Outre l’usure du d´epˆot, le vieillissement des chambres `a fission induit la modifi- cation de nombreux param`etres m´ecaniques au nombre desquels :
– L’´evolution des caract´eristiques m´ecaniques des m´etaux et des revˆetements m´etalliques conduit `a une fragilisation des soudures et des brasures ayant pour cons´equence l’apparition de micro-fuites. Ces micro-fuites ont pour cons´e- quence de modifier `a la fois la pression et la nature du gaz de remplissage, impactant de ce fait le d´epˆot d’´energie des produits de fission. Ainsi, la charge g´en´er´ee est dans ce cas plus faible. Elle conduit `a la g´en´eration d’impulsions d’amplitudes nettement plus faibles que lorsque le d´etecteur ´etait ”neuf”, i.e. dont le m´elange gazeux est constitu´e d’Argon `a 96% et d’Azote `a 4%. Ce ph´eno- m`ene est cons´ecutif `a une modification des performances de collecte des charges
en raison des mobilit´es µ+ et µ− impact´ees n´egativement par ce changement
de composition (pr´esence de gaz ´electroaccepteur). La pente de la courbe de saturation (i=f(ddp)) est une indication de la modification de la mobilit´e des esp`eces ioniques. En effet, celle-ci est fonction de l’augmentation de la tension et donc du champ ´electrique r´egnant dans la chambre d’ionisation.
– Le d´egazage des mat´eriaux peut ´egalement avoir une influence. Mˆeme si lors de la fabrication les pi`eces sont une premi`ere fois d´egaz´ees. Des mol´ecules gazeuses peuvent se retrouver adsorb´ees par la surface durant la phase de montage. La production intense de produits de fission gazeux peut entraˆıner des changements dans la nature mˆeme du gaz de remplissage avec pour prin- cipale cons´equence des recombinaisons et attachements ´electroniques accrus sans qu’il y ait n´ecessairement une fuite de gaz [Barouch 01].
– Les noyaux composant le gaz peuvent ´egalement ˆetre transmut´es.
– La migration ´eventuelle des mol´ecules du gaz entre le volume utile et le volume mort du d´etecteur en fonction de la temp´erature peut provoquer des variations de sensibilit´e en fonction de la temp´erature.
Une chambre `a fission est une chambre d’ionisation. Ainsi, si la tension appliqu´ee `a ses bornes est suffisante pour collecter tous les ions cr´e´es dans le gaz, le courant
sortant du d´etecteur est lin´eaire en fonction du d´ebit de fluence neutronique. Dans la pratique, les effets de recombinaison observ´es `a forts d´ebits de fluence neutronique sont proportionnels `a la concentration volumique des ions positifs et n´egatifs cr´e´es (effet de charge d’espace). Cet effet a donc pour cons´equence d’aug- menter la pente de la courbe de saturation [Duchˆene 81]. De mˆeme, la d´egradation du d´epˆot ou la perte de l’´etanch´eit´e des capteurs peut induire une baisse de la pente du plateau de courbe de saturation.
Par ailleurs, l’accumulation des produits de fission gazeux et la d´esorption des gaz inclus dans les parois accentuent la pente de la courbe de saturation. La pente de la courbe de saturation augmente donc naturellement avec le d´ebit de fluence mais ´egalement avec la fluence int´egr´ee, du fait de la pollution du gaz de remplissage et de la modification de la mobilit´e des charges qui en r´esulte. Les produits de fission g´en´er´es peuvent ˆetre des isotopes gazeux `a temp´erature ambiante comme le X´enon et le C´esium qui sont les plus abondants (environ 19% de l’ensemble des produits de fission g´en´er´es sont gazeux). Cette modification de la composition du m´elange gazeux nuit `a la distribution temporelle du signal physique cr´e´e par l’interaction des produits de fission avec le gaz (la charge totale est conserv´ee mais l’amplitude maxi- male est diminu´ee et le signal allong´e). De plus, certains produits de fission comme le C´esium sont des m´etaux qui peuvent en fonction des conditions de temp´erature et/ou de pression se condenser sur toute ou partie des ´electrodes ou des isolants d´egradant de ce fait l’isolement global de la chambre d’ionisation.
L’absence, essentiellement pour des questions de coˆut, d’un retour d’exp´erience
global int´egrant un plan d’exp´erience coh´erent pour l’observation de l’ensemble des param`etres de vieillissement (´evolution de la nature des gaz et de leurs pressions par- tielles respectives, ´evolution de la composition isotopique du d´epˆot, nature des d´epˆots des produits de fission sur les ´electrodes ou sur les isolants, etc.) d’une chambre `a fission est p´enalisant pour une ´evaluation quantitative et r´ealiste de l’importance globale de l’ensemble de ces effets et de leur importance relative.
D’une fa¸con globale, un suivi de l’´evolution de la forme de la courbe de satu-
ration ainsi que celle de la courbe de discrimination10 permet d’estimer l’´etat de
d´egradation du capteur. La courbe de discrimination pour le mode impulsion est une repr´esentation de la distribution des amplitudes des impulsions en sortie de d´e- tecteur en fonction de la tension appliqu´ee au d´etecteur. Plus la mobilit´e des ions et des ´electrons sera affect´ee par la pollution du gaz de remplissage, plus les impulsions vont s’´elargir temporellement. C’est `a dire que pour une int´egrale constante d’une impulsion typique, l’amplitude maximale sera plus faible. Cette repr´esentation gra- phique qu’est la courbe de discrimination permet de d´eceler ce probl`eme dans une certaine mesure. Nous verrons dans la suite de l’expos´e que cette m´ethode ne d´e- tecte pas avec suffisamment de finesse un d´ebut de d´egradation d’un capteur. Cette courbe est le pendant de la courbe de saturation du mode courant. La courbe de saturation permet de suivre la fa¸con dont sont collect´ees les charges dans le capteur :
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La courbe de discrimination consiste `a tracer le taux de comptage en fonction du seuil appliqu´e au signal impulsionnel
si cette collecte est perturb´ee, comme par exemple dans le cas de la pr´esence d’une pollution du gaz de remplissage, cette dynamique de collecte est perturb´ee. La pente du palier de saturation se d´egrade alors. La mesure de la pente du palier est donc un indicateur de d´egradation de la chambre d’ionisation.
Le MTBF11 mesur´e sur les chambres `a fission de type CFUL01, fabriqu´ees par
Photonis, est d’environ 500 000 heures avec un fonctionnement de type r´eacteur, c’est `a dire des p´eriodes de fonctionnement `a pleine puissance (plusieurs mois) en- trecoup´es d’arrˆets de courte dur´ee (quelques semaines).