Brevet FR2331867A1 — publié le 19770610

La présente invention a pour objet un collimateur pour faisceau de neutrons issus d'un réacteur nucléaire et elle vise notamment un collimateur de neutrons qui assure egalement l'élimination du flux y émis simultanément par ce réacteur Un collimateur de ce type est d'un grand intérêt dans les installations de neutrographie par méthode directe car il permet de mettre en forme un faisceau de neutrons issus du réacteur a-fin de l'utiliser pour effectuer des neutrographies sur des pieces inactives. Les collimateurs conçus actuellement pour ces installations sont géneralement formés d'un canal divergent recouvert intérieurement d'un matériau absorbant-les neutrons, le sommet de ce canal étant situé au voisinage de la source-de neutrons et délimitant le diaphragme d'entrée du faisceau de neutrons. Lorsque la sàurce de neutrons est un réacteur nucléaire du type piscine, on dispose habituellement le collimateur à l'intérieur de la piscine du réacteur. Une installation de ce genre est par exemple décrite dans le brevet français 2 044 547 déposé le 23 Mai 1969 au-nom de la demanderesse. Du fait de cette disposition, l'emploi de collimateurs de ce type présente un certain nombre d'inconvénients. En effet, la mise en place du collimateur dans l'eau de la piscine du réacteur pose certains problèmes de positionnement afin de situer le collimateur en regard et dans l'axe du canal de sortie du faisceau de neutrons collimatés. D'autre part, elle pose un problème d'étanchéité au niveau de l'entrée de ce canal dans la piscine du réacteur et elle suppose également unsysteme -d-'elimination-du-film-d'e-au~a-u niveau - de -cette- etanchéite~~pour~~ ne pas perturber le faisceau de neutrons sortant par ce canal. De plus, il en résulte que le collimateur est difficilement accessible et que sa structure est fortement irradiee. La présente invention a pour objet un collimateur qui pallie ces divers inconvénients car il est réalisé sous la forme d'une structure unitaire facilement-manipulable, qui prend place dans l'un des canaux traversant la protection biologique du réacteur. I1 est ainsi plus accessible pendant les arrêts du réacteur et les interventions nécessaires pour son entretien, son changement ou sa modification se trouvent de la sorte facilités d'autant plus que sa structure est aussi moins irradiée. I1 présente, aussi, l'avantage de comporter un moyen de réglage à distance du diamètre d'ouverture de son diaphragme. De plus, sa forme et ses dimensions sont adaptées aux dimensions standard des traversées de la protection biologique du réacteur et de ce fait, chacune -de ces traversées peut être équipe du même collimateur pour la neutrographie. A cet effet, le collimateur pour faisceau de neutrons issus d'un réacteur nucléaire selon l'invention se caractérise en ce qu'il comprend successivement depuis son extrémité située au maximum du flux de neutrons, un corps cylindrique présentant sur toute sa longueur un évidement axial en forme de tronc de cône dont la section la plus grande est située au maximum du flux de neutrons, et un diaphragme en matériau composite absorbeur de neutrons percé de plusieurs ouvertures circulaires de diamètres différents et muni d'un moyen permettant de le positionner de façon à amener sélectivement l'une de ses ouvertures dans l'axe dudit évidement, ledit corps étant constitué successivement dans le sens axial depuis son extrémité située au maximum du flux de neutrons par une plaque de matériau neutrophage, par un premier bouchon en matériau composite thermaliseur et absorbeur de neutrons et de rayonnement y, par un deuxième bouchon en matériau absorbant le rayonnement y et par un disque en matériau composite absorbant les neutrons, et ledit corps comportant à -1 l'intérîeur dudit évidement un bouchon d'obturation en matériau absorbant le rayonnement y et transmettant les neutrons, lensembl$ constitué par ledit corps et ledit diaphragme étant maintenu par une enveloppe externe. Selon une caractéristique de l'invention, l'axe dudit diaphragme est excentré par rapport à celui dudit évidement et les ouvertures circulaires dudit diaphragme sont réparties autour de son axe de telle façon que chacune d'elles puisse être positionnée dans l'axe dudit évidement par rotation dudit diaphragme autour de son axe. Selon un premier mode de réalisation, le bouchon d'obturation est constitué par un bloc de matériau absorbant le rayonnement y et transmettant les neutrons. Selon un second mode de réalisation, le bouchon d'obturation est constitué par un bloc de matériau absorbant le rayonnement et transmettant les neutrons, entouré d'une gaine délimitant avec la paroi externe de ce dernier, un intervalle pour la circulation d'un agent réfrigérant. L'invention sera miteux comprise à la lecture de-la description qui suit donnée à titre d'exemple non limitatif et se référant aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une coupe horizontale partielle d'un réacteur du type piscine qui représente ltun des canaux d'accès à la piscine du réacteur et le collimateur disposé à l'intérieur de ce canal d'accès, - la figure 2 est une vue agrandie du collimateur représenté sur la figure 1, - et la figure 3 est une coupe horizontale partielle d'un réacteur du type piscine représentant la protection biologique associée au canal d'adcès. En se reportant à la figure 1, on voit les coeur 1 -d'un réacteur du type piscine, représenté de façon schématique et constitué par exemple d'une pluralité d'assemblages de plaques de combustible nucléaire. Ce coeur I est immergé dans liteau de la piscine 2 du réacteur qui est délimitée par une cuve 3 entourée d'un massif de béton 4 assurant la protection biologique contre les rayonnements issus du coeur 1 du réacteur. Le massif de béton 4 est percé d'un canal 5 qui permet de travailler sur un faisceau sorti . Ce canal 5 est prolongé à l'interieur de la piscine 2 par un canal 6 d'axe confondu avec celui canal 5, réalise par exemple en alliage léger. Ce canal étanche 6 -fermé à ses deux extrémites est accolé au coeur -1 du réacteur en delimitant de la sorte un espace dépourvu d'eau modératrice. Les neutrons provenant du coeur du réacteur sont collimatés par passage dans le collimateur 10 situé dans le canal 5, à proximité de la piscine 2 du réacteur, pour former un faisceau de neutrons utilisables à 1 'extérieur du réacteur au niveau de la pièce P à neutrographier. En se reportant maintenant à la figure 2, on voit de façon plus détaillée la structure du collimateur 10, selon l'invention. Ce collimateur 10 est constitué d'un certain nombre de pièces dont le maintien est assuré par une enveloppe externe 11 qui permet également de manipuler le collimateur en un seul bloc lors de son introduction ou de sa sortie dans le canal 5. Cette enveloppe externe 11 réalisée par exemple en alliage léger contient successivement depuis son extrémité située au maximum du flux de neutrons un corps cylindrique. 12 présentant sur toute sa longueur un évidement-axial 14 en forme de tronc de cône dont la section la plus grande est située au maximum du flux de neutrons et un diaphragme 16 susceptible d'être entraîné en rotation par un moteur 17. Le corps cylindrique 12 est constitué dans le sens axial depuis son extrémité situee au maximum du flux de neutrons par une plaque 12a en matériau neutrophage, par un premier bouchon évidé 12b en matériau composite thermaliseur et absorbeur de neutrons et de rayonnements y, par un deuxième bouchon évidé 12c en matériau absorbant le rayonnement y et par un disque 12d enmatériau composite absorbant les neutrons thermiques et épithermiques. La plaque 12a est percée en son centre d'une ouverture circulaire et elle est réalisée en matériau neutrophage tel que du carbure de bore ou du cadmium dont le rôle est d'assurer la coupure du flux de neutrons thermiques atteignant sa surface et de diminuer ainsi l'activation des pièces postérieures. Les deux bouchons 12D etl2c sont pourvus d'évidements internes qui délimitent à la suite l'un de I'autre un évidement axial en forme de tronc de cône, dont la section la plus grande correspond à l'ouverture circulaire de la plaque 12a en matériau neutrophage.Le premier bouchon 12b est réalisé en matériau composite à base de paraffine, de bore et de plomb, et son rôle consiste à thermaliser et absorber les neutrons rapides provenant du coeur du-réacteur, soit directement, soit indirectement au travers de la plaque 12a et à absorber le rayonnement y. Le deuxième bouchon 12c est réalisé en un matériau absorbant le rayonnement y, par exemple en plomb. Le disque L2d est réalisé en un matériau composite constitué par exemple de cadmium, de carbure debore, d'indium et de dysprosium. Il est percé en son centre d'une ouverture circulaire qui correspond à la plus petite section de 11évidement axial en forme de tronc de cône. Le rôle de ce disque en matériau -composite est d'arrêter les neutrons thermiques et épithermiques. Le diaphragme 16 est réalisé en un matériau identique à celui du disque 12d, il a une section horizontale plus petite que celle du corps cylindrique 12 et son axe est excentré par rapport à celui de l'évidement axial 14 en forme de tronc de cône. I1 est percé d'ouvertures circulaires de diamètres diffé rents qui sont réparties à égale distance autour de son axe et qui sont susceptibles d'être centrées tour à tour sur l'axe de l'évidement-14 par rotation de ce diaphragme 16 autour de son axe, sous l'influence du moteur 17 télécommandé. Ainsi, on peut sélectionner à distance l'ouverture voulue en faisant tourner le diaphragme 16 pour l'amener dans la position dans laquelle cette ouverture est centrée sur l'axe de l'évidement 14 et en le bloquant-ensuite dans cette position. L'ensemble ainsi constitué comprend en plus, à l'inté- rieur de l'évidement axial-14 un bouchon d'obturation formé d'un bloc 18, représenté en traits mixtes, en matériau absorbant le rayonnement y et transmettant les neutrons, tel que du bismuth monocristallin ou poîycristàllin. Ce bouchon d'obturation 18 est généralement disposé comme cela est représenté en traits mixtes sur la figure 2, dans la partie de l'évidement 14 qui correspond au deuxième bouchon 12c et sa forme est telle qu'il occupe complètement cette dernière. De-la sorte, il est interposé sur le trajet de tous les rayonnements passant dans l'évidement 14 et il assure ainsi l'élimination complète du rayonnement y le traversant tout en transmettant le faisceau de neutrons. Dans cette disposition, il n'est pas indispensable que le bouchon d'obturation 18 soit de même longueur que le deuxième bouchon 12c, la condition nécessaire pour qu'il assure sa fonction étant seulement qu'il bloque le passage des rayonnements dans l'évidement 14 sur une longueur suffi sante pour assurer l'élimination complète du rayonnement y. Selon un autre mode de réalisation adapté à l'emploi du collimateur, selon l'invention, pour des neutrons se rapprochant du domaine des neutrons froids, le bouchon d'obturation est constitué d'un bloc de bismuth18'a entouré d'une gaine 18'b délimitant avec la paroi externe de ce dernier un intervalle 18'c dans lequel circule un agent réfrigérant tel que de l'azote liquide amené par la canalisation A 1 et évacué par la canalisation A2. Dans ce dernier cas, on dispose de préférence le bouchon d'obturation dans la partie de l'évidement axial qui correspond au second bouchon 12b. Le fonctionnement de ce collimateur est le suivant Les neutrons provenant du coeur 1 du réacteur sont émis dans -toutes les directions et correspondent à divers niveaux d'énergie. Certains de ces neutrons parviennent à l'entrée du canal 5 et ils passent ensuite dans le collimateur 10 situé à l'entrée du canal 5. A l'intérieur du collimateur 10, le parcours des neutrons est affecté par certaines pièces constitutives de ce collimateur. Ainsi, les neutrons thermiques qui rencontrent les pièces 12a, 12b, 12d et 16 sont absorbés. Les neutrons épi thermiques qui atteignent la surface du disque 12d ou du diaphragme 16 sont également absorbés. De même, la majeure partie des neutrons rapides est thermalisée puis absorbée par passage dans le bouchon 12b. En revanche, les neutrons ayant des trajets qui leur permettent de passer dans l'évidement axial 14 puis dans l'ouverture du diaphragme 16, délimitent un faisceau de neutrons convergent puis divergent, utilisable pour la neutrographie. Le rayonnement y provenant du réacteur est absorbé par les bouchons 12c et 18 qui bloquent son passage au travers du collimateur 10. Ainsi, le faisceau de neutrons provenant du réacteur 1, est transformé et collimaté par passage au travers des différentes pièces du collimateur 10 qui assure en même temps i'élimination du rayonnement y provenant de ce réacteur. Grade à la disposition avantageuse en amont du diaphragme, de toutes les pièces ayant un effet sur le parcours des neutrons, on a à la sortie de ce collimateur un flux de neutrons qui n'est pas perturbé jusqu'à la pièce P à examiner De ce fait, le bouchon d'obturation peut être réalisé en bismuth polycristallin, si le flux de neutrons issus du réacteur est suffisamment intense La possibilité de changer facilement d'ouverture de diaphragme par rotation du diaphragme 16 est une facilité très intéressante en contrôle industriel car elle permet d'optimiser les temps-d'exposition en fonction des résultats demandés. En se reportant à la figure 3, on peut voir une installation de neutrographie par méthode directe utilisant - le faisceau de neutrons collimatés. Cette installation comporte un poste de neutrographie 20 accolé au massif de protection biologique 4, à la sortie du canal-5. Ce poste de neutrographie 20 est délimité par uneenceinte 21 de protection biologique qui comporte au droit du faisceau de neutrons, une protection supplémentaire 22 destinée à assurer la coupure du faisceau direct de neutrons sortant du canal 5. Cette enceinte 21 est munie d'une porte d'accès 23 comportant des organes de sécurité. Le canal 5 de sortie du faisceau de neutrons débouche à l'intérieur de cette enceinte 21 et il peut être obturé par un bouchon biologique 24 qui constitue la protection biologique associée au canal 5 et qui permet d'arrêter le faisceau de neutrons, en dehors des périodes d'utilisation. Le poste de neutrographie 20 comporte également un dispositif non représenté pour le déplacement du bouchon 24 de la position 24' dans laquelle il obture le canal 5 de sortie du faisceau de neutrons, à la position 24 dans laquelle il est situé en dehors du canal 5 et placé à côté de ce canal 5 pour permettre l'utilisation du faisceau de neut-rons par l'appareil de neutrographie, non représenté. Le bouchon biologique 24 est réalisé en matériau composite à base de paraffine, de bore et de plomb et il est d'une forme telle qulune grande partie de ce bouchon peut rentrer à 1 'intérieur du canal 5. Cette forme de bouchon rentrant est très avantageuse car elle permet d'utiliser l'espace disponible dans le canal 5 pour le logement du bouchon biologique 24 qui est de grandes dimensions pour pouvoir assurer la coupure du faisceau de neutrons renfermant un pourcentage important de neutrons rapides. En effet, pour remplir cette fonction, il est nécessaire de ralentir les neutrons rapides dans une protection hydrogénée de grand volume avant de les absorber par un matériau neutrophage et lorsque cet espace n'est pas disponible dans le canal 5-on est conduit à utiliser un barillet volumineux, accolé à la paroi extérieure du massif de protection biologique 4, qui occupe de ce fait un espace très important à l'intérieur de l'enceinte 21 prévue pour le poste de neutrographie. Le bouchon 24-peut être retiré du canal 5 par l'intermédiaire de deux chariots mobiles, non représentés, qui sont commandés par des vérins à câble et sont susceptibles respectivement d'assurer le déplacement du bouchon 24 selon le sens de la flèche X pour l'extraire de son logement, puis selon le sens de la flèche Y pour le placer en position de retrait à l'extérieur du canal 5.- A l'extérieur de l'enceinte 21, deux postes de commande 25 et 26 permettent d'assurer d'une-part la télécommande du diaphragme du collimateur et d'autre part la manoeuvre du bouchon de protection biologique 24. Ces postes de commande comportent également les organes de sécurité relatifs à la porte 19 qui sont prévus pour-empêcher l'ouverture de cette porte lorsque le bouchon biologique 24 est en position de retrait. Cette protection biologique est très avantageuse pour une installation de neutrographie car elle peut être déplacée très rapidement pour soumettre les objets à examiner au faisceau de neutrons. En effet, le temps nécessaire pour le retrait du bouchon biologique 24 est d'environ 15 secondes, ce qui représente un temps très minime par rapport aux temps d'exposition nécessaires pour l'obtention des clichés qui sont généralement de l'ordre de 4 à 16 minutes. REVENDICATIONS 1.- C-olli-mateur-pour-faisceau de neutrons issus d'un réacteur nucléaire, caractérisé en ce qu'il comprend suc-cessivement depuis son extrémité située au maximum du flux de neutrons, un corps cylindrique-présentant sur toute sa longueur un évidement axiar en forme de tronc de cône dont la section la plus grande est située au maximum du flux de neutrons, et un diaphragme en matériau composite absorbeur de neutrons percé de plusieurs ouvertures circulaires de diamètre- différent et muni d'un moyen permettant de le positionner de façon amener sélectivement l'une de ses ouvertures dans -î 'axe dudit évidement;; ledit~corps étant constitué successivement dans le sens axial depuis son extrémité située - au maximum-du-flux de neutrons par une plaque de matériau neutrophage, par un premier bouchon en matériau composite thermaliseur et absorbeur de neutrons et de rayonnements y, par un deuxième bouchon en matériau absorbant le rayonnement y et par-un disque en matériau composite absorbant les neutrons, et ledit corps comportant a l'interieur dudit évidement un bouchon d'obturation en matériau absorbant le rayonnement y et transmettant les neutrons, l'ensemble constitué par ledit corps et ledit diaphragme étant maintenu par une enveloppe externe. 2. Collimateur selon la- revendication 1, caractérise en ce que l'axe dudit diaphragme est excentré par rapport à celui dudit evidement et en ce que les ouvertures circulaires dudit diaphragm & sont réparties autour de son axe de telle façon que chacune d'elles puisse être positionnée dans l'axe dudit évidement par rotation dudit diaphragme autour de son axe. 3. Collimateur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le bouchon d'obturation est cons titué par un bloc de matériau absorbant le rayonnement y et transmettant les neutrons. 4. Collimateur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en coque le bouchon d'obturation est cons titué par un bloc de matériau absorbant le rayonnement y et transmettant les neutrons, entouré d'une gaine délimitant avec la paroi externe de ce dernier, un intervalle pour la circulation d'un agent réfrigérant. 5. Collimateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau neutrophage est choisi dans le groupe comprenant le carbure de bore et le cadmium. 6. Collimateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau composite thermaliseur et absorbeur de neutrons et de rayonnements y est constitué de paraffine, de bore et de plomb. 7. Collimateur selon la revendication 1, caracterisé en ce que le matériau absorbant le rayonnement y est du plomb. 8. Collimateur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le matériau composite absorbant les neutrons est constitué de cadmium, de carbure de bore, d'indium et de dysprosium. 9. Collimateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le matériau absorbant le rayonnement y et transmettant les neutrons est du bismuth.