EP2572213A1 - Appliance for detecting neutrons and method for depositing a solid layer of boron for such an appliance - Google Patents
Appliance for detecting neutrons and method for depositing a solid layer of boron for such an applianceInfo
- Publication number
- EP2572213A1 EP2572213A1 EP11725160A EP11725160A EP2572213A1 EP 2572213 A1 EP2572213 A1 EP 2572213A1 EP 11725160 A EP11725160 A EP 11725160A EP 11725160 A EP11725160 A EP 11725160A EP 2572213 A1 EP2572213 A1 EP 2572213A1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- boron
- walls
- wall
- nanoparticles
- solid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 148
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 144
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims abstract description 84
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 29
- 238000000151 deposition Methods 0.000 title claims description 23
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 44
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 92
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 46
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 43
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 26
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 21
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 17
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 claims description 16
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 14
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000002901 radioactive waste Substances 0.000 claims description 12
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 claims description 11
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 11
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 10
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 9
- 150000001639 boron compounds Chemical class 0.000 claims description 8
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 8
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 7
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 4
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 4
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 claims description 3
- PPTSBERGOGHCHC-UHFFFAOYSA-N boron lithium Chemical compound [Li].[B] PPTSBERGOGHCHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- 150000002642 lithium compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims description 2
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims 1
- 230000010006 flight Effects 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 88
- SWQJXJOGLNCZEY-BJUDXGSMSA-N helium-3 atom Chemical compound [3He] SWQJXJOGLNCZEY-BJUDXGSMSA-N 0.000 description 15
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 15
- ZOXJGFHDIHLPTG-BJUDXGSMSA-N Boron-10 Chemical compound [10B] ZOXJGFHDIHLPTG-BJUDXGSMSA-N 0.000 description 14
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 12
- WTEOIRVLGSZEPR-UHFFFAOYSA-N boron trifluoride Chemical compound FB(F)F WTEOIRVLGSZEPR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- UORVGPXVDQYIDP-UHFFFAOYSA-N borane Chemical class B UORVGPXVDQYIDP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910000085 borane Inorganic materials 0.000 description 9
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 9
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 7
- 229910052778 Plutonium Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 7
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 7
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 6
- OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N plutonium atom Chemical compound [Pu] OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- WHXSMMKQMYFTQS-BJUDXGSMSA-N (6Li)Lithium Chemical compound [6Li] WHXSMMKQMYFTQS-BJUDXGSMSA-N 0.000 description 5
- 229910015900 BF3 Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 4
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 4
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 230000004992 fission Effects 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 229910000521 B alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N Tritium Chemical compound [3H] YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N boron carbide Chemical compound B12B3B4C32B41 INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 3
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 3
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 3
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 229910052722 tritium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052580 B4C Inorganic materials 0.000 description 2
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000733 Li alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N carbonyl sulfide Chemical compound O=C=S JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N diboron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 239000001989 lithium alloy Substances 0.000 description 2
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 2
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N Borate Chemical compound [O-]B([O-])[O-] BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052685 Curium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910008290 Li—B Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 1
- UYAGPULHTNCMOT-UHFFFAOYSA-N [B].FB(F)F Chemical compound [B].FB(F)F UYAGPULHTNCMOT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KPSZQYZCNSCYGG-UHFFFAOYSA-N [B].[B] Chemical compound [B].[B] KPSZQYZCNSCYGG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003637 basic solution Substances 0.000 description 1
- 229910052810 boron oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001273 butane Substances 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000711 cancerogenic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000315 carcinogenic Toxicity 0.000 description 1
- 230000005495 cold plasma Effects 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000001033 granulometry Methods 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000086 high toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 150000002641 lithium Chemical class 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002736 nonionic surfactant Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011505 plaster Substances 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000011158 quantitative evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000005258 radioactive decay Effects 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- RIUWBIIVUYSTCN-UHFFFAOYSA-N trilithium borate Chemical compound [Li+].[Li+].[Li+].[O-]B([O-])[O-] RIUWBIIVUYSTCN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DNYWZCXLKNTFFI-UHFFFAOYSA-N uranium Chemical compound [U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U] DNYWZCXLKNTFFI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B35/00—Boron; Compounds thereof
- C01B35/02—Boron; Borides
- C01B35/023—Boron
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B35/00—Boron; Compounds thereof
- C01B35/02—Boron; Borides
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/16—Measuring radiation intensity
- G01T1/185—Measuring radiation intensity with ionisation chamber arrangements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T3/00—Measuring neutron radiation
- G01T3/008—Measuring neutron radiation using an ionisation chamber filled with a gas, liquid or solid, e.g. frozen liquid, dielectric
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
- Y10S977/895—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure having step or means utilizing chemical property
- Y10S977/896—Chemical synthesis, e.g. chemical bonding or breaking
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/902—Specified use of nanostructure
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/902—Specified use of nanostructure
- Y10S977/932—Specified use of nanostructure for electronic or optoelectronic application
- Y10S977/953—Detector using nanostructure
- Y10S977/957—Of chemical property or presence
Definitions
- the present invention relates to a neutron detection apparatus, and to a method of depositing a solid boron layer for such a neutron detection apparatus.
- the technical field of the invention is that of the detection of neutrons from one or more neutron emitting sources.
- the invention applies particularly, that is to say without limitation, firstly to the detection of neutrons from containers or drums of radioactive waste from nuclear power plants or plants, and secondly to monitoring fissile material.
- Thermal neutrons can be detected by nuclear reaction with isotopes with the following properties: stable (non-radioactive) isotope. - large cross section of the neutron - isotope reaction;
- the neutron - isotope reaction must be emitting a charged particle such as a proton or a light nucleus, such as an alpha particle.
- helium 3 3 He
- lithium 6 6 Li
- boron 10 10 B
- neutron measuring systems which, as neutron detectors, use tubes filled with helium 3 ( 3 He).
- helium 3 3 He
- helium 3 is generally produced by radioactive decay of tritium, thus constituting a by-product of the purification of tritium.
- the main sources of tritium are stocks of thermonuclear weapons. As a result of international agreements for the limitation and non-proliferation of thermonuclear weapons, a current and sustainable shortage of helium 3 is required for manufacturers of neutron detectors.
- lithium 6 and boron 10 remain for these manufacturers of neutron detection devices.
- Boron 10 is however preferable to lithium 6 because, on the one hand, its cross section is larger (cross section of 3837 barns for boron 10 against 940 barns for lithium 6, with an effective section of 5327 barns being indicated for helium 3) and, on the other hand, boron 10 is chemically stable in its elemental form under ordinary conditions, unlike lithium 6 which reacts spontaneously with water and air.
- reaction RI allowing the detection of neutrons with boron 10 is as follows:
- proportional counter-type gas whose operating principle is as follows: the alpha and Li 7 particles in the case of 10 B from the RI reaction ionize a gas contained in a gas proportioning counter cavity and thus lose their respective energies, while generating secondary electrons. Furthermore, an intense electric field is formed in this cavity by applying a high voltage between an anode extending in part in this cavity and a cathode constituting in general the wall of the cavity.
- the radius of curvature of the anode is generally low, less than 100 ⁇ , so as to produce an intense electric field with relatively small potential differences.
- the intense electric field allows the electrons to acquire enough energy during their average free path to tear off several electrons during the impact with a gas atom, which leads to an amplification of the charge.
- These electrons are collected at the level of the anode and the ions are collected at the enclosure delimiting this cavity, said enclosure forming a cathode, thus producing pulse signals in the anode.
- the detection apparatus measures the number of neutrons by counting the number of pulse signals. Boron has already been used for the detection of neutrons, even before the early helium 3 shortage, and its use has reappeared since the helium 3 shortage.
- boron is conventionally employed in gaseous form, in particular in the form of boron trifluoride (BF 3 ), inside gas proportional counters made in the form of tube-like tubes. of helium 3 described above, with the filling gas near.
- gas-proportioning counter-type neutron detectors filled with gaseous boron compound have two main disadvantages.
- a first disadvantage lies in the high toxicity of boron trifluoride which generates risks in case of piercing or deterioration of the apparatus.
- it is customary to surround the tubes filled with boron trifluoride gas with a specific absorbent, but not only the risk of leakage is not completely eliminated but also the presence of this absorbent increases the cost.
- a second disadvantage of the proportional counter-type neutron detection apparatus composed of known gaseous boron is the low efficiency of the tubes filled with boron trifluoride gas. This defect can be overcome by using boron-enriched boron trifluoride 10 at 90% or more, and increasing the number of tubes compared to Apparatus employing tubes filled with helium 3.
- the boron enrichment 10 is not sufficient to recover the characteristics of a filled tube helium 3 (it is about a factor of 3) and the tubes filled with boron trifluoride boron-enriched gaseous 10 are not commercially available.
- FIGS. 1 and 1A illustrate such a known device for neutron detection of the flat-geometry gas proportioning counter type, comprising: a chamber 2 made of metal forming a cathode, said enclosure 2 delimiting a cavity 20 filled with a gas, said enclosure being consisting of a parallelepipedal hollow body 21 comprising 2 parallel main walls 22a 22b interconnected at their respective edges vis-à-vis by first transverse side walls 25a and 25b and second longitudinal side walls 26a and 26b.
- Said main walls 22a and 22b have two internal surfaces covered with a solid layer 24 of boron or of an edge compound such as carbide or boron nitride, and an anode 3 extending partly inside the enclosure and electrically isolated from it by studs 33.
- the gas inside the enclosure is generally an Argon (Ar) / carbon dioxide (C0 2 ) gas mixture in a 90:10 ratio and the apparatus generally comprises an open gas circuit to ensure a constant renewal of the mixture. gaseous inside the enclosure.
- the anode is conventionally a wire, such as tungsten, of small diameter, generally less than 100 ⁇ .
- a voltage generator applies a high-voltage across the anode, whose value depends on the diameter of the anode, with for example a voltage about 500 V for a diameter of the order of 10 ⁇ and a voltage of about 1000 V or more for a diameter of the order of 100 ⁇ .
- FIG. 2 illustrates three distinct phenomena of emission of an alpha particle ( 4 He) that can appear in a gas-type counter-type neutron detection apparatus, namely: a first phenomenon, illustrated by the arrows F1, in which the neutron N passes through the hollow body 21 of the metal enclosure to react with a boron atom of the solid boron layer 24, in accordance with the reaction RI described above, and to emit an alpha particle which is emitted in the direction of the cavity 20 with a velocity sufficient to enter this cavity 20 and react with the gas mixture to allow the desired detection as previously described; a second phenomenon, illustrated by the arrows F2, in which the neutron N passes through the hollow body 21 of the metal enclosure to react with a boron atom of the solid boron layer 24, in accordance with the reaction R1 described above , and emit an alpha particle which is emitted towards the cavity 20 with insufficient speed to be able to cross the layer 24 and reach the cavity 20, so that a neutron has been consumed in the layer 24 without being detected; a third phenomenon
- the alpha and Li 7 particles are emitted in opposition to each other, and it is theoretically possible to detect each neutron capture according to the RI reaction: either the alpha particle leaves in the right direction (direction of the cavity 20) and then the lithium core 7 ( 7 Li) leaves in the direction opposite to the cavity 20, as shown schematically by the arrows F4, and in this case is the alpha particle that is detected; either the lithium core 7 (7Li) goes in the right direction (direction of the cavity 20) and then the alpha particle leaves in the opposite direction to the cavity 105, as shown by the arrows F5, and in this case it is the lithium core 7 which is detected, unless this nucleus is emitted with insufficient speed to be able to cross the layer 24 and reach the cavity 20 (second phenomenon equivalent for the lithium core 7).
- boron solid layer of very low surface density.
- a surface density of the boron solid layer (or boron compound) of approximately 0.2 mg / cm 2 makes it possible to detect 37% of the lithium nuclei 7 produced during the RI reaction, which is substantially equivalent to 75% of the lithium cores 7 emitted in the right direction, but in return has a neutron detection efficiency which is very low (6% for two solid layers of boron with a density of 0.2 mg / cm 2 ).
- the disadvantage of this type of detection apparatus is its low efficiency which does not exceed 10%.
- This maximum efficiency of 10% is a physical limit related to the technique employed in this detection apparatus. It is indeed not possible to increase the efficiency of the apparatus by increasing the thickness of the solid boron layer, because then the charged particles (alpha particles or lithium cores 7) no longer reach the gas where they are detected, and neutrons are then consumed unnecessarily (case of the second phenomenon).
- An object of the present invention is to provide a gas-proportioning counter-type neutron detection apparatus employing solid boron layers, and more specifically boron in solid form, which has the following characteristics: high efficiency between 10 and 100%; with loss-minimizing detection means, in other words designed to have as few as possible neutron captures not followed by detection, this characteristic being essential for the construction of high efficiency measurement systems (more than 10%); with a large detection area, ie a large neutron capture area, in particular to detect neutrons from a 200-liter cylindrical drum that requires a detection area of about 3.5 m 2 .
- one of the objectives of the present invention is to have a detection device suitable for applications requiring efficiencies of at least 10%, or even beyond, as an efficiency of 40%.
- Another object of the present invention is to propose a neutron detection apparatus of the gas proportional counter type which is easy and economical to manufacture.
- Another object of the present invention is to provide a neutron detection apparatus which is free from the use of helium gas 3, while retaining the good detection characteristics which have allowed helium 3 to become almost exclusive, while keeping manufacturing and usage costs at a reasonable level.
- Another object of the present invention is to provide a method for depositing a solid boron layer on a support for a neutron detection apparatus according to the invention, which makes it possible to obtain solid boron layers with a thickness controlled to achieve the performance and loss targets set for the device.
- the present invention provides apparatus for detecting neutrons of the gas proportional counter type, comprising: a chamber forming a cathode, said chamber being filled with a gas and comprising a hollow body comprising 2 main walls interconnected by walls; lateral, said 2 main walls respectively having two internal surfaces substantially parallel to each other and each covered with a solid layer containing boron or a boron compound hereinafter called borated solid layer; and an anode device extending within said enclosure; said apparatus being characterized in that it further comprises at least one intermediate cathode wall, attached to said side walls and extending inside said enclosure substantially parallel to said internal surfaces of the hollow body, the each intermediate wall consisting of a solid plate, that is to say a rigid, solid plane support having two opposite surfaces facing the respective internal surfaces of the said two main walls of the hollow body and each covered with a solid layer containing boron or a boron compound, said boron solid layers having a surface density of between about 0.03 and about 0.5 mg / cm 2 , and that
- the average surface density of said borated solid layer is from 0.1 to 0.4 mg / cm 2 , with density variations from the average value of not more than 20%, preferably not more than 10%. %.
- the criterion of homogeneity of surface density of the layer results, indeed, because the phenomena at the origin of the losses and the detections are local and, thus, determined by the local density and not the average density.
- Such an apparatus comprising, within the enclosure itself, one or more intermediate walls each receiving two borated solid layers, thus making it possible to improve the efficiency of the apparatus by effectively multiplying the number of borate solid layers while having said borated solid layers of small thicknesses or low surface densities knowing that, as a reminder, it is necessary to achieve relatively thin boron solid layers to minimize losses.
- This apparatus thus forms a gas-proportioning counter-type multilayer detector, with each borated solid layer of controlled thickness and adapted to the neutron losses that can be supported by the neutron measurement system or systems envisaged for applications requiring efficiencies greater than 10%. including at least 20%, or even close to 40% or more.
- the borated solid layers go in pairs and thus the apparatus comprises 2N borated solid layers where N is an integer greater than or equal to 2.
- the architecture of this apparatus is further particularly simple and inexpensive, with the use of interlayers engaged inside the enclosure.
- intermediate (preferably metallic) walls provided with solid layers of boron, as well as the lateral dimensions of these intermediate walls will be adjusted according to the intended application and the overall efficiency required of the measuring system.
- the apparatus comprises a plurality of said intermediate walls, preferably at least 3, forming a cathode, parallel to each other and to the said two inner surfaces of the said two main walls and covered with the said solid layers borated on their respective two opposite surfaces.
- the anode device has at least one portion extending in the space between each said main wall of the hollow body and the nearest intermediate wall, and at least a portion extending in each space between two successive intermediate walls .
- said main walls and said side walls are rectangular, said side walls comprising two first side walls and two second side walls connecting said main walls so as to define a hollow body in the form of a parallelepiped hollow plate, said internal surfaces and said wall interlayer being substantially flat and parallel to each other.
- an apparatus according to the invention comprises at least 3 rectangular adjacent intercalary walls.
- the plane geometry of the enclosure and the intercalary walls is easier to manufacture and better adapted to certain applications, such as the detection of neutrons from radioactive waste containers or drums from nuclear power plants, than the devices with bundles of tubes described. in US 2005/0258373 and WO2004043372.
- each said intermediate wall has at least one orifice against or near a said side wall, a portion of the anode passing through said orifice.
- the anode device is made in one piece with integral anode portions of each other.
- the anode device is divided into a plurality of separate anodes.
- a first intermediate wall comprises a first said orifice near or against a first angle at the junction between first said first and second side walls, and each intermediate wall adjacent thereto comprises a second said orifice in the vicinity or against a second angle at the junction between second said first and second side walls, said second angle being opposite to said first angle, and said anode wire runs through each said space between an intermediate wall and a said main wall and a said space between 2 adjacent dividing walls, making multiple back-and-forth between the first and second parallel opposite side walls or between the second and second opposite side walls from a said first angle to a second said angle; and said anode wire passes from one said gap between two walls to another through said first and second orifices.
- the anode travels a first space between a said inner surface and a said intermediate wall or between 2 intermediate walls, according to a geometry crenellated, then passes to the next space through a hopper formed by cutting a portion of the edge of a said intermediate wall against a said side wall, and then travels the next space, and so right now.
- the internal surfaces of the hollow body and / or the opposite surfaces of the or each intermediate wall have areas greater than or equal to about 0.3 m 2 , preferably greater than or equal to about 0, 5 m 2 .
- detection areas advantageously make it possible to measure neutron emissions in the case of large neutron sources, such as barrels of radioactive waste.
- the flat geometry of the intermediate walls of said internal surfaces of said hollow body is well adapted to obtain such areas.
- said borated layer has a boron mass content of at least 70%, more preferably greater than 85%.
- the boron solid layers are mainly made of elemental boron in order to improve the efficiency of the apparatus.
- the apparatus exhibits improved efficiency using elemental boron rather than a chemical compound such as boron carbide (B 4 C), boron nitride (BN) or boric anhydride (B 2 0 3 ).
- At least 70% of the boron, preferably at least 90% of the boron is in the form of elemental boron.
- said borated solid layers consist essentially of boron, in a proportion of between 90 and 100%.
- said borated solid layers consist essentially of boron 10, with a boron content of between approximately 90 and 100%,
- boron boron-enriched boron 10 having a boron content of greater than 99% is commercially available.
- said main walls and side walls, and / or the or each said intermediate wall are made of a material whose atomic number is less than 20, in particular a plastic or metal material, said material being a conductive material, preferably the aluminum, or said borated solid layer being covered with a layer of metal, preferably aluminum, more preferably with a surface density of less than 0.01 mg / cm 2 .
- a plastic or metal material preferably the aluminum
- borated solid layer being covered with a layer of metal, preferably aluminum, more preferably with a surface density of less than 0.01 mg / cm 2 .
- the side walls can also be covered with boron to slightly increase the yield.
- the advantage of a material, whose atomic number is less than 20, is twofold: less sensitivity to gamma radiation and less sensitivity to cosmic radiation likely to tear a heavy nucleus up to a dozen neutrons. And, said metal layer improves the conductivity, which improves the behavior of the high count rate detector.
- the anode device may therefore consist of a single anode made in one piece with integral anode portions of one another which travels throughout the enclosure.
- the limitations of electronics, or applications with high counting rates or requiring the location of neutrons may require dividing the cathode into several or even a multitude of separate anodes; these divided anodes may be in the form of strands or metal rods.
- said borated solid layers are made based on boron nanoparticles of particle size less than 800 nm.
- said particles are porous particles, more particularly with a porosity of approximately 50%.
- the particle size of the powder must be less than the thickness of the solid boron layer.
- a solid boron layer having a surface density of 0.5 mg / cm 2 , or even 0.2 mg / cm 2 corresponds to a solid boron layer with a thickness of approximately 2.5 ⁇ , or even 1 ⁇ .
- the solid boron layers are made with such nanoparticles, it being understood that these nanoparticles have nanometric dimensions of less than 0.8 ⁇ , preferably less than 0.3 ⁇ .
- the choice of filling gas for said detector is a technique known to those skilled in the art.
- a gas other than helium 3, and more particularly a mixture Ar / C0 2 in proportion 90/10, will preferably be chosen; other gases may be used for example rare gases or gaseous hydrocarbons, such as butane. This enumeration is not exhaustive.
- the present invention also provides a device comprising a plurality of detection devices according to the invention, said plurality of detection devices delimiting a large cavity inside which one can dispose a said large neutron source object such as a was radioactive waste.
- the principles of construction of these devices are more particularly the following:
- the large cavity is constructed from self-supporting polyethylene or polypropylene walls or applied to a freestanding steel outer structure.
- the detection devices according to the invention are affixed against the inner polyethylene or polypropylene walls of said large cavity. It should be noted that the efficiency of the measurement system is not affected by the way in which the detectors are mounted in said system, in particular by the overlapping or not of the detectors in the angles, because of the neutrons' ability to diffuse and reflect. on the atoms of polyethylene or polypropylene.
- a moderator layer Between the detectors and the large cavity, a moderator layer, a neutron absorbent and a mechanical protection are interposed optionally in this order, each of these elements being described below and being able to be inserted or not, independently of the existence of 2 others.
- the moderator layer is generally between 0 and 2 cm thick and is generally made of polyethylene or polypropylene.
- a thermal neutron absorber material (Cd or Sn) is added.
- the protective layer is generally made of aluminum (Al), and has a function of mechanical protection and protection against contamination. It can also be used to isolate cadmium (carcinogenic) from the large cavity.
- each neutron detection apparatus hereinafter referred to as a detector
- a detector is a thin parallelepiped box, similar to a hollow plate. 4 hollow plates delimit a said large parallelepiped cavity open, that is to say without bottom or cover when said hollow plates are arranged vertically. This large cavity can be closed either with 2 other hollow plates consisting of detectors or with non-detecting materials.
- the invention also relates to a method of depositing a solid boron layer on a support preferably consisting of a said wall or surface for the preparation of a said wall or surface covered with a said borated solid layer.
- a neutron detection apparatus according to the invention, this method comprising the following steps: a) preparation of boron nanoparticles with particle size less than 0.8 ⁇ , preferably less than 0.3 ⁇ ; b) producing a borated suspension by suspending the boron nanoparticles in a volatile solvent, preferably water, ethanol or acetone, and more preferably adding a surfactant; c) depositing or projecting on said support a liquid film of said borated suspension; and d) drying said borated suspension, in particular by heating.
- the method for depositing a boron layer according to the invention is therefore useful for the preparation of a detection apparatus according to the invention and more particularly for the preparation of a said main wall or so-called intermediate wall of a said detection apparatus according to the invention.
- This process aims at producing solid boron layers having a low and controlled thickness (or surface density), in order to adjust the detector to the chosen optimum, between yield and neutron losses.
- Stage a) of preparation of the boron nanoparticles is particularly advantageous in that it makes it possible to produce boron nanoparticles with a particle size of less than 0.8 ⁇ , preferably less than 0.3 ⁇ , knowing that the boron powders commercially available currently have a particle size around 30 ⁇ , and boron is particularly hard (just below the diamond in the scale of hardness), so difficult to grind.
- step b the desired characteristic for the volatile solvent is easy evaporation, acetone being better from this point of view than ethanol, and water less volatile, but more harmless.
- step b the addition of a surfactant, especially in a proportion of less than 5% of the mass of boron, makes it possible to ensure homogeneous deposition and to improve the adhesion of the nanoparticles to the surface of the support.
- the support is heated beforehand, then the borated suspension is thrown on this hot support, so that it dries almost immediately, without the borated suspension having time to dry. flow laterally.
- step a) of preparation of the boron nanoparticles comprises the following steps of: a-1) synthesis of a boron / lithium (LiB) intermetallic compound by reaction of a mixture of boron and lithium in a reactor, preferably under vacuum and under heating of the order of 650 ° C see further especially for 6 hours; and a-2) transfer and hydrolysis of the intermetallic boron / lithium compound in order to produce boron nanoparticles, preferably by immersion in a bath containing water at room temperature, under a neutral gas atmosphere such as argon; and a-3) separation of the boron nanoparticles, in particular by filtration and / or centrifugation, with the other compounds derived from the hydrolysis reaction.
- step a-1 the proportion of boron in the lithium boron mixture introduced into said reactor is between 39 and 50%, and
- step a-2 neutral gas, preferably argon, is bubbled into the hydrolysis bath.
- neutral gas preferably argon
- the intermetallic boron / lithium compound thus synthesized has an approximate chemical formula ⁇ , ⁇ , and is in the form of a sponge, the excess of lithium filling the pores of the sponge and protecting the alloy from oxidation when opening the reactor.
- step a-2 after cooling the reactor, the reactor is opened and the alloy is poured into a cold water bath, which leads to hydrolysis of the boron / lithium alloy to to make nanoparticles of boron.
- This spontaneous and exothermic hydrolysis reaction with water is as follows: LixB + xH 2 0 ⁇ B + xLiOH + x / 2H 2 + traces of different boranes.
- step a-3 the separation of the boron nanoparticles is carried out in order to eliminate the collateral and undesirable species resulting from the reaction of the synthesis of boron nanoparticles such as LiOH and boranes.
- a bath containing water and a dispersing agent is advantageously used. in particular at a mass concentration of 50 to 1000 ppm, to limit the growth of boron nanoparticles, so that one obtains boron nanoparticles whose large average size is between 250 and 800 nanometers.
- a dispersing agent from COATEX under the reference GXCE or a dispersing agent coupled with a nonionic surfactant of the polypropylene-polyoxyethylene type will be used.
- the dispersing agent makes it possible to reduce the particle size somewhat (factor 2), but the total absence of dispersing agent results in the production of particles of still acceptable size in sufficient quantity.
- said boron nanoparticles have a size of 250 to 800 nm and said nanoparticles are porous particles, more particularly with a porosity of about 50%. More particularly, these nanoparticles consist of an entanglement of wires, sheets or lamellae of smaller dimensions.
- the nanoparticles are porous, their size in "solid boron equivalent" must be decreased in proportion to their porosity. Thus, for a porosity of 50%, the nanoparticles have an effective particle size in solid boron equivalent less than 0.4 ⁇ m.
- the method may comprise a last step of controlling the amount of boron nanoparticles deposited on the support by differential weighing.
- the new process for manufacturing and depositing said boron nanoparticles according to the invention has a production yield of said boron nanoparticles (hereinafter "NPB") of at least 80%, or even at least 90%.
- NPB production yield of said boron nanoparticles
- the novel process for depositing nanoparticles according to the invention has the advantage of saving the raw material (losses less 10% against more than 80%) whose price is around 50 € / g.
- the raw material losses less 10% against more than 80%
- the cost of the raw material boron 10 will be 90 000 €, against 23 000 € with the nanoparticles.
- FIG. 1 shows a schematic view of a detection apparatus according to the invention shown schematically as a parallelepiped hollow plate.
- FIG. 1A schematically illustrates a longitudinal section along the yOz plane of a known neutron detection apparatus whose chamber 2 is parallelepiped as in Figure 1.
- - Figure 2 already commented, schematically illustrates three distinct phenomena of emission of an alpha particle that can appear in a neutron detection apparatus of the gas proportional counter type.
- FIG. 4 schematically illustrates a neutron detection apparatus according to the invention consisting of a hollow parallelepipedal plate as represented in FIG. 1 but seen from a side wall 26a, that is to say in the yOz plane.
- FIG. 4 is not stricto-blind a section in the plane yOz because the entry point 2a in the first stage 20-1 of the cavity 20 is positioned at a first angle between the side walls 25a and 26a while the terminal 33-1 is away from 2a in the Ox direction as shown in FIG. 4B.
- FIG. 4A represents a sectional view along AA in a median perpendicular plane xOz of the device of FIG. 4.
- FIG. 4B represents a view in a plane xOy of the first stage 20-1 of the device of FIG. 4;
- FIG. 5 schematically illustrates another neutron detection apparatus according to the invention seen from a said second side wall 26a. in the plane yOz of a parallelepipedic apparatus of FIG.
- the thickness according to Oz that is to say the width of the side walls 25 and 26 in Figures 4 and 5 has been expanded relative to their dimensions according Ox and Oy because the typical dimensions of these walls are: 1 mx 0.7 m in the xOy plane, and a thickness according to Oz of 4 cm for the apparatus of Figure 4 and 6 cm for the apparatus of Figure 5.
- the Ox and Oy axes can be inverted as regards the orientation of the anode. The orientation of the slots of the anode may be in the direction Ox as shown in FIG. 4B or otherwise in the direction Oy without affecting the efficiency of the detection apparatus.
- FIG. 6 is a graph showing the variation of the yield and losses in a pair of solid boron layers as a function of the surface density of this layer.
- FIG. 7 schematically illustrates, in horizontal section, a neutron measuring device for a radioactive waste drum 6, in which this measuring device 5 is equipped with four detection devices according to the invention 1, la-lb under parallelepiped hollow plate form of Figure 1 arranged vertically.
- FIGS. 7a and 7b are diagrammatic views of the arrangement of plates 1a and 1b between them according to FIG.
- FIG. 8 represents a photograph of boron nanoparticle 60 according to the invention.
- FIG. 9 schematically illustrates a step of a known method of depositing a solid layer of boron on a support by sputtering.
- Example 1 New process for the preparation of boron nanoparticle (NPB) and deposition on an aluminum plate.
- Elemental boron of natural isotopy or enriched with boron 10, is commercially available in powder form with a particle size around 30 ⁇ .
- Boranes B 2 H 6 , B 4 H 0 are gaseous at ordinary pressure, B 5 H 9 , B 5 H 11 and B 6 H 10 are volatile liquids, Bi 0 H 4 is solid. It should be noted that all boranes are flammable and the lightest of them, including the extremely toxic diborane, react spontaneously with air, often explosively (green flash).
- the usual methods of producing boron nanoparticles use the high temperature decompositions of diborane B 2 H 6 , or the decarbonated vapor B 10 H 14 transported under argon in a quartz tube heated to 900 ° C.
- boron nanowires were obtained by sputtering (RF magnetron sputtering) of pure boron (99.9%).
- New method for the preparation of NPB from a lithium-boron alloy 2.1 Protocol for the preparation of the LiB alloy: an ingot, alloy with
- the LiB alloy produces elemental boron in amorphous form (black-brown), lithium hydroxide (LiOH), reaction inevitably accompanied by a release of hydrogen and traces of boranes. In contact with the lithiated aqueous solution of high pH, most of these boranes is converted into lithium borate, the rest is diluted in the atmosphere and is recognizable by its very unpleasant odor.
- the hydrolysis of LiB must be carried out under argon with a very strong permanent bubbling in the solution containing a dispersant.
- the first 26 experiments were carried out using the 70 wt.% Lithium and 30% boron alloy, and gave a limited yield. Only 20-28% of the initial boron is converted to nano particles. So that the 50% Li alloy has a yield of at least 80%.
- the evacuation of the hydrogen molecules that are released during the hydrolysis reaction of Li B in water, with nitrogen or argon gas (violent bubbling) has made it possible to obtain the efficiency of the conversion of Li B in NBP greater than 80% or even 90%.
- the hydrolysis reaction takes about 30 to 40 minutes under a strong argon bubbling. Once the reaction is finished, the separation of NPB is by centrifugation To obtain good results of purity of NPB (and especially to eliminate Li ions) it is necessary to repeat the washing at least three times. The last wash is in ethanol.
- Acetone can alternatively and advantageously be used in place of ethanol.
- 2.6 Quantitative evaluation of reaction efficiency is carried out by drying NPB of the suspension in ethanol.
- the NPBs were dried in an oven set at 80 ° C. After complete evacuation of the ethanol, the NPB is weighed at room temperature and after the equilibrium between the NPBs and the ambient water vapor has been reached. The particles of NPB 60 obtained are shown in FIG. 8.
- the chemical analyzes carried out on 5 different samples show that the amount of boron in the mass of a NPB is at least 92% (in the form of elemental boron or boron oxide).
- the plates Prior to deposition, the plates were dried at 80 ° C. On the still relatively high temperature plates, the NPBs were manually stirred using a pipette. It should be noted that before deposit, the NPBs were sonicated for 30 minutes. Once the deposition was carried out, the evaporation of ethanol from the aluminum surface being finished, the amount of NPB was estimated by weighing at a density of 0.2 mg / cm 2 , the homogeneity of the thickness. deposition was estimated by SEM microscopy to ⁇ 15%.
- Said NPB layer comprised a boron mass content of about 87.4% (boron used being 95% boron-enriched boron 10).
- the NPB particles had a size of 250 to 800 ⁇ and a porosity of about 50%, consisting of entanglements of threads, sheets or lamellae of smaller dimensions.
- a second method of deposition of a solid boron layer on a support comprises the following steps with reference to FIG. 9: a target 7, namely a boron block 10, is placed in a reactor 8 containing a neutral gas such as argon; a potential difference is applied between the target 7 and the reactor walls 8 in a rarefied atmosphere allowing the creation of a cold plasma.
- the positive species of the plasma argon ions
- the cathode target 7 boron 10
- Their impact thus causing atomic targets to be atomized as neutral particles which condense on the support 9 thus forming a solid boron layer 10 on this support 9.
- a neutron detection apparatus 1 is of the gas proportional counter type and comprises: an enclosure 2 forming a cathode and internally delimiting a closed cavity 20 filled with a gas , such as an Argon (Ar) / carbon dioxide (CO 2) gaseous mixture in a proportion of 90:10; and an anode device 3 extending partly inside said enclosure 2, in other words inside said cavity 20 as described below.
- the anode is a wire (typically tungsten) of small diameter (less than 100 ⁇ ).
- the enclosure 2 is made with rigid plates, that is to say solid flat surfaces, made of a material whose atomic number is less than 20, preferably in a metallic material such as aluminum, and comprises a hollow body 21 formed by a parallelepipedal enclosure 6 with 6 faces having two main walls 22a, 22b planar and parallel to each other, extending along a plane xOy, these main walls 22a 22b respectively having flat internal surfaces 23, parallel between they and each covered with a solid layer of boron 24 as described in Example 1; two first side walls 25a and 25b connect the opposite edges of the main walls 22a and 22b vis-à-vis in the direction Oy, extending along a plane xOz, and two second side walls 26a and 26b connect the opposite edges of the walls main 22a 22b in the Ox direction, said sidewalls 26a and 26b extending in yOz planes.
- the neutron detection apparatus 1 comprises 2 cathode-shaped intermediate walls 4, 4a-4b, fixed on the chamber 2 and extending inside the chamber 2, in other words inside the cavity 20, parallel to the main walls 22a and 22b and their inner surfaces 23 of the hollow body 21.
- the or each intermediate wall 4 has two flat and opposite surfaces 40 facing the inner surfaces 23 respective main walls 22a and 22b of the hollow body 21, where each flat surface 40 is covered with a solid layer of boron 44.
- the apparatus has 6 intermediate walls 4.
- the inner surfaces 23 of the walls 22a and 22b of the hollow body 21 and the opposite flat surfaces 40 of the or each intermediate wall 4 have longitudinal dimensions (along Oy) and transverse dimensions (according to Ox) greater than 20 cm.
- the width (according to Ox) is 70 cm
- the length (according to Oy) is 1 m, in order to build a cavity accepting a 200 l drum with handling margins.
- Said main walls, side walls and intermediate walls consist of a rigid plate with a thickness of 1 to 5 mm for the main walls, and from 0.5 to 1 mm for the intermediate walls.
- the intercalary walls 4, 4a, 4b forming cathode and parallel to each other, are regularly spaced apart from one another, in other words the distance between two adjacent intermediate walls 4 is constant (7 mm), and furthermore this difference is the same between the main walls 22a 22b of the hollow body 21 and the intermediate walls 4 directly adjacent said side walls 22.
- the cavity 20 is thus divided into several stages or cells, in particular 3 stages 20-1 20-2 and 20-3 in FIG.
- the intermediate walls 4 are solid and fixed to said first side walls 25a and 25b and second side walls 26a and 26b except at hoppers 35.
- These hoppers 35 are made by partial cutting of the spacer walls 4 on the side of their junction with said first side walls 25a and 25b so as to allow the passage of the wire of the anode 3 between two stages 20-1 to 20-3 as described below.
- These hoppers or orifices 35 are therefore delimited on the one hand by a wall 25a or 25b and on the other hand by a free edge 40a at the end of the intermediate wall which faces it following said cutting.
- the first intermediate walls (those that face the main walls 22a or 22b of the cavity 20) have only one hopper 35b: in one 4a ( Figure 4) the anode enters 2a from outside the chamber. enclosure 2 in the other 4b ( Figure 4) the anode stops on an insulating pad 33-2.
- the intermediate intermediate walls 4 comprise two hoppers 35a and 35b arranged in two opposite angles: diagonally opposite in the case described in FIG. 4B, or more generally at two opposite ends of a face 25a, 25b, 26a or 26b, depending on the geometry of the niche.
- the fact that the hoppers are optionally diagonally opposite results from the number of strands (straight portions along Oy of the anode wire in Figure 4b: 30, 30a) or number of slots, namely even or odd number.
- the hopper 35b is at a first angle at the junction between the first and second side walls 25a and 26a and the hopper 35a is at a second angle formed by the junction between the first and second side walls. 25b and 26b, because there are 7 strands 30, 30a, 30b. If there were only 6 strands, the hopper 35b would be in the corner 25a, 26b.
- the wire of the anode 3 enters the cavity 20 at the level 2a of the enclosure 2 in a first lateral wall 25a near the trihedron of the corner made by the junction of the first and second side walls 25a and 26a and the first main wall 22a.
- a portion 30, 30a of the wire travels the stage 20-1 of the cavity between the first main wall 22a and the first wall 4a interlayer according to a geometry in crenellated as shown in Figure 4B by performing a succession of back and forth between the two first side walls 25a and 25b.
- the wire portions 30, 30a extending in the direction Oy between said first side walls 25a and 25b being separated by wire portions 36 extending in parallel and against said first side walls 25a and 25b alternately on a first side wall. 25a and then a second first side wall 25b and thus successively in the direction Oz.
- the wire of the anode thus arrives near the trihedron of the opposite corner diagonally formed by the junction between the two first and second side walls 25b and 26b and the second main wall 22b. Whenever the anode wire arrives near a said first or second side wall 25a 25b, 26a 26b, it is fixed thereto by terminals 33.
- a part 32a of the wire 3 is directed through a hopper 35b at the end of the first intermediate wall 4a near the first side wall 25b to reach the second floor 20-2 delimited by the first intermediate wall 4a and the second intermediate wall 4b of Figure 4a.
- a portion 31 of the anode wire along the portion 32a travels the stage 20-2 in crenellations in a manner similar to the representation of Figure 4B but to arrive at the diagonally opposite angle between the side walls 25a and 26a screwed a hopper 35a at the end of the intermediate wall 4b near the side wall 25a.
- Part 32b of the wire 3 extends in the direction Oz through the hopper 35a to arrive at the last stage 20-3.
- the wire of the anode in its part 30b runs again in crenellations the last stage 20-3 alternating between the walls 25a and 25b in the Ox direction to arrive against the wall 25b near the trihedron formed by the walls 22b and 25b. 26b at a terminal 33, 33-2.
- the anode therefore has a geometry in slots in each floor or cell, so as to scan the entire surface of the xOy plane in this floor or cell.
- Figures 4 and 5 do not show these slots.
- what is represented by the strands 30a 31a and 30b on the Figure 4 is the slice of a sequence of slots shown in Figure 4b. In other words, the parts 32a and 32b are not located at the same x coordinate.
- the anode device 3 is fixed on the end walls 25, 26 of the enclosure 2 via insulating pieces 33.
- the anode device 3 is made in one piece with the anode portions 30, 31, 32 integral with one another.
- the anode device 3 is divided into several distinct anodes in order to respond to constraints on the limitation of the electronics and / or to applications with high counting rates and / or applications requiring localization. neutrons.
- solid boron layers 24, 44 they correspond to the following characteristics as described in Example 1: - surface density of between about 0.03 and about
- FIG. 6 illustrates the variation of the yield (CR curve) and the losses (CP curve) in a pair of solid boron layers as a function of the surface density DS of this layer, expressed in mg / cm 2 .
- the yield is maximum for a deposit of 0.5 mg / cm 2 but that the losses increase with the density DS.
- this density of 0.5 mg / cm 2 is not optimal because the thicker the deposit and the greater the neutron losses; as a reminder, the neutron losses correspond to the proportion of incident neutrons captured but not detected, and these losses are estimated from the theoretical yield that the amount of boron present would bring.
- the surface density of the layers 24, 44 is less than 0.5 mg / cm 2 .
- the apparatus 1 illustrated in FIGS. 4, with however 4 pairs of layers instead of 3, is well adapted to equip a plutonium quantification system in a radioactive waste drum whose volume is typically of the order of 200 liters.
- the efficiency of a device 1 of FIG. 4 with 4 pairs of layers (8 layers) 24, 44, in which the layers 24, 44 have a surface density equal to 0.2 mg / cm 2 , is 20% with 10% losses; in other words, out of 100 incident neutrons, 20 neutrons are detected, 10 neutrons are captured but not detected, and 70 neutrons pass through the apparatus 1.
- Figure 8 illustrates a measurement system 5 of radioactive waste; this type of system is generally addressed to waste packaged in drums, but the principle is adaptable to other geometries and other objects.
- the plutonium contained in the radioactive waste undergoes spontaneous fission, generating neutrons.
- the quantity of neutrons emitted is proportional to the mass of plutonium present in these wastes, with various influencing factors such as isotopy, the presence or absence of curium, the chemical nature, etc.
- Neutron detection devices 1 are thus particularly well suited for these applications.
- FIGS. 7, 7A and 7B describe a neutron detection device 5 formed by four detection devices 1 fixed so as to delimit a large parallelepipedal cavity 50 inside which a cylindrical radioactive waste drum can be placed. 6, circular or rectangular cross section, preferably parallelepipedal.
- a radioactive waste measuring device 5 contained in a 200 liter drum 6, designed for the quantification of plutonium in this radioactive waste comprises from the center towards the outside: a large cavity 50 delimited by the possible protective layer in aluminum 51, and the layer 51 comprises, in the order, as described above, protection aluminum, Cd or Sn, and moderator, each of these constituents being optional
- first and second longitudinal hollow walls la and lb are covered on their internal face on the side of said cavity 50 by the superimposed layers 51. It is also conceivable that the bottom wall and / or the cover closing the cavity 50 form detecting apparatuses 1 according to the invention, with the same architecture.
- devices 1 comprising three intermediate walls 4, that is to say eight solid layers of boron.
- detection devices 1 are also conceivable for an application called “active neutron interrogation" for detecting other isotopes; Passive neutron measurement as described above with reference to Figure 8 is for even isotopes of plutonium, while active neutron measurement is for odd isotopes and uranium. Such an application requires the implementation of an external source of neutrons to detect the fissions induced by these neutrons.
- Another application for these detection devices 1 according to the invention lies in the control of the fissile material.
- This type of application aims not only to quantify the fissile material, but also to determine its composition and isotopy. For that, one does not detect only the pairs of neutrons as described above, but one quantifies the number of pairs, triplets, even quadruplets.
- the required efficiency is then very high, of the order of 40%. To achieve such efficiency, it is necessary to reduce the losses as much as possible in the detection apparatus 1, even if it is necessary to multiply the number of solid layers of boron and, in this case, it is necessary to reduce the thickness or the surface density of these layers. boron solids.
- a measuring system 5 as described above can be used with reference to FIG. 8, with the difference that: instead of having on each side a single detection 1, four detection devices 1 in accordance with the invention are successively used, where each apparatus 1 comprises twenty four solid boron layers 10 (according to FIG. 5 extended to 11 intermediate walls 4 instead of 6) having a surface density of 0 , 1 mg / cm 2, with neutron moderator layers disposed between the successive detection apparatuses 1; and the bottom wall and the closure cover of the cavity form detection apparatus 1 according to the invention, with the same architecture.
- Example 1 To deposit the solid boron layers 24 and 44 on their respective supports 22, 23 and 4, 40, while ensuring good control of the thickness or the surface density, the methods described in Example 1 are conceivable.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
Abstract
The invention relates to an appliance (1) for detecting neutrons, such as a proportional gas-flow counter, comprising: a housing (2) forming a cathode, filled with a gas and comprising a hollow body (21) having two inner surfaces (23) that are each covered with a solid layer of boron (24); at least one dividing wall (4) forming a cathode, fixed to the housing and extending inside the housing in such a way that it is essentially parallel to the inner surfaces, the or each dividing wall having two opposing surfaces (40) that are each covered with a solid layer of boron (44); a device forming an anode (3), partially extending inside the housing, at least part thereof extending between the dividing wall and one of the inner surfaces of the hollow body (21) and at least one other part thereof extending between the dividing wall (4) and the other inner surface of the hollow body. Said solid layer of boron can consist of boron nanoparticles.
Description
APPAREIL DE DETECTION DE NEUTRONS ET PROCEDE DE DEPOT D'UNE COUCHE SOLIDE DE BORE POUR UN TEL APPAREIL NEUTRON DETECTION APPARATUS AND METHOD OF DEPOSITING A SOLID BORON LAYER FOR SUCH AN APPARATUS
La présente invention se rapporte à un appareil de détection de neutrons, et à un procédé de dépôt d'une couche solide de bore pour un tel appareil de détection de neutrons. The present invention relates to a neutron detection apparatus, and to a method of depositing a solid boron layer for such a neutron detection apparatus.
Elle se rapporte plus particulièrement à un appareil de détection de neutrons, du type compteur proportionnel à gaz comportant des couches solides de bore, destiné à équiper des systèmes de mesure de neutrons. Plus particulièrement, le domaine technique de l'invention est celui de la détection de neutrons issus d'une ou plusieurs sources émettrices de neutrons. It relates more particularly to a neutron detection apparatus, of the proportional gas counter type comprising solid boron layers, intended to equip neutron measurement systems. More particularly, the technical field of the invention is that of the detection of neutrons from one or more neutron emitting sources.
L'invention s'applique particulièrement, c'est-à-dire non limitativement, d'une part à la détection de neutrons issus de containers ou fûts de déchets radioactifs en provenance de centrales ou usines nucléaires, d'autre part à la surveillance des matières fissiles. The invention applies particularly, that is to say without limitation, firstly to the detection of neutrons from containers or drums of radioactive waste from nuclear power plants or plants, and secondly to monitoring fissile material.
Les neutrons thermiques peuvent être détectés par réaction nucléaire avec des isotopes présentant les propriétés suivantes : isotope stable (non radioactif). - grande section efficace de la réaction neutron - isotope ;Thermal neutrons can be detected by nuclear reaction with isotopes with the following properties: stable (non-radioactive) isotope. - large cross section of the neutron - isotope reaction;
(la section efficace est proportionnelle à la probabilité d'interaction du neutron avec le noyau de l'isotope considéré). la réaction neutron - isotope doit être émettrice d'une particule chargée telle qu'un proton ou un noyau léger, comme par exemple une particule alpha. (the cross section is proportional to the probability of interaction of the neutron with the nucleus of the isotope considered). the neutron - isotope reaction must be emitting a charged particle such as a proton or a light nucleus, such as an alpha particle.
Les isotopes réunissant ces conditions sont peu nombreux : hélium 3 (3He), lithium 6 (6Li) et bore 10 (10B).
Il est classique, pour des raisons de rendement et d'efficacité, d'employer des systèmes de mesure de neutrons mettant en œuvre en tant qu'appareil de détection de neutrons des tubes remplis d'hélium 3 (3He). Cependant, de tels tubes remplis d'hélium 3 deviennent rares et coûteux, à cause d'une pénurie mondiale d'hélium 3. En effet, l'hélium 3 est généralement produit par décroissance radioactive du tritium, constituant ainsi un sous-produit de l'épuration du tritium. Or, les sources principales de tritium sont les stocks d'armes thermonucléaires. Du fait des accords internationaux de limitation et de non prolifération des armes thermonucléaires, une pénurie actuelle et durable d'hélium 3 s'impose aux fabricants d'appareils de détection de neutrons. The isotopes meeting these conditions are few: helium 3 ( 3 He), lithium 6 ( 6 Li) and boron 10 ( 10 B). For the sake of efficiency and effectiveness, it is conventional to employ neutron measuring systems which, as neutron detectors, use tubes filled with helium 3 ( 3 He). However, such tubes filled with helium 3 become scarce and expensive, because of a global shortage of helium 3. In fact, helium 3 is generally produced by radioactive decay of tritium, thus constituting a by-product of the purification of tritium. However, the main sources of tritium are stocks of thermonuclear weapons. As a result of international agreements for the limitation and non-proliferation of thermonuclear weapons, a current and sustainable shortage of helium 3 is required for manufacturers of neutron detectors.
Compte tenu de la pénurie d'hélium 3, restent le lithium 6 et le bore 10 pour ces fabricants d'appareils de détection de neutrons. Le bore 10 est cependant préférable au lithium 6 parce que, d'une part, sa section efficace est plus grande (section efficace de 3837 barns pour le bore 10 contre 940 barns pour le lithium 6, avec pour indication une section efficace de 5327 barns pour l'hélium 3) et, d'autre part, le bore 10 est chimiquement stable sous sa forme élémentaire dans les conditions ordinaires, contrairement au lithium 6 qui réagit spontanément avec l'eau et l'air. Given the shortage of helium 3, lithium 6 and boron 10 remain for these manufacturers of neutron detection devices. Boron 10 is however preferable to lithium 6 because, on the one hand, its cross section is larger (cross section of 3837 barns for boron 10 against 940 barns for lithium 6, with an effective section of 5327 barns being indicated for helium 3) and, on the other hand, boron 10 is chemically stable in its elemental form under ordinary conditions, unlike lithium 6 which reacts spontaneously with water and air.
La réaction RI permettant la détection des neutrons avec du bore 10 est la suivante : The reaction RI allowing the detection of neutrons with boron 10 is as follows:
Neutron + 10B > 7Li + alpha (4He) + E [RI], où E correspond à l'énergie libérée lors de la réaction RI ; dans environ 94 % des cas, E est égale à 2,31 MeV, tandis que dans 6 % des cas E est égale à 2,79 MeV au lieu de 2,31 MeV. Neutron + 10 B> 7 Li + alpha ( 4 He) + E [RI], where E is the energy released during the RI reaction; in about 94% of cases, E is 2.31 MeV, while in 6% of cases E is 2.79 MeV instead of 2.31 MeV.
Pour réaliser la détection finale des neutrons, il est classique d'employer des appareils de détection du type compteur proportionnel à
gaz dont le principe de fonctionnement est le suivant : les particules alpha et 7Li dans le cas du 10B issues de la réaction RI ionisent un gaz contenu dans une cavité du compteur proportionnel à gaz et perdent ainsi leurs énergies respectives, tout en générant des électrons secondaires. Par ailleurs, un champ électrique intense est formé dans cette cavité par application d'une haute tension entre une anode s'étendant en partie dans cette cavité et une cathode constituant en général la paroi de la cavité. Le rayon de courbure de l'anode est en général faible, moins de 100 μιτι, de manière à produire un champ électrique intense avec de relativement faibles différences de potentiel. Le champ électrique intense permet aux électrons d'acquérir suffisamment d'énergie lors de leur libre parcours moyen pour arracher plusieurs électrons lors du choc avec un atome du gaz, ce qui conduit à une amplification de la charge. Ces électrons sont collectés au niveau de l'anode et les ions sont collectés au niveau de l'enceinte délimitant cette cavité, ladite enceinte formant une cathode, produisant ainsi des signaux impulsionnels dans l'anode. L'appareil de détection mesure alors le nombre de neutrons par comptage du nombre des signaux impulsionnels. Le bore a déjà été utilisé pour la détection de neutrons, même antérieurement au début de pénurie de l'hélium 3, et son emploi réapparaît depuis la pénurie d'hélium 3. In order to achieve the final neutron detection, it is conventional to use proportional counter-type gas whose operating principle is as follows: the alpha and Li 7 particles in the case of 10 B from the RI reaction ionize a gas contained in a gas proportioning counter cavity and thus lose their respective energies, while generating secondary electrons. Furthermore, an intense electric field is formed in this cavity by applying a high voltage between an anode extending in part in this cavity and a cathode constituting in general the wall of the cavity. The radius of curvature of the anode is generally low, less than 100 μιτι, so as to produce an intense electric field with relatively small potential differences. The intense electric field allows the electrons to acquire enough energy during their average free path to tear off several electrons during the impact with a gas atom, which leads to an amplification of the charge. These electrons are collected at the level of the anode and the ions are collected at the enclosure delimiting this cavity, said enclosure forming a cathode, thus producing pulse signals in the anode. The detection apparatus then measures the number of neutrons by counting the number of pulse signals. Boron has already been used for the detection of neutrons, even before the early helium 3 shortage, and its use has reappeared since the helium 3 shortage.
Pour cette application de détection des neutrons, le bore est classiquement employé sous forme gazeuse, notamment sous la forme de tri-fluorure de bore (BF3), à l'intérieur de compteurs proportionnels à gaz réalisés sous la forme de tubes semblables aux tubes d'hélium 3 décrit ci-dessus, au gaz de remplissage près. For this neutron detection application, boron is conventionally employed in gaseous form, in particular in the form of boron trifluoride (BF 3 ), inside gas proportional counters made in the form of tube-like tubes. of helium 3 described above, with the filling gas near.
Cependant, ces appareils de détection de neutrons du type compteur proportionnel à gaz remplis de composé de bore gazeux, présentent deux principaux inconvénients.
Un premier inconvénient réside dans la haute toxicité du tri- fluorure de bore qui engendre des risques en cas de percement ou détérioration de l'appareil. Pour pallier à ce défaut, il est d'usage d'entourer les tubes remplis de tri-fluorure de bore gazeux par un absorbant spécifique, mais non seulement le risque de fuite n'est pas totalement écarté mais aussi la présence de cet absorbant augmente le coût. However, these gas-proportioning counter-type neutron detectors filled with gaseous boron compound have two main disadvantages. A first disadvantage lies in the high toxicity of boron trifluoride which generates risks in case of piercing or deterioration of the apparatus. To overcome this defect, it is customary to surround the tubes filled with boron trifluoride gas with a specific absorbent, but not only the risk of leakage is not completely eliminated but also the presence of this absorbent increases the cost.
Nous définissons le rendement d'un appareil de détection (détecteur) de neutrons comme le rapport du nombre de détections au nombre de neutrons incidents sur cet appareil, et l'efficacité d'un dispositif de mesure de déchets ou de matières fissile (système de mesure intégrant un ou plusieurs détecteurs) comme le rapport du nombre de détections au nombre de neutrons émis par l'objet à caractériser. Ces deux valeurs, rendement et efficacité, sont bien entendu liées, mais elles sont en général différentes à cause de, notamment : absorptions de neutrons à l'intérieur de l'objet à mesurer ou dans les matériaux entre l'objet à mesurer et le ou les appareils de détection ; - surface interne de la cavité de détection de l'appareil de détection incomplètement recouverte de détecteurs ; réflexion des neutrons ayant traversé les appareils de détection. We define the performance of a neutron detector (detector) as the ratio of the number of detections to the number of neutrons incident on that device, and the efficiency of a device for measuring waste or fissile material (system of measurement integrating one or more detectors) as the ratio of the number of detections to the number of neutrons emitted by the object to be characterized. These two values, efficiency and effectiveness, are of course linked, but they are generally different because of, in particular: absorption of neutrons inside the object to be measured or in the materials between the object to be measured and the or detection devices; internal surface of the detection cavity of the detection apparatus incompletely covered with detectors; reflection of the neutrons having passed through the detection apparatus.
Un second inconvénient des appareils de détection de neutrons du type compteur proportionnel composé de bore gazeux connus réside dans le faible rendement des tubes remplis de tri-fluorure de bore gazeux. Il est possible de pallier à ce défaut, d'une part, en utilisant du tri-fluorure de bore enrichi en bore 10, à 90 % voire plus, et, d'autre part, en augmentant le nombre de tubes par rapport à un appareil employant des tubes remplis d'hélium 3. Toutefois, l'enrichissement en bore 10 ne suffit pas à retrouver les caractéristiques d'un tube rempli
d'hélium 3 (il s'en faut d'un facteur 3 environ) et les tubes remplis de tri-fluorure de bore gazeux enrichi en bore 10 ne sont pas commercialement disponibles. A second disadvantage of the proportional counter-type neutron detection apparatus composed of known gaseous boron is the low efficiency of the tubes filled with boron trifluoride gas. This defect can be overcome by using boron-enriched boron trifluoride 10 at 90% or more, and increasing the number of tubes compared to Apparatus employing tubes filled with helium 3. However, the boron enrichment 10 is not sufficient to recover the characteristics of a filled tube helium 3 (it is about a factor of 3) and the tubes filled with boron trifluoride boron-enriched gaseous 10 are not commercially available.
La mise en œuvre d'appareils de détection de neutron employant du bore sous forme solide a également été proposée, notamment sous la forme de dépôts solides de bore sur les surfaces internes d'un compteur proportionnel à gaz, notamment dans US 2003/0213917. The implementation of neutron detection devices employing boron in solid form has also been proposed, particularly in the form of solid boron deposits on the internal surfaces of a gas proportional counter, in particular in US 2003/0213917.
Les figures 1 et 1A illustrent un tel appareil connu de détection de neutrons du type compteur proportionnel à gaz à géométrie plane, comportant : une enceinte 2 en métal formant cathode, ladite enceinte 2 délimitant une cavité 20 remplie d'un gaz, ladite enceinte étant constituée d'un corps creux 21 parallélépipédique comprenant 2 parois principales parallèles 22a 22b reliées entre elles au niveau de leur bord respectif en vis-à-vis par des premières parois latérales transversales 25a et 25b et des deuxièmes parois latérales longitudinales 26a et 26b. Lesdites parois principales 22a et 22b présentent 2 surfaces internes recouvertes d'une couche solide 24 de bore ou d'un composé de bord tel carbure ou nitrure de bore, et - une anode 3 s'étendant en partie à l'intérieur de l'enceinte et isolée électriquement de celle-ci par des plots 33. FIGS. 1 and 1A illustrate such a known device for neutron detection of the flat-geometry gas proportioning counter type, comprising: a chamber 2 made of metal forming a cathode, said enclosure 2 delimiting a cavity 20 filled with a gas, said enclosure being consisting of a parallelepipedal hollow body 21 comprising 2 parallel main walls 22a 22b interconnected at their respective edges vis-à-vis by first transverse side walls 25a and 25b and second longitudinal side walls 26a and 26b. Said main walls 22a and 22b have two internal surfaces covered with a solid layer 24 of boron or of an edge compound such as carbide or boron nitride, and an anode 3 extending partly inside the enclosure and electrically isolated from it by studs 33.
Le gaz à l'intérieur de l'enceinte est généralement un mélange gazeux Argon (Ar) / Dioxyde de carbone (C02) en proportion 90 / 10 et l'appareil comprend généralement un circuit de gaz ouvert pour assurer un renouvellement permanent du mélange gazeux à l'intérieur de l'enceinte. The gas inside the enclosure is generally an Argon (Ar) / carbon dioxide (C0 2 ) gas mixture in a 90:10 ratio and the apparatus generally comprises an open gas circuit to ensure a constant renewal of the mixture. gaseous inside the enclosure.
L'anode est classiquement un fil métallique, tel que du tungstène, de faible diamètre, généralement inférieur à 100 μιτι. Un générateur de tension applique une haute-tension aux bornes de l'anode, dont la valeur dépend du diamètre de l'anode, avec par exemple une tension
d'environ 500 V pour un diamètre de l'ordre de 10 μιτι et une tension d'environ 1000 V ou plus pour un diamètre de l'ordre de 100 μιτι. The anode is conventionally a wire, such as tungsten, of small diameter, generally less than 100 μιτι. A voltage generator applies a high-voltage across the anode, whose value depends on the diameter of the anode, with for example a voltage about 500 V for a diameter of the order of 10 μιτι and a voltage of about 1000 V or more for a diameter of the order of 100 μιτι.
La figure 2 illustre trois phénomènes distincts d'émission d'une particule alpha (4He) pouvant apparaître dans un appareil de détection de neutrons du type compteur proportionnel à gaz, à savoir : un premier phénomène, illustré par les flèches Fl, dans lequel le neutron N traverse le corps creux 21 de l'enceinte métallique pour réagir avec un atome de bore 10 de la couche 24 solide de bore, conformément à la réaction RI décrite ci-dessus, et émettre une particule alpha qui est émise en direction de la cavité 20 avec une vitesse suffisante pour entrer dans cette cavité 20 et réagir avec le mélange gazeux pour permettre la détection souhaitée comme décrit précédemment ; un deuxième phénomène, illustré par les flèches F2, dans lequel le neutron N traverse le corps creux 21 de l'enceinte métallique pour réagir avec un atome de bore 10 de la couche 24 solide de bore, conformément à la réaction RI décrite ci-dessus, et émettre une particule alpha qui est émise en direction de la cavité 20 avec une vitesse insuffisante pour pouvoir traverser la couche 24 et atteindre la cavité 20, de sorte qu'un neutron a été consommé dans la couche 24 sans pour autant être détecté ; un troisième phénomène, illustré par les flèches F3, dans lequel le neutron N traverse le corps creux 21 de l'enceinte métallique pour réagir avec un atome de bore 10 de la couche 24 solide de bore, conformément à la réaction RI décrite ci-dessus, et émettre une particule alpha qui est émise dans la direction opposée à la cavité 20 de sorte que la particule n'atteint pas la cavité 20. FIG. 2 illustrates three distinct phenomena of emission of an alpha particle ( 4 He) that can appear in a gas-type counter-type neutron detection apparatus, namely: a first phenomenon, illustrated by the arrows F1, in which the neutron N passes through the hollow body 21 of the metal enclosure to react with a boron atom of the solid boron layer 24, in accordance with the reaction RI described above, and to emit an alpha particle which is emitted in the direction of the cavity 20 with a velocity sufficient to enter this cavity 20 and react with the gas mixture to allow the desired detection as previously described; a second phenomenon, illustrated by the arrows F2, in which the neutron N passes through the hollow body 21 of the metal enclosure to react with a boron atom of the solid boron layer 24, in accordance with the reaction R1 described above , and emit an alpha particle which is emitted towards the cavity 20 with insufficient speed to be able to cross the layer 24 and reach the cavity 20, so that a neutron has been consumed in the layer 24 without being detected; a third phenomenon, illustrated by the arrows F3, in which the neutron N passes through the hollow body 21 of the metal enclosure to react with a boron atom of the solid boron layer 24, in accordance with the reaction R1 described above and emitting an alpha particle which is emitted in the opposite direction to the cavity 20 so that the particle does not reach the cavity 20.
Quand on souhaite améliorer l'efficacité du système de mesure, il faut pour cela limiter la consommation inutile de neutrons, c'est-à-dire que pour presque 100 % des réactions RI une particule chargée doit atteindre le gaz afin d'être détectée. Pour cela, il ne faut pas seulement
considérer la particule alpha (4He) émise par la réaction RI, mais aussi le noyau de lithium 7 (7Li), pour réaliser cette détection, car les deux particules alpha et 7Li peuvent ioniser le mélange gazeux contenu dans la cavité 20 comme décrit précédemment. Comme illustré sur la figure 3, selon les lois de la cinématique, les particules alpha et 7Li sont émises l'une à l'opposé de l'autre, et il est théoriquement possible de détecter chaque capture de neutron selon la réaction RI : soit la particule alpha part dans la bonne direction (direction de la cavité 20) et alors le noyau de lithium 7 (7Li) part dans la direction opposée à la cavité 20, comme schématisé par les flèches F4, et dans ce cas c'est la particule alpha qui est détectée ; soit le noyau de lithium 7 (7Li) part dans la bonne direction (direction de la cavité 20) et alors la particule alpha part dans la direction opposée à la cavité 105, comme schématisé par les flèches F5, et dans ce cas c'est le noyau de lithium 7 qui est détecté, sauf si ce noyau est émis avec une vitesse insuffisante pour pouvoir traverser la couche 24 et atteindre la cavité 20 (deuxième phénomène équivalent pour le noyau de lithium 7). En théorie, une particule alpha sur deux est émise dans la bonne direction et donc un noyau de lithium 7 sur deux est émis dans la bonne direction de sorte que, pour 100 neutrons entrant dans le compteur proportionnel à gaz, la réaction RI engendre 50 particules alpha émise dans la cavité du compteur proportionnel à gaz et 50 noyaux de lithium 7 émis dans cette même cavité, sans compter bien entendu les particules absorbées dans l'épaisseur de la couche solide de bore faute de vitesse suffisante (deuxième phénomène). When it is desired to improve the efficiency of the measuring system, it is necessary to limit the useless consumption of neutrons, that is to say that for almost 100% of the RI reactions a charged particle must reach the gas in order to be detected. . For that, it does not only take consider the alpha particle ( 4 He) emitted by the reaction RI, but also the lithium nucleus 7 ( 7 Li), to carry out this detection, because the two alpha and 7 Li particles can ionize the gaseous mixture contained in the cavity 20 as previously described. As illustrated in FIG. 3, according to the laws of kinematics, the alpha and Li 7 particles are emitted in opposition to each other, and it is theoretically possible to detect each neutron capture according to the RI reaction: either the alpha particle leaves in the right direction (direction of the cavity 20) and then the lithium core 7 ( 7 Li) leaves in the direction opposite to the cavity 20, as shown schematically by the arrows F4, and in this case is the alpha particle that is detected; either the lithium core 7 (7Li) goes in the right direction (direction of the cavity 20) and then the alpha particle leaves in the opposite direction to the cavity 105, as shown by the arrows F5, and in this case it is the lithium core 7 which is detected, unless this nucleus is emitted with insufficient speed to be able to cross the layer 24 and reach the cavity 20 (second phenomenon equivalent for the lithium core 7). In theory, one out of every two alpha particles is emitted in the right direction and therefore one out of every two lithium nuclei is emitted in the right direction so that, for every 100 neutrons entering the gas proportional counter, the RI reaction generates 50 particles. alpha emitted into the cavity of the proportional gas meter and 50 lithium cores 7 emitted in this same cavity, not counting of course the particles absorbed in the thickness of the solid boron layer due to insufficient speed (second phenomenon).
Tous les compteurs proportionnels à gaz employant des couches solides de bore permettent la détection d'une partie des noyaux de lithium 7, mais si l'on veut détecter presque tous les neutrons subissant la réaction RI, et minimiser ainsi les pertes, il faut pouvoir détecter
presque tous les noyaux de lithium 7 émis vers le gaz, en plus des particules alpha. All proportional gas meters employing solid boron layers allow the detection of a part of the lithium nuclei 7, but if one wants to detect almost all the neutrons undergoing the reaction RI, and thus minimize losses, it is necessary to be able to detect detect almost all 7 lithium nuclei emitted to the gas, in addition to the alpha particles.
La détection des noyaux de lithium 7 dans le gaz du compteur proportionnel à gaz impose une couche solide de bore de très faible densité surfacique. Ainsi, une densité surfacique de la couche solide de bore (ou composé de bore) d'environ 0,2 mg/cm2 permet de détecter 37 % des noyaux de lithium 7 produit lors de la réaction RI, ce qui est sensiblement équivalent à 75 % des noyaux de lithium 7 émis dans la bonne direction, mais présente en contrepartie un rendement de détection des neutrons qui est très faible (6 % pour deux couches solides de bore de densité surfacique égale à 0,2 mg/cm2). The detection of the lithium nuclei 7 in the gas proportional counter gas imposes a boron solid layer of very low surface density. Thus, a surface density of the boron solid layer (or boron compound) of approximately 0.2 mg / cm 2 makes it possible to detect 37% of the lithium nuclei 7 produced during the RI reaction, which is substantially equivalent to 75% of the lithium cores 7 emitted in the right direction, but in return has a neutron detection efficiency which is very low (6% for two solid layers of boron with a density of 0.2 mg / cm 2 ).
De manière générale, l'inconvénient de ce type d'appareil de détection est son faible rendement qui ne dépasse pas les 10 %. Ce rendement maximal de 10 % est une limite physique liée à la technique employée dans cet appareil de détection. Il n'est en effet pas possible d'augmenter le rendement de l'appareil en augmentant l'épaisseur de la couche solide de bore, parce qu'alors les particules chargées (particules alpha ou noyaux de lithium 7) n'atteignent plus le gaz où elles sont détectées, et des neutrons sont alors consommés inutilement (cas du deuxième phénomène). In general, the disadvantage of this type of detection apparatus is its low efficiency which does not exceed 10%. This maximum efficiency of 10% is a physical limit related to the technique employed in this detection apparatus. It is indeed not possible to increase the efficiency of the apparatus by increasing the thickness of the solid boron layer, because then the charged particles (alpha particles or lithium cores 7) no longer reach the gas where they are detected, and neutrons are then consumed unnecessarily (case of the second phenomenon).
Les documents US 2005/0258373 et WO2004043372 décrivent des appareils de détection de neutrons permettant de dépasser cette limite physique de rendement de 10 %, en employant un faisceau de tubes de détection de faible diamètre (environ 4 mm de diamètre). Chaque tube de détection constitue un compteur proportionnel à gaz, avec une anode centrale et un dépôt de bore sur sa surface interne, en l'occurrence un dépôt de carbure de bore. Le rendement de chaque tube de détection est bien inférieur à 10 %, mais l'efficacité du faisceau de tubes peut dépasser 50 %. Ainsi, ces appareils connus obtiennent de bonnes efficacités avec des couches solides minces de bore, grâce à cette pluralité de tubes de détection.
Cependant, cette architecture de l'appareil avec plusieurs tubes de détection est particulièrement complexe et onéreuse à fabriquer, surtout si l'on souhaite obtenir des superficies de détection étendues, et d'autre part l'emploi de carbure de bore limite le rendement de l'appareil. Documents US 2005/0258373 and WO2004043372 disclose neutron detection apparatus capable of exceeding this physical yield limit of 10% by employing a small diameter detector tube bundle (about 4 mm in diameter). Each detection tube is a gas proportional counter, with a central anode and a boron deposit on its inner surface, in this case a deposit of boron carbide. The efficiency of each detection tube is well below 10%, but the efficiency of the tube bundle can exceed 50%. Thus, these known devices obtain good efficiencies with thin solid boron layers, thanks to this plurality of detection tubes. However, this architecture of the apparatus with several detection tubes is particularly complex and expensive to manufacture, especially if it is desired to obtain extended detection areas, and secondly the use of boron carbide limits the yield of the device.
Un but de la présente invention est de fournir un appareil de détection de neutrons du type compteur proportionnel à gaz employant des couches solides de bore, et plus spécifiquement du bore 10 sous forme solide, qui présente les caractéristiques suivantes : - un rendement élevé compris entre 10 et 100 % ; avec des moyens de détection minimisant les pertes, autrement dit conçus pour avoir aussi peu que possibles de captures neutroniques non suivies de détection, cette caractéristique étant essentielle à la construction de systèmes de mesure d'efficacité élevée (plus de 10 %) ; avec une grande superficie de détection, autrement dit une grande superficie de capture des neutrons, afin notamment de pouvoir détecter des neutrons issus d'un fût cylindrique de 200 Litres qui nécessite une superficie de détection d'environ 3,5 m2. En effet, l'un des objectifs de la présente invention est d'avoir un appareil de détection adapté pour des applications nécessitant des efficacités de 10 % minimum, voire au-delà comme une efficacité de 40 %. An object of the present invention is to provide a gas-proportioning counter-type neutron detection apparatus employing solid boron layers, and more specifically boron in solid form, which has the following characteristics: high efficiency between 10 and 100%; with loss-minimizing detection means, in other words designed to have as few as possible neutron captures not followed by detection, this characteristic being essential for the construction of high efficiency measurement systems (more than 10%); with a large detection area, ie a large neutron capture area, in particular to detect neutrons from a 200-liter cylindrical drum that requires a detection area of about 3.5 m 2 . Indeed, one of the objectives of the present invention is to have a detection device suitable for applications requiring efficiencies of at least 10%, or even beyond, as an efficiency of 40%.
Un autre but de la présente invention est de proposer un appareil de détection de neutrons du type compteur proportionnel à gaz qui soit de fabrication aisée et économique. Another object of the present invention is to propose a neutron detection apparatus of the gas proportional counter type which is easy and economical to manufacture.
Un autre but de la présente invention est de fournir un appareil de détection de neutrons qui s'affranchit de l'utilisation de gaz d'hélium 3, tout en conservant les bonnes caractéristiques de détection qui ont
permis à l'hélium 3 de s'imposer de manière presque exclusive, et tout en maintenant les coûts de fabrication et d'utilisation à un niveau raisonnable. Another object of the present invention is to provide a neutron detection apparatus which is free from the use of helium gas 3, while retaining the good detection characteristics which have allowed helium 3 to become almost exclusive, while keeping manufacturing and usage costs at a reasonable level.
Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé de dépôt d'une couche solide de bore sur un support pour un appareil de détection de neutrons conforme à l'invention, qui permette d'obtenir des couches solides de bore avec une épaisseur maîtrisée qui permette d'atteindre les objectifs de rendement et de pertes fixés pour l'appareil. Another object of the present invention is to provide a method for depositing a solid boron layer on a support for a neutron detection apparatus according to the invention, which makes it possible to obtain solid boron layers with a thickness controlled to achieve the performance and loss targets set for the device.
A cet effet, la présente invention fournit appareil de détection de neutrons du type compteur proportionnel à gaz, comportant : une enceinte formant cathode, ladite enceinte étant remplie d'un gaz et comportant un corps creux comprenant 2 parois principales reliées entre elles par des parois latérales, lesdites 2 parois principales présentant respectivement deux surfaces internes sensiblement parallèles entre elles et recouvertes chacune d'une couche solide contenant du bore ou un composé du bore ci-après dénommée couche solide borée ; et un dispositif formant anode s'étendant à l'intérieur de ladite enceinte ; ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une paroi intercalaire formant cathode, fixée sur lesdites parois latérales et s'étendant à l'intérieur de ladite enceinte de façon sensiblement parallèle aux dites surfaces internes du corps creux, la ou chaque paroi intercalaire étant constituée d'une plaque pleine, c'est-à- dire d'un support plan plein, rigide, présentant deux surfaces opposées en regard des surfaces internes respectives des 2 dites parois principales du corps creux et recouvertes chacune d'une couche solide contenant du bore ou un composé du bore, lesdites couches solides borées présentant une densité surfacique comprise entre environ 0,03 et environ 0,5 mg/cm2, et en ce que le dispositif formant anode présente au moins une partie s'étendant dans un espace entre la paroi intercalaire et l'une des surfaces internes d'une première paroi
principale du corps creux et au moins une autre partie s'étendant dans un autre espace entre la paroi intercalaire et l'autre surface interne de la deuxième paroi principale du corps creux. For this purpose, the present invention provides apparatus for detecting neutrons of the gas proportional counter type, comprising: a chamber forming a cathode, said chamber being filled with a gas and comprising a hollow body comprising 2 main walls interconnected by walls; lateral, said 2 main walls respectively having two internal surfaces substantially parallel to each other and each covered with a solid layer containing boron or a boron compound hereinafter called borated solid layer; and an anode device extending within said enclosure; said apparatus being characterized in that it further comprises at least one intermediate cathode wall, attached to said side walls and extending inside said enclosure substantially parallel to said internal surfaces of the hollow body, the each intermediate wall consisting of a solid plate, that is to say a rigid, solid plane support having two opposite surfaces facing the respective internal surfaces of the said two main walls of the hollow body and each covered with a solid layer containing boron or a boron compound, said boron solid layers having a surface density of between about 0.03 and about 0.5 mg / cm 2 , and that the anode device has at least a portion extending in a space between the intermediate wall and one of the inner surfaces of a first wall main body and at least one other part extending into another space between the intermediate wall and the other inner surface of the second main wall of the hollow body.
Plus ladite couche solide borée est épaisse, plus les pertes de neutrons sont importantes ; étant entendu que les pertes de neutrons correspondent à la proportion des neutrons incidents capturés, mais non détectés ; les pertes étant estimées à partir du rendement théorique qu'apporterait la quantité de bore 10 présente. The thicker the borated solid layer, the greater the neutron losses; it being understood that the neutron losses correspond to the proportion of incident neutrons captured but not detected; the losses being estimated from the theoretical yield that the amount of boron present would bring.
Ainsi, selon la présente invention, pour minimiser les pertes, il est avantageux de réaliser des couches solides de bore qui soient minces, tout en compensant cette minceur par un accroissement du nombre de couches borée par un accroissement du nombre de parois intercalaires afin de garantir le rendement souhaité. Thus, according to the present invention, in order to minimize the losses, it is advantageous to produce thin layers of boron that are thin, while compensating for this thinness by increasing the number of layers borated by increasing the number of intermediate walls in order to guarantee the desired yield.
De préférence, la densité surfacique moyenne de ladite couche solide borée est de 0,1 à 0,4 mg/cm2, avec des variations de densité par rapport à la valeur moyenne de pas plus de 20%, de préférence pas plus de 10%. Preferably, the average surface density of said borated solid layer is from 0.1 to 0.4 mg / cm 2 , with density variations from the average value of not more than 20%, preferably not more than 10%. %.
Le critère d'homogénéité de densité surfacique de la couche résulte, en effet, du fait que les phénomènes à l'origine des pertes et des détections sont locaux et, donc, déterminés par la densité locale et non pas la densité moyenne. The criterion of homogeneity of surface density of the layer results, indeed, because the phenomena at the origin of the losses and the detections are local and, thus, determined by the local density and not the average density.
Un tel appareil comportant, à l'intérieur même de l'enceinte, une ou plusieurs parois intercalaires recevant chacune deux couches solides borées permet ainsi d'améliorer le rendement de l'appareil en multipliant de façon efficace le nombre de couches solides borée tout en ayant desdites couches solides borées de faibles épaisseurs ou de faibles densités surfaciques sachant que, pour rappel, il faut réaliser des couches solides borées relativement minces pour minimiser les pertes.
Cet appareil forme ainsi un détecteur multicouche de type compteur proportionnel à gaz, avec chaque couche solide borée d'épaisseur maîtrisée et adaptée aux pertes de neutrons supportables par le ou les systèmes de mesure de neutrons envisagés pour des applications nécessitant des efficacités supérieures à 10 %, notamment d'au moins 20%, voire approchant les 40 % ou plus. Such an apparatus comprising, within the enclosure itself, one or more intermediate walls each receiving two borated solid layers, thus making it possible to improve the efficiency of the apparatus by effectively multiplying the number of borate solid layers while having said borated solid layers of small thicknesses or low surface densities knowing that, as a reminder, it is necessary to achieve relatively thin boron solid layers to minimize losses. This apparatus thus forms a gas-proportioning counter-type multilayer detector, with each borated solid layer of controlled thickness and adapted to the neutron losses that can be supported by the neutron measurement system or systems envisaged for applications requiring efficiencies greater than 10%. including at least 20%, or even close to 40% or more.
Avec l'appareil conforme à l'invention, les couches solides borées vont par paires et ainsi l'appareil comprend 2N couches solides borées où N est un entier supérieur ou égal à 2. L'architecture de cet appareil est en outre particulièrement simple et peu coûteuse, avec l'emploi de parois intercalaires engagées à l'intérieur de l'enceinte. With the apparatus according to the invention, the borated solid layers go in pairs and thus the apparatus comprises 2N borated solid layers where N is an integer greater than or equal to 2. The architecture of this apparatus is further particularly simple and inexpensive, with the use of interlayers engaged inside the enclosure.
Le nombre de parois intercalaires (de préférence métalliques) pourvues de couches solides de bore, ainsi que les dimensions latérales de ces parois intercalaires seront ajustés en fonction de l'application envisagée et de l'efficacité globale demandée au système de mesure. The number of intermediate (preferably metallic) walls provided with solid layers of boron, as well as the lateral dimensions of these intermediate walls will be adjusted according to the intended application and the overall efficiency required of the measuring system.
Dans un mode préféré de réalisation, l'appareil comprend plusieurs dites parois intercalaires de préférence au moins 3, formant cathode, parallèles entre elles et aux 2 dites surfaces internes des 2 dites parois principales et recouvertes desdites couches solides borées sur leurs deux surfaces opposées respectives, et le dispositif formant anode présente au moins une partie s'étendant dans l'espace entre chaque dite paroi principale du corps creux et la paroi intercalaire la plus proche, et au moins une partie s'étendant dans chaque espace entre 2 parois intercalaires successives. In a preferred embodiment, the apparatus comprises a plurality of said intermediate walls, preferably at least 3, forming a cathode, parallel to each other and to the said two inner surfaces of the said two main walls and covered with the said solid layers borated on their respective two opposite surfaces. , and the anode device has at least one portion extending in the space between each said main wall of the hollow body and the nearest intermediate wall, and at least a portion extending in each space between two successive intermediate walls .
Plus particulièrement, lesdites parois principales et dites parois latérales sont rectangulaires, lesdites parois latérales comprenant deux premières parois latérales et deux deuxièmes parois latérales reliant lesdites parois principales de manière à définir un corps creux en forme de plaque creuse parallélépipédique, lesdites surfaces internes et dites paroi intercalaire étant sensiblement planes et parallèles entre elles.
Plus particulièrement, un appareil selon l'invention comporte au moins 3 parois intercalaires adjacentes rectangulaires. More particularly, said main walls and said side walls are rectangular, said side walls comprising two first side walls and two second side walls connecting said main walls so as to define a hollow body in the form of a parallelepiped hollow plate, said internal surfaces and said wall interlayer being substantially flat and parallel to each other. More particularly, an apparatus according to the invention comprises at least 3 rectangular adjacent intercalary walls.
La géométrie plane de l'enceinte et des parois intercalaires est plus facile à fabriquer et mieux adaptée à certaines applications, comme la détection de neutrons issus de containers ou fûts de déchets radioactifs en provenance de centrales nucléaires, que les appareils avec faisceau de tubes décrits dans les documents US 2005/0258373 et WO2004043372. The plane geometry of the enclosure and the intercalary walls is easier to manufacture and better adapted to certain applications, such as the detection of neutrons from radioactive waste containers or drums from nuclear power plants, than the devices with bundles of tubes described. in US 2005/0258373 and WO2004043372.
Dans un mode de réalisation particulier, chaque dite paroi intercalaire présente au moins un orifice contre ou à proximité d'une dite paroi latérale, une partie de l'anode passant à travers ledit orifice. In a particular embodiment, each said intermediate wall has at least one orifice against or near a said side wall, a portion of the anode passing through said orifice.
Plus particulièrement, le dispositif formant anode est réalisé d'un seul tenant avec des parties d'anode solidaires les unes des autres. Dans un autre mode de réalisation, le dispositif formant anode est divisé en plusieurs anodes distinctes. More particularly, the anode device is made in one piece with integral anode portions of each other. In another embodiment, the anode device is divided into a plurality of separate anodes.
Plus particulièrement encore, une première paroi intercalaire comprend un premier dit orifice à proximité ou contre un premier angle à la jonction entre des premières dites première et deuxième parois latérales, et chaque paroi intercalaire qui lui est adjacente comprend un deuxième dit orifice à proximité ou contre un deuxième angle à la jonction entre des deuxièmes dites premières et deuxièmes parois latérales, ledit deuxième angle étant opposé audit premier angle, et ledit fil d'anode parcourt chaque dit espace entre une paroi intercalaire et une dite paroi principale et un dit espace entre 2 parois intercalaires adjacentes, en faisant plusieurs allers-et-retours entre les 2 premières parois latérales opposées parallèles ou entre les 2 deuxièmes parois latérales opposées depuis un dit premier angle vers un dit deuxième angle ; et ledit fil d'anode passe d'un dit espace entre 2 parois à un autre en passant par lesdits premier et deuxième orifices. Plus particulièrement encore, l'anode parcourt un premier espace entre une dite surface interne et une dite paroi intercalaire ou entre 2
parois intercalaires, selon une géométrie en créneaux, puis passe à l'espace suivant à travers une trémie formée par découpe d'une partie du bord d'une dite paroi intercalaire contre une dite paroi latérale, puis parcourt l'espace suivant, et ainsi de suite. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, les surfaces internes du corps creux et/ou les surfaces opposées de la ou chaque paroi intercalaire présentent des superficies supérieures ou égales à environ 0,3 m2 de préférence supérieure ou égale à environ 0,5 m2. De telles superficies de détection permettent avantageusement de mesurer les émissions de neutrons dans le cas de sources de neutrons volumineuses, telles que des fûts de déchets radioactifs. La géométrie plane des parois intercalaires desdites surfaces internes dudit corps creux est bien adaptée obtenir de telles superficies. Avantageusement, ladite couche borée présente une teneur en masse de bore 10 d'au moins 70%, de préférence encore supérieure à 85%. More particularly, a first intermediate wall comprises a first said orifice near or against a first angle at the junction between first said first and second side walls, and each intermediate wall adjacent thereto comprises a second said orifice in the vicinity or against a second angle at the junction between second said first and second side walls, said second angle being opposite to said first angle, and said anode wire runs through each said space between an intermediate wall and a said main wall and a said space between 2 adjacent dividing walls, making multiple back-and-forth between the first and second parallel opposite side walls or between the second and second opposite side walls from a said first angle to a second said angle; and said anode wire passes from one said gap between two walls to another through said first and second orifices. More particularly, the anode travels a first space between a said inner surface and a said intermediate wall or between 2 intermediate walls, according to a geometry crenellated, then passes to the next space through a hopper formed by cutting a portion of the edge of a said intermediate wall against a said side wall, and then travels the next space, and so right now. According to another advantageous characteristic of the invention, the internal surfaces of the hollow body and / or the opposite surfaces of the or each intermediate wall have areas greater than or equal to about 0.3 m 2 , preferably greater than or equal to about 0, 5 m 2 . Such detection areas advantageously make it possible to measure neutron emissions in the case of large neutron sources, such as barrels of radioactive waste. The flat geometry of the intermediate walls of said internal surfaces of said hollow body is well adapted to obtain such areas. Advantageously, said borated layer has a boron mass content of at least 70%, more preferably greater than 85%.
Préférentiellement, les couches solides borée sont réalisées majoritairement à base de bore élémentaire afin d'améliorer le rendement de l'appareil. L'appareil présente un meilleur rendement en utilisant du bore élémentaire, plutôt qu'un composé chimique tel que le carbure de bore (B4C), le nitrure de bore (BN) ou l'anhydride borique (B203). Preferably, the boron solid layers are mainly made of elemental boron in order to improve the efficiency of the apparatus. The apparatus exhibits improved efficiency using elemental boron rather than a chemical compound such as boron carbide (B 4 C), boron nitride (BN) or boric anhydride (B 2 0 3 ).
Avantageusement encore, au moins 70% du bore, de préférence au moins 90% du bore se présente sous forme de bore élémentaire. Advantageously, at least 70% of the boron, preferably at least 90% of the boron is in the form of elemental boron.
Avantageusement, lesdites couches solides borées sont essentiellement constituées de bore, dans une proportion comprise entre 90 et 100 %.
Avantageusement encore, lesdites couches solides borées sont essentiellement constituées de bore 10, avec de préférence une teneur en bore 10 comprise entre environ 90 et 100 %, Advantageously, said borated solid layers consist essentially of boron, in a proportion of between 90 and 100%. Advantageously, said borated solid layers consist essentially of boron 10, with a boron content of between approximately 90 and 100%,
On trouve par exemple dans le commerce du bore dit "enrichi en bore 10" dont la teneur en bore 10 est supérieure à 99 %. For example, boron boron-enriched boron 10 having a boron content of greater than 99% is commercially available.
Plus particulièrement, lesdites parois principales et parois latérales, et/ou la ou chaque dite paroi intercalaire sont réalisées dans un matériau dont le numéro atomique est inférieur à 20, notamment un matériau plastique ou métallique, ledit matériau étant un matériau conducteur, de préférence de l'aluminium, ou ladite couche solide borée étant recouverte d'un couche de métal, de préférence en aluminium, de préférence encore de densité surfacique inférieur à 0,01 mg/cm2. Ainsi, lorsque le matériau est un matériau plastique, celui-ci est rendu conducteur. On peut de couvrir également de bore les parois latérales pour augmenter légèrement le rendement. More particularly, said main walls and side walls, and / or the or each said intermediate wall are made of a material whose atomic number is less than 20, in particular a plastic or metal material, said material being a conductive material, preferably the aluminum, or said borated solid layer being covered with a layer of metal, preferably aluminum, more preferably with a surface density of less than 0.01 mg / cm 2 . Thus, when the material is a plastic material, it is made conductive. The side walls can also be covered with boron to slightly increase the yield.
L'avantage d'un matériau, dont le numéro atomique est inférieur à 20, est double : moins de sensibilité au rayonnement gamma et moins de sensibilité au rayonnement cosmique susceptible d'arracher d'un noyau lourd jusqu'à une dizaine de neutrons. Et, ladite couche métallique améliore la conductivité, ce qui améliore le comportement du détecteur à fort taux de comptage. The advantage of a material, whose atomic number is less than 20, is twofold: less sensitivity to gamma radiation and less sensitivity to cosmic radiation likely to tear a heavy nucleus up to a dozen neutrons. And, said metal layer improves the conductivity, which improves the behavior of the high count rate detector.
Le dispositif formant anode peut donc être constitué d'une anode unique réalisé d'un seul tenant avec des parties d'anode solidaires les une des autres qui parcourt l'ensemble de l'enceinte. Toutefois, les limitations de l'électronique, ou bien des applications à fort taux de comptage ou nécessitant la localisation des neutrons, peuvent imposer de diviser la cathode en plusieurs, voire une multitude d'anodes distinctes ; ces anodes divisées pouvant se présenter sous la forme de brins ou tiges métalliques.
Selon une autre caractéristique originale et avantageuse de l'invention, lesdites couches solides borées sont réalisées à base de nanoparticules de bore de granulométrie inférieure à 800 nm. The anode device may therefore consist of a single anode made in one piece with integral anode portions of one another which travels throughout the enclosure. However, the limitations of electronics, or applications with high counting rates or requiring the location of neutrons, may require dividing the cathode into several or even a multitude of separate anodes; these divided anodes may be in the form of strands or metal rods. According to another original and advantageous feature of the invention, said borated solid layers are made based on boron nanoparticles of particle size less than 800 nm.
Plus particulièrement lesdites particules sont des particules poreuses, plus particulièrement d'une porosité d'environ 50%. More particularly, said particles are porous particles, more particularly with a porosity of approximately 50%.
Pour réaliser une couche solide de bore d'épaisseur réduite et sensiblement constante à partir de poudre de bore, il faut que la granulométrie de la poudre soit inférieure à l'épaisseur de la couche solide de bore. Or, une couche solide de bore présentant une densité surfacique de 0,5 mg/cm2, voire 0,2 mg/cm2, correspond à une couche solide de bore d'épaisseur d'environ 2,5 μιτι, voire 1 μιτι. Pour ce faire, on réalise les couches solides de bore avec de telles nanoparticules, étant entendu que ces nanoparticules présentent des dimensions nanométriques inférieures à 0,8 μιτι, de préférence inférieure à 0,3 μιτι. Pour le bon fonctionnement du compteur proportionnel, le choix du gaz de remplissage dudit détecteur relève des techniques connues de l'homme du métier. On choisira de préférence un gaz autre que l'hélium 3, et plus particulièrement un mélange Ar/C02 en proportion 90/10 ; d'autres gaz peuvent être utilisés par exemple les gaz rares ou les hydrocarbures gazeux, tel que du butane. Cette énumération n'est pas exhaustive. To produce a solid boron layer of reduced and substantially constant thickness from boron powder, the particle size of the powder must be less than the thickness of the solid boron layer. However, a solid boron layer having a surface density of 0.5 mg / cm 2 , or even 0.2 mg / cm 2 , corresponds to a solid boron layer with a thickness of approximately 2.5 μιτι, or even 1 μιτι . To do this, the solid boron layers are made with such nanoparticles, it being understood that these nanoparticles have nanometric dimensions of less than 0.8 μιτι, preferably less than 0.3 μιτι. For the correct operation of the proportional counter, the choice of filling gas for said detector is a technique known to those skilled in the art. A gas other than helium 3, and more particularly a mixture Ar / C0 2 in proportion 90/10, will preferably be chosen; other gases may be used for example rare gases or gaseous hydrocarbons, such as butane. This enumeration is not exhaustive.
La présente invention fournit également un dispositif comportant une pluralité d'appareils de détection selon l'invention ladite pluralité d'appareils de détection délimitant une grande cavité à l'intérieur de laquelle on peut disposer un dit objet volumineux source de neutrons tel qu'un fut de déchets radioactifs. The present invention also provides a device comprising a plurality of detection devices according to the invention, said plurality of detection devices delimiting a large cavity inside which one can dispose a said large neutron source object such as a was radioactive waste.
Les principes de construction de ces dispositifs sont plus particulièrement les suivants :
La grande cavité est construite à partir de parois en polyéthylène ou polypropylène autoportantes ou appliquées sur une structure externe en acier autoportante. The principles of construction of these devices are more particularly the following: The large cavity is constructed from self-supporting polyethylene or polypropylene walls or applied to a freestanding steel outer structure.
Les appareils de détection selon l'invention sont apposés contre les parois internes polyéthylène ou polypropylène de ladite grande cavité. On notera que l'efficacité du système de mesure est peu affectée par la manière de monter les détecteurs dans ledit système, notamment par le recouvrement ou non des détecteurs dans les angles, du fait de l'aptitude des neutrons à diffuser et à se réfléchir sur les atomes du polyéthylène ou du polypropylène. The detection devices according to the invention are affixed against the inner polyethylene or polypropylene walls of said large cavity. It should be noted that the efficiency of the measurement system is not affected by the way in which the detectors are mounted in said system, in particular by the overlapping or not of the detectors in the angles, because of the neutrons' ability to diffuse and reflect. on the atoms of polyethylene or polypropylene.
Entre les détecteurs et la grande cavité, on interpose éventuellement, dans cet ordre, une couche de modérateur, un absorbant de neutron et une protection mécanique, chacun de ces éléments étant décrit ci-après et pouvant être inséré ou non, indépendamment de l'existence des 2 autres. Between the detectors and the large cavity, a moderator layer, a neutron absorbent and a mechanical protection are interposed optionally in this order, each of these elements being described below and being able to be inserted or not, independently of the existence of 2 others.
La couche de modérateur a généralement une épaisseur comprise entre 0 et 2 cm et est généralement constituée de polyéthylène ou polypropylène. The moderator layer is generally between 0 and 2 cm thick and is generally made of polyethylene or polypropylene.
Dans le cas de mesure d'objets émettant de grandes quantités de neutrons, on ajoute un matériau absorbeur de neutrons thermiques (Cd ou Sn). In the case of measuring objects emitting large quantities of neutrons, a thermal neutron absorber material (Cd or Sn) is added.
La couche protectrice est constituée généralement d'aluminium (Al), et a une fonction de protection mécanique et de protection contre la contamination. Elle peut aussi être destinée à isoler le cadmium (cancérigène) de la grande cavité. The protective layer is generally made of aluminum (Al), and has a function of mechanical protection and protection against contamination. It can also be used to isolate cadmium (carcinogenic) from the large cavity.
Dans les cavités à plusieurs couches d'appareils détecteurs superposés, on empile les appareils détecteurs et couches de modérateur sur la structure de base de la grande cavité en polyéthylène ou polypropylène ou en acier.
Plus particulièrement, chaque appareil de détection de neutrons aussi dénommé ci-après détecteur, est une boîte parallélépipédique mince, assimilable à une plaque creuse. 4 plaques creuses délimitent une dite grande cavité parallélépipédique ouverte, c'est à dire sans fond ni couvercle lorsque lesdites plaques creuses sont disposées verticalement. Cette grande cavité peut être fermée soit avec 2 autres plaques creuses constituées d'appareils détecteurs, soit avec des matériaux non détecteurs. In multilayer cavities of superimposed detector apparatus, detector apparatus and moderator layers are stacked on the base structure of the large cavity made of polyethylene or polypropylene or steel. More particularly, each neutron detection apparatus, hereinafter referred to as a detector, is a thin parallelepiped box, similar to a hollow plate. 4 hollow plates delimit a said large parallelepiped cavity open, that is to say without bottom or cover when said hollow plates are arranged vertically. This large cavity can be closed either with 2 other hollow plates consisting of detectors or with non-detecting materials.
L'invention se rapporte également à un procédé de dépôt d'une couche solide de bore sur un support constitué de préférence d'une dite paroi ou surface pour la préparation d'une dite paroi ou surface recouverte d'une dite couche solide borée d'un appareil de détection de neutrons selon l'invention, ce procédé comportant les étapes suivantes : a) préparation de nanoparticules de bore de granulométrie inférieure à 0,8 μιτι, de préférence inférieure à 0,3 μιτι ; b) fabrication d'une suspension borée par mise en suspension des nanoparticules de bore dans un solvant volatil de préférence de l'eau, éthanol ou acétone, et de préférence encore ajout d'un agent tensioactif ; c) dépôt ou projection sur ledit support d'un film liquide de ladite suspension borée ; et d) séchage de ladite suspension borée, notamment par chauffage. The invention also relates to a method of depositing a solid boron layer on a support preferably consisting of a said wall or surface for the preparation of a said wall or surface covered with a said borated solid layer. a neutron detection apparatus according to the invention, this method comprising the following steps: a) preparation of boron nanoparticles with particle size less than 0.8 μιτι, preferably less than 0.3 μιτι; b) producing a borated suspension by suspending the boron nanoparticles in a volatile solvent, preferably water, ethanol or acetone, and more preferably adding a surfactant; c) depositing or projecting on said support a liquid film of said borated suspension; and d) drying said borated suspension, in particular by heating.
Le procédé de dépôt d'une couche de bore selon l'invention est donc utile pour la préparation d'un appareil de détection selon l'invention et plus particulièrement pour la préparation d'une dite paroi principale ou dite paroi intercalaire d'un dit appareil de détection selon l'invention.
Ce procédé vise à réaliser des couches solides de bore présentant une épaisseur (ou densité surfacique) faible et maîtrisée, dans le but d'ajuster le détecteur à l'optimum choisi, entre rendement et pertes de neutrons. L'étape a) de préparation des nanoparticules de bore est particulièrement avantageuse en ce qu'elle permet de réaliser les nanoparticules de bore de granulométrie inférieure à 0,8 μιτι, de préférence inférieure à 0,3 μιτι, sachant que les poudres de bore disponibles dans le commerce ont actuellement une granulométrie autour de 30 μιτι, et que le bore est particulièrement dur (juste au- dessous du diamant dans l'échelle des duretés), donc difficile à broyer. The method for depositing a boron layer according to the invention is therefore useful for the preparation of a detection apparatus according to the invention and more particularly for the preparation of a said main wall or so-called intermediate wall of a said detection apparatus according to the invention. This process aims at producing solid boron layers having a low and controlled thickness (or surface density), in order to adjust the detector to the chosen optimum, between yield and neutron losses. Stage a) of preparation of the boron nanoparticles is particularly advantageous in that it makes it possible to produce boron nanoparticles with a particle size of less than 0.8 μιτι, preferably less than 0.3 μιτι, knowing that the boron powders commercially available currently have a particle size around 30 μιτι, and boron is particularly hard (just below the diamond in the scale of hardness), so difficult to grind.
A l'étape b, la caractéristique recherchée pour le solvant volatile est l'évaporation aisée, l'acétone étant meilleure de ce point de vue que l'éthanol, et l'eau moins volatile, mais plus inoffensive. A l'étape b, l'ajout un agent tensioactif, notamment dans une proportion inférieure à 5 % de la masse de bore, permet d'assurer un dépôt homogène et d'améliorer l'adhérence des nanoparticules sur la surface du support. In step b, the desired characteristic for the volatile solvent is easy evaporation, acetone being better from this point of view than ethanol, and water less volatile, but more harmless. In step b, the addition of a surfactant, especially in a proportion of less than 5% of the mass of boron, makes it possible to ensure homogeneous deposition and to improve the adhesion of the nanoparticles to the surface of the support.
De préférence, aux étapes c) et d), on chauffera préalablement le support, puis on projettera la suspension borée sur ce support chaud, de manière à ce qu'elle sèche quasi immédiatement, sans que la suspension borée n'ait le temps de couler latéralement. Preferably, in steps c) and d), the support is heated beforehand, then the borated suspension is thrown on this hot support, so that it dries almost immediately, without the borated suspension having time to dry. flow laterally.
Dans une réalisation particulière de ce procédé, l'étape a) de préparation des nanoparticules de bore comporte les étapes suivantes de : a-1) synthèse d'un composé intermétallique bore/lithium (LiB) par réaction d'un mélange de bore et de lithium dans un réacteur, de préférence sous vide et sous un chauffage de l'ordre de 650°C voir plus loin notamment pendant 6 heures ; et
a-2) transfert et hydrolyse du composé intermétallique bore/lithium afin de réaliser des nanoparticules de bore, de préférence par immersion dans un bain contenant de l'eau à température ambiante, sous atmosphère de gaz neutre tel que de l'argon ; et a-3) séparation des nanoparticules de bore, notamment par filtration et/ou centrifugation, avec les autres composés issus de la réaction d'hydrolyse. In a particular embodiment of this process, step a) of preparation of the boron nanoparticles comprises the following steps of: a-1) synthesis of a boron / lithium (LiB) intermetallic compound by reaction of a mixture of boron and lithium in a reactor, preferably under vacuum and under heating of the order of 650 ° C see further especially for 6 hours; and a-2) transfer and hydrolysis of the intermetallic boron / lithium compound in order to produce boron nanoparticles, preferably by immersion in a bath containing water at room temperature, under a neutral gas atmosphere such as argon; and a-3) separation of the boron nanoparticles, in particular by filtration and / or centrifugation, with the other compounds derived from the hydrolysis reaction.
De préférence, selon autre caractéristique du procédé : Preferably, according to another characteristic of the process:
- à l'étape a-1) la proportion de bore dans le mélange bore lithium introduit dans ledit réacteur est compris entre 39 et 50%, et in step a-1) the proportion of boron in the lithium boron mixture introduced into said reactor is between 39 and 50%, and
- à l'étape a-2) on réalise un barbotage de gaz neutre de préférence d'argon dans le bain d'hydrolyse. in step a-2, neutral gas, preferably argon, is bubbled into the hydrolysis bath.
Plus particulièrement à l'étape a-1), le composé intermétallique bore/lithium ainsi synthétisé a une formule chimique approximative ϋι,οθΒ, et se présente sous la forme d'une éponge, l'excès de lithium emplissant les pores de l'éponge et protégeant l'alliage de l'oxydation lors de l'ouverture du réacteur. More particularly in step a-1), the intermetallic boron / lithium compound thus synthesized has an approximate chemical formula ϋι, οθΒ, and is in the form of a sponge, the excess of lithium filling the pores of the sponge and protecting the alloy from oxidation when opening the reactor.
Plus particulièrement encore, à l'étape a-2), après refroidissement du réacteur, on ouvre le réacteur et on verse l'alliage dans un bain d'eau froide, ce qui conduit à une hydrolyse de l'alliage bore/lithium afin de réaliser des nanoparticules de bore. Cette réaction d'hydrolyse spontanée et exothermique avec l'eau est la suivante : LixB + xH20 → B + xLiOH + x/2H2 + traces de différents boranes. More particularly, in step a-2), after cooling the reactor, the reactor is opened and the alloy is poured into a cold water bath, which leads to hydrolysis of the boron / lithium alloy to to make nanoparticles of boron. This spontaneous and exothermic hydrolysis reaction with water is as follows: LixB + xH 2 0 → B + xLiOH + x / 2H 2 + traces of different boranes.
A l'étape a-3), on réalise la séparation des nanoparticules de bore, afin d'éliminer les espèces collatérales et non désirables issues de la réaction de la synthèse des nanoparticules de bore tels que LiOH, et boranes. In step a-3), the separation of the boron nanoparticles is carried out in order to eliminate the collateral and undesirable species resulting from the reaction of the synthesis of boron nanoparticles such as LiOH and boranes.
Dans un mode préféré de réalisation, à l'étape a2) on utilise avantageusement un bain contenant de l'eau et un agent dispersant,
notamment à une concentration massique de 50 à 1000 ppm, pour limiter la croissance des nanoparticules de bore, de sorte que l'on obtienne des nanoparticules de bore dont la grande dimension moyenne se situe entre 250 et 800 nanomètres. On utilisera plus particulièrement un agent dispersant anionique de la société COATEX sous la référence GXCE ou encore un agent dispersant couplé d'un agent tensioactif non ionique de type polypropylène-polyoxyéthylène. L'agent dispersant permet de réduire quelque peu la taille des particules (facteur 2), mais l'absence totale d'agent dispersant aboutit à la production de particules de taille encore acceptable en quantité suffisante. In a preferred embodiment, in step a2) a bath containing water and a dispersing agent is advantageously used. in particular at a mass concentration of 50 to 1000 ppm, to limit the growth of boron nanoparticles, so that one obtains boron nanoparticles whose large average size is between 250 and 800 nanometers. More particularly, an anionic dispersing agent from COATEX under the reference GXCE or a dispersing agent coupled with a nonionic surfactant of the polypropylene-polyoxyethylene type will be used. The dispersing agent makes it possible to reduce the particle size somewhat (factor 2), but the total absence of dispersing agent results in the production of particles of still acceptable size in sufficient quantity.
Plus particulièrement, à l'issue de l'étape a-3) lesdites nanoparticules de bore présentent une taille de 250 à 800 nm et lesdites nanoparticules sont des particules poreuses, plus particulièrement d'une porosité d'environ 50%. Plus particulièrement encore, ces nanoparticules sont constituées d'un enchevêtrement de fils, feuillets ou lamelles de plus petites dimensions. More particularly, at the end of step a-3) said boron nanoparticles have a size of 250 to 800 nm and said nanoparticles are porous particles, more particularly with a porosity of about 50%. More particularly, these nanoparticles consist of an entanglement of wires, sheets or lamellae of smaller dimensions.
Du fait que les nanoparticules sont poreuses, leur taille en « équivalent bore massif » doit être diminuée proportionnellement à leur porosité. Ainsi, pour une porosité de 50% les nanoparticules ont une granulométrie effective en équivalent bore massif inférieure à 0,4 pm. Because the nanoparticles are porous, their size in "solid boron equivalent" must be decreased in proportion to their porosity. Thus, for a porosity of 50%, the nanoparticles have an effective particle size in solid boron equivalent less than 0.4 μm.
Enfin, le procédé peut comprendre une dernière étape de contrôle de la quantité de nanoparticules de bore déposées sur le support par pesée différentielle. Finally, the method may comprise a last step of controlling the amount of boron nanoparticles deposited on the support by differential weighing.
Le nouveau procédé de fabrication et de dépose de dite nanoparticules de bore selon l'invention présente un rendement de production de dites nanoparticules de bore (ci-après « NPB ») d'au moins 80 %, voire d'au moins 90 %. Après avoir réalisé de nombreux essais se soldant par un rendement déplorable (<30 %), les inventeurs
ont pu obtenir des rendements de l'ordre de 90 % et plus grâce notamment aux caractéristiques suivantes : The new process for manufacturing and depositing said boron nanoparticles according to the invention has a production yield of said boron nanoparticles (hereinafter "NPB") of at least 80%, or even at least 90%. After having carried out numerous tests resulting in a deplorable yield (<30%), the inventors were able to obtain returns of the order of 90% and more, thanks in particular to the following characteristics:
- Transfert du réacteur de la synthèse de l'étape a-1) à celui de l'hydrolyse de l'étape a-2) sous atmosphère inerte, et conservation de cette atmosphère inerte dans le ciel du réacteur d'hydrolyse, laquelle atmosphère évite les oxydations parasites du composé intermétallique LiB au contact de l'oxygène de l'air, et - Transfer of the reactor from the synthesis of step a-1) to that of the hydrolysis of step a-2) under an inert atmosphere, and conservation of this inert atmosphere in the sky of the hydrolysis reactor, which atmosphere avoids parasitic oxidation of the intermetallic compound LiB in contact with oxygen in the air, and
- Une limitation à moins de 50 % de la proportion massique du lithium lors de la réaction Li-B de l'étape a-1). Le lithium excédentaire (par rapport à la stoechyométrie LiB correspondant à une teneur en lithium de 39 % en masse) se place dans les interstices de l'enchevêtrement de nanofils de composé intermétallique de LiB, et protège le LiB de l'oxydation. Les inventeurs ont découvert qu'un excès de Li n'est pas favorable au rendement de production de NPB et que le dégagement d'hydrogène lors de l'hydrolyse du Li favorise la production de boranes, au détriment de celle de NPB. - A limitation to less than 50% of the mass proportion of lithium during the Li-B reaction of step a-1). The excess lithium (with respect to the LiB stoichiometry corresponding to a lithium content of 39% by mass) is placed in the interstices of the entanglement of nanowires of LiB intermetallic compound, and protects the LiB from oxidation. The inventors have discovered that an excess of Li is not favorable to the production yield of NPB and that the release of hydrogen during the hydrolysis of Li promotes the production of boranes, to the detriment of that of NPB.
- Un barbotage par un gaz neutre tel que l'argon lors de l'hydrolyse, permet d'entraîner l'hydrogène, et d'éviter la formation de boranes. D'autres procédés connus de dépôt d'une couche solide de bore sur un support sont envisageables, tels que : dépôt par pulvérisation cathodique décrit plus loin dans la description, dépôt en phase vapeur : vaporisation de bore 10, puis condensation sur le support, dépôt par dissociation de boranes (composés gazeux de bore et d'hydrogène, explosif). - Sparging with a neutral gas such as argon during hydrolysis, allows to drive hydrogen, and avoid the formation of boranes. Other known methods for depositing a solid boron layer on a support are conceivable, such as: sputter deposition described later in the description, vapor deposition: vaporization of boron 10, then condensation on the support, dissociation deposition of boranes (gaseous compounds of boron and hydrogen, explosive).
Le nouveau procédé de dépôt de nanoparticules selon l'invention présente l'avantage d'économiser la matière première (pertes de moins
de 10 % contre plus de 80 %) dont le prix est de l'ordre de 50€/g. Pour l'ensemble de mesure avec une efficacité de 40 % décrit en exemple, si les pertes en bore 10 sont de 80 %, le coût de la matière première bore 10 sera de 90 000€, contre 23 000€ avec les nanoparticules. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, de plusieurs exemples de mise en œuvre non limitatifs, faite en référence aux figures annexées dans lesquelles : The novel process for depositing nanoparticles according to the invention has the advantage of saving the raw material (losses less 10% against more than 80%) whose price is around 50 € / g. For the measurement set with an efficiency of 40% described as an example, if the boron losses 10 are 80%, the cost of the raw material boron 10 will be 90 000 €, against 23 000 € with the nanoparticles. Other features and advantages of the present invention will appear on reading the following detailed description of several nonlimiting exemplary embodiments, with reference to the appended figures in which:
- La figure 1 représente une vue schématique d'un appareil de détection selon l'invention présenté schématiquement comme une plaque creuse parallélépipédique. - Figure 1 shows a schematic view of a detection apparatus according to the invention shown schematically as a parallelepiped hollow plate.
- La figure 1A illustre schématiquement une coupe longitudinale selon le plan yOz d'un appareil de détection de neutrons connu dont l'enceinte 2 est parallélépipédique comme sur la figure 1. - La figure 2, déjà commentée, illustre schématiquement trois phénomènes distincts d'émission d'une particule alpha pouvant apparaître dans un appareil de détection de neutrons du type compteur proportionnel à gaz. - Figure 1A schematically illustrates a longitudinal section along the yOz plane of a known neutron detection apparatus whose chamber 2 is parallelepiped as in Figure 1. - Figure 2, already commented, schematically illustrates three distinct phenomena of emission of an alpha particle that can appear in a neutron detection apparatus of the gas proportional counter type.
- La figure 3, déjà commentée, illustre schématiquement l'émission de particules alpha et 7Li à l'opposé l'une de l'autre dans un appareil de détection de neutrons du type compteur proportionnel à gaz. - Figure 3, already commented, schematically illustrates the emission of alpha and 7 Li particles opposite to each other in a neutron detection apparatus of the proportional counter type gas.
- La figure 4 illustre schématiquement un appareil de détection de neutrons selon l'invention constitué d'une plaque parallélépipédique creuse comme représentée figure 1 mais vu depuis une paroi latérale 26a c'est-à-dire dans le plan yOz. La figure 4 n'est pas stricto insu une coupe dans le plan yOz car le point d'entrée 2a dans le premier étage 20-1 de la cavité 20 est positionné à un premier angle entre les parois latérales 25a et 26a tandis que la borne 33-1 est éloignée de 2a dans la direction Ox tel que montré figure 4B.
- La figure 4A représente une vue en coupe selon AA dans un plan xOz perpendiculaire médian du dispositif de la figure 4. FIG. 4 schematically illustrates a neutron detection apparatus according to the invention consisting of a hollow parallelepipedal plate as represented in FIG. 1 but seen from a side wall 26a, that is to say in the yOz plane. FIG. 4 is not stricto-blind a section in the plane yOz because the entry point 2a in the first stage 20-1 of the cavity 20 is positioned at a first angle between the side walls 25a and 26a while the terminal 33-1 is away from 2a in the Ox direction as shown in FIG. 4B. FIG. 4A represents a sectional view along AA in a median perpendicular plane xOz of the device of FIG. 4.
- La figure 4B représente une vue dans un plan xOy du premier étage 20-1 du dispositif de la figure 4. - La figure 5 illustre schématiquement un autre appareil de détection de neutrons conforme à l'invention vu depuis une dite deuxième paroi latérale 26a dans le plan yOz d'un appareil parallélépipédique de la figure 1. FIG. 4B represents a view in a plane xOy of the first stage 20-1 of the device of FIG. 4; FIG. 5 schematically illustrates another neutron detection apparatus according to the invention seen from a said second side wall 26a. in the plane yOz of a parallelepipedic apparatus of FIG.
Il faut noter que, pour une représentation plus claire, l'épaisseur selon Oz, c'est-à-dire la largeur des parois latérales 25 et 26 sur les figures 4 et 5 a été dilatée par rapport à leurs dimensions selon Ox et Oy, car les dimensions typiques de ces parois sont de : 1 m x 0,7 m dans le plan xOy, et une épaisseur selon Oz de 4 cm pour l'appareil de la figure 4 et 6 cm pour l'appareil de la figure 5. II faut également noter que les axes Ox et Oy peuvent être intervertis pour ce qui concerne l'orientation de l'anode. L'orientation des créneaux de l'anode peut être dans la direction Ox comme représenté figure 4B ou autrement selon la direction Oy sans incidence quant au rendement de l'appareil de détection. - La figure 6 est un graphe représentant la variation du rendement et des pertes dans une paire de couches solides de bore en fonction de la densité surfacique de cette couche. It should be noted that, for a clearer representation, the thickness according to Oz, that is to say the width of the side walls 25 and 26 in Figures 4 and 5 has been expanded relative to their dimensions according Ox and Oy because the typical dimensions of these walls are: 1 mx 0.7 m in the xOy plane, and a thickness according to Oz of 4 cm for the apparatus of Figure 4 and 6 cm for the apparatus of Figure 5. It should also be noted that the Ox and Oy axes can be inverted as regards the orientation of the anode. The orientation of the slots of the anode may be in the direction Ox as shown in FIG. 4B or otherwise in the direction Oy without affecting the efficiency of the detection apparatus. FIG. 6 is a graph showing the variation of the yield and losses in a pair of solid boron layers as a function of the surface density of this layer.
- La figure 7 illustre schématiquement, en coupe horizontale, un dispositif de mesure 5 de neutrons pour un fût de déchets radioactifs 6, où ce dispositif de mesure 5 est équipé de quatre appareils de détection conformes à l'invention 1, la-lb sous forme de plaque creuse parallélépipédique de la figure 1 disposée verticalement. FIG. 7 schematically illustrates, in horizontal section, a neutron measuring device for a radioactive waste drum 6, in which this measuring device 5 is equipped with four detection devices according to the invention 1, la-lb under parallelepiped hollow plate form of Figure 1 arranged vertically.
- Les figures 7a et 7b sont des vues schématiques de mode de disposition des plaques la et lb entre elles selon la figure 7.
- La figure 8 représente une photographie de nanoparticule de bore 60 selon l'invention. FIGS. 7a and 7b are diagrammatic views of the arrangement of plates 1a and 1b between them according to FIG. FIG. 8 represents a photograph of boron nanoparticle 60 according to the invention.
- La figure 9 illustre schématiquement une étape d'un procédé connu de dépôt d'une couche solide de bore sur un support par pulvérisation cathodique. - Figure 9 schematically illustrates a step of a known method of depositing a solid layer of boron on a support by sputtering.
Exemple 1 : nouveau procédé de préparation de nanoparticule de bore (NPB) et de dépôt sur une plaque d'aluminium. Example 1: New process for the preparation of boron nanoparticle (NPB) and deposition on an aluminum plate.
Le bore élémentaire, d'isotopie naturelle ou enrichi en bore 10, est disponible dans le commerce sous forme de poudre de granulométrie autour de 30 μιτι. Elemental boron, of natural isotopy or enriched with boron 10, is commercially available in powder form with a particle size around 30 μιτι.
1. Méthodes habituelles de préparation de nano particules de bore : 1. Usual methods of preparation of boron nanoparticles:
Les boranes B2H6, B4Hi0 sont gazeux à pression ordinaire, B5H9, B5H11 et B6Hio sont des liquides volatils, Bi0Hi4 est solide. Il est à noter que tous les boranes sont inflammables et les plus légers d'entre eux dont le diborane, extrêmement toxique, réagissent spontanément avec l'air, souvent de façon explosive (éclair vert). Les méthodes habituelles de production de nano particules de bore utilisent les décompositions à haute température du diborane B2H6, ou de la vapeur du décaborane B10H14 transportée sous argon dans un tube de quartz chauffé à 900°C. D'autre part des nanofils de bore ont été obtenus par pulvérisation (RF magnetron sputtering) de bore pur (99.9 %). Boranes B 2 H 6 , B 4 H 0 are gaseous at ordinary pressure, B 5 H 9 , B 5 H 11 and B 6 H 10 are volatile liquids, Bi 0 H 4 is solid. It should be noted that all boranes are flammable and the lightest of them, including the extremely toxic diborane, react spontaneously with air, often explosively (green flash). The usual methods of producing boron nanoparticles use the high temperature decompositions of diborane B 2 H 6 , or the decarbonated vapor B 10 H 14 transported under argon in a quartz tube heated to 900 ° C. On the other hand, boron nanowires were obtained by sputtering (RF magnetron sputtering) of pure boron (99.9%).
2. Nouvelle méthode de préparation de NPB à partir d'un alliage lithium-bore : 2.1 Protocole de préparation de l'alliage LiB : Un lingot, alliage à2. New method for the preparation of NPB from a lithium-boron alloy: 2.1 Protocol for the preparation of the LiB alloy: an ingot, alloy with
70% en poids de lithium est préparé à partir de lithium très pur (99,94%) de la société Cogema et de bore de pureté 98%, granulométrie 44 μιτι de la société Alfa Aesar. La réaction est effectuée en tube d'acier inoxydable scellé sous argon. Ce dernier est chauffé
dans un four horizontal, sous agitation rotative. La montée en température, de l'ambiante à 650°C , s'effectue en quatre heures. Deux réactions exothermiques se produisent, l'une à 377°C correspondant à la formation du composé LiB5, l'autre à 550°C, correspondant à la formation du composé LiB (~ Lii,0e B) et à sa cristallisation instantanée sous la forme d'un lingot d'une matrice fibreuse réfractaire de type éponge (qui ne fond pas en dessous de 1000°C) et de surcroît poreuse qui emprisonne l'excès de lithium. Si le composé LiB pur (39% en poids de Li) est pyrophorique et ne peut être manipulé à l'air, le lingot riche en lithium (70%) peut être utilisé sans inconvénient hormis celui d'oxyder très modérément le lithium protecteur. A la fin ces expérimentations, les inventeurs ont préparé des lingots à 50% en poids de lithium qui restent encore relativement inertes à l'air. En travaillant dans une atmosphère d'argon, on évite l'oxydation du lithium et une éventuelle explosion lors du transfert du LiB d'un tube à la solution aqueuse de l'étape 3.2 ci-après. 70% by weight of lithium is prepared from very pure lithium (99.94%) of the company Cogema and boron of purity 98%, granulometry 44 μιτι of the company Alfa Aesar. The reaction is carried out in stainless steel tube sealed under argon. The latter is heated in a horizontal oven, with rotary stirring. The rise in temperature, from ambient to 650 ° C, takes place in four hours. Two exothermic reactions occur, one at 377 ° C corresponding to the formation of the compound LiB 5 , the other at 550 ° C, corresponding to the formation of the compound LiB (~ Lii, 0 e B) and its instant crystallization in the form of an ingot of a fibrous fibrous matrix type sponge (which does not melt below 1000 ° C) and moreover porous which traps the excess lithium. If the pure LiB compound (39% by weight of Li) is pyrophoric and can not be handled in air, the lithium-rich ingot (70%) can be used without inconvenience except that of very mildly oxidizing the protective lithium. At the end of these experiments, the inventors have prepared ingots with 50% by weight of lithium which still remain relatively inert in air. Working in an argon atmosphere avoids the oxidation of lithium and a possible explosion when transferring the LiB from a tube to the aqueous solution of step 3.2 below.
3.2 Protocole d'obtention des nano particules de bore : 3.2 Protocol for obtaining boron nanoparticles:
Une hydrolyse est réalisée dans de l'eau distillée qui contient un Hydrolysis is carried out in distilled water which contains a
® ®
dispersant anionique COATEX GXCE ou encore un agent tensioactif de type polypropylène-polyoxyethylene en très faible quantité (50 à 1000 ppm). L'alliage LiB produit du bore élémentaire sous forme amorphe (noir-marron), de l'hydroxyde de lithium (LiOH), réaction inévitablement accompagnée d'un dégagement d'hydrogène et de traces de boranes. Au contact de la solution aqueuse lithiée de pH élevé, la majeure partie de ces boranes est transformée en borate de lithium, le reste se dilue dans l'atmosphère et est reconnaissable à son odeur très désagréable. COATEX GXCE anionic dispersant or a polypropylene-polyoxyethylene type surfactant in a very small amount (50 to 1000 ppm). The LiB alloy produces elemental boron in amorphous form (black-brown), lithium hydroxide (LiOH), reaction inevitably accompanied by a release of hydrogen and traces of boranes. In contact with the lithiated aqueous solution of high pH, most of these boranes is converted into lithium borate, the rest is diluted in the atmosphere and is recognizable by its very unpleasant odor.
L'hydrolyse de LiB doit être effectuée sous argon avec un très fort barbotage permanent dans la solution contenant un dispersant. Les premières 26 expériences ont été effectuées en utilisant l'alliage à 70% en poids de lithium et 30% de Bore, et ont donné un rendement limité. Seulement 20-28% du bore initial est converti en nano particules. Alors
que l'alliage à 50% de Li a un rendement d'au moins 80%. L'évacuation des molécules d'hydrogène qui se libèrent lors de la réaction d'hydrolyse de Li B dans l'eau, par l'azote ou argon gazeux (barbotage violent) a permis d'obtenir l'efficacité de la conversion de Li B en NBP supérieure à 80% voire à 90%. The hydrolysis of LiB must be carried out under argon with a very strong permanent bubbling in the solution containing a dispersant. The first 26 experiments were carried out using the 70 wt.% Lithium and 30% boron alloy, and gave a limited yield. Only 20-28% of the initial boron is converted to nano particles. So that the 50% Li alloy has a yield of at least 80%. The evacuation of the hydrogen molecules that are released during the hydrolysis reaction of Li B in water, with nitrogen or argon gas (violent bubbling) has made it possible to obtain the efficiency of the conversion of Li B in NBP greater than 80% or even 90%.
2.5 Protocole de séparation de NPB de la solution basique aqueuse : 2.5 Protocol for separating NPB from the aqueous basic solution:
La réaction d'hydrolyse dure environ 30 à 40 minutes sous un fort barbotage à l'argon. Une fois la réaction finie, la séparation de NPB se fait par une centrifugation Pour obtenir de bons résultats de pureté de NPB (et surtout éliminer des ions Li) il faut répéter le lavage au moins trois fois. Le dernier lavage se fait dans l'éthanol. The hydrolysis reaction takes about 30 to 40 minutes under a strong argon bubbling. Once the reaction is finished, the separation of NPB is by centrifugation To obtain good results of purity of NPB (and especially to eliminate Li ions) it is necessary to repeat the washing at least three times. The last wash is in ethanol.
On peut alternativement et avantageusement utiliser de l'acétone à la place de l'éthanol. 2.6 Evaluation quantitative d'efficacité réactionnelle s'effectue par le séchage de NPB de la suspension en éthanol. Acetone can alternatively and advantageously be used in place of ethanol. 2.6 Quantitative evaluation of reaction efficiency is carried out by drying NPB of the suspension in ethanol.
Les NPB ont été séchées à l'étuve réglée à 80°C. Après l'évacuation totale de l'éthanol, la pesée de NPB s'effectue à température ambiante et après avoir obtenu l'équilibre entre les NPB et la vapeur d'eau ambiante. Les particules de NPB 60 obtenues sont représentées sur la figure 8. The NPBs were dried in an oven set at 80 ° C. After complete evacuation of the ethanol, the NPB is weighed at room temperature and after the equilibrium between the NPBs and the ambient water vapor has been reached. The particles of NPB 60 obtained are shown in FIG. 8.
2.7 Analyses chimiques des NPB 2.7 NPB Chemical Analyzes
Les analyses chimiques effectuées sur 5 différents échantillons montrent que la quantité de Bore dans la masse d'une NPB est au moins de 92% (sous forme de bore élémentaire ou d'oxyde de bore). The chemical analyzes carried out on 5 different samples show that the amount of boron in the mass of a NPB is at least 92% (in the form of elemental boron or boron oxide).
2.8 Dépôt de NPB sur les deux surfaces de 3 plaques d'aluminium destinées à constituer des parois intercalaires 4 d'appareil de détection décrit à l'exemple 2, et sur une face de chacune des 2 parois principales 22a et 22b de l'appareil de détection 1 décrit à l'exemple 2.
Avant dépôt de particules de NPB sur la surface d'aluminium, on a dégraissé les plaques d'aluminium par le traitement à l'acétone et par la suite elles ont été conservées dans l'éthanol pur. 2.8 Deposition of NPB on the two surfaces of 3 aluminum plates intended to form intersecting walls 4 of detection apparatus described in Example 2, and on one side of each of the two main walls 22a and 22b of the apparatus Detection 1 described in Example 2. Prior to deposition of NPB particles on the aluminum surface, the aluminum plates were degreased by the acetone treatment and subsequently they were stored in pure ethanol.
Avant dépôt, les plaques ont été séchées à 80° C. Sur les plaques encore à température relativement élevée, les NPB ont été délayées à la main en utilisant une pipette. Il faut remarquer qu'avant dépôt, les NPB ont été soniquées pendant 30 minutes. Une fois le dépôt réalisé, l'évaporation d'éthanol de la surface d'aluminium étant finie, la quantité de NPB a été estimée par pesée à une densité surfacique de 0,2 mg/cm2, l'homogénéité de l'épaisseur de dépôt a été estimée par microscopie MEB à ±15%. Prior to deposition, the plates were dried at 80 ° C. On the still relatively high temperature plates, the NPBs were manually stirred using a pipette. It should be noted that before deposit, the NPBs were sonicated for 30 minutes. Once the deposition was carried out, the evaporation of ethanol from the aluminum surface being finished, the amount of NPB was estimated by weighing at a density of 0.2 mg / cm 2 , the homogeneity of the thickness. deposition was estimated by SEM microscopy to ± 15%.
Ladite couche de NPB comprenait une teneur en masse de bore 10 d'environ 87,4% (le bore utilisé étant un bore enrichi à 95% en bore 10). Les particules NPB présentaient une taille de 250 à 800 μιτι et une porosité d'environ 50%, étant constituées d'enchevêtrements de fils, feuillets ou lamelles de plus petites dimensions. Said NPB layer comprised a boron mass content of about 87.4% (boron used being 95% boron-enriched boron 10). The NPB particles had a size of 250 to 800 μιτι and a porosity of about 50%, consisting of entanglements of threads, sheets or lamellae of smaller dimensions.
3. Procédé de dépôt par pulvérisation cathodique 3. Sputtering deposition method
Un second procédé de dépôt d'une couche solide de bore sur un support, dit de pulvérisation cathodique, comporte les étapes suivantes en référence à la figure 9 : on place une cible 7, à savoir un bloc de bore 10, dans un réacteur 8 contenant un gaz neutre tel que de l'argon ; on applique une différence de potentiel entre la cible 7 et les parois du réacteur 8 au sein d'une atmosphère raréfiée permettant la création d'un plasma froid. A second method of deposition of a solid boron layer on a support, called cathode sputtering, comprises the following steps with reference to FIG. 9: a target 7, namely a boron block 10, is placed in a reactor 8 containing a neutral gas such as argon; a potential difference is applied between the target 7 and the reactor walls 8 in a rarefied atmosphere allowing the creation of a cold plasma.
Sous l'effet du champ électrique, les espèces positives du plasma (ions d'argon) se trouvent attirées par la cathode (cible 7 en bore 10) et entrent en collision avec cette dernière. Leur impact, provoque ainsi la pulvérisation des atomes de la cible sous forme de particules neutres
qui se condensent sur le support 9 formant ainsi une couche solide de bore 10 sur ce support 9. Under the effect of the electric field, the positive species of the plasma (argon ions) are attracted to the cathode (target 7 boron 10) and collide with it. Their impact, thus causing atomic targets to be atomized as neutral particles which condense on the support 9 thus forming a solid boron layer 10 on this support 9.
Exemple 2 : appareil de détection de neutrons selon l'invention Example 2 Neutron Detection Apparatus According to the Invention
En référence aux figures 1 à 5 et 7, un appareil de détection de neutrons 1 conforme à l'invention est du type compteur proportionnel à gaz et comporte : une enceinte 2 formant cathode et délimitant intérieurement une cavité 20 fermée et remplie d'un gaz, tel qu'un mélange gazeux Argon (Ar) / Dioxyde de carbone (C02) en proportion 90 / 10 ; et - un dispositif formant anode 3 s'étendant en partie à l'intérieur de ladite enceinte 2, autrement dit à l'intérieur de ladite cavité 20 tel que décrit plus loin. L'anode est un fil métallique (typiquement tungstène) de petit diamètre (moins de 100 μιτι). With reference to FIGS. 1 to 5 and 7, a neutron detection apparatus 1 according to the invention is of the gas proportional counter type and comprises: an enclosure 2 forming a cathode and internally delimiting a closed cavity 20 filled with a gas , such as an Argon (Ar) / carbon dioxide (CO 2) gaseous mixture in a proportion of 90:10; and an anode device 3 extending partly inside said enclosure 2, in other words inside said cavity 20 as described below. The anode is a wire (typically tungsten) of small diameter (less than 100 μιτι).
L'enceinte 2 est réalisée avec des plaques rigides, c'est-à-dire des surfaces planes pleines, constituées dans un matériau dont le numéro atomique est inférieur à 20, de préférence dans un matériau métallique comme par exemple en aluminium, et comporte : un corps creux 21 formé par une enceinte 2 parallélépipédique à 6 faces présentant deux parois principales 22a, 22b planes et parallèles entre elles, s'étendant selon un plan xOy, ces parois principales 22a 22b présentant respectivement des surfaces internes 23 planes, parallèles entre elles et recouvertes chacune d'une couche solide de bore 24 tel que décrit à l'exemple 1 ; deux premières parois latérales 25a et 25b relient les bords opposés des parois principales 22a et 22b en vis-à-vis dans la direction Oy, s'étendant selon un plan xOz, et deux deuxièmes parois latérales 26a et 26b relient les bords opposés des parois principales 22a 22b dans la direction Ox, lesdites parois latérales 26a et 26b s'étendant dans des plans yOz.
Sur les figures 4, 4A et 4B, l'appareil de détection de neutrons 1 comprend 2 parois intercalaires 4, 4a-4b, formant cathode, fixées sur l'enceinte 2 et s'étendant à l'intérieur de l'enceinte 2, autrement dit à l'intérieur de la cavité 20, de façon parallèle aux parois principales 22a et 22b et à leurs surfaces internes 23 du corps creux 21. La ou chaque paroi intercalaire 4 présente deux surfaces planes et opposées 40 en regard des surfaces internes 23 respectives des parois principales 22a et 22b du corps creux 21, où chaque surface plane 40 est recouverte d'une couche solide de bore 44. Sur la figure 5, l'appareil comporte 6 parois intercalaires 4. The enclosure 2 is made with rigid plates, that is to say solid flat surfaces, made of a material whose atomic number is less than 20, preferably in a metallic material such as aluminum, and comprises a hollow body 21 formed by a parallelepipedal enclosure 6 with 6 faces having two main walls 22a, 22b planar and parallel to each other, extending along a plane xOy, these main walls 22a 22b respectively having flat internal surfaces 23, parallel between they and each covered with a solid layer of boron 24 as described in Example 1; two first side walls 25a and 25b connect the opposite edges of the main walls 22a and 22b vis-à-vis in the direction Oy, extending along a plane xOz, and two second side walls 26a and 26b connect the opposite edges of the walls main 22a 22b in the Ox direction, said sidewalls 26a and 26b extending in yOz planes. In FIGS. 4, 4A and 4B, the neutron detection apparatus 1 comprises 2 cathode-shaped intermediate walls 4, 4a-4b, fixed on the chamber 2 and extending inside the chamber 2, in other words inside the cavity 20, parallel to the main walls 22a and 22b and their inner surfaces 23 of the hollow body 21. The or each intermediate wall 4 has two flat and opposite surfaces 40 facing the inner surfaces 23 respective main walls 22a and 22b of the hollow body 21, where each flat surface 40 is covered with a solid layer of boron 44. In Figure 5, the apparatus has 6 intermediate walls 4.
Les surfaces internes 23 des parois 22a et 22b du corps creux 21 et les surfaces planes 40 opposées de la ou chaque paroi intercalaire 4 présentent des dimensions longitudinales (selon Oy) et transversales (selon Ox) supérieures à 20 cm. Dans un exemple d'application, la largeur (selon Ox) est de 70 cm, et la longueur (selon Oy) est de 1 m, afin de construire une cavité acceptant un fût de 200 L avec des marges de manutention. The inner surfaces 23 of the walls 22a and 22b of the hollow body 21 and the opposite flat surfaces 40 of the or each intermediate wall 4 have longitudinal dimensions (along Oy) and transverse dimensions (according to Ox) greater than 20 cm. In one example of application, the width (according to Ox) is 70 cm, and the length (according to Oy) is 1 m, in order to build a cavity accepting a 200 l drum with handling margins.
Lesdites parois principales, parois latérales et parois intercalaires, sont constituées d'une plaque rigide d'épaisseur de 1 à 5 mm pour les parois principales, et de 0,5 à 1 mm pour les parois intercalaires. Said main walls, side walls and intermediate walls, consist of a rigid plate with a thickness of 1 to 5 mm for the main walls, and from 0.5 to 1 mm for the intermediate walls.
Les parois intercalaires 4, 4a, 4b formant cathode et parallèles entre elles, sont régulièrement espacées les unes des autres, autrement dit l'écart entre deux parois intercalaires 4 adjacentes est constant (7 mm), et en outre cet écart est le même entre les parois principales 22a 22b du corps creux 21 et les parois intercalaires 4 directement voisines desdites parois latérales 22. La cavité 20 est ainsi partagée en plusieurs étages ou alvéoles notamment 3 étages 20-1 20-2 et 20-3 sur la figure4. The intercalary walls 4, 4a, 4b forming cathode and parallel to each other, are regularly spaced apart from one another, in other words the distance between two adjacent intermediate walls 4 is constant (7 mm), and furthermore this difference is the same between the main walls 22a 22b of the hollow body 21 and the intermediate walls 4 directly adjacent said side walls 22. The cavity 20 is thus divided into several stages or cells, in particular 3 stages 20-1 20-2 and 20-3 in FIG.
Les parois intercalaires 4 sont pleines et fixées auxdites premières parois latérales 25a et 25b et deuxièmes parois latérales 26a et 26b excepté au niveau de trémies 35. Ces trémies 35 sont réalisées par
découpe partielle des parois intercalaires 4 du côté de leur jonction auxdites premières parois latérales 25a et 25b de façon à permettre le passage du fil de l'anode 3 entre deux étages 20-1 à 20-3 tel que décrit ci-après. Ces trémies ou orifices 35 sont donc délimités d'une part par une paroi 25a ou 25b et d'autre part par un bord libre 40a à l'extrémité de la paroi intercalaire qui lui fait face suite à ladite découpe. The intermediate walls 4 are solid and fixed to said first side walls 25a and 25b and second side walls 26a and 26b except at hoppers 35. These hoppers 35 are made by partial cutting of the spacer walls 4 on the side of their junction with said first side walls 25a and 25b so as to allow the passage of the wire of the anode 3 between two stages 20-1 to 20-3 as described below. These hoppers or orifices 35 are therefore delimited on the one hand by a wall 25a or 25b and on the other hand by a free edge 40a at the end of the intermediate wall which faces it following said cutting.
Les premières parois intercalaires (celles qui font face aux parois principales 22a ou 22b de la cavité 20) ne comportent qu'une seule trémie 35b : dans l'une 4a (figure 4) l'anode entre en 2a depuis l'extérieur de l'enceinte 2 dans l'autre 4b (figure 4) l'anode s'arrête sur un plot isolant 33-2. The first intermediate walls (those that face the main walls 22a or 22b of the cavity 20) have only one hopper 35b: in one 4a (Figure 4) the anode enters 2a from outside the chamber. enclosure 2 in the other 4b (Figure 4) the anode stops on an insulating pad 33-2.
Les parois intercalaires 4 intermédiaires comprennent deux trémies 35a et 35b disposées dans deux angles opposés : opposés diagonalement dans le cas décrit en figure 4B, ou plus généralement à 2 extrémités opposées d'une face 25a, 25b, 26a ou 26b, selon la géométrie du créneau. Le fait que les trémies soient le cas échéant opposées diagonalement résulte du nombre de brins (parties rectilignes selon Oy du fil d'anode dans la figure 4b : 30, 30a) ou nombre de créneaux, à savoir nombre pair ou impair. Sur la figure 4B, la trémie 35b se situe à un premier angle au niveau de la jonction entre les première et deuxième parois latérales 25a et 26a et la trémie 35a se situe à un deuxième angle réalisé par la jonction entre les première et deuxième parois latérales 25b et 26b, car il y a 7 brins 30, 30a, 30b. S'il n'y avait que 6 brins, la trémie 35b serait dans le coin 25a, 26b. The intermediate intermediate walls 4 comprise two hoppers 35a and 35b arranged in two opposite angles: diagonally opposite in the case described in FIG. 4B, or more generally at two opposite ends of a face 25a, 25b, 26a or 26b, depending on the geometry of the niche. The fact that the hoppers are optionally diagonally opposite results from the number of strands (straight portions along Oy of the anode wire in Figure 4b: 30, 30a) or number of slots, namely even or odd number. In FIG. 4B, the hopper 35b is at a first angle at the junction between the first and second side walls 25a and 26a and the hopper 35a is at a second angle formed by the junction between the first and second side walls. 25b and 26b, because there are 7 strands 30, 30a, 30b. If there were only 6 strands, the hopper 35b would be in the corner 25a, 26b.
Tel que représenté sur les figures 4, 4A et 4B, le fil de l'anode 3 rentre dans la cavité 20 au niveau 2a de l'enceinte 2 dans une première paroi latérale 25a à proximité du trièdre du coin réalisé par la jonction des première et deuxième parois latérales 25a et 26a et de la première paroi principale 22a. Une partie 30, 30a du fil parcourt l'étage 20-1 de la cavité entre la première paroi principale 22a et la première paroi
intercalaire 4a suivant une géométrie en créneaux tel que montré sur la figure 4B en réalisant une succession d'allers-retours entre les deux premières parois latérales 25a et 25b. Les parties de fil 30, 30a s'étendant dans la direction Oy entre lesdites premières parois latérales 25a et 25b étant séparées par des parties de fil 36 s'étendant parallèlement et contre lesdites premières parois latérales 25a et 25b en alternance sur une première paroi latérale 25a puis une deuxième première paroi latérale 25b et ainsi successivement dans la direction Oz. Le fil de l'anode arrive ainsi jusqu'à proximité du trièdre du coin opposé diagonalement formé par la jonction entre les deux première et deuxième parois latérales 25b et 26b et la deuxième paroi principale 22b. A chaque fois que le fil de l'anode arrive à proximité d'une dite première ou deuxième paroi latérale 25a 25b, 26a 26b, il est fixé à celle-ci par des bornes 33. Au niveau de la borne 33-1, une partie 32a du fil 3 se dirige à travers une trémie 35b à l'extrémité de la première paroi intercalaire 4a à proximité de la première paroi latérale 25b pour arriver au deuxième étage 20-2 délimité par la première paroi intercalaire 4a et la deuxième paroi intercalaire 4b de la figure 4a. Une partie 31 du fil de l'anode suivant la partie 32a parcourt l'étage 20-2 en créneaux de manière semblable à la représentation de la figure 4B mais pour arriver à l'angle diagonalement opposé entre les parois latérales 25a et 26a en vis-à-vis d'une trémie 35a à l'extrémité de la paroi intercalaire 4b à proximité de la paroi latérale 25a. La partie 32b du fil 3 s'étend dans la direction Oz à travers la trémie 35a pour arriver au dernier étage 20-3. Le fil de l'anode dans sa partie 30b parcourt à nouveau en créneaux le dernier étage 20-3 en alternance entre les parois 25a et 25b dans la direction Ox pour arriver contre la paroi 25b à proximité du trièdre formé par les parois 22b 25b et 26b au niveau d'une borne 33, 33-2. L'anode a donc une géométrie en créneaux dans chaque étage ou alvéole, de manière à balayer l'ensemble de la surface du plan xOy dans cet étage ou alvéole. Les figures 4 et 5 ne montrent pas ces créneaux. Toutefois ce qui est représenté par les brins 30 30a 31 et 30b sur la
figure 4 est la tranche d'un enchaînement de créneaux représenté figure 4b. En d'autre terme, les parties 32a et 32b ne sont pas situées à une même coordonnée x. Le dispositif formant anode 3 est fixé sur les parois d'extrémité 25, 26 de l'enceinte 2 via des pièces d'isolation 33. Dans les modes de réalisation des figures 4, 4A et 4B et 5, le dispositif formant anode 3 est réalisé d'un seul tenant avec les parties 30, 31, 32 d'anode solidaires les une des autres. Toutefois dans une variante non illustrée, le dispositif formant anode 3 est divisé en plusieurs anodes distinctes afin de répondre à des contraintes de limitation de l'électronique et/ou à des applications à fort taux de comptage et/ou à des applications nécessitant la localisation des neutrons. As shown in FIGS. 4, 4A and 4B, the wire of the anode 3 enters the cavity 20 at the level 2a of the enclosure 2 in a first lateral wall 25a near the trihedron of the corner made by the junction of the first and second side walls 25a and 26a and the first main wall 22a. A portion 30, 30a of the wire travels the stage 20-1 of the cavity between the first main wall 22a and the first wall 4a interlayer according to a geometry in crenellated as shown in Figure 4B by performing a succession of back and forth between the two first side walls 25a and 25b. The wire portions 30, 30a extending in the direction Oy between said first side walls 25a and 25b being separated by wire portions 36 extending in parallel and against said first side walls 25a and 25b alternately on a first side wall. 25a and then a second first side wall 25b and thus successively in the direction Oz. The wire of the anode thus arrives near the trihedron of the opposite corner diagonally formed by the junction between the two first and second side walls 25b and 26b and the second main wall 22b. Whenever the anode wire arrives near a said first or second side wall 25a 25b, 26a 26b, it is fixed thereto by terminals 33. At the terminal 33-1, a part 32a of the wire 3 is directed through a hopper 35b at the end of the first intermediate wall 4a near the first side wall 25b to reach the second floor 20-2 delimited by the first intermediate wall 4a and the second intermediate wall 4b of Figure 4a. A portion 31 of the anode wire along the portion 32a travels the stage 20-2 in crenellations in a manner similar to the representation of Figure 4B but to arrive at the diagonally opposite angle between the side walls 25a and 26a screwed a hopper 35a at the end of the intermediate wall 4b near the side wall 25a. Part 32b of the wire 3 extends in the direction Oz through the hopper 35a to arrive at the last stage 20-3. The wire of the anode in its part 30b runs again in crenellations the last stage 20-3 alternating between the walls 25a and 25b in the Ox direction to arrive against the wall 25b near the trihedron formed by the walls 22b and 25b. 26b at a terminal 33, 33-2. The anode therefore has a geometry in slots in each floor or cell, so as to scan the entire surface of the xOy plane in this floor or cell. Figures 4 and 5 do not show these slots. However what is represented by the strands 30a 31a and 30b on the Figure 4 is the slice of a sequence of slots shown in Figure 4b. In other words, the parts 32a and 32b are not located at the same x coordinate. The anode device 3 is fixed on the end walls 25, 26 of the enclosure 2 via insulating pieces 33. In the embodiments of FIGS. 4, 4A and 4B and 5, the anode device 3 is made in one piece with the anode portions 30, 31, 32 integral with one another. However, in a variant that is not illustrated, the anode device 3 is divided into several distinct anodes in order to respond to constraints on the limitation of the electronics and / or to applications with high counting rates and / or applications requiring localization. neutrons.
Concernant les couches solides de bore 24, 44, elles répondent aux caractéristiques suivantes comme décrit à l'exemple 1 : - densité surfacique comprise entre environ 0,03 et environConcerning the solid boron layers 24, 44, they correspond to the following characteristics as described in Example 1: - surface density of between about 0.03 and about
0,5 mg/cm2 ; enrichissement des couches 24, 44 en bore 10, avec de préférence une teneur en bore 10 comprise entre environ 90 et 100 % ; recouvrement éventuel des couches 24, 44 avec une couche de métal, de préférence aluminium, de densité surfacique inférieure à 0,01 mg/cm2 ; les couches 24, 44 sont réalisées à base de bore 10 élémentaire, et notamment à base de nanoparticules de bore de granulométrie inférieure à 0,8 μιτι, de préférence inférieure à 0,3 μιτι. La figure 6 illustre la variation du rendement (courbe CR) et des pertes (courbe CP) dans une paire de couches solides de bore en fonction de la densité surfacique DS de cette couche exprimée en mg/cm2. On note que le rendement est maximal pour un dépôt de 0,5 mg/cm2 mais que les pertes augmentent avec la densité surfacique
DS. Ainsi, cette densité de 0,5 mg/cm2 n'est pas optimale, parce que plus le dépôt est épais et plus les pertes de neutrons sont importantes ; pour rappel les pertes de neutrons correspondent à la proportion des neutrons incidents capturés, mais non détectés, et ces pertes sont estimées à partir du rendement théorique qu'apporterait la quantité de bore 10 présente. En conséquence, la densité surfacique des couches 24, 44 est inférieure à 0,5 mg/cm2. 0.5 mg / cm 2; enriching layers 24, 44 with boron 10, preferably with a boron content of between about 90 and 100%; possible covering of the layers 24, 44 with a layer of metal, preferably aluminum, with a density of less than 0.01 mg / cm 2; the layers 24, 44 are made based on elemental boron, and in particular based on boron nanoparticles having a particle size of less than 0.8 μιτι, preferably less than 0.3 μιτι. FIG. 6 illustrates the variation of the yield (CR curve) and the losses (CP curve) in a pair of solid boron layers as a function of the surface density DS of this layer, expressed in mg / cm 2 . It is noted that the yield is maximum for a deposit of 0.5 mg / cm 2 but that the losses increase with the density DS. Thus, this density of 0.5 mg / cm 2 is not optimal because the thicker the deposit and the greater the neutron losses; as a reminder, the neutron losses correspond to the proportion of incident neutrons captured but not detected, and these losses are estimated from the theoretical yield that the amount of boron present would bring. As a result, the surface density of the layers 24, 44 is less than 0.5 mg / cm 2 .
L'appareil 1 illustré en figures 4, avec toutefois 4 paires de couches au lieu de 3, est bien adapté pour équiper un système de quantification de plutonium dans un fût de déchets radioactifs dont le volume est typiquement de l'ordre de 200 litres. The apparatus 1 illustrated in FIGS. 4, with however 4 pairs of layers instead of 3, is well adapted to equip a plutonium quantification system in a radioactive waste drum whose volume is typically of the order of 200 liters.
Le rendement d'un appareil 1 de la figure 4 à 4 paires de couches (8 couches) 24, 44, dans lequel les couches 24, 44 présentent une densité surfacique égale à 0,2 mg/cm2, est de 20 % avec 10 % de pertes ; autrement dit sur 100 neutrons incidents, 20 neutrons sont détectés, 10 neutrons sont capturés mais non détectés, et 70 neutrons traversent l'appareil 1. The efficiency of a device 1 of FIG. 4 with 4 pairs of layers (8 layers) 24, 44, in which the layers 24, 44 have a surface density equal to 0.2 mg / cm 2 , is 20% with 10% losses; in other words, out of 100 incident neutrons, 20 neutrons are detected, 10 neutrons are captured but not detected, and 70 neutrons pass through the apparatus 1.
La figure 8 illustre un système de mesure 5 de déchets radioactifs ; ce type de système s'adressant en général à des déchets conditionnés en fûts, mais le principe est adaptable à d'autres géométries et d'autres objets. Figure 8 illustrates a measurement system 5 of radioactive waste; this type of system is generally addressed to waste packaged in drums, but the principle is adaptable to other geometries and other objects.
Le plutonium contenu dans les déchets radioactifs subit des fissions spontanées, génératrices de neutrons. Or, la quantité de neutrons émis est proportionnelle à la masse de plutonium présente dans ces déchets, avec divers facteurs d'influence tels que l'isotopie, la présence ou non de curium, la nature chimique, etc. The plutonium contained in the radioactive waste undergoes spontaneous fission, generating neutrons. However, the quantity of neutrons emitted is proportional to the mass of plutonium present in these wastes, with various influencing factors such as isotopy, the presence or absence of curium, the chemical nature, etc.
En général, pour quantifier le plutonium présent, on recherche les coïncidences, c'est-à-dire la détection quasi simultanée de deux neutrons ou plus, qui sont la signature des fissions. En effet, chaque fission émet plusieurs neutrons, en moyenne autour de trois, ce qui permet de s'affranchir d'autres réactions génératrices de neutrons et
très influencées par la nature du composé chimique de plutonium (oxyde, métal, autre composé). In general, to quantify the plutonium present, one looks for coincidences, that is to say the almost simultaneous detection of two or more neutrons, which are the signature of the fissions. Indeed, each fission emits several neutrons, on average around three, which makes it possible to get rid of other reactions generating neutrons and very influenced by the nature of the plutonium chemical compound (oxide, metal, other compound).
Compte tenu du fait que le nombre de coïncidences détectées est proportionnel au carré de l'efficacité globale du système, on recherche en général une efficacité du système de mesure relativement élevée, c'est-à-dire supérieure à 10 %. Les appareils de détection de neutrons 1 conformes à l'invention sont ainsi particulièrement bien adaptés pour ces applications. Given the fact that the number of detected coincidences is proportional to the square of the overall efficiency of the system, a relatively high measurement system efficiency, that is to say greater than 10%, is generally sought. Neutron detection devices 1 according to the invention are thus particularly well suited for these applications.
Sur les figures 7, 7A et 7B, on décrit un dispositif de détection de neutrons 5 formés par quatre appareils de détection 1 fixés de manière à délimiter une grande cavité 50 parallélépipédique à l'intérieur de laquelle on peut placer un fût de déchets radioactifs cylindrique 6, à section transversale circulaire ou rectangulaire, de préférence parallélépipédique. Un tel dispositif de mesure 5 de déchets radioactifs contenus dans un fût 6 de 200 litres, conçu pour la quantification du plutonium dans ces déchets radioactifs, comporte du centre vers l'extérieur : une grande cavité 50 délimitée par l'éventuelle couche de protection en aluminium 51, et la couche 51 comprend, dans l'ordre, comme décrit plus haut, protection en aluminium, Cd ou Sn, et modérateur, chacun de ces constituants étant optionnel FIGS. 7, 7A and 7B describe a neutron detection device 5 formed by four detection devices 1 fixed so as to delimit a large parallelepipedal cavity 50 inside which a cylindrical radioactive waste drum can be placed. 6, circular or rectangular cross section, preferably parallelepipedal. Such a radioactive waste measuring device 5 contained in a 200 liter drum 6, designed for the quantification of plutonium in this radioactive waste, comprises from the center towards the outside: a large cavity 50 delimited by the possible protective layer in aluminum 51, and the layer 51 comprises, in the order, as described above, protection aluminum, Cd or Sn, and moderator, each of these constituents being optional
4 appareils de détection la, lb formant un parallélépipède de section transversale carrée, ladite grande cavité 50 formant un espace vide dans lequel on introduit le fût 6 pour la mesure, une telle grande cavité 50 étant close par une paroi de fond et un couvercle à ses extrémités dans la direction Oz (non visibles sur la figure 7), ladite paroi de fond et/ou ledit couvercle étant escamotable pour pouvoir introduire le fût 6 dans ladite cavité 50 on peut aussi escamoter une des parois latérales; pour un fût 6 de 200 L, les dimensions de la cavité 50 sont par exemple de 0,7 x 0,7 x 1 mètre dans les directions Ox, Oy et respectivement Oz ;
une couche formant modérateur et réflecteur de neutrons 52, en polyéthylène ou polypropylène, de 10 à 15 cm d'épaisseur ; sachant que beaucoup de neutrons ne sont pas encore thermalisés et traversent les appareils de détection 1 sans être détectés, de sorte que ces neutrons peuvent être thermalisés par cette couche puis réfléchis vers les appareils de détection 1 afin de pouvoir être détectés ; un éventuel écran 53 protégeant la cavité 50 des neutrons exogènes, essentiellement issus du rayonnement cosmique ; un tel écran 53 pouvant être réalisé dans un matériau à la fois modérateur et absorbant pour les neutrons, comme par exemple le polychlorure de vinyle, le plâtre ou le polyéthylène chargé de bore. 4 detection apparatus la, lb forming a parallelepiped of square cross-section, said large cavity 50 forming a void space into which the barrel 6 is inserted for the measurement, such a large cavity 50 being closed by a bottom wall and a cover to its ends in the direction Oz (not visible in Figure 7), said bottom wall and / or said cover being retractable to be able to introduce the barrel 6 into said cavity 50 can also retract one of the side walls; for a drum 6 of 200 L, the dimensions of the cavity 50 are for example 0.7 x 0.7 x 1 meter in the directions Ox, Oy and respectively Oz; a moderator and neutron reflector layer 52 made of polyethylene or polypropylene, 10 to 15 cm thick; knowing that many neutrons are not yet thermalized and pass through the detection devices 1 without being detected, so that these neutrons can be thermalized by this layer and then reflected to the detection apparatus 1 in order to be detected; a possible screen 53 protecting the cavity 50 from exogenous neutrons, essentially derived from cosmic radiation; such a screen 53 can be made of a material both moderator and absorbent for neutrons, such as polyvinyl chloride, plaster or polyethylene loaded with boron.
Lesdites premières et deuxièmes parois creuses longitudinales la et lb sont recouvertes sur leur face interne du côté de ladite cavité 50 par les couches 51 superposées. II est en outre envisageable que la paroi de fond et/ou le couvercle fermant la cavité 50 forment des appareils de détection 1 conformes à l'invention, avec la même architecture. Said first and second longitudinal hollow walls la and lb are covered on their internal face on the side of said cavity 50 by the superimposed layers 51. It is also conceivable that the bottom wall and / or the cover closing the cavity 50 form detecting apparatuses 1 according to the invention, with the same architecture.
Pour obtenir une efficacité globale de 15 %, on utilisera des appareils 1 comportant trois parois intercalaires 4, c'est-à-dire huit couches solides de bore. To obtain an overall efficiency of 15%, devices 1 will be used comprising three intermediate walls 4, that is to say eight solid layers of boron.
Pour obtenir une efficacité équivalente globale équivalente de 15 % avec un faisceau de tubes tel que décrit dans les documents US 2005/0258373 et WO2004043372, il faudrait employer 1800 tubes de diamètre 4 mm et de longueur 1 m. Ces appareils de détection 1 sont également envisageables pour une application de contrôle de personnes ou d'objets en vue de détecter le transport illégal de matériaux fissiles. Dans une telle application, la configuration du système de mesure 5 serait semblable à celle décrite ci-dessus en référence à la figure 8, mais elle serait déclinée sous la forme d'un tunnel ou d'un portique.
Ces appareils de détection 1 sont également envisageables pour une application dite "d'interrogation neutronique active" permettant de détecter d'autres isotopes ; la mesure neutronique passive tel que décrite ci-dessus en référence à la figure 8 s'adresse aux isotopes pairs du plutonium, tandis que la mesure neutronique active s'adresse aux isotopes impairs et à l'uranium. Une telle application nécessite la mise en œuvre d'une source extérieure de neutrons afin de détecter les fissions induites par ces neutrons. To obtain a global equivalent equivalent efficiency of 15% with a bundle of tubes as described in the documents US 2005/0258373 and WO2004043372, it would be necessary to employ 1800 tubes of diameter 4 mm and length 1 m. These detection devices 1 are also conceivable for an application to control people or objects in order to detect the illegal transport of fissile materials. In such an application, the configuration of the measurement system 5 would be similar to that described above with reference to Figure 8, but it would be declined in the form of a tunnel or a gantry. These detection devices 1 are also conceivable for an application called "active neutron interrogation" for detecting other isotopes; Passive neutron measurement as described above with reference to Figure 8 is for even isotopes of plutonium, while active neutron measurement is for odd isotopes and uranium. Such an application requires the implementation of an external source of neutrons to detect the fissions induced by these neutrons.
Une autre application pour ces appareils de détection 1 conforme à l'invention réside dans le contrôle de la matière fissile. Ce type d'application vise non seulement à quantifier la matière fissile, mais aussi à en déterminer la composition et l'isotopie. Pour cela, on ne détecte pas seulement les paires de neutrons comme décrit ci-dessus, mais on quantifie le nombre de paires, de triplets, voire de quadruplets. Pour une telle application, l'efficacité requise est alors très élevée, de l'ordre de 40 %. Pour atteindre une telle efficacité, il faut réduire les pertes autant que possible dans les appareils de détection 1, quitte à multiplier le nombre de couches solides de bore et, dans ce cas, il faut réduire l'épaisseur ou la densité surfacique de ces couches solides de bore. Another application for these detection devices 1 according to the invention lies in the control of the fissile material. This type of application aims not only to quantify the fissile material, but also to determine its composition and isotopy. For that, one does not detect only the pairs of neutrons as described above, but one quantifies the number of pairs, triplets, even quadruplets. For such an application, the required efficiency is then very high, of the order of 40%. To achieve such efficiency, it is necessary to reduce the losses as much as possible in the detection apparatus 1, even if it is necessary to multiply the number of solid layers of boron and, in this case, it is necessary to reduce the thickness or the surface density of these layers. boron solids.
Par exemple, pour atteindre une efficacité de 40 %, on peut utiliser un système de mesure 5 tel que décrit ci-dessus en référence à la figure 8, à la différence que : à la place d'avoir sur chaque côté un seul appareil de détection 1, on utilise successivement quatre appareils de détection 1 conformes à l'invention, où chaque appareil 1 comporte vingt quatre couches solides de bore 10 (selon figure 5 étendue à 11 parois intercalaires 4 au lieu de 6) présentant une densité surfacique de 0,1 mg/cm2, avec des couches de modérateur de neutrons disposées entre les appareils de détection 1 successifs ; et
la paroi de fond et le couvercle de fermeture de la cavité forment des appareils de détection 1 conformes à l'invention, avec la même architecture. For example, to achieve an efficiency of 40%, a measuring system 5 as described above can be used with reference to FIG. 8, with the difference that: instead of having on each side a single detection 1, four detection devices 1 in accordance with the invention are successively used, where each apparatus 1 comprises twenty four solid boron layers 10 (according to FIG. 5 extended to 11 intermediate walls 4 instead of 6) having a surface density of 0 , 1 mg / cm 2, with neutron moderator layers disposed between the successive detection apparatuses 1; and the bottom wall and the closure cover of the cavity form detection apparatus 1 according to the invention, with the same architecture.
Pour obtenir une efficacité équivalente globale équivalente de 40 % avec un faisceau de tubes tel que décrit dans les documents US 2005/0258373 et WO2004043372, il faudrait employer 30000 tubes de diamètre 4 mm et de longueur 1 m. To obtain a global equivalent equivalent efficiency of 40% with a bundle of tubes as described in the documents US 2005/0258373 and WO2004043372, it would be necessary to use 30000 tubes of diameter 4 mm and length 1 m.
Pour effectuer le dépôt des couches solides de bore 24 et 44 sur leurs supports respectifs 22, 23 et 4, 40, tout en garantissant une bonne maîtrise de l'épaisseur ou de la densité surfacique, les procédés décrits en exemple 1 sont envisageables. To deposit the solid boron layers 24 and 44 on their respective supports 22, 23 and 4, 40, while ensuring good control of the thickness or the surface density, the methods described in Example 1 are conceivable.
Les exemples de mise en œuvre décrits ci-dessus ne présentent aucun caractère limitatif et d'autres améliorations et détails peuvent être apportés à l'appareil selon l'invention, sans pour autant sortir du cadre de l'invention où d'autres formes de parois intercalaires et/ou d'enceinte et/ou de dispositif formant anode peuvent par exemple être réalisées.
The implementation examples described above are not limiting in nature and further improvements and details can be made to the apparatus according to the invention, without departing from the scope of the invention where other forms of Interleaved walls and / or enclosure and / or anode device may for example be made.
Claims
1. Appareil (1) de détection de neutrons du type compteur proportionnel à gaz, comportant une enceinte (2) formant cathode, ladite enceinte (2) étant remplie d'un gaz et comportant un corps creux (21) comprenant 2 parois principales (22a, 22b) reliées entre elles par des parois latérales (25a-25b, 26a-26b), lesdites 2 parois principales (22a, 22b) présentant respectivement deux surfaces internes (23) sensiblement parallèles entre elles et recouvertes chacune d'une couche solide contenant du bore ou un composé du bore (24) ; et un dispositif formant anode (3) s'étendant à l'intérieur de ladite enceinte (2), ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une paroi intercalaire (4) formant cathode, fixée sur lesdites parois latérales (25a-25b, 26a-26b) et s'étendant à l'intérieur de ladite enceinte (2) de façon sensiblement parallèle aux surfaces internes (23) du corps creux (21), la ou chaque paroi intercalaire (4) étant constituée d'une plaque pleine présentant deux surfaces (40) opposées en regard des surfaces internes (23) respectives des 2 dites parois principales (22a, 22b) du corps creux (21) et recouvertes chacune d'une couche solide contenant du bore ou un composé du bore (44) dénommée couche borée, les couches solides borée (24, 44) présentant une densité surfacique comprise entre environ 0,03 et environ 0,5 mg/cm2, et en ce que le dispositif formant anode (3) présente au moins une partie (30a) s'étendant dans un espace (20-1) entre la paroi intercalaire (4, 4a) et l'une des surfaces internes (23) d'une première paroi principale (22a) du corps creux (21) et au moins une autre partie (30b) s'étendant dans un autre espace (20-3) entre la paroi intercalaire (4, 4b) et l'autre surface interne (23) de la deuxième paroi principale (22b) du corps creux (21). 1. Apparatus (1) for neutron detection of the gas proportional counter type, comprising a chamber (2) forming a cathode, said chamber (2) being filled with a gas and comprising a hollow body (21) comprising 2 main walls ( 22a, 22b) interconnected by lateral walls (25a-25b, 26a-26b), said two main walls (22a, 22b) respectively having two inner surfaces (23) substantially parallel to each other and each covered with a solid layer containing boron or a boron compound (24); and an anode device (3) extending inside said enclosure (2), said apparatus being characterized in that it further comprises at least one intermediate wall (4) forming a cathode, fixed on said side walls (25a-25b, 26a-26b) and extending inside said enclosure (2) substantially parallel to the inner surfaces (23) of the hollow body (21), the or each intermediate wall (4) being constituted a solid plate having two opposite surfaces (40) facing the respective inner surfaces (23) of the said two said main walls (22a, 22b) of the hollow body (21) and each covered with a solid layer containing boron or a boron compound (44) referred to as the boron layer, the boron solid layers (24, 44) having a surface density of from about 0.03 to about 0.5 mg / cm 2 , and that the anode device (3) has at least one portion (30a) extending in a space (20-1) between the inner wall a first wall (22a) of the hollow body (21) and at least one other portion (30b) extending into another space (20- 3) between the intermediate wall (4, 4b) and the other inner surface (23) of the second main wall (22b) of the hollow body (21).
2. Appareil (1) de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que la densité surfacique moyenne de ladite couche solide borée est de 0,1 à 0,4 mg/cm2, avec des variations de densité par rapport à la valeur moyenne de pas plus de 20%, de préférence pas plus de 10%. 2. Apparatus (1) for detection according to claim 1, characterized in that the average surface density of said borated solid layer is 0.1 to 0.4 mg / cm 2 , with variations in density relative to the value average of not more than 20%, preferably not more than 10%.
3. Appareil (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite couche borée présente une teneur en masse de bore 10 d'au moins 70%, de préférence encore supérieure à 85%. 3. Apparatus (1) according to claim 1 or 2, characterized in that said borated layer has a boron mass content of at least 70%, more preferably greater than 85%.
4. Appareil (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins 70% du bore, de préférence au moins 90% du bore se présente sous forme de bore élémentaire. 4. Apparatus (1) according to claim 3, characterized in that at least 70% boron, preferably at least 90% boron is in the form of elemental boron.
5. Appareil (1) selon la revendication 1 à 4, caractérisé en ce que lesdites couches solides borée (24, 44) sont réalisées à base de nanoparticules de bore (60) de granulométrie inférieure à 800 nm. 5. Apparatus (1) according to claim 1 to 4, characterized in that said borated solid layers (24, 44) are made based on boron nanoparticles (60) with a particle size less than 800 nm.
6. Appareil (1) selon la revendication 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs dites parois intercalaires (4) de préférence au moins 3, formant cathode, parallèles entre elles et aux 2 dites surfaces internes (23) des 2 dites parois principales (22a, 22b) et recouvertes desdites couches solides borée (44) sur leurs deux surfaces (40) opposées respectives, et le dispositif formant anode (3) présente au moins une partie (30a, 30b) s'étendant dans l'espace (20-1, 20-3) entre chaque dite paroi principale (22a, 22b) et la paroi intercalaire la plus proche (4a, 4b), et au moins une partie (31) s'étendant dans chaque espace (20-2) entre 2 parois intercalaires (4) successives. 6. Apparatus (1) according to claim 1 to 5, characterized in that it comprises a plurality of said intermediate walls (4) preferably at least 3 forming a cathode, parallel to each other and to said two internal surfaces (23) of the two said main walls (22a, 22b) and covered with said borated solid layers (44) on their respective two opposite surfaces (40), and the anode device (3) has at least a portion (30a, 30b) extending into the space (20-1, 20-3) between each said main wall (22a, 22b) and the nearest intervening wall (4a, 4b), and at least one portion (31) extending in each space (20 -2) between 2 successive intermediate walls (4).
7. Appareil (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdites parois principales (22a, 22b) et dites parois latérales (25a-25b, 26a-26b) sont rectangulaires, lesdites parois latérales comprenant deux premières parois latérales (25a-25b) et deux deuxièmes parois latérales (26a-26b) reliant lesdites parois principales (22a-22b) de manière à définir un corps creux (21) en forme de plaque creuse parallélépipédique (1, la-lb), lesdites surfaces internes (23) et dites paroi intercalaire (4) étant sensiblement planes et parallèles entre elles. 7. Apparatus (1) according to one of claims 1 to 6, characterized in that said main walls (22a, 22b) and said side walls (25a-25b, 26a-26b) are rectangular, said side walls comprising two first side walls (25a-25b) and two second side walls (26a-26b) connecting said main walls (22a-22b) so as to define a parallelepiped hollow plate hollow body (21) (1, la-1b), said inner surfaces (23) and said intermediate wall (4) being substantially flat and parallel to each other.
8. Appareil de détection (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chaque dite paroi intercalaire (4, 4a-4b) présente au moins un orifice (35, 35a-35b) contre ou à proximité d'une dite paroi latérale (25a-25b, 26a-26b), une partie (32, 32a-32b) de l'anode passant à travers ledit orifice (35, 35a-35b). 8. Detection apparatus (1) according to one of claims 1 to 7, characterized in that each said intermediate wall (4, 4a-4b) has at least one orifice (35, 35a-35b) against or close to 'a said side wall (25a-25b, 26a-26b), a portion (32, 32a-32b) of the anode passing through said orifice (35, 35a-35b).
9. Appareil (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le dispositif formant anode (3) est réalisé d'un seul tenant avec des parties d'anode (30, 31, 32) solidaires les unes des autres. 9. Apparatus (1) according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the anode device (3) is made in one piece with anode portions (30, 31, 32) integral with the each other.
10. Appareil de détection (1) selon les revendications 5 à 9, caractérisé en ce qu'une première paroi intercalaire (4, 4a) comprend un premier dit orifice (35a) à proximité ou contre un premier angle à la jonction entre des premières dites première et deuxième parois latérales (25a, 26a), et chaque paroi intercalaire qui lui est adjacente (4b) comprend un deuxième dit orifice (35b) à proximité ou contre un deuxième angle à la jonction entre des deuxièmes dites première et deuxième parois latérales (25b, 26b ou 25a, 26b, ou 25b, 26a) ledit deuxième angle étant opposés audit premier angle, et ledit fil d'anode10. Detection apparatus (1) according to claims 5 to 9, characterized in that a first intermediate wall (4, 4a) comprises a first said orifice (35a) near or against a first angle at the junction between first said first and second side walls (25a, 26a), and each adjacent spacer wall (4b) comprises a second said orifice (35b) near or against a second angle at the junction between second said first and second side walls (25b, 26b or 25a, 26b, or 25b, 26a) said second angle being opposed to said first angle, and said anode wire
(3) parcourt chaque dit espace (20-1 à 20-3) entre une paroi intercalaire (4a, 4b) et une dite paroi principale (22a, 22b) et un dit espace (20-2) entre 2 parois intercalaires adjacentes, en faisant plusieurs allers-et-retours entre les 2 premières parois latérales opposées parallèles (25a, 25b) ou entre les 2 deuxièmes parois latérales opposées (26a, 26b) depuis un dit premier angle vers un dit deuxième angle ; et ledit fil d'anode (3) passe d'un dit espace entre 2 parois à un autre en passant par lesdits premier et deuxième orifices (35a, 35b). (3) traverses each said space (20-1 to 20-3) between an intermediate wall (4a, 4b) and a said main wall (22a, 22b) and a said space (20-2) between 2 adjacent intermediate walls, making multiple back-and-forth flights between the first and second parallel opposed side walls (25a, 25b) or between the second and second opposite side walls (26a, 26b) from a said first angle to a second said angle; and said anode wire (3) passes from one said space between two walls to another through said first and second ports (35a, 35b).
11. Appareil (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que lesdites parois principales (22a, 22b) et parois latérales (25a-25b, 26a-26b), et/ou la ou chaque dite paroi intercalaire11. Apparatus (1) according to any one of claims 1 to 10, characterized in that said main walls (22a, 22b) and side walls (25a-25b, 26a-26b), and / or the or each said wall intercalary
(4) sont réalisées dans un matériau dont le numéro atomique est inférieur à 20, notamment un matériau plastique ou métallique, ledit matériau étant un matériau conducteur , de préférence de l'aluminium, ou ladite couche solide borée (24, 44) étant recouverte d'un couche de métal, de préférence en aluminium, de préférence encore de densité surfacique inférieur à 0,01 mg/cm2. (4) are made of a material whose atomic number is less than 20, in particular a plastic or metal material, said material being a conductive material, preferably aluminum, or said borated solid layer (24, 44) being covered a metal layer, preferably aluminum, more preferably a density of less than 0.01 mg / cm 2 .
12. Dispositif de détection de neutron (5) utile pour la détection de neutrons émis par un objet volumineux tel qu'un fût de déchets radioactifs (6) comportant une pluralité d'appareils de détection (1, la-lb) selon l'une des revendications 1 à 11, ladite pluralité d'appareils de détection (1, la-lb) délimitant une grande cavité (50) à l'intérieur de laquelle on peut disposer un dit objet volumineux (6). 12. Neutron detection device (5) useful for the detection of neutrons emitted by a large object such as a radioactive waste drum (6) having a plurality of detection devices (1, la-1b) according to the invention. one of claims 1 to 11, said plurality of detection devices (1, la-1b) delimiting a large cavity (50) inside which one can arrange a said bulky object (6).
13. Procédé de préparation d'un appareil (1) de détection de neutrons selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel on prépare une dite paroi ou surface recouverte d'une dite couche solide borée par un procédé de dépôt d'une couche solide de bore sur un support constitué d'une dite plaque pleine (22a, 22b, 23, 4, 40), comportant les étapes suivantes : a) préparation de nanoparticules de bore (60) de granulométrie inférieure à 0,8 μιτι, de préférence inférieure à 0,3 μιτι ; b) fabrication d'une suspension borée par mise en suspension des nanoparticules de bore dans un solvant volatil de préférence de l'eau, éthanol ou acétone, et de préférence encore ajout d'un agent tensioactif assurant la fonction de colle pour les nanoparticules ; c) dépôt ou projection sur ledit support (22a, 22b, 23, 4, 40) d'un film liquide de ladite suspension borée ; d) séchage de ladite suspension borée, notamment par chauffage. 13. A method for preparing a neutron detection apparatus (1) according to any one of claims 1 to 11, wherein a said wall or surface coated with a said borated solid layer is prepared by a method of depositing a solid layer of boron on a support consisting of a said solid plate (22a, 22b, 23, 4, 40), comprising the following steps: a) preparation of boron nanoparticles (60) with a particle size of less than 0.8 μιτι, preferably less than 0.3 μιτι; b) manufacturing a borated suspension by suspending the boron nanoparticles in a volatile solvent, preferably water, ethanol or acetone, and more preferably adding a surfactant providing the adhesive function for the nanoparticles; c) depositing or projecting on said support (22a, 22b, 23, 4, 40) a liquid film of said borated suspension; d) drying said borated suspension, in particular by heating.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'étape a) de préparation des nanoparticules de bore comporte les étapes suivantes de : a-1) synthèse d'un composé intermétallique bore/lithium LiB par réaction d'un mélange de bore et de lithium dans un réacteur, de préférence sous vide et sous un chauffage de l'ordre de 650°C ; et a-2) transfert et hydrolyse du composé intermétallique bore/lithium afin de réaliser des nanoparticules de bore, par immersion dans un bain contenant de l'eau à température ambiante, sous atmosphère de gaz neutre tel que de l'argon ; et a-3) séparation des nanoparticules de bore, notamment par filtration et/ou centrifugation, avec les autres composés issus de la réaction d'hydrolyse. 14. The method of claim 13, characterized in that the step a) of preparing the boron nanoparticles comprises the following steps of: a-1) synthesis of an intermetallic compound boron / lithium LiB by reaction of a mixture of boron and lithium in a reactor, preferably under vacuum and under heating of the order of 650 ° C; and a-2) transfer and hydrolysis of the intermetallic boron / lithium compound in order to produce boron nanoparticles, by immersion in a bath containing water at room temperature, under an atmosphere of neutral gas such as argon; and a-3) separation of the boron nanoparticles, in particular by filtration and / or centrifugation, with the other compounds derived from the hydrolysis reaction.
15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que : 15. The method of claim 14, characterized in that:
- à l'étape a-1) la proportion de bore dans le mélange bore lithium introduit dans ledit réacteur est compris entre 39 et 50%, et in step a-1) the proportion of boron in the lithium boron mixture introduced into said reactor is between 39 and 50%, and
- à l'étape a-2) on réalise un barbotage de gaz neutre de préférence d'argon dans le bain d'hydrolyse. in step a-2, neutral gas, preferably argon, is bubbled into the hydrolysis bath.
16. Procédé selon l'une des revendications 14 ou 15, caractérisé en ce que à l'étape a-2) ledit bain contient de l'eau et un agent dispersant de préférence anionique, à la concentration appropriée pour limiter la croissance des nanoparticules. 16. Method according to one of claims 14 or 15, characterized in that in step a-2) said bath contains water and a dispersing agent preferably anionic, at the appropriate concentration to limit the growth of nanoparticles .
17. Procédé selon l'un des revendications 13 à 16 caractérisé en ce que à l'issue de l'étape a-3) lesdites nanoparticules de bore présentent une taille de 250 à 800 nm et lesdites nanoparticules sont des particules poreuses. 17. Method according to one of claims 13 to 16 characterized in that at the end of step a-3) said boron nanoparticles have a size of 250 to 800 nm and said nanoparticles are porous particles.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1053812A FR2960303B1 (en) | 2010-05-18 | 2010-05-18 | NEUTRON DETECTION APPARATUS AND METHOD OF DEPOSITING A SOLID BORON LAYER FOR SUCH AN APPARATUS |
| PCT/FR2011/051065 WO2011144843A1 (en) | 2010-05-18 | 2011-05-12 | Appliance for detecting neutrons and method for depositing a solid layer of boron for such an appliance |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EP2572213A1 true EP2572213A1 (en) | 2013-03-27 |
Family
ID=43607652
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EP11728643.5A Not-in-force EP2571809B1 (en) | 2010-05-18 | 2011-05-12 | Method for providing boron nanoparticles |
| EP11725160A Withdrawn EP2572213A1 (en) | 2010-05-18 | 2011-05-12 | Appliance for detecting neutrons and method for depositing a solid layer of boron for such an appliance |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EP11728643.5A Not-in-force EP2571809B1 (en) | 2010-05-18 | 2011-05-12 | Method for providing boron nanoparticles |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20130091763A1 (en) |
| EP (2) | EP2571809B1 (en) |
| JP (1) | JP5889878B2 (en) |
| FR (2) | FR2960303B1 (en) |
| WO (2) | WO2011144843A1 (en) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8728429B2 (en) * | 2009-03-02 | 2014-05-20 | International Technology Center | Production of conductive nanodiamond by dynamic synthesis approaches |
| FR2975108A1 (en) | 2011-05-12 | 2012-11-16 | Onectra | BORON DEPOSITION METHOD ON A METAL SHEET FOR NEUTRON DETECTION APPARATUS OR IONIZATION CHAMBER |
| US8716670B2 (en) | 2011-12-29 | 2014-05-06 | Raytheon Company | Methods and apparatus for integrated neutron/gamma detector |
| CN105445779B (en) * | 2015-12-29 | 2019-01-25 | 清华大学 | Slow neutron conversion body and slow neutron detector |
| FR3060557B1 (en) * | 2016-12-19 | 2019-05-24 | Universite Pierre Et Marie Curie (Paris 6) | ENERGY COMPOSITION COMPRISING AN AMORPHOUS BORE NANOSTRUCTURE MATERIAL |
| EP3438706A1 (en) * | 2017-08-04 | 2019-02-06 | Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Material- und Küstenforschung GmbH | Neutron detector |
| KR101982101B1 (en) * | 2017-08-16 | 2019-05-24 | 국민대학교 산학협력단 | Thin film structure having neutron conversion layer, method for fabricating the same and neutron detector including the same |
| US11029429B2 (en) | 2018-07-20 | 2021-06-08 | Baker Hughes Oilfield Operations Llc | Pseudogas neutron detector |
| US10502849B1 (en) * | 2018-07-20 | 2019-12-10 | Baker Hughes Oilfield Operations Llc | Pseudogas neutron detector |
| RU2720458C1 (en) * | 2019-06-06 | 2020-04-30 | Автономное некоммерческое объединение "Международный научно-исследовательский центр инновационных технологий" (АНО "МНИЦИТ МАРТИНЕКС") | Method of producing a composition for boron-neutron capture therapy of malignant tumors (versions) |
| CN115321552B (en) * | 2022-07-22 | 2023-07-14 | 中南大学 | Boron arsenide nanocrystals synthesized by mechanochemical method, and preparation method and application thereof |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4110111A (en) * | 1973-07-05 | 1978-08-29 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Metal alloy and method of preparation thereof |
| FR2563511B1 (en) * | 1984-04-26 | 1986-06-20 | Commissariat Energie Atomique | PROCESS FOR PRODUCING POROUS PRODUCTS IN BORON OR IN COMPOUNDS OF BORON |
| JPS6350402A (en) * | 1986-08-21 | 1988-03-03 | Toshiba Mach Co Ltd | Coating method for wear-resistant material |
| JPH0639326B2 (en) * | 1987-01-08 | 1994-05-25 | 科学技術庁金属材料技術研究所長 | Method for producing ultrafine metal boride powder |
| JPH08505350A (en) * | 1987-11-30 | 1996-06-11 | マーチン・マリエッタ・コーポレーション | Method for forging fine ceramic powder and product thereof |
| US20030213917A1 (en) * | 2002-05-20 | 2003-11-20 | General Electric Company | Gamma resistant dual range neutron detector |
| WO2004043372A2 (en) | 2002-11-13 | 2004-05-27 | Proportional Technologies, Inc. | Boron coated straw neutron detector |
| US7067079B2 (en) * | 2002-12-03 | 2006-06-27 | Universities Research Association, Inc. | Extruded plastic scintillator including inorganic powders |
| US6927397B2 (en) * | 2002-12-03 | 2005-08-09 | Universities Research Association, Inc. | Systems and methods for detecting neutrons |
| US20080260952A1 (en) * | 2004-01-22 | 2008-10-23 | The University Of Manchester | Ceramic Coating |
| DE102004003399A1 (en) * | 2004-01-23 | 2005-08-18 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Neutron detector has a number of converter films arranged between collection electrodes with one of the converter films being mechanically stabilized film containing lithium-6 |
| WO2007128821A2 (en) * | 2006-05-09 | 2007-11-15 | Basf Se | Method for the production of suspensions of nanoparticulate solids |
| US7906147B2 (en) * | 2006-10-12 | 2011-03-15 | Nanoprobes, Inc. | Functional associative coatings for nanoparticles |
| JP4822441B2 (en) * | 2007-02-23 | 2011-11-24 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Radiation detector, radiation detection method, and method of manufacturing radiation detector |
| JP5168690B2 (en) * | 2007-03-23 | 2013-03-21 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Boron nanoparticles or boron-containing nanoparticles and method for producing the same |
| JP4477083B2 (en) * | 2008-09-24 | 2010-06-09 | 株式会社東芝 | Method for producing metal nanoparticle inorganic composite, metal nanoparticle inorganic composite, and plasmon waveguide |
| KR20110089131A (en) * | 2008-10-27 | 2011-08-04 | 바스프 에스이 | Method for preparing a suspension of nanoparticulate metal borides |
| US8565364B2 (en) * | 2009-11-16 | 2013-10-22 | General Electric Company | Water based dispersions of boron or boron compounds for use in coating boron lined neutron detectors |
-
2010
- 2010-05-18 FR FR1053812A patent/FR2960303B1/en not_active Expired - Fee Related
-
2011
- 2011-05-12 FR FR1154135A patent/FR2960229B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2011-05-12 WO PCT/FR2011/051065 patent/WO2011144843A1/en active Application Filing
- 2011-05-12 US US13/698,159 patent/US20130091763A1/en not_active Abandoned
- 2011-05-12 EP EP11728643.5A patent/EP2571809B1/en not_active Not-in-force
- 2011-05-12 WO PCT/FR2011/051067 patent/WO2011144844A1/en active Application Filing
- 2011-05-12 JP JP2013510655A patent/JP5889878B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2011-05-12 EP EP11725160A patent/EP2572213A1/en not_active Withdrawn
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| See references of WO2011144843A1 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2571809A1 (en) | 2013-03-27 |
| FR2960303A1 (en) | 2011-11-25 |
| JP5889878B2 (en) | 2016-03-22 |
| FR2960229A1 (en) | 2011-11-25 |
| EP2571809B1 (en) | 2018-05-02 |
| FR2960303B1 (en) | 2013-04-05 |
| JP2013527111A (en) | 2013-06-27 |
| FR2960229B1 (en) | 2017-12-01 |
| WO2011144844A1 (en) | 2011-11-24 |
| WO2011144844A4 (en) | 2012-02-02 |
| US20130091763A1 (en) | 2013-04-18 |
| WO2011144843A1 (en) | 2011-11-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2572213A1 (en) | Appliance for detecting neutrons and method for depositing a solid layer of boron for such an appliance | |
| Mortemard de Boisse et al. | Highly reversible oxygen‐redox chemistry at 4.1 V in Na4/7− x [□ 1/7Mn6/7] O2 (□: Mn Vacancy) | |
| Deng et al. | Manipulation of an ionic and electronic conductive interface for highly-stable high-voltage cathodes | |
| Bai et al. | Core-shell Si@ TiO2 nanosphere anode by atomic layer deposition for Li-ion batteries | |
| Moyassari et al. | Impact of silicon content within silicon-graphite anodes on performance and Li concentration profiles of Li-ion cells using neutron depth profiling | |
| Spencer-Jolly et al. | Structural changes in the silver-carbon composite anode interlayer of solid-state batteries | |
| Tanabe et al. | The effects of Au nanoparticle size (5–60 nm) and shape (sphere, rod, cube) over electronic states and photocatalytic activities of TiO 2 studied by far-and deep-ultraviolet spectroscopy | |
| Weng et al. | Layer-dependent SERS enhancement of TiS 2 prepared by simple electrochemical intercalation | |
| Dang et al. | Lithium insertion/deinsertion characteristics of nanostructured amorphous tantalum oxide thin films | |
| Keraudy et al. | Process-and optoelectronic-control of NiOx thin films deposited by reactive high power impulse magnetron sputtering | |
| Minella et al. | Interlayer‐Expanded Vanadium Oxychloride as an Electrode Material for Magnesium‐Based Batteries | |
| Ge et al. | Testing the activation temperature of non-evaporable Ti-Zr-Hf-V getter films by XPS | |
| Moldarev et al. | Environmental dependence of the photochromic effect of oxygen-containing rare-earth metal hydrides | |
| He et al. | Discovery of an Unexpected Metal Dissolution of Thin‐Coated Cathode Particles and Its Theoretical Explanation | |
| Wu et al. | Benchmarking the Effect of Particle Size on Silicon Anode Materials for Lithium‐Ion Batteries | |
| Zech et al. | Quantitative manganese dissolution investigation in lithium-ion batteries by means of X-ray spectrometry techniques | |
| Zhou et al. | Chemical bonding in amorphous Si-coated carbon nanotubes as anodes for Li ion batteries: a XANES study | |
| Lu et al. | Ultra‐High‐Energy Density in Layered Sodium‐Ion Battery Cathodes through Balancing Lattice‐Oxygen Activity and Reversibility | |
| Couet et al. | A compact UHV deposition system for in situ study of ultrathin films via hard x-ray scattering and spectroscopy | |
| Caricato et al. | Thermal neutron conversion by high purity 10B-enriched layers: PLD-growth, thickness-dependence and neutron-detection performances | |
| Ferguson et al. | Structure and performance of tin-cobalt-carbon alloys prepared by attriting, roller milling and sputtering | |
| Cao et al. | Correlating Rate‐Dependent Transition Metal Dissolution between Structure Degradation in Li‐Rich Layered Oxides | |
| Nitti et al. | Progress in the production of CsI and diamond thin film photocathodes | |
| Kundrata et al. | Growth of lithium hydride thin films from solutions: Towards solution atomic layer deposition of lithiated films | |
| Gunnarsson | Controlling the growth of nanoparticles produced in a high power pulsed plasma |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
|
| 17P | Request for examination filed |
Effective date: 20121016 |
|
| AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR |
|
| DAX | Request for extension of the european patent (deleted) | ||
| STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN |
|
| 18D | Application deemed to be withdrawn |
Effective date: 20161201 |