Brevet FR2473783A1 — publié le 19810717

La présente invention concerne un détecteur nucléaire et plus particulièrement un détecteur de neutrons et de rayonnements gamma. Cette invention s'applique notamment à la réalisation de débitmètres, de dosimètres ou de débitmètres-dosimètres permettant des mesures de débits et/ou de doses neutroniques et/ou de rayonnements gamma, en site nucléaire. On connait des détecteurs nucléaires à remplissage gazeux et notamment des détecteurs de rayonnement a, ss, Y ou X, fonctionnant en collection directe, en régime proportionnel ou en régime Geiger-Muller. On connait également des détecteurs de neutrons à dépôt sensible, fonctionnant en collection directe, en régime proportionnel ou en régime de Geiger-Muller. Enfin, il est connu de réaliser des détecteurs de neutrons, à gaz sensible, fonctionnant en collection directe ou en régime proportionnel. Les détecteurs à détection directe peuvent être de deux types : dans un premier type, l'une des électrodes est recouverte par un dépôt sensible aux rayonnements ou aux particules à détecter. Dans un second type, le gaz contenu dans l'enceinte renfermant les électrodes est un gaz sensible. En régime proportionnel, pour les détecteurs à dépôt ou à gaz sensible, l'impulsion que le détecteur délivre, a une amplitude proportionnelle à l'énergie perdue par la particule qui le traverse. Dans un détecteur à gaz sensible, cette amplitude est proportionnelle au nombre d'ions créés par la particule dans le volume sensible du détecteur. Les détecteurs à gaz sensible sont généralement constitués par une cathode cylindrique et par une anode filiforme. Chaque ion dérive vers la cathode tandis que l'électron correspondant arrive très rapidement dans une région de champ intense entourant l'anode, où par chocs, de nou veaux électrons sont libérés puis accélérés à leur tour pour créer de nouveaux électrons. Il se produit autour de l'anode dans une région limitée à une longueur très faible de celle-ci, une avalanche de Townsend.Si l'on désigne par n le nombre d'électrons correspondant aux ions positifs formés, et par y le nombre d'électrons secondaires produits par avalanche de Townsend, le produit y.n est caractéristique du régime de fonctionnement du détecteur. Pour y.n Geiger-Muller. Comme mentionné plus haut, les détecteurs à gaz sensible aux neutrons peuvent présenter une plus grande sensibilité neutronique que les détecteurs à déport sensible, à dimensions égales.Dans un détecteur de neutrons à gaz sensible, fonctionnant en collection directe des char M ges, ou en régime proportionnel, le rapport A = n dans lequel M désigne le coefficient d'amplification électronique du gaz et n désigne le nombre d'électrons primaires créés, est une donnée importante. Dans ces détecteurs, ce rapport est compris entre 1 et 104 tandis que la charge électrique du détecteur varie de 10'14 à 10'10 coulombs. La faible amplitude de cette charge nécessite l'utilisation de préamplificateurs et d'amplificateurs très performants. Les détecteurs à dépôt ou à gaz sensible les plus utilisés sont généralement "autocoupeurs". Ils reviennent à leur état initial, après passage de la particule qui a déclenché une détection. Les détecteurs qui délivrent les charges les plus élevées sont ceux qui fonctionnent en régime de Geiger-Muller. Toutefois, on ne connait pas, dans l'état actuel de la technique de détecteur à gaz sensible aux neutrons, fonctionnant en régime de Geiger-Muller, autocoupeur et qui soit sensible à la fois aux neutrons et aux rayonnements y. La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient notamment de réaliser un détecteur nucléaire, à gaz sensible, autocoupeur, fonctionnant en régime de Geiger-Muller, présentant une sensibilité importante aux neutrons et aux rayonnements Y ; ces buts sont atteints par un choix approprié des composants contenus dans l'enceinte de ce détecteur, par un choix de leur quantités respectives, ainsi que par une valeur adéquate de la tension appliquée aux électrodes de détection. Pour ce détecteur à gaz sensible aux neutrons et aux rayonnements y fonctionnant en régime de Geiger-Muller, le rapport A est compris entre 105 et 106 et la charge électrique par impulsion est supérieure ou égale à 10-10 coulombs. I1 a pour avantage de pouvoir présenter la même sensibilité en dose de tolérance, pour les neutrons et les rayonnements Y. I1 a en outre pour avantage, de présenter une sensibilité neutronique beaucoup plus grande que les détecteurs à dépôt sensible fonctionnant en régime de Geiger Muller. L'invention a pour objet un détecteur nucléaire comprenant au moins une anode et une cathode enfermées dans une enceinte étanche, une différence de potentiel positive étant appliquée entre l'anode et la cathode, caractérisé en ce que ladite enceinte est remplie d'un mélange de gaz dont au moins l'un des constituants présente au moins un noyau atomique sensible aux neutrons, ce mélange comprenant au moins un gaz rare et un corps autocoupeur, la différence de potentiel ainsi que la pression du gaz rare étant choisies pour permettre le fonctionnement du détecteur en régime de Geiger-Muller. Selon une autre caractéristiqué de l'invention, le constituant dont l'un des noyaux atomiques est sensible aux neutrons est choisi dans une liste comprenant He et des composés gazeux de 10B, 6Li, U, Pu. Selon une autre caractéristique, le gaz rare est choisi dans une liste de gaz comprenant He, Ne, Ar, Kr, Xe, le corps autocoupeur étant l'un des corps d'une liste comprenant les halogènes F2, C12, Br2, I2, des composés de ces halogènes, des composés organiques, des molécules polyatomiques. Selon une autre caractéristique, la différence de potentiel appliquée entre l'anode et la cathode est inférieure ou égale à 1500-volts. Enfin, selon une autre caractéristique, la-pression du constituant gazeux sensible aux neutrons est ajustée de manière à obtenir la même sensibilité en dose de tolérance pour les neutrons et les rayonnements y. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée en référence à la figure annexée qui représente schématiquement et en coupe, un détecteur conforme à l'invent ion. Le détecteur représenté-sur la figure comprend une enceinte étanche 1, une anode 2 et une cathode 3, enfermées dans cette enceinte étanche, l'enceinte pouvant être constituée par la cathode elle-même. On a supposé dans cet exemple de réalisation que l'anode 2 est isolée de la cathode, par exemple, par un couvercle isolant 4. De manière connue, l'anode est portée à un potentiel positif, par rapport au potentiel de la cathode, par exemple à travers une résistance 5 de valeur importante, en parallèle avec un condensateur 6. Les impulsions de charge délivrées par le détecteur sont recueillies en sortie 7 du condensateur 8. Selon l'invention, l'enceinte est remplie d'un mélange gazeux dont l'un au moins des constituants présente au moins un noyau sensible aux neutrons et au moins un gaz rare et un corps autocoupeur. La différence de potentiel ainsi que les pressions des composants du melange sont choisies pour assurer le fonctionnement du détecteur en régime de Geiger-Muller. C'est ainsi que le constituant gazeux à noyau sensible aux neutrons peut être soit 3He, soit un composé gazeux de 1OBt 3Li, U, -Pu. Le gaz rare peut être l'un des gaz d'une liste qui comprend He, Ne, Ar, Rr, Xe. Le corps autocoupeur peut être un halogène tel que par exemple, F2, Cl2, Br2 ou 12 ; ce corps autocoupeur peut être également constitué par des composés de ces halogènes ou par des corps organiques tels que le gaz carbonique, l'alcool, les hydrocarbures, des molécules polyatomiques. C'est ainsi qu'une différence de potentiel entre l'anode et la cathode inférieure à 1500 volts suffit pour assurer le fonctionnement en régime de Geiger-Muller. La pression du gaz sensible aux neutrons peut être ajustée de manière que le détecteur présente les memes sensibilités, en doses de tolérance, pour les neutrons et les rayonnements y. A titre d'exemple de réalisation d'un détecteur conforme à l'invention présentant un rapport sensibilité neutronique/encombrement élevé, le gaz sensible choisi est He à une pression de 600 mm de mercure, tandis que le corps auto- coupeur est de l'isobutane, à une pression de 6 mm de mercure. Le gaz autocoupeur permet en régime de Geiger-Muller, de ramener le compteur à son état initiale après le passage des particules. Dans l'exemple de réalisation décrit, la différence de potentiel appliquée entre l'anode et la cathode est de 1000 V tandis que les impulsions recueillies à la sortie 7 par l'intermédiaire du condensateur 8, ont une amplitude correspondant a' une charge de 10-10 coulombs.La longueur L et le diamètre d sont de l'ordre de lOmm. L'anode est filiforme et présente un diamètre de 25 Lm. La sensibilité de ce détecteur, pour les neutrons thermiques, est de 0,li@s-1 par n.cm-2.s-1, tandis qu'elle est de 4000i.s-1 par R.h.-1 pour les rayonnements y du césium 137. Dans ces résultats i désigne le nombre d'impul- sions, s désigne des secondes, n désigne le nombre de neutrons thermiques, R des Roentgens. et h les temps en heures. En diminuant la pression d'hélium 3, il est possible d'ajuster la sensibilité neutronique de façon à obtenir des sensibilités exprimées en doses de tolérance identiques, pour les neutrons et les rayonnements Yr tel que par exemple et Il en résulte que 50 i.s-1 correspondent à 12,5 mR.h-1 pour les rayonnements &gamma;, ou 2000 n.cm-2.s-1, pour les neutrons. Dans le détecteur ci-dessus, ce résultat peut être obtenu par exemple en choisissant une pression de 150 torrs pour 311e et de 450 mm de mercure pour l'hélium atirel. Le détecteur qui vient d'être décrit présente d'importants avantages par rapport aux détecteurs connus fonctionnant en collection directe de charges, ou en régime proportionnel. Le détecteur de l'invention présente, par rapport aux détecteurs à dépôt sensible, fonctionnant en régime de Geiger-Muller, une plus grande sensibilité ainsi qu'une plus grande simplicité de réalisation. Par rapport aux détecteurs à gaz sensible, fonctionnant en régime proportionnel, les circuits électroniques de traitement et de mesure connectés en sortie du détecteur de l'invention sont beaucoup plus simples. C'est ainsi par exemple qu'un adaptateur d'impédance est suffisant entre le détecteur et les circuits électroniques de mesure, alors que pour les détecteurs à gaz sensible et fonctionnant en régime proportionnel, il est nécessaire de réaliser une amplification importante, préalable au traitement. De plus, dans le détecteur de l'invention, la tension de fonctionnement reste inférieure à 1500 volts. Enfin, le détecteur de l'invention est d'une grande simplicité de réalisation puisqu'il ne nécessite pas de dépôt de couche spéciale sur les électrodes. I1 permet également de réaliser un débitmètre et/ou dosimètre de neutrons et/ou de rayonnements y, à partir d'un seul détecteur au lieu de deux, dans l'état connu de la technique. Ceci est important puisqu'une seule alimentation haute tension est nécessaire, ainsi qu'un seul circuit de traitement des signaux issus du détecteur. REVENDICATIONS 1. Détecteur nucléaire comprenant au moins une anode et une cathode enfermées dans une enceinte étanche, une différence de potentiel positive étant appliquée entre l'anode et la cathode, caractérisé en ce que ladite enceinte est remplie de gaz dont au moins l'un des constituants présente au moins un noyau atomique sensible aux neutrons, ce mélange comprenant au moins un gaz rare et un corps autocoupeur, la différence de potentiel ainsi que la pression du gaz rare étant choisies pour permettre le fonctionnement du détecteur en régime de Geiger-Muller. 2. Détecteur nucléaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le constituant gazeux dont le noyau atomique est sensible aux neutrons est choisi dans une liste comprenant 3He et des composés gazeux de 10B, 6Li, U, Pu. 3. Détecteur nucléaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz rare est choisi dans une liste de gaz comprenant He, Ne, Ar, Kr, Xe, le corps autocoupeur étant l'un des corps d'une liste comprenant les halogènes F2, Cl2, Br2, 12, des composés de ces halogènes, des composés organiques, des molécules polyatomiques. 4. Détecteur nucléaire selon la revendication 3, caractérisé en ce que la différence de potentiel est inférieure ou égale à 1500 volts. 5. Détecteur nucléaire selon la revendication 4, caractérisé en ce que la pression du constituant gazeux sensible aux neutrons est ajustée de manière à obtenir la même sensibilité en dose de tolérance, pour les neutrons et les rayonnements y.