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PROCEDE ET DISPOSITIFS POUR DETERMINER PARMI LES NEUTRONS EMIS PAR UNE SOURCE LE NOMBRE DE CEUX
APPARUS SIMULTANEMENT L'invention est relative à un procédé pour évaluer parmi les neutrons émis par un échantillon radioactif, la proportion de ceux émis simultanément. Les neutrons considérés comme étant émis simultanément sont par exemple ceux apparais- sant lors d'une fission libérant, en Moyenne un nombre de neu- trons différent de l'unité,
Les autres neutrons pouvant appa- ratre séparément proviennent par exemple de réactions ([alpha], n) engendrées par des particules [alpha] elles-mêmes réparties de façon aléatoire*
Le procédé selon l'invention consiste principalement à utiliser comme organe de détection un organe délivrant} dans un intervalle de temps suivant immédiatement l'apparition du neutron libre détecté et de durée maximale pratique T différente de zéro$ un signal produit par ledit
organe correspondant à la présence dudit neutron libre et à comparer les indi- cations de deux compteurs qui reçoivent les signaux
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issus du détecteur, l'un par l'intermédiaire d'une premier voie présentant un temps mort relativement négligeable par rapport à T et l'autre par l'intermédiaire d'une deuxième voie introduisant un temps mort du même ordre que T.
L'invention se rapporte également aux dispositifs pour la mise en oeuvre dudit procédé.
L'invention va maintenant être décrite en se réfé- rant au dessin qui représente, à titre non limitatif, un mode de réalisation de l'invention.
Dans la description, on a pris comme exemple non limitatif une source de neutrons constituée par un mélange de plutonium 239 Pu et de plutonium 240 Pu. Un tel mélange produit des neutrons de fission spontanée et s'il contient des impuretés légères (Be,. B, F, C etc.) il produit aussi des neutrons par réaction du type ([alpha], n ), La détermina- tion de l'abondance respective de ces deux espèces de neu- trons présente un grand intérêt. Elle permet, en particu- lier, d'harmoniser l'effort de purification chimique ten- dant à éliminer les impuretés légères gênantes du point de vue nucléaire avec l'effort consenti pour obtenir du plutonium peu chargé en isotope 240 moyennant des cycles d'irradiation courte.
On désigne par A le nombre des neu- trona issus par seconde des réactions ([alpha], n) se produi- sant dans l'échantillon. On désigne pour le même échan- tillon, par F le nombre de fissions spontanées par seconde et par P le nombre moyen de neutrons produits par une fission; le nombre de neutrons de fission produits chaque seconde est alors V F (dans le cas de la fission spon- tanée du 230 Pu, # est de 1' ordre de 2,3).
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On suppose que les neutrons sônt detectés après thermalisation par exemple à l'aide d'un ou plusieurs compteurs remplis de trifluorure de bore noyés dans la paraffine. Dans ces conditions, deux neutrons simultanés sont pratiquement détectés à des instants échelonnés dans un intervalle de temps T suivant immédiatement l'appari-. tion des neutrons à l'état libre. L'intervalle T corres- pond à la valeur maximale de la somme des temps de raient ** tisement, de diffusion et de capture par le détecteur.
Par valeur maximale on se fixe, par exemple, la limite pratique correspondant à quatre ou cinq fois la période déterminée à partir de la courbe exponentielle donnant la probabilité de survie d'un neutron libre. Pour un dispo- sitif expérimental de détection déterminé T est de l'ordre de 500 @
Dans une hypothèse simplificatrice, on se place dans le cas idéal d'un ensemble de détection très efficace (le coefficient d'efficacité de la détection fêtant très voisin de 100 %). En effectuant un comptage à l'aide d'une électronique suffisamment rapide dont le.temps mort est seulement de quelques micro-secondes on obtient un nombre de coups par seconde ;
N1 = A + V F (1)
En effectuant un deuxième comptage avec une électronique introduisant un temps mort 0, du même ordre de grandeur que T et de préférence égal à cet intervalle correspondant à la duré-3 totale de ralentissement et de détection, il est seulement possible de compter en seul signal par fission.
Dans ces conditions, le nombre de si- gnaux enregistrés par seconde est ;
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N2 = A + F (2)
Des relations (11 et(2)on déduit sans difficulté les nombres A et F
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F = Nt - N2 V - -1
Dans le cas ou le coefficient d'efficacité 8 du détecteur est très inférieur à l'unité, le premier compta- ge avec un temps mort 0 très faible compare à, La durée totale de détection donne un résultat :
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DI ¯ E (A + # ') (3)
Pour le deuxième complexe, exécuté au moyen d'une chaîne électronique introduisant un temps mort supérieur à la durée maximale de détection dans lea conditions particu- lières, il convient de tenir compte d'une perte supplémen- taire due aux coïncidences pouvant se produire entre les neutrons de fission.
En fait, au lieu de détecter en
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moyenne y neutrons de fission, on en détecte r "1-. ! ; il y a une diminution apparente du nombre V et le résul- tat du comptage sur la voie lente est
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N, ( A+ (V -0) F J f (4) la quantité est calculable, elle s'exprime en fonction de l'efficacité, ! du compteur utilisé et des probabilités
Qi d'obtenir i neutrons lors d'une fission spontanée :
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( Q2 + 3Q + 6Q4 + 10QS) E - ( Q3 + 4Q4 + i OQ5 ) 6* Il faut souvent tenir compte de la perte classique prove- nant de l'existence d'un temps mort sur la chaîne lente.
L'évaluation de cette perte permet de déterminer une valeur plus probable de N'2 à partir d'un résultat de comptage N .
Connaissant N'1 et N'2 on extrait facilement les nombres A et ß F des relations 3 et 4.
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En général, la différence N'1 - N'2 est faible? pour avoir une bonne précision, il est en conséquence particu- librement avantageux, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, d'effectuer simultanément le comptage correspondant à la voie lente et le comptage correspondant à la voie rapide.
L'introduction d'un temps mort relativement im- portant sur la deuxième voie amène, comme il a été indi- qué, à examiner la. valeur calculable de l'erreur corres- pondante introduite, La courbe de correction de temps mort classique peut aussi être établie expérimentalement par soustraction des résultats de comptage sur les deux voies du dispositif selon l'invention lorsqu'il est sou- mis uniquement à une source ([alpha], n) . On peut également s'arranger pour que cette correction soit faible, par exemple en limitant le poids de l'échantillon.
Sur la figure on a représenté le schéma de prin- cipe d'un dispositif selon l'invention. Par 1 on désigne le détecteur constitué par six compteurs proportionnels contenant du trifluorure de bore complètement noyés dans de la paraffine. Ce détecteur est soumis à un échantillon de plutonium. L'organe 2 permet d'appliquer simultanément sûr deux voies de comptage les signaux de sortie du détec- teur. La première voie introduit un temps mort 01 négli- geable par exemple de 10-5 seconde inhérent à la chaîne électronique utilisée, elle se termine par un compteur 3 fournissant l'indication N'1.
La deuxième voie introduit un temps mort 0 2 par exemple de l'ordre de 10-3 seconde, au moyen d'un organe 4 inséré entre 2 et le compteur 5 fournissant l'indication NI' 20
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L'organe 4 peut être avantageusement constitué par un monovibrateur présentant une constante de temps ajustable.
Pour la qualité de plutonium choisie et un échantillon d'une masse de 10 grammes, on vérifie que la. correction introduite par l'existence d'un temps mort sur la voie lente est inférieure au millième. Une précision de l'ordre de 5 % sur le produit y F nécessite dans les conditions indiquées des comptages d'une durée de l'ordre de l'heure,
Le choix d'échantillons relativement petits per- met de ne pas tenir compte du coefficient de multiplication dont l'influence ne serait pas négligeable pour des échan- tillons volumineux.
Il est bien évident que l'invention ne se limite pas à l'étude de sources constituées par des échantillons 239 240 d'un mélange de plutonium 239 Pu et de plutonium 240 Pu, et aux dispositifs correspondants pour la détermination des teneurs relatives en isotopes des échantillons de plutonium, elle s'applique au contraire à J'étude de toutes les sources émettant des neutrons libres apparaissant simulta- nément et des neutrons libres émis individuellement.
Elle s'applique en particulier à la détermination des sections efficaces ( n, 2n) (n, 3n) etc. des matériaux autres que les matériaux fissiles. L'invention n'est pas non plus limitée par les moyens de détection, d'introduction du temps mort et de comptage utilisés dans la mise en oeuvre du procédé, elle embrasse toutes les variantes à la-portée de l'homme de l'art.