Brevet FR2555853A1 — publié le 19850531

La présente invention concerne une cible en lithium pour bombardement par des protons pour produire 7 L(,n)7 Btu des neutrons par réaction 7 Li (p, n) Be et un 3 4 appareil pour détecter la présence d'une substance choisie dans des minerais par une activation de neu- trons, par exemple pour détecter la teneur en or d'un minerai aurifère. Un atelier pratique de triage de minerai d'or doit pouvoir traiter plusieurs dizaines de tonnes de minerai à l'heure et doit donc utiliser une technique analytique rapide. Une technique appropriée est l'analyse par activation de neutrons utilisant la réaction 97Au 19 7mA (n, n'Y) 97mAu pour activer l'or présent dans un morceau de minerai, les nucléides de 197mAu ainsi produits étant désintégrés après une durée de radio- activité d'environ 7,8 secondes, avec émission de rayons gamma ayant une énergie de 279 keV. Les brevets britanniques n 2.055.465 B et 2.101.304 A (brevet US 4.340.443 et demande de brevet US S.N. 383.686 déposée le 27 mai 1982, respectivement), décrivent un appareil pour trier les minerais aurifères dans les- quels des morceaux de minerai sont actives par la réaction ci-dessus, les rayons gamma émis ultérieure- ment étant détectés et analysés pour déterminer avec exactitude la teneur en or des minerais. Un atelier de triage de minerai nécessite une source intense de neutrons rapides pour provoquer l'activation, et une source possible est une cible consistant en une couche de lithium appliquée sous forme d'un revêtement sur une plaque de support en argent et bombardée par des protons. Cependant, l'effet du bombardement est de dégager-de la chaleur et de l'hydrogène dans la cible, ce qui peut être nuisible pour la structure de la cible. Dans cette cible, par exemple, des bulles d'hydrogène tendent à se former c l'interface entre le lithium et l'argent. Selon la présente invention on prévoit une cible pour produire des neutrons par bombardements avec des protons, qui comprend au moins un clinquant de lithium et une structure supportant le clinquant au sein d'un tube à faisceaux dirigés dans lequel on a fait le vide, o elle est bombardée par un faisceau de protons, la structure présentant au moins une brèche la traversant de façon qu'une partie du clinquant recouvre la brèche et soit exposée au vide sur ses deux côtés. En utilisation de la cible, le faisceau de protons est de préférence incident, au moins la plupart du temps, à la partie du clinquant qui recouvre la brèche. Dans un mode de réalisation préféré, le clinquant de lithium est supporté à proximité d'une paroi ter- minale du tube à faisceau dirigé, cette paroi termi- nale étant en un matériau présentant une faible section transversale pour les neutrons provenant du clinquant et à travers lequel l'hydrogène diffuse avec une rapidité suffisante pour empêcher l'accumulation de l'hydrogène à l'intérieur du tube. La paroi terminale peut être en palladium et peut être chauffée pour assurer une diffusion rapide de l'hydrogène. Dans un mode de réalisation préféré, la structure de support comprend un plateau définissant au moins une brèche sensiblement annulaire à travers lui, et le clinquant recouvre la ou les brèches et est supporté sur chaque côté de la brèche ou de chaque brèche. L'invention fournit ainsi une cible devant agir comme une source de neutrons de haute énergie, qu'on pense devoir subir moins d'endommagement que les cibles connues, et qui produit des neutrons dans une gamme relativement bien définie d'énergie puisque l'épaisseur du lithium peut être bien définie. L'invention fournit également un appareil d'irra- diation pour irradier les morceaux de minerai afin de détecter la présence d'une substance choisie dans les morceaux, l'appareil d'irradiation comprenant à titre de source de neutrons, la cible en lithium définie plus haut. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre en regard des dessins annexes, sur les- quels: - la figure 1 est un schéma général d'un appareil de triage du minerai d'or comportant une cible en lithium selon l'invention; - la figure 2 est une coupe de la cible en lithium représentée sur la figure I; et - la figure 3 est une vue de la cible en lithium dans le sens de la flèche A sur la figure 2. En se référant a la figure 1, un appareil de triage du minerai d'or comprend un concasseur et trieur de roche 2 auquel on fournit du minerai extrait et dans lequel le minerai est concassé en morceaux et d'o le minerai sort sous forme d'un courant de morceaux dont les grosseurs sont d'environ 75 mm (grosseur de maille) alors que des morceaux plus petits que 35-mm (grosseur de maille) sont rejetés. Le courant de morceaux passe par une chambre d'irradiation 4 adja- cente à une cible en lithium 5 qui sera décrite plus en détail par la suite, et ensuite tous les morceaux sont obliges de passer par un ensemble détecteur 6 de rayons gamma dans lequel sont détectés les rayons gamma ayant une énergie de 279 keV provenant de la désintégration des nucléides de 197m Au et indiquant ainsi la présence d'or dans les morceaux de minerai. Chaque morceau de minerai est interrogé individuelle- ment par l'ensemble détecteur 6 pour établir si sa te- 25558$53 neur en or se situe au-dessus ou au-dessous d'une concentration prédéterminée. La concentration critique est normalement comprise entre 0, 5 et 5 ppm et peut être établie par exemple a 1 ppm. On fait alors passer chaque morceau de minerai dans une trieuse 8 qui est agencée pour répondre à l'aide des cables 7 aux signaux provenant de l'ensemble détecteur 6 et qui trie chaque morceau de minerai en l'un des deux courants de sortie selon que la concentration d'or dans le morceau se situe au-dessus ou au-dessous de la concentration prédéterminée. Le concasseur et trieur 2 et la trieuse 8 peuvent être de modèles bien connus des spécialistes alors que l'ensemble détecteur 6 peut être du type décrit plus en détail dans les brevets précités aux- quels on peut se référer, le concasseur et trieur 2, la trieuse 8 et l'ensemble détecteur 6 ne faisant pas l'objet de la présente invention. En se référant aux figures 2 et 3, la cible en lithium 5 est disposée à une extrémité d'un tube à faisceaux dirigés et dans lequel le vide a été établi, dans lequel un faisceau de 1 mA de protons de 4,5 Mev passe pendant le fonctionnement de l'appareil de la figure 1. La cible 5 comprend un plateau circu- laire de support en aluminium 12 constitué d'un moyeu intérieur 14, de trois bagues concentriques 16 et d'une bague extérieure 18, liés par trois entretoises radiales 20 régulièrement espacées (dont une seule aboutit au moyeu 14) de façon à définir quatre brèches concen- triques 24 d'une forme sensiblement annulaire, coupées par les entretoises 20. Les quatre brèches 24 sont respectivement recouvertes par quatre clinquants annu- laires en lithium 30 ayant chacun 30 mm de largeur et 0,3 mm d'épaisseur, qui sont fixés suivant chaque bord au plateau de support 12. Un petit trou 32 à travers le centre du moyeu 14 assure l'absence d'une différence de pression entre les deux côtés du plateau de support 12 et ce plateau de support est fixé sur le pourtour de son périmètre à la paroi du tube 10. Cinq conduites 34, 35, 36, 37, 38 sont fixées suivant des cercles concentriques au moyeu 14, aux trois bagues 16 et à la bague extérieure 18, respectivement et leurs extrémités sont dirigées radialement vers l'extérieur pour traverser la paroi du tube 10. Les parties radiales des conduites 34, 35, 36 sont alignées avec les entretoises 20. Comme on le voit sur la figure 2, en travers de l'extrémité du tube 10, à une distance d'environ 20 nm des clinquants en lithium 30, est monté un plateau en palladium 40 d'une épaisseur suffisante pour résister à une différence de pression de 1 atmosphère, et comportant une bordure circon- férentielle 42. Une plaque terminale en cuivre 44 est fixée autour de la bordure 42 et présente deux ori- fices diamétralement opposés 46 reliés à des conduits 48. En fonctionnement de l'appareil représenté sur la figure 1, le faisceau de protons est accéléré en descendant le tube 10 pour aboutir à la cible , avec une exploration autour de chacun des clinquants successifs de lithium 30. En même temps, un liquide de refroidissement tel que l'eau circule dans les tubes 34 à 38 pour assurer que la température du lithium n'atteigne pas son point de fusion (1860C) et on fait passer de l'air dans les conduits 48 pour que cet air passe sur un coté de la plaque en palladium 40 et permette d'en extraire l'excès de chaleur. En résultat de la réaction nucleaire 7 Li (p, n) 7 Be un flux intense de neutrons rapides ayant une énergie comprise entre environ 0,6 et 2,8 MeV émerge de la cible pour irradier les morceaux de minerai qui passent à travers la chambre d'irradiation adjacente 4 (voir figure 1). L'épaisseur du clinquant en lithium 30 et l'énergie des protons incidents déterminent le niveau d'énergie des neutrons émis. La section transversale pour activer les noyaux d'or, 197Au, est au maximum d'environ 2,5 MeV et les neutrons ayant une énergie de 0,6 à 2,8 MeV peuvent provoquer cette activation mais ont une énergie insuffisante pour amener l'acti- vation par (n, p) réactions d'autres éléments qui sont probablement présents dans le minerai, tels que l'aluminium et le silicium. Les neutrons ayant une énergie au-dessous d'environ 0,6 MeV ne vont probable- ment pas activer les noyaux d'or mais peuvent provo- quer une activation par (n,T) réactions de l'alu- minium, par exemple, et ils sont donc indésirables. L'épaisseur des clinquants 30, qui est dans ce cas de 0,3 mm, est régie par ces considérations. On conçoit que du fait qu'un vide existe de part et d'autre des clinquants 30, les parties des clinquants 30 qui recouvrent les brèches 24 ont seulement besoin de supporter leur propre poids. Les protons qui ne subissent pas la réaction ci-dessus avec les atomes de lithium émergent du clin- quant de lithium 30 avec une énergie d'environ 3,3 MeV et sont ensuite incidents à la plaque de palladium 40 dans laquelle leur énergie est dissipée en chaleur par collisions avec le réseau de palladium. La plaque 40 est ainsi chauffée, sa température étant réglée par le courant d'air à travers les conduits 48, et les atomes d'hydrogène (c'est-à-dire les protons qui ont été ralentis) sont rapidement diffusés à travers la plaque chaude 40 et sont évacués dans le courant d'air. On conçoit qu'étant donné que les clinquants de lithium 30 sont séparés de la plaque 40 par une brèche d'environ 20 mm, on peut chauffer la plaque 40 à une température bien au-dessus du point de fusion du lithium, la transmission de chaleur à travers la brèche se faisant seulement par rayonnement thermique. En conséquence, le taux de diffusion d'hydrogène & travers la plaque 40 est plus grand que dans le cas d'une plaque 40 maintenue à une basse température. En outre, bien que la plaque 40 ait été décrite comme étant en palladium, on pourrait utiliser un autre métal tel que le niobium à travers lequel la diffusion d'hydrogène se fait avec une rapidité suffisante. Il va de soi qu'on peut apporter diverses modifications aux modes de réalisation qui ont été décrits, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Cible pour produire des neutrons par bombardement avec des protons, comprenant au moins un clinquant (5) en lithium, caractérisée en ce qu'elle comprend une structure (12) qui supporte le clinquant (5) dans un tube (10) à faisceaux dirigés dans lequel le vide a été établi et dans lequel la cible est bombardée par un faisceau de protons,-la structure (12) ayant au moins une brèche (24) à travers elle de manière qu'une partie du clinquant (5) recouvre la brèche (24) et soit exposée au vide sur ses deux côtés. 2 - Cible selon la revendication 1, caracté- risée en ce que le clinquant de lithium 5 est supporté à proximité d'une paroi terminale (40) du tube (10), cette paroi terminale (40) étant en un matériau à faible section transversale pour les neutrons provenant du clinquant et à travers lequel la diffusion de l'hydrogène est suffisamment rapide pour empêcher l'accumulation de l'hydrogène dans le tube à faisceaux dirigés. 3 - Cible selon la revendication 2, caractérisée en ce que la paroi terminale (40) est en palladium. 4 - Cible selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (48, 44) pour chauffer la paroi terminale (40) afin d'assurer une diffusion rapide de l'hydrogène. - Cible selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 4, caractérisée en ce que la structure de support (12) comprend un plateau définissant au moins une brèche sensiblement annulaire (24) à travers lui et le clinquant (5) recouvre la ou les brèches en étant supporté de chaque côté de la ou de chaque brèche. 6 - Cible selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5, caractérisée en ce que la structure de support (12) comprend des moyens (34 à 38) pour le passage d'un fluide de refroidissement. 7 - Cible pour produire des neutrons par bombardement par des protons, caractérisée en ce qu'elle comprend une structure de support (12) montée à l'intérieur dudit tube à faisceaux dirigés dans lequel le vide a été établi jusqu'à une paroi terminale (40) de celui-ci, la structure (12) présentant au moins une brèche sensiblement annulaire (24) et des moyens (34 à 38) pour le passage d'un fluide de refroidisse- ment et au moins un clinquant (5) en lithium qui est supporté par la structure et qui recouvre la brèche. 8 - Cible selon la revendication 7, caractérisée en ce que ladite paroi terminale (40) est en palladium ou niobium. 9 - Cible selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que des moyens (48, 44) sont prévus pour chauffer la paroi terminale. - Appareil d'irradiation pour irradier des morceaux de minerai afin de détecter la présence d'une substance choisie dans les morceaux, cet appareil d'irradiation étant caractérisé en ce qu'il comprend à titre de source de neutrons, la cible en lithium selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.