant la nécessité de deux cables coaxiaux ou de câbles à deux conducteurs jumelés à la sortie du détecteur. De préférence, les mesures doivent être faites avec un conducteur de courant sortant à une seule extrémité. La présente invention a pour objet un détecteur de neutrons auto-excité ayant une structure spéciale assurant d'une façon inhérente la compensation pour l'effet des rayons gamma. L'interaction entre les rayons gamma et les matières du détecteur est supprimée au collecteur par annulation directe des courants induits par les électrons diffusés par effet Compton. Suivant le mode de mise en oeuvre préféré de l'invention, ce résultat est obtenu au moyen d'un détecteur ayant deux électrodes concentriques isolées électriquement avec un émetteur positionné centralement formé d'une matière émettant des particules bêta dans un champ de bombardement par les neutrons. L'émetteur central et l'électrode extérieure sont maintenus à un potentiel commun, tandis que l'électrode concentrique inter mddiaire, qui sert comme collecteur, est isolée électriquement des autres constituants du détecteur. Le courant résultant des particules bêta est lu entre le potentiel commun et le potentiel du collecteur, et il est disponible pour la transmission par un câble unique coaxial de connexion. Les électrons absorbés par le collecteur et résultant du bombardement de l'électrode extérieure par une particule gamma sont compensés directement par la production d'un courant égal et opposé induit par des électrons diffusés par effet Compton résultant de l'interaction entre les rayons gamma et la matière du collecteur, Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particullèrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 représente schématiquement un détecteur selon l'invention pour illustrer les bases du fonctionnement, - la figure 2 représente un circuit équivalent montrant les courants induits par les rayons gamma et les rayons btta dans le détecteur de la figure 1, et - la figure 3 représente schématiquement en coupe la construction du détecteur de la figure 1 selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, La source du courant induit par les rayons gamma dans un détecteur auto-excité est complexa. Cependant, la cause principale est due aux électrons de Compton diffusés vers ltemetteur, te mouvement de ces charges entre le conducteur intérieur et le conducteur extérieur d'un ensemble coaxial normal constitue le courant induit par les rayons gamma qui est combiné avec le courant bêta représentant les neutrons pour former un signal non représentatif à la sortie du détecteur Une compensation d'une forme convenable est nécessaire comme il a été indiqué ci-dessus pour normaliser le courant sortant total du détecteur au courant induit par l'interaction des rayons gamma avec les matières du détecteur. Conformément à la présente invention, une seconde électrode concentrique cylindrique est utilisée dans une combinaison triaxiale qui permet la production de deux courants induits par les rayons gamma égaux mais opposés 8 la sortie du détecteur, de la façon montrée sur la figure 1. Ainsi que le montre la figure l, le détecteur comporte un émetteur sous la forme d'une tige centrale 10 en une matière répondant au bombardement par les neutrons en produisant un signal sortant pour produire un courant sortant représentant les rayons beta. Une électrode cylindrique concentrique 12 est placée coaxialement autour de lrélectrode centrale 10 et sert comme collecteur pour absorber le courant beta engendré à l'émetteur. Un second courant Iy2 est en même temps engendré au collecteur et il est induit par l'interaction gamma avec les matières du collecteur, et il produit un courant d'électrons entre le collecteur et l'émetteur. Pour annuler l'effet de ce second courant, une seconde électrode cylindrique 14 estplacéeconcentriquement autour du collecteur. La seconde électrode 14 est destinée à produire un courant Iyl induit par les rayons gamma et sensiblement égal à Iy2. Il sera noté que le courant engendré par les particules bêta émises par l'émetteur central (courant I) constitue le paramètre de mesure désiré. t'émetteur central 10 et le conducteur extérieur 14 étant maintenus au meme potentiel, une compensation directe des courants induits par les rayons gamma aura lieu à l'interface du collecteur. Le circuit électrique équivalent est représenté sur la figure 2 qui montre que la compensation directe des courants permet l'utilisation d'un cible coaxial simple pour connecter le détecteur à l'instrument de lecture. La figure 3 est une coupe montrant la construction d'un détecteur suivant un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention. te détecteur est forme de deux électrodes cylindriques 12 et 14 en matibre telle que de l'acier inoxydable, un émetteur 10 sous la forme d'une tige centrale en matière telle que du béryllium (9Be), et d'isolateurs cylindriques et en forme de disques l'émetteur formé par la tige en béryllium produit la réaction 9Be(n,a) He avec des neutrons ayant une énergie supérieure à environ 0,67 MeV. Le 6He engendré se désintègre par émission bêta avec une période de 0,81 seconde. Ces particules bêta émises à partir de la tige passent vers le collecteur en provoquant ainsi le passage dfun courant dans le circuit extérieur.La tige 10 est couplée électriquement à la gaine extérieure 14 en acier inoxydable par une plaque de fond conductrice de l'électricité 16 qui établit un potentiel commun sur l'émetteur central et l'électrode extérieure.la seconde électrode cylindrique 12 est supportée entre l'elec- trode extérieure 14 et l'émetteur central 10 en étant isolée de ces deux électrodes. La communication électrique est établie par la plaque d'extrémité 18 du collecteur au conducteur central 20 du câble coaxial de connexion 22 pour la transmission aux circuits électroniques de lecture représentés schématiquement sous la forme d'un appareil de mesure 24.La connexion à la terre du câble coaxial est couplée au couvercle d'extrémité 26 de l'électròde extérieure pour établir le potentiel commun entre 'électrode extérieure et l'émetteur central. L'isolement est maintenu entre les différents constituants du détecteur par des rondelles et des manchons isolants 28, 30, 32, 34 et 36, par exemple en MgO ou en A1203. La forme spécifique représentée permet d'obtenir une structure durable et compacte d'une fabrication relativement facile, Les électrons de Compton engendrés dans l'électrode ou gaine extérieure 14 passent vers le collecteur et compensent les électrons de Compton engendrés au collecteur et qui s'éloignent du collecteur vers la tige en béryllium.Les épaisseurs de la gaine, du collecteur et des isolateurs sont choisies pour les taux appropriés de courants engendrés et pour une absorption complète des électrons de Compton et des particules beta. La structure selon l'invention assure ainsi une annulation directe des courants induits par les émissions gamma et permet l'utilisation d'un câble coaxial 15 pour connecter le détecteur à l'équipement de mesure. Cela est extremement désirable dans le cas d'un réacteur dans lequel les détecteurs se trouvent dans le milieu environnant du réacteur et l'équipement de mesure est situé à l'extérieur de l'enceinte de confinement du réacteur dans une salle de contrôle séparée. 8ien entendu, la description qui précède n'est pas limitative, et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes, sans que l'on sorte de son cadre. REVENDICATIONS 1. Détecteur de neutrons auto-excité à compensation pour l'émission gamma, caractérisé par un émetteur en matière répondant au bombardement par des neutrons par une émission bêta représentant une intensité correspondant à l'intensité du bombardement par les neutrons, une gaine conductrice de l'électricité disposée concentriquement autour de cet émetteur, un dispositif pour maintenir l'émetteur et la gaine à un potentiel commun, un collecteur conducteur de ltélectricité disposé concentriquement autour de l'émetteur5 entre la gaine et l'émetteur et isolé électriquement de ceux-ci, la gaine et le collecteur étant construits pour produire des émissions pratiquement égales d'électrons diffusés par effet Compton du fait de l'interaction des rayons gamma avec la gaine et l'émetteur5 et un second conducteur électrique communiquant avec l'émetteur et la gaine. 2. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émetteur et la gaine sont mis k la terre. 3. Détecteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'émetteur répond aux neutrons ayant une énergie dépassant approximativement 0,67 MeV pour produire une émission bêta représentative. 4. Détecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'émetteur est une tige en béryllium. 5. Détecteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'émission bêta est le produit d'une réaction 9Be(n,&alpha;)6He avec les neutrons. 6. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le collecteur et la gaine sont en acier inoxydable, 7. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gaine a la forme d'une enveloppe tubulaire longue ayant une extrémité fermée par une plaque de fond en matière conductrice de l'électricité, l'émetteur est couplé électriquement à une extrémité à la région centrale de la plaque de fond et s'étend longitudinalement à partir de cette plaque le long de l'axe de la gaine, le collecteur a la forme d'une enveloppe tubulaire longue dimensionnée pour etre espacée de la gaine et de l'émetteur en étant située entre la gaine et l'émetteur et en étant isolée électriquement de la gaine et de l'émetteur5 l'extrémité terminale du collecteur tubulaire opposée à la plaque de fond étant fermée par une plaque d'extrémité en matière conductrice de l'électricité disposée pour être isolée de l'émetteur et de la gaine tout en enfermant l'émetteur dans l'ouverture centrale du collecteur, l'extrémité terminale de la gaine tubulaire opposée h la plaque de fond.est fermée par un couvercle supérieur ayant une ouverture centrale dimensionnée pour permettre l'accès pour la connexion électrique du collecteur avec l'extérieur, et le reste de l'espace entre le collecteur et l'émetteur e: entre le collecteur et la gaine est rempli d'un isolant électrique. 8. Détecteur selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'un contacc électrique avec ltextérieur est établi à la plaque d'extrémité du collecteur à travers l'ouverture centrale du couvercle supérieur de la gaine et sur le couvercle supérieur de la gaine. 9. Détecteur selon l'une quelconque des revend cations 1 à 8, caractérisé en ce que le dispositif pour maintenir l'émetteur et la gaine à un potentiel commun est un shunt électrique connecté à l'émetteur et à la gaine. 10. Détecteur selon l'une quelconque des revendications L à 9, caractérisé en ce que le collecteur, l'émetteur et la gaine sont dimensionnés pour avoir approximativement la même longueur.