Brevet FR2772514A1 — publié le 19990618

L'invention concerne un chambre d'ionisation sensible aux neutrons, à compensation des rayons gamma, pour mesurer uniquement le flux de neutrons en présence de rayons gamma dans un réacteur nucléaire ou analogue. La figure 7, annexée à la présente demande, représente une chambre d'ionisation sensible aux neutrons, à compensation des rayons gamma, dans laquelle des trous sont formés dans une électrode de signal ou électrode de de transmission de signal comme cela est décrit dans la demande de brevet japonais mise à l'inspection publique N04-363856. Sur la figure 7, le chiffre de référence 1 désigne une électrode cylindrique à haute tension, le chiffre de référence 2 désigne une électrode cylindrique de transmission de signal disposée concentriquement à l'intérieur de l'électrode à haute tension en en étant séparée par un espacement prédéterminé, le chiffre de référence 3 désigne une électrode cylindrique de compensation disposée concentriquement à l'intérieur de l'électrode 2 de transmission de signal en en étant séparée par un espacement prédéterminé, le chiffre de référence 4 désigne une source d'alimentation à haute tension pour appliquer une haute tension +VH à l'électrode à haute tension 1, le chiffre de référence 5 désigne une source d'énergie de compensation pour appliquer une tension de compensation -vC à l'électrode compensation 3, le chiffre de référence 6 designe un amplificateur servant à amplifier un courant de neutrons délivré par l'électrode 2 de transmission de signal, le chiffre de référence 7 désigne une substance sensible aux neutrons, telle que lOB déposée sur la surface inférieure (surface tournée vers l'électrode 2 de transmission de signal) de l'électrode à haute tension 1, le chiffre de référence 8 désigne une substance sensible aux neutrons telle que lOB déposée sur la surface extérieure (surface tournée vers l'électrode à haute tension 1) de l'électrode 2 de transmission de signal, le chiffre de référence 10 désigne une chambre d'ionisation sensible aux neutrons qui est un espace d'ionisation entre l'électrode à haute tension 1 et l'électrode 2 de transmission de signal, le chiffre de référence 11 désigne une chambre d'ionisation compensée, qui est un espace d'ionisation entre l'électrode de transmission de signal et l'électrode de compensation 3, et le chiffre de référence 12 désigne une pluralité de trous formés dans l'électrode 2 de transmission de signal. Ces trous 12 sont disposés dans des directions périphérique et axiale de l'électrode 2 de transmission de signal, comme représenté sur la figure 8, annexée à la présente demande. La publication mentionnée précédemment décrit un exemple dans lequel 48 trous 12 ayant un diamètre de 5 mm sont formés, mais ne mentionne aucune limitation concernant le diamètre de chaque trou, le nombre de trous et la distance entre les axes des trous (distance entre des trous adjacents). Cependant, lorsque le volume d'un champ électrique de fuite produit par chacun des trous 12 correspond à la largeur de la compensation des rayons gamma, le volume du champ électrique de fuite est commandé, de façon souhaitable, à une valeur égale ou inférieure à plusieurs pour cent du volume de la chambre d'ionisation sensible aux neutrons 10. Ceci est dû au fait qu'une variation du courant de signal à une tension proche de la tension d'utilisation est, comme cela est souhaitable, aussi faible que possible lorsque des neutrons et des rayons gamma restent inchangés, et doit être égale à 5 / 100 V (ceci signifie qu'une variation du signal est de 5 Co ou moins lorsque la tension d'utilisation est modifiée de 100 V). Lorsque la surface du trou 12 est importante, une variation du courant de signal est élevée et la chambre d'ionisation sensible aux neutrons, à compensation des rayons gamma ne peut pas être utilisée. La caractéristique de saturation de la chambre d'ionisation sensible aux neutrons 10 va être décrite en référence à la figure 2 annexée à la présente demande. Sur la figure 2, P désigne le cas où aucun trou 12 n'est présent dans l'électrode 2 de transmission de signal, Q représente le cas où la surface totale des trous 12 dans l'électrode 2 de transmission de signal est égale à 5 W de l'étendue en surface de l'électrode 2 de transmission de signal, et R représente le cas où la surface totale des trous dans l'électrode 2 de transmission de signal est égale à 10 W de l'ensemble de la surface de l'électrode 2 de transmission de signal. On comprendra sur la figure 2 que, lorsque la surface totale des trous 12 est supérieure à 5 W de la surface totale de l'électrode 2 de transmission de signal, la détérioration de la caractéristique de saturation est marquée, ce qui est un problème dans l'application pratique. La surface de l'électrode 2 de transmission de signal est la surface située sur un côté de l'électrode 2 de transmission de signal, qui est tournée vers l'électrode à haute tension 1, ou sur un côté de l'électrode 2 de transmission de signal, qui est tournée vers une électrode de compensation 3. Dans la chambre d'ionisation sensible aux neutrons, à compensation des rayons gamma de l'art antérieur, la caractéristique de saturation s'altère proportionnellement à la surface totale des trous 12 étant donné que la chambre d'ionisation sensible aux neutrons 10 et la chambre d'ionisation compensée 11 ne sont pas fermées d'une manière hermétique comme cela a été décrit précédemment. Lorsque le volume d'un champ électrique de fuite produit par chacun des trous 12 augmente, la largeur de la compensation des rayons gamma augmente en tant que résultat d'une variation croissante du signal (erreur du signal). Comme cela est représenté sur la figure 9, annexée à la présente demande, lorsque l'intervalle W2 entre les axes des trous, qui est la distance entre des trous adjacents 12, est réglé à une valeur inférieure à l'intervalle entre l'électrode 2 de transmission de signal et l'électrode de compensation 3, c'est-à-dire l'épaisseur D de la chambre d'ionisation compensée 11 (W2 Comme cela est représenté sur la figure 10 annexée à la présente demande, un trou 13 correspondant au trou 12 est réalisé avec une forme rétrécie. C'est-à-dire que lorsque le trou est formé de telle sorte que son diamètre diminue depuis le côté de l'électrode de compensation 3 en direction du côté de l'électrode à haute tension 1, une partie 14a, dans laquelle la surface de paroi 13a du trou recoupe la surface extérieure (surface tournée vers l'électrode 1 de transmission de signal) de l'électrode 2 de transmission de signal, et une partie 14b, dans laquelle la surface 13a de la paroi du trou recoupe la surface intérieure 2b (surface tournée vers l'électrode de compensation) de l'électrode 2 de transmission de signal forment un bord. En particulier, la partie 14b, au niveau de laquelle un angle formé par la surface de paroi 13a et la surface intérieure 2b est un angle aigu, forme une arête vive. Dans ce cas, comme représenté sur la figure 11 annexée à la présente demande, la concentration de champs E3 se produit aisément au niveau de la partie à arête vive 14b, et les variations du champ électrique de fuite produite par chacun des trous 13 sont intenses et aisément affectées par des variations de la tension de compensation. En outre pour évaluer d'une manière indépendante l'effet de chacun des trous 13, l'intervalle W2 entre les axes des trous représentés sur la figure 9 doit être réglé à une valeur importante, ce qui introduit des limitations plus strictes concernant l'intervalle W2 entre les axes des trous. La présente invention a été mise au point pour éliminer les problèmes indiqués précédemment et un but de la présente invention est de fournir une chambre d'ionisation sensible aux neutrons, à compensation des rayons gamma, qui permet de supprimer l'altération de la caractéristique de saturation à un degré tel qu'on peut réellement la négliger et présente une faible dépendance vis-à-vis de la dose d'énergie des rayons gamma. Selon un premier aspect de la présente invention, il est prévu une chambre d'ionisation sensible aux neutrons, à compensation des rayons gamma, caractérisée en ce qu'elle comporte une électrode cylindrique ou en forme de plaque à haute tension, à laquelle est appliquée une haute tension, une électrode de signal cylindrique ou en forme de plaque pour le prélèvement d'un courant de neutrons, et une électrode de compensation cylindrique ou en forme de plaque, à laquelle est appliquée une tension de compensation, ces électrodes étant disposées concentriquement dans l'ordre indiqué en étant séparées les unes des autres par un espacement prédéterminé, et une pluralité de trous étant formés dans une partie de l'électrode de signal, la surface totale des trous étant réglée à une valeur égale ou inférieure à 5 W de la surface totale de l'électrode de signal. Selon un second aspect de l'invention, il est prévu une chambre d'ionisation sensible aux neutrons, à compensation des rayons gamma, caractérisée en ce que la distance entre des trous adjacents est réglée à une valeur égale ou supérieure au double de la distance entre l'électrode de signal et l'électrode de compensation. Selon un troisième aspect de l'invention, il est prévu une chambre d'ionisation sensible aux neutrons, à compensation des rayons gamma, caractérisée en ce que des parties, dans lesquelles un trou situé dans l'électrode de signal recoupe les deux surfaces de cette électrode, sont réalisées avec des surfaces courbes. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels - les figures l (a) et l (b) représentent une forme de réalisation de la présente invention, dans laquelle la figure l (a) est un schéma structurel d'une chambre d'ionisation sensible aux neutrons, à compensation des rayons gamma, et la figure l (b) est une vue en coupe d'une électrode de transmission de signaux autour d'un trou; - la figure 2, dont il a déjà été fait mention, est un graphique représentant des caractéristiques de saturation de la forme de réalisation ci-dessus selon la présente invention; - la figure 3 est une vue en coupe permettant d'expliquer le rôle de l'intervalle entre les axes des trous dans la forme de réalisation indiquée précédemment de la présente invention; - la figure 4 est une vue en coupe permettant d'expliquer la fonction de surfaces courbes dans la forme de réalisation indiquée ci-dessus de la présente invention; - la figure 5 est un organigramme illustrant un processus de conception dans la forme de réalisation indiquée ci-dessus de la présente invention; - la figure 6 est un graphique représentant des données réelles de mesure de la caractéristique de compensation des rayons gamma dans la forme de réalisation indiquée ci-dessus de la présente invention; - la figure 7, dont il a déjà été fait mention, représente un schéma structurel d'une chambre d'ionisation sensible aux neutrons, à compensation des rayons gamma de l'art antérieur; - la figure 8, dont il a déjà été fait mention, est une vue en perspective de l'agencement de trous dans l'électrode de transmission de signal de l'art antérieur; - la figure 9, dont il a déjà été fait mention, est une vue en coupe permettant d'expliquer le rôle de l'intervalle entre les axes des trous dans l'art antérieur; - la figure 10, dont il a déjà été fait mention, est une vue en coupe de la forme d'un trou différent dans l'électrode de transmission de signal de l'art antérieur; et - la figure 11, dont il a déjà été fait mention, est une vue en coupe servant à expliquer le rôle du trou différent indiqué ci-dessus dans l'électrode de transmission de signal de l'art antérieur. On va décrire ci-après une forme de réalisation préférée de la présente invention. Les figures l (a) et l (b) représentent une forme de réalisation de la présente invention. La figure l (a) représente de façon typique la coupe transversale d'une chambre d'ionisation sensible aux neutrons, à compensation des rayons gamma, qui passe par le centre axial de cette chambre, et la figure l (b) est une vue à plus grande échelle d'une partie située autour d'un seul trou dans l'électrode de transmission de signaux de la chambre d'ionisation sensible aux neutrons, à compensation des rayons gamma. Sur la figure 1(a), l'électrode à haute tension 1, l'électrode 2 de signal de transmission de signal, l'électrode de compensation 3, la source d'énergie à haute tension 4, la source d'énergie de compensation 5, l'amplificateur 6, les substances 7 et 8 sensibles aux neutrons, la chambre d'ionisation sensible aux neutrons 10 et la chambre d'ionisation compensée 11 sont identiques aux éléments de l'art antérieur. Le chiffre de référence 9 désigne une pluralité de trous formés dans l'électrode 2 de transmission de signal, et la surface totale des trous 9 est réglée à une valeur égale ou inférieure à 5 de l'étendue en surface de l'électrode 2 de transmission de signal. La surface de l'électrode 2 de transmission de signal est la surface située du côté de l'électrode à haute tension 1 ou du côté de l'électrode de compensation 3, comme décrit précédemment. En outre l'intervalle W1 entre les axes des trous et la distance entre des trous adjacents 9, est réglé à une valeur égale ou supérieure au double de l'intervalle entre l'électrode 2 de transmission de signal et l'électrode de compensation 3, c'est-à-dire la distance D de l'espace d'ionisation compensé 11 (W1 > 2.D). L'intervalle W entre les axes des trous est l'intervalle entre les axes des trous dans la direction axiale de l'électrode 2 de transmission de signal sur la figure l (a). Cependant, étant donné qu'une pluralité de trous 9 sont formés dans les directions périphérique et axiale de l'électrode cylindrique 2 de transmission de signal, lorsqu'on considère la relation entre un trou 9 en tant que référence et des trous 9 disposés autour, l'intervalle W1 englobe également l'intervalle dans une direction périphérique et l'intervalle dans une direction recoupant la direction périphérique et la direction axiale de l'électrode cylindrique 1 de transmission de signal. En outre, comme représenté sur la figure 1(b), des parties dans lesquelles la surface 9a de la paroi du trou 9 recoupe la surface extérieure 2a et la surface intérieure 2b de l'électrode 2 de transmission de signal, sont réalisées sous la forme de surfaces 9b et 9c disposées respectivement sur l'ensemble de la périphérie du trou 9. Ces surfaces courbes 9b et 9c sont réalisées lisses et continuent à se prolonger l'une dans l'autre par polissage sans former de bords respectivement entre la surface extérieure 2a et la surface de paroi 9a et entre la surface intérieure 2b et la surface de paroi 9a. Dans cette forme de réalisation de la présente invention, étant donné que la surface totale des trous 9 est réglée à une valeur égale ou inférieure à 5 W de la surface totale de l'électrode 2 de transmission de signal, la caractéristique de saturation de l'espace 10 d'ionisation sensible aux neutrons peut être maintenue à une valeur satisfaisante étant donné qu'elle est présente dans une section s'étendant de la courbe Q jusqu'à la courbe P sur la figure 2. Dans cette forme de réalisation de la présente invention, étant donné que le champ électrique de fuite de chaque trou 9 peut être pris en compte d'une manière indépendante par réglage de la distance W1 entre des trous adjacents 9, à une valeur égale ou supérieure au double de l'intervalle D entre l'électrode 2 de transmission de signal et l'électrode de compensation 3 (W1 > 2.D), l'agencement devient aisé, la relation entre la tension de compensation et le volume d'un champ électrique de fuite devient presque linéaire et le taux de variation de la caractéristique de compensation peut être réduit. On va donner une description de (W1 > 2.D) en référence à la figure 3. La figure 3 représente les résultats de la simulation et des expériences effectuées par l'auteur à la base de la présente invention, c'est-à-dire le champ électrique de fuite El du trou 9 lorsque l'on a W1 > 2.D. Conformément à la figure 3, le champ électrique de fuite El de chacun des trous 9 a une distribution indépendante. C'est pourquoi il est évident sur la figure 3 que l'effet de chacun des trous 9 peut être pris en compte d'une manière indépendante par réglage de la distance W1 entre des trous adjacents 9 sur une valeur égale ou supérieure à la distance D entre l'électrode 2 de transmission de signal et l'électrode de compensation 3. En outre, dans cette forme de réalisation, étant donné qu'une partie dans laquelle la surface 2a de la paroi du trou 9 recoupe la surface extérieure 2a de l'électrode 2 de transmission de signal, une partie, dans laquelle la surface de paroi 9a du trou 9 recoupe la surface intérieure 2b de l'électrode 2 de transmission de signal sont agencées sous la forme de surfaces courbes 9b et 9c, la chambre d'ionisation sensible aux neutrons, à compensation des rayons gamma ne comporte aucune variation brusque du champ et est à peine affectée par des variations de la tension de compensation. Les surfaces courbes 9b et 9c vont être décrites en référence à la figure 4. La figure 4 représente les résultats d'une simulation et des expériences effectuées par l'auteur à la base de la présente invention montrent qu'il n'existe aucune variation brusque du champ El. Par conséquent il est évident sur la figure 4 que, étant donné que des parties dans lesquelles la surface 9a de la paroi du trou 9 recoupe la surface extérieure 2a et la surface intérieure 2b, sont agencées respectivement avec des surfaces courbes 9b et 9c, la chambre d'ionisation sensible aux neutrons, à compensation des rayons gamma est difficilement affectée par des variations de la tension de compensation. La figure 5 représente un processus de désignation d'une chambre d'ionisation sensible aux neutrons, à compensation des rayons gamma conformément à cette forme de réalisation de la présente invention. Le pas 101 sur la figure 5 représente des modèles d'une électrode à haute tension HV(+) correspondant à l'électrode à haute tension 1, une électrode de transmission de signal SIG(0 V) correspondant à l'électrode 2 de transmission de signal et une électrode de compensation CV (-) correspondant à l'électrode de compensation 3. Lors du pas 101, A est la distance entre l'électrode à haute tension HV(+) et l'électrode de transmission de signal SIG(0 V) c'està-dire l'épaisseur de la chambre d'ionisation sensible aux neutrons 10, B est la distance entre l'électrode de transmission de signal SIG(0 V) et l'électrode de compensation CV (-), c'est-à-dire l'épaisseur de la chambre d'ionisation compensée 11, C est la distance entre le centre d'un détecteur, c'est-à-dire une ligne centrale, par rapport à laquelle l'électrode à haute tension 1, l'électrode 2 de transmission de signal et l'électrode de compensation 3 sont concentriques entre elles et avec l'électrode de compensation CV (-), d est le diamètre du trou 9 et L est la longueur de l'électrode à haute tension HV(+), de l'électrode de transmission de signal SIG(0 V) et de l'électrode de compensation CV(-) . Lors du pas 102, C est déterminée de manière à garantir que le volume de HV SIG (volume de la chambre d'ionisation sensible aux neutrons 10) est égal au volume de SIG~CV (volume de la chambre d'ionisation compensée 11), puis le sous-programme passe au pas 103. Lors du pas 103, si une haute tension appliquée à l'électrode à haute tension HV(+) est représentée par HV et si une tension de compensation appliquée à l'électrode de compensation CV(-) est représentée par CV, la longueur E du champ électrique de fuite dans le trou 9 est obtenue à partir de l'équation (1) HV e = x (A+B) - A . . . (1) HV-(-CV) utilisée lors du pas 103 si l'électrode à haute tension HV(+), l'électrode de transmission de signal SIG(O V) et l'électrode de compensation CV(-) sont des plaques planes parallèles entre elles, et le sous-programme passe au pas 104. Lors du pas 104, une tension V entre les électrodes, correspondant à un potentiel entre l'électrode à haute tension HV(+) et l'électrode de transmission de signaux SIG(O V) et un potentiel entre l'électrode de transmission de signal SIG(O V) et l'électrode de compensation CV(-) est obtenu sur la base du diamètre d du trou 9 et du nombre N des trous à partir de l'équation (2) V = f x (d2/4)pe x (nombre de trous) .. (2) utilisée dans le pas 104, le sous-programme passe au pas 105. Lors du pas 105, les volumes effectifs de la chambre d'ionisation sensible aux neutrons 10 et de la chambre d'ionisation compensée 11 sont obtenus à partir des équations respectives suivantes volume effectif de HV SIG = volume de HV SIG + V volume effectif de SIG~CV = volume de SIG - V Ensuite le sous-programme passe au pas 106. Lors du pas 106, un point, où le volume effectif de HV~SIG est égal au volume effectif de SIG~CV, est obtenu par modification de la distance B représentée dans le pas 101. Grâce au processus indiqué précédemment, on peut agencer une chambre d'ionisation sensible aux neutrons, à compensation des rayons gamma, qui est compensée à 100 % lorsque le potentiel de compensation est à -CV. L'agencement est en réalité obtenu en utilisant des modèles cylindriques coaxiaux par addition du calcul de l'épaisseur de chaque électrode et de f. Un détecteur pour la chambre d'ionisation sensible aux neutrons, à compensation des rayons gamma est formé par l'électrode à haute tension HV(+), l'électrode de transmission de signal SIG(O V) et l'électrode de compensation CV(-). La figure 6 représente les données réelles de mesure de la caractéristique de compensation des rayons gamma lorsqu'une chambre d'ionisation sensible aux neutrons, à compensation des rayons gamma comportant 48 trous 9 d'un diamètre de 5 mm conformément à cette forme de réalisation de la présente invention est irradiée avec du cobalt 60. Sur la figure 6, 60R/hr* désigné par D représente la caractéristique de compensation obtenue lorsqu'un bloc de plomb est placé entre une source de faisceau au cobalt et un détecteur pour modifier la qualité du faisceau. On voit à partir des données de mesure réelles que des variations de la caractéristique de compensation sont faibles même lorsque le débit de dose des rayons gamma varie fortement et qu'on peut réaliser un détecteur ayant une dépendance extrêmement faible vis-à-vis de la dose et de l'énergie du faisceau de rayons gamma. Comme cela a été décrit précédemment, conformément au premier aspect de l'invention, étant donné que la surface totale des trous est réglée à une valeur égale ou supérieure à 5 W de la surface de l'électrode de transmission de signal, on peut réaliser une chambre d'ionisation sensible aux neutrons, à compensation des rayons gamma, qui permet de réduire l'altération de la caractéristique de saturation à un degré tel que cette altération peut être ignorée, et possède une faible dépendance vis-à-vis de la dose et de la qualité de rayons gamma. Conformément au second aspect de la présente invention, étant donné que la distance entre des trous adjacents est réglée à une valeur égale ou supérieure au double de la distance entre l'électrode de transmission de signal et l'électrode de compensation, le champ électrique de fuite de chacun des trous peut être pris en considération de façon dépendante, en plus de l'effet obtenu dans le premier aspect de l'invention. C'est pourquoi la conception devient aisée, la relation entre la tension de compensation et le volume du champ électrique de fuite devient presque linéaire et le taux de variation de la caractéristique de compensation peut être réduit. Conformément au troisième aspect de la présente invention, étant donné que des parties dans lesquelles un trou formé dans l'électrode de transmission de signal recoupe les surfaces de l'électrode de transmission de signal, sont agencées sous la forme de surfaces courbes, la chambre d'ionisation sensible aux neutrons, à compensation des rayons gamma est exempte de variations brusques du champ et est à peine affecté par des variations de la tension de compensation, en plus des effets fournis par les premier et second aspects de l'invention. REVENDICATIONS 1. Chambre d'ionisation sensible aux neutrons, à compensation des rayons gamma (3), caractérisée en ce qu'elle comporte une électrode cylindrique ou en forme de plaque à haute tension (1), à laquelle est appliquée une haute tension, une électrode de signal (2) cylindrique ou en forme de plaque pour le prélèvement d'un courant de neutrons, et une électrode de compensation cylindrique (3) ou en forme de plaque, à laquelle est appliquée une tension de compensation, ces électrodes étant disposées concentriquement dans l'ordre indiqué en étant séparées les unes des autres par un espacement prédéterminé, et une pluralité de trous (9) étant formés dans une partie de l'électrode de signal (2), la surface totale des trous (9) étant réglée à une valeur égale ou inférieure à 5 % de la surface totale de l'électrode de signal. 2. Chambre d'ionisation sensible aux neutrons, à compensation des rayons gamma selon la revendication 1, caractérisée en ce que la distance entre des trous adjacents (9) est réglée à une valeur égale ou supérieure au double de la distance entre l'électrode de signal (2) et l'électrode de compensation (3). 3. Chambre d'ionisation sensible aux neutrons, à compensation des rayons gamma selon la revendication 1, caractérisée en ce que des parties, dans lesquelles un trou (9) situé dans l'électrode de signal (2) recoupe les deux surfaces (2a, 2b) de cette électrode, sont réalisées avec des surfaces courbes (9a,9b).