Brevet FR2527786A1 — publié le 19831202

INSTALLATION POUR MESURER LES PUISSANCES DEBITEES DANS DES CHAMPS DE RAYONNEMENT DIFFUSE L'invention concerne une instal- lation pour mesurer les puissances débitées dans des champs de rayonnement diffusé au moyen de détecteurs de neutrons et d'une sphère de modérateur dans le centre de laquelle un des détecteurs pour neutrons thermiques est disposé. Dans le cadre de la surveillance de protection contre le rayonnement, se pose le problème de mesurer dans les champs de rayonnement diffusé de neutrons, les doses équivalentes de neutrons. Les appareils de mesures de débit d'énergie équivalente sont de préférence constitués d'un modérateur en-poly- éthylène en forme de sphère avec un diamètre de 16 à cm, dans le centre duquel est disposé un détecteur de neutrons thermique par exemple un tube de comptage BF 39 un compteur de scintillation Li J ou bien un tube de comptage 3 H L'affichage des doses équivalentes de neu- trons est, en première approximation, indépendant de l'énergie dans la plage d'énergie des neutrons ther- miques jusqu'à 20 Me W Les possibilités de réponse d'un appareil de mesure de débit de puissance équi- valente, sont toutefois, dans la plage d'énergie des neutrons moyennement rapides, jusqu-tà 4 ou 8 fois plus grande que les possibilités de réponse dans le cas de neutrons rapides-(Alberts, W G et al, Report PTB-ND-17, 1979) Des méthodes de mesures spectrosco- piques, utilisent des compteurs 3 H ou bien des compteurs à choc en retour ou bien diverses sphères de polyéthy- lène allant de 7 à 15 avec des diamètres différents (technique de mesure à sphère multiples) Une détermi- nation précise de la dose équivalente de neutrons résulte de la multiplication de la fluence des neutrons dans une plage d'énergie partielle par un facteur respectif de conversion de fluence en dose équivalente (Sanne, R S, G W R, Report EML-379, 1980) Ces méthodes sont toutefois très conteuses et-ne peuvent pas être mises en q)euvre, dans le travail de routine, pour la mesure des doses de neutrons sur des réacteurs ou des accélérateurs. Le but de l'invention est de développer une installation qui, contrairement à la technique de mesure à sphères multiples, n'utilise qu'une sphère de modérateur et qui doit comporter en supplément du détec- teur dans le centre de la -sphère, d'autres combinaisons de détecteurs sur la surface de la sphère, de sorte que des puissances relativement faibles de doses de neutrons peuvent être mis en évidence en différents endroits et que des facteurs de calibrage dépendant de ces endroits peuvent être obtenus. Pour atteindre ce but, l'invention propose une installation caractérisée en ce qu'au moins une com- binaison de détecteurs avec différents écrans absorbant des neutrons thermiques pour une mesure distincte des neutrons d'albédo diffusés en retour par le modérateur et des neutrons thermiques incidents en provenance du champ de rayonnement, est rapportée sur la surface de la sphère du modérateur, cette sphère du modérateur étant disposée sur un châssis susceptible d'être déplacé et une unité d'exploitation étant prévue, cette unité étant également fixée sur le châssis. Suivant différentes solutions intéressantes d'application de l'invention: les détecteurs de neutrons sont des détecteurs actifs dont les taux de comptage sont mémorisés à l'aide d'un micro-processeur, sont convertis en valeurs de doses équivalentes-et sont mis à l'affichage, des combinaisons de détecteurs sont disposées en deux points diamètralement opposés de la sphère du modérateur, les taux de comptage des détecteurs sur la face antérieure et la face posté- rieure de la sphère du modérateur, viennent au choix à l'affichage après totalisation ou bien sous forme de quotient, l'énergie effective des neutrons' pour des neutrons rapides, les possibilités de réponse du détecteur d'albédo ou bien par l'intermédiaire d'une combinaison linéaire des valeurs de mesure des indica- tions des différents détecteurs, l'influence des neu- trons et le débit d'énergie peuvent être au choix déterminés pour l'ensemble de la plage d'énergie ou bien pour les plages d'énergie partielles. En prévoyant quatre fonctions différentes pour les possibilités de réponse des différents détecteurs, il est ainsi possible de dépister -j séparément des parties de valeur de mesure pour les plages d'énergie des neutrons thermiques ( d' énergie des neutrons rapides. L'invention va être exposée plus en détail en se référant à un exemple de réalisation repré- senté sur les figures 1 à 4. La figure 1 montre une sphère I de modérateur en polyéthylène dans le centre de laquelle le détecteur c est, disposé et sur la surface de laquelle au moins une combinaison de détecteur a, i, m est placée Le détecteur i capte les neutrons d'albedo, tandis que les détecteurs a et m sont maintenus par un blindage 2 de bore et plastique de diverses épaisseurs et présentant diverses répartitions dans l'espace La sphère 1 du modérateur, la combinaison de détecteur a, i, m (dans le cas normal, de telles combinaisons se trouvent diamétralement opposées par rapport au centre du modérateur), ainsi que l'ensemble de l'électronique d'exploitation avec un analyseur 3 à un canal, un calculateur 4 et son affichage, et un préamplificateur 5, sont portés par un châssis 6 assurant une possibilité suffisante de déplacement de l'installation. Les possibilités de réponse du détecteur d'albedo i (voir figure 1) qui dépend de l'énergie dans la plage d'énergie des neutrons rapides, peuvent être corrigées lorsqu'on connait l'énergie effective des neutrons A cet effet, on fait appel au rapport des indications des détecteurs i/c La dépendance correspondant par rapport à l'énergie des possibilités de réponse, est représentée pour les détecteurs i et c sur la figure 2 (possibilité de réponse en doses équivalentes en fonction de l'énergie des neutrons pour les détecteurs i et c), le rapport de mesure i/c est représenté sur la figure 3 (possibi- lité de réponse en fluence des neutrons en fonction de l'énergie des neutrons pour les d 6 tecteurs i et c ainsi que pour le rapport de valeur de mesure i/c). Les possibilités de réponse ont été dans ce cas déterminées par rayonnement avec des neutrons thermi- ques, neutrons de 2 ke V et 24 ke V sur le réacteur ainsi qu'au-dessus de 50 ke V jusqu'à 19 Me V sur l'accélérateur du Physikalisch Technischen Bundesans- talt (Institut Fédéral des Techniques Physiques) - en Braunschweig. Pour la détermination des valeurs de mesure intéréssantes, un programme de calcul à une ligne est mis en oeuvre Ce programme corrige entre autres, également la dépendance des possibilités de réponse par rapport à la direction Dans ce cas, il est fait appel aux rapports de valeurs de mesures face antérieure/face postérieure correspondants pour les détecteurs a, m, i (voir figure 1). Pour l'utilisation en travail de routine dans le cadre de la protection contre le rayonnement, se pose le problème de mettre en évidence des puissances de doses de neutrons relativement faibles de moins de l Or Sv/h à différents endroits, surtout pour obtenir ainsi des facteurs de calibrage dépendant de l'endroit pour le dosimètre d 'albédo, lors de l'installation de dosimètre de neutrons d'albédo dans la surveillance du personnel La possibilité de mettre en oeuvre des tubes de comptage et des détecteurs à semi-conducteurs, pour la mise en évidence des neutrons, au lieu de détecteurs à accumulation, a été recherchée expérimentalement, (Venkataraman, G et al, Proc 4th Eurtom Symp. Neutron Dosimetry, Vol I, 633, 1981) Les détecteurs à semi-conducteurs au silicium présentent dans ce cas des propriétés favorables du point de vue d'un dimensionnement réduit, d'une meilleure discrimina- tion gamma et d'une faible tension de fonctionnement. Avec les méthodes de mesure utilisées jusqu'ici, il n'était toutefois pas possible de déterminer en fonction de l'énergie la fluence des neutrons et, pour le champ de rayonnement diffusé de neutrons considéré, de déterminer le facteur de qualité Q et les facteurs correspondant d de conversion de fluence en doses d'énergie, ou bien les facteurs h de conversion de fluence en doses équivalentes, (la dépendance par rapport à l'énergie des possibi- lités de réponse en fluence des détecteurs i et c, est reproduite sur la figure 3). En partant des fonctions de calibrage trouvées expérimentalement, on peut montrer qu'avec l'aide d'une combinaison linéaire des valeurs de mesure i et c, une détermination indépendante de l'énergie de la fluence des neutrons, ainsi que de la dose d'énergie D, est possible au moins dans la plage d'énergie entre 10 ke V et 10 Me V à l'intérieur d'environ + 20 % La technique de mesure d'albedo à sphère unique offre ici la possibilité de déterminer dans des champs de rayonnement diffusé de neutrons, les grandeurs de mesure I, D, H ainsi qu'avec le rapport des indications de valeurs de mesures les 3 facteurs de conversion d= D/+ et h= H/( ainsi que le facteur de qualité Q = H/D,(voir figure 4 combinaison linéaire des indications des dosimètres c et i en fonction de l'énergie des neutrons pour la détermination de la dose d'énergie avec: kl = 0,0952 k 2 = 0,0051 ainsi que la fluence des neutrons avec k 31 = 0,48 et k 41 = 095 * 10 ainsi que pour, k 32 = 0,72 10 et k 42 = 0,118 108). Le système actif de dosimètre d'albedo à sphère unique est ainsi constitué de quatre détecteurs (a,c,im) qui sont disposés au centre ainsi que sur la surface de la sphère de polyéthylène 1 d'un diamètre approprié, et qui se distinguent les uns des autres dans leur possibilité de réponse vis-à-vis' des neutrons thermiques et à vitesse moyenne grâce à un blindage de bore 2 différent Ces détecteurs a, c i, m sont de préférence des tubes de comptage 3 H ou bien des tubes de comptage proportionnels avec une fraction N 2 ainsi que des détecteurs,à couches de barrage au silicium qui grâce à l'utilisation de convertisseurs (n,() supplémentaires, sur la surface du détecteur, présentent de préférence des possibilités élevées de réponse pour les neutrons thermiques. Les différents détecteurs détectent respectivement ce qui suit: le détecteur c est disposé au centre de la sphère 1 et mesure de préférence les neutrons thermiques modérés dans le polyéthylène, le détecteur i (détecteur d'albedo) est recouvert par un absorbeur 2 de boreplas- tique du coté tourné vers la source de rayonnement et mesure de préférence les neutrons thermiques ou búen J épithermique qui après une modération et une diffusion en retour correspondantes sortent de la surface du modérateur 1, le détecteur m est recouvert de tous côtés avec des parties de l'absorbeur 2 de bore plastique pour les neutrons thermiques et mesure les neutrons épithermiques qui proviennent du champ de rayonnement ou bien qui sortent du modérateur 1, le détecteur a est recouvert du côté tourné vers le modérateur 1 par des parties de l'absorbeur de bore plastique 2 et mesure de préférence les neutrons thermiques en provenance du champ de rayonnement. Avec l'électronique 3 à 5 prévue (figure 1) les taux de comptage correspondants des détecteurs respectifs sur la face antérieure et sur la face postérieure du modérateur 1, sont totalisés c'est-à-dire que l'on a k = k + k avec v r k = i, a, m. Le microprocesseur 4 incorporé stocke les taux de comptage des quatre détecteurs a, c, i, m et calcule séparément en se basant sur les courbes de calibrage introduites, les fractions de doses équivalentes de neutrons pour les neutrons thermiques Hth à partir des indications du détecteur th a et m, pour les neutrons intermédiaires H à partir -e des indications du détecteur m, et pour les neutrons rapides à partir des indications de dose du détecteur c en se basant sur le rapport des taux de comptage if et cf On part alors du système d'équations - suivant: ctl(k) = Sh(k) + 9 ((k) +"f(k) (k) = Rth(k) th+ Te(k) 'e + Rtf(k) #f ou (k) sont les indications des détecteurs k = i,a, m et c,s th, e et Of les fractions de fluence de neutrons thermiques, épithermiques et rapides, et R th(k), R e(k), R#f(k) les possibilités de réponse en fluence pour les neutrons thermiques, épithermiques et rapides. Un affichage-triple (contenu en 4) met au choix à l'affichage les taux de comptage ou bien les fractions de doses équivalentes A partir du rapport des valeurs de mesures kr/kv avec k = i,a, m, et avec un stockage distinct corres- pondant des taux de comptage, des indications sont obtenues sur la direction d'impact du rayonnement. En prévoyant une combinaison linéaire de valeurs de mesure des indications du détecteur if et Cf, D sont calculés et donc également d, h et Q Ces valeurs peuvent être directement affichées lors d'une interrogation appropriée ou bien peuvent être expri- mées avec un calculateur de table à un instant ulté- rieur en passant par une mémorisation des valeurs de mesure sur bande magnétique Pour la détermination du facteur de calibrage des dosimètres d'albedo, la possibilité de réponse du détecteur d'albedo ç (i)/H est indiquée. e REVENDICATIONS 1 Installation pour mesurer les puissances débitées dans des champs de rayonnement - diffusé au moyen de détecteurs de neutrons et d'une sphère de modérateur dans le centre de laquelle est -disposé un des détecteurs pour neutrons thermiques, installation caractérisée en ce qu'au moins une combinaison de détecteurs (a, i, m) avec différents écrans ( 2) absorbant des neutrons thermiques pour une mesure distincte des neutrons d'albédo diffusés en retour par le modérateur ( 1) et des neutrons thermiques incidents en provenance du champ de rayonnement, est rapportée sur la surface de la sphère ( 1) du modé- rateur, cette sphère ( 1) du modérateur étant disposée sur in châssis ( 6) susceptible d'1 tre déplacé et une unité d'exploitation ( 3, 4, 5) étant prévue, cette unité étant également fixée sur le châssis ( 6). 2 Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les détecteurs de neutrons (a, c, i,m) sont des détecteurs actifs dont les taux de comptage sont mémorisés à l'aide d'un microprocesseur ( 4), sont convertis en valeurs de do- ses équivalentes et sont mis à l'affichage. 3 Installation selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que des combinaisons de détecteurs (a, i, m) sont disposées en deux points diamétralement opposés de la sphère ( 1) du modérateur - 4 Installation selon la revendication 1 ou l'une des suivantes, caractérisée en ce que les taux de comptage des détecteurs (a, i, m) sur la face antérieure et la face postérieure de la sphère ( 1) du modérateur, viennent au choix à l'affichage après totalisation ou bien sous forme de quotient. Installation selon la revendication 1 ou bien l'une des suivantes, caractérisée en ce que l'énergie effective des neutrons pour des neutrons rapides, les possibilités de réponse du détecteur d'albedo ( 1), ou bien, par l'intermédiaire d'une combinaison linéaire des valeurs de mesure des indications des différents détecteurs, l'affluence des neutrons et le débit d'énergie peuvent être au choix déterminée pour l'ensemble de la plage d'énergie ou bien pour les plages d'énergie partielles. ?