Cette partie pr´esente l’ensemble des simulations r´ealis´ees de la vitesse de d´erive des ´electrons. Les figures 2.4, 2.5, 2.6 et 2.7 pr´esentent quelques r´esultats de simula- tion de la vitesse de d´erive des charges dans certains m´elanges de gaz d’int´erˆet pour cette ´etude.
Le gaz principal est de l’H´elium-3. La pression globale est de 4 bars. L’ensemble des valeurs des vitesses de d´erive est donn´e pour un champ ´electrique de 103V.cm−1. Le tableau 2.1 pr´esente la ou les proportions de gaz `a ajouter `a l’H´elium-3 pour am´e- liorer la vitesse de d´erive des ´electrons donc des ions au sein du compteur. Il apparaˆıt nettement l’effet d’un gaz dopant tel que le CF4.
Fig. 2.4 – Simulation de la vitesse de d´erive des charges dans un gaz consti- tu´e d’H´elium-3 pur, en fonction du champ ´electrique
Fig. 2.5 – Simulation de la vitesse de d´e-
rive des charges dans un gaz constitu´e
d’un m´elange 98% H´elium-3, 1% CO2 et
1% CF4, en fonction du champ ´electrique
Fig. 2.6 – Simulation de la vitesse de d´e-
rive des charges dans un gaz constitu´e
d’un m´elange 96% H´elium-3 et 4% NH3,
en fonction du champ ´electrique
Fig. 2.7 – Simulation de la vitesse de
d´erive des charges dans un gaz constitu´e
d’un m´elange 92% H´elium-3, 6% N2et 2%
La pr´esence d’un palier entre 2.103 et 104 V.cm−1 pour certains gaz (comme le CO2) provient de l’effet de ”thermalisation” des ´electrons en raison de sections effi-
caces li´ees aux effets rotationnels de la mol´ecule de CO2 plus important que pour
l’H´elium-3 pur. Ce ph´enom`ene a donc tendance `a maintenir la vitesse de d´erive des ´electrons constante quel que soit le champ ´electrique sur une plage de quelques mil- liers de volts, d’o`u la pr´esence de ce pseudo palier autour de 103V.cm−1 [Barouch 01]. Le domaine d’´evolution du champ ´electrique pour les compteurs proportionnels
varie de 1 V/cm `a 106 V/cm. Ceci signifie qu’en fonction de la position `a laquelle
on se place dans le compteur, les courbes de la figure 2.4, 2.5, 2.6 et 2.7 sont int´e- gralement d´ecrites.
Gaz dopant 1 Proportion 1 Gaz dopant 2 Proportion 2 Vitesse cm.µs−1
- - - - 0,55 Ar 1% CO2 5% 1,1 CF4 5% - - 1,5 CO2 1% - - 0,9 CF4 1% CO2 1% 1,25 CF4 4,8% H2 0,96% 1,5 CO2 5% H2 1% 1,1 NH3 1% - - 0,92 CF4 2% - - 1,5 CF4 10% - - 1,8 Ar 3% - - 0,55
Tab. 2.1 – Vitesses de d´erive des ´electrons associ´ees `a diff´erents m´elanges de gaz pour un champ ´electrique de 103 V.cm−1.
L’ajout d’un gaz comme l’Hydrog`ene, le CO2 ou le CF4 permet effectivement
d’am´eliorer la d´erive des ions. Cependant, pour l’hydrog`ene il peut apparaˆıtre un probl`eme concernant le fait que les parois en Aluminium ou en inox du d´etecteurs
sont naturellement l´eg`erement perm´eables `a ce gaz. Le CF4 semble ˆetre un bon can-
didat malgr´e sa toxicit´e et le fait qu’il soit l´eg`erement corrosif (probl`eme de tenue dans le temps de l’enveloppe et des soudures des passages ´etanches).
A la vue des r´esultats de l’´etude comparative consign´ee dans le tableau 2.1, le choix d’augmenter la pression partielle de CO2 peut ˆetre envisag´e. Il apparaˆıt ´egale-
ment opportun de remplacer le CO2par du CF4. Par ailleurs, le m´elange d’hydrog`ene
avec de l’argon permet d’avoir des performances acceptables pour notre application. Cependant, la pr´esence d’hydrog`ene peut s’av´erer peu stable dans le temps, ce gaz ayant tendance `a diffuser facilement au travers des parois des capteurs.
Il faut noter ´egalement que ces simulations doivent imp´erativement ˆetre com- pl´et´ees par des mesures en laboratoire. En effet, bien que certains gaz soient bien connus, le fait de les m´elanger `a des gaz moins connus peut perturber notablement le r´esultat fourni par le code de calcul. De plus, certaines sections efficaces des gaz ont ´et´e extrapol´ees depuis des points de mesure. Il convient donc de prendre toutes
les pr´ecautions d’usage face `a ces r´esultats qui ne peuvent ˆetre que pr´eliminaires. Par ailleurs, il semble important d’´evaluer l’impact sur les propri´et´es de d´etection neutronique des compteurs ainsi modifi´es. Certains composants des gaz employ´es pr´esentent des sections efficaces de diffusion ou de capture neutronique (Fluor) qui peuvent ne pas ˆetre n´egligeables.
En conclusion, nous avons vu que l’ajout d’un m´elange de CF4et de CO2 pouvait
am´eliorer la vitesse de d´erive des charges au sein du capteur. Cependant, `a lui seul, le m´elange gazeux ne peut r´esoudre l’ensemble des perturbations induites par les ph´enom`enes d’´ecrantage de champ. Les mesures exp´erimentales que nous avons pu conduire en milieu industriel n’ont pas permis de s´eparer un effet statistiquement repr´esentatif entre les diff´erents m´elanges test´es soit `a base de CO2 ou de CF4. Il convient donc de compl´eter cet effet d’am´elioration th´eorique avec une approche ´electronique. C’est ce que se propose de pr´esenter le paragraphe suivant.
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Architectures ´electroniques pour les usines de
l’aval du cycle
Les chaˆınes de mesure ´electroniques couramment utilis´ees sont encore largement analogiques ce qui ne va pas sans g´en´erer des probl`emes au niveau de l’exploitation. En effet, ces chaˆınes ont ´et´e dimensionn´ees pour une certaine gamme de mesure et ne sont que tr`es peu adaptables `a de nouvelles cellules de mesure, comme celles li´ees `a l’interrogation neutronique active et qui concernent les mesures des hauts flux. Les travaux actuels portent notamment sur le d´eveloppement de syst`eme de pr´e-amplificateur [Castoldi 03], [Hamrita 04] et [Herve 05] ou des applications de spectrom´etrie [Ivanov 92]. Les comptages neutroniques, dans le cas des mesures `a hauts flux pour des d´etecteurs `a gaz, sont ´egalement ´etudi´e pour en limiter la satura- tion. L’enjeu est surtout de maintenir un minimum d’effet perturbatoire r´esiduel au niveau du pr´e-amplificateur apr`es une saturation importante [Harder 07]. Ces effets proviennent notamment de l’overshoot g´en´er´e par l’impulsion saturante induite par le flash (neutron et gamma) issu du g´en´erateur de neutron.