Brevet FR2555798A1 — publié le 19850531

La présente invention concerne une cible en lithium destinée à un bombardement par des protons en vue de pro- duire des neutrons par la réaction 3 Li (p, n) 7 Be, ainsi 3 4 qu'un appareil pour détecter la présence d'une substance sélectionnée dans des minerais, par une analyse par activa- tion sous l'effet de neutrons, par exemple pour déterminer la teneur en or de minerais aurifères. Une installation\de triage de minerais aurifères doit pouvoir traiter en pratique plusieurs dizaines de tonnes de minerai par heure et elle doit par conséquent faire appel à une technique d'analyse rapide. Une technique qui convient à cet effet est l'analyse par activation sous l'effet de neutrons qui utilise la réaction 197Au (n, n'() 197mAu afin d'activer l'or présent dans un morceau de mine- rai, les noyaux de 197mAu ainsi produits se désintégrant avec une demivie d'environ 7,8 secondes, avec émission de rayons Y ayant une énergie de 279 keV. Les brevets anglais N 2055465B et 2101304A (correspondant respectivement au brevet US N 4 340 443 et à la demande de brevet US N 383 686 déposée le 27 Mai 1982) décrivent des appa- reils de triage de minerais aurifères dans lesquels des morceaux de minerais sont activés par la réaction précitée, les rayons gémis par suite de cette activation étant détec- tés et analysés afin de déterminer la teneur en or de ces minerais. Une telle installation de triage de minerais exige une source intense de neutrons rapides pour réaliser l'acti- vation et une source possible à cet effet est constituée par une cible consistant en une couche de lithium appliquée sur un substrat en argent et bombardée par des protons. Cepen- dant le résultat de ce bombardement est la production de chaleur et d'hydrogène dans la cible ce qui peut être né- faste pour la structure de la cible. Par exemple dans la cible précitée les bulles d'hydrogène tendent à se former à l'interface entre le lithium et l'argent. Suivant l'invention il est prévu une cible en li- thium comprenant une couche relativement mince de lithium appliquée sur une face d'une plaque formant substrat en un métal qui ne forme pas une couche d'alliage à l'interface et à travers lequel l'hydrogène peut diffuser avec une vitesse telle que des bulles ne se forment pas à l'interface. De préférence la plaque formant substrat est en niobium. Il est particulièrement avantageux que des conduits pour le passage d'un fluide de refroidissement soient prévus en contact thermique avec l'autre face de la plaque formant substrat. La cible suivant l'invention constitue ainsi une source de neutrons à haute énergie qui peut être amenée à supporter des dommages moindres que les cibles connues et qui fournit des neutrons ayant une gamme d'énergie relative- ment bien définie puisque l'épaisseur du lithium est bien définie, étant donné qu'aucune épaisseur appréciable d'une couche d'alliage n'est formée. L'invention a également pour objet un émetteur de radiation pour irradier des morceaux de minerai afin de détecter la présence d'une substance sélectionnée dans les morceaux de minerai, l'émetteur de radiation comportant, en tant que source de neutrons, la cible en lithium définie ci-dessus. On décrira ci-après,à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention,en référence au dessin annexé sur lequel: La figure 1 est un schéma synoptique d'un appareil de triage de minerais aurifères comprenant une cible en lithium suivant l'invention. La figure 2 est une vue en coupe de la cible en lithium de la figure 1. Si on se réfère à la figure 1, on y voit qu'un ap- pareil de triage de minerais aurifères comprend un classifi- cateur et broyeur de roches 2 auquel un minerai extrait M est fourni, dans lequel ce minerai est broyé en morceaux et dont sort un courant de morceaux ayant une dimension d'envi- ron 75 mm, tandis que les morceaux plus petits que 35 mm sont rejetés. Ce courant de morceaux de minerais passe en- suite dans une chambre d'irradiation 4 adjacente à une cible en lithium 5 qui sera décrite d'une manière détaillée plus loin, puis tous les morceauz sont amenés à passer à travers un détecteur de rayons Y 6 disposé de manière à détecter les rayons, ayant une énergie de 279 keV, résultant de la désintégration de noyaux de 19?mAu et indiquant la présence d'or dans les morceaux de\minerai. Chaque morceau de minerai est interrogé individuellement par le détecteur 6 afin d'é- 0 tablir si sa teneur en or se trouve au-dessus ou au dessous d'une concentration prédéterminée. La concentration critique est habituellement comprise dans la gamme allant de 0,5 à 5 parties par million (ppm), et elle peut être fixée par ex- emple à I ppm. Chaque morceau de minerai passe ensuite dans un trieur 8 disposé de manière à répondre, par l'intermé- diaire d'un câble 7, aux signaux provenant du détecteur 6 et à trier ainsi chaque morceau de minerai vers l'un de deux courants de sortie suivant que la concentration en or dans te morceau considéré se trouve au- dessus ou en dessous de la concentration prédéterminée. Le classificateur et broyeur 2 et le trieur 8 peu- vent être de n'importe quel type bien connu dans la techni- que tandis que le détecteur 6 peut être tel que décrit d'une manière plus détaillée dans les brevets précités auxquels on pourra se référer, le classificateur et broyeur 2, le trieur 8 et le détecteur 6 ne constituant pas l'objet de l'inven- tion. Si on se réfère maintenant à la figure 2, on voit que la cible en lithium 5 forme une extrémité d'un tube à faisceau sous vide 10 le long duquel passe un faisceau de lmA de protons ayant une énergie de 4,5 MeV pendant le fonc- tionnement de l'appareil de la figure 1. La cible 5 comprend une couche de lithium 12 ayant une épaisseur de 0,3 mm et qui est appliquée sur une face d'une plaque en niobium cir- culaire 14, la couche de lithium 12 étant appliquée sur la face de cette plaque sur laquelle tombe le faisceau de pro- tons. Un certain nombre de conduits 16 sont ménagés à tra- vers la plaque 14 à proximité de l'autre face de celle-ci. Lorsque l'appareil de la figure 1 est en fonctionne- ment, le faisceau de protons est accéléré le long du tube 10 pour tomber sur la cible S et un liquide réfrigérant, tel que de t'eau, passe à travers les conduits 16 pour évacuer la chaleur à partir de la plaque 14. La température de la cible 5 est contrôlée de manière à être sur qu'elle demeure inférieure à 1860C, c'est-à-dire au point de fusion du lithium, et le faisceau est déplacé sur la surface de la couche 12 pour éviter toute surchauffe localisée. Il résulte, de ta réaction Li (pn) 7 Be, qu'un flux intense de neutrons rapides ayant une énergie comprise entre environ 0,6 MeV et 2,8 MeV sort de la cible 5, pour irradier les morceaux de minerai passant à travers ta cham- bre d'irradiation adjacente 4 (voir la figure 1). La gamme des énergies des neutrons est déterminée par l'énergie des protons incidents et l'épaisseur de la couche de lithium 12. La section droite pour l'activation des noyaux d'or 197Au est un maximum pour des neutrons ayant une énergie 2,5 MeV, et des neutrons ayant une énergie comprise entre 0,6 MeV et 2,8 MeV peuvent réaliser cette activation, en ayant toutefois une énergie insuffisante pour réaliser une acti- vation, par des réactions (n,p), d'autres éléments qui peu- vent être présents dans les minerais, tels que l'aluminium et le silicium. Les neutrons ayant une énergie inférieure à environ 0,6 MeV ont peu de chance d'activer les noyaux d'or mais ils peuvent provoquer une activation, par des réactions (r., ï), de l'aluminium par exemple. L'épaisseur est bien définie parce qu'aucun degré appréciablede formation d'al- liage n'apparaît à l'interface entre la plaque de niobium 14 et la couche de lithium 12, et cette épaisseur est choisie de telle façon que des neutrons ayant une énergie de 0,6 MeV aient peu de chance d'être produits. Les protons qui ne sont pas soumis à la réaction précitée avec les atomes de lithium, émergent de la couche de lithium 12 et pénètrent dans la plaque de niobium 14 avec une énergie d'environ 3,3 MeV et cette énergie est ensuite dissipée en chaleur par suite de collisions avec le réseau de niobium. Des atomes d'hydrogène sont ainsi produits dans la plaque de niobium 14 (c'est-à-dire des protons qui ont été Pralentis) et ils diffusent à travers la plaque 14 pour émerger à partir de la face de celle-ci qui est éloignée du faisceau de protons incidents. Ainsi l'hydrogène n'a aucune tendance a s'accumuler à l'interface entre la plaque de niobium 14 et la couche de lithium 12. La cible 5 a été décrite comme étant refroidie en faisant passer un liquide'réfrigérant à travers des conduits 16 ménagés à travers la plaque 14. On conçoit toutefois que, suivant une variante, des rainures (non représentées) pour- raient être formées sur la face de la plaque située à l'op- posé de la couche de lithium 12, ces rainures étant recou- vertes d'une plaque de couverture en cuivre (non représen- tée), de manière à définir ainsi des conduits pour le pas- sage d'un fluide réfrigérant. Suivant une autre variante des nervures ou ailettes en cuivre (non représentées) pourraient être brasées sur la face précitée de la plaque 14 et recouvertes d'une plaque en cuivre (non représentée) de manière à définir des conduits pour le passage d'un fluide réfrigérant. On comprendra également que, bien que la matière préférée pour constituer la plaque 14 soit le niobium, une autre matière, telle que le cuivre par exemple, pourrait être utilisée dans la mesure o cette matière ne forme pas une couche d'alliage à l'interface et que l'hydrogène dif- fuse suffisamment rapidement à travers elle à la température de fonctionnement, afin que cet hydrogène ne s'accumule pas à l'interface en formant des bulles. REVENDICATIONS 1.- Une cible en lithium caractérisée en ce qu'elle comprend une couche relativement mince de lithium (12) appliquée sur une face d'une plaque formant substrat (14) en un métal qui ne forme pas une couche d'alliage à l'interface et à travers lequel l'hydrogène peut diffuser avec une vitesse telle qRue des bulles ne se forment pas à l'interface. 2.- Une cible en lithium suivant la revendication 1 caractérisée en ce que la plaque formant substrat (14) est en niobium. 3.- Une cible en lithium suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisée en ce qu'elle com- porte des moyens (16) pour refroidir la plaque formant substrat (14). 4.- Une cible en lithium suivant la revendication 3 caractérisée -en ce que les moyens de refroidissement (16) sont constitués par des conduits pour le passage d'un fluide réfrigérant en contact thermique avec la plaque formant substrat (14). 5.- Un émetteur de radiations pour irradier des morceaux de minerai, en vue de détecter la présence, dans ces morceaux, d'une substance sélectionnée, caractérisé en ce qu'il comporte, en tant que source de neutrons, la cible en lithium suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4.