Distribution de la densité des neutrons thermiques à l'intérieur d'une cellule à uranium naturel et eau lourde

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Distribution de la densité des neutrons thermiques à

l’intérieur d’une cellule à uranium naturel et eau lourde

A. Ertaud, P. Zaleski

To cite this version:

75 A g. IRVINE S. W. Jr. 2014 Anal. Chem., 1949, 21, 364. h. HAISSINSKY M. 2014 Industrie Nationale, avril-juin 1950, p. 37. i. HUDGENS J. E. 2014 Anal. Chem., 1952, 24, 1704. [2] GUÉRON J. 2014 Nucleonics, 1951, 9, 53; cf. aussi _{[1 b],} p. 6. [3] CONDIT R. I. et GRAVES J. D. 2014 Nucleonics, 1952, 10, 18. [4] PEYCHÈS I. 2014 Silicates industriels, août-septembre 1952, p. 241.

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[19] KOHN A. 2014 Rev.

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[20] BERBEZIER J., CHAMINADE R. et LALLEMANT C. 2014 Ann.

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Électrique,

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[25]

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[26]

GIMENEZ C. et LABEYRIE J. 2014 J. Phys. Rad., 1951, 12, 64 A. [27] DODERO. 2014 C. R. Acad. Sc., 1952, 234, 1462. GUNTZ A. 2014 C. R. Acad. Sc., 1953, 236, 2423.

DISTRIBUTION DE LA

DENSITÉ

DES NEUTRONS

_THERMIQUES

A

L’INTÉRIEUR

D’UNE CELLULE A URANIUM NATUREL ET EAU LOURDE.

Par A. ERTAUD et P.

_ZALESKI,

Commissariat à

l’Énergie

atomique,

Service de la Pile de Châtillon.

Sommaire. 2014 On

applique la méthode _{d’autoradiographie} à l’étude de la distribution des neutrons thermiques dans une cellule _uranium, eau lourde avec lame d’air.

On en déduit la _longueur de diffusion des neutrons _thermiques dans l’uranium et l’on compare les résultats obtenus avec la théorie élémentaire _appliquée au calcul du coefficient d’utilisation _thermique d’une cellule de diffusion. La _longueur trouvée L = _1,24 cm est à comparer avec la longueur de diffu-sion L = 1,30 donnée par _Guggenheim et _Pryce dans le calcul des cellules à graphite.

Introduction. - Nous _avons

appliqué

la méthode

d’autoradiographie

de détecteurs

_{[1], [2]}

à l’étude de la

_répartition

de la densité des neutrons

ther-miques

dans une cellule de

_pile

à uranium naturel

et à eau

_lourde,

avec lame d’air autour de l’uranium. Comme nous l’avions

_{déjà signalé,}

la méthode

d’autoradiographie

est

_{particulièrement}

bien

_adaptée

à ce _{genre de} mesures, c’est d’ailleurs en vue d’un tel travail

_qu’elle

a été mise au

_point.

Dispositif

expérimental

et mesures. -- La

cellule

_{expérimentale}

dont on trouvera ci-dessous les dimensions

_remplaçait

une barre d’uranium de

la

_pile

de Châtillon.

L’emplacement

de cette cellule

a été choisi de

_façon

_qu’elle

se trouve vers le centre de la

_pile

et, par

conséquent,

dans une

_région

de la densité variant peu avec le _rayon.

La cellule utilisée est

_{représentée figure}

i,

qui

indique également

le

_dispositif

de tenue des

détec-teurs.

La cellule étudiée est à uranium

_métallique,

avec

gaine

d’aluminium,

lame d’air et tube d’aluminium isolant la lame d’air de

l’eau

lourde.

Les dimensions sont les suivantes :

Uranium,

diamètre :

_29,3

_mm;

_gaine

_{d’aluminium,}

76 A

épaisseur :

1, 5 mm; lame

d’air,

épaisseur :

16,g

mm; tube

extérieur,

diamètre : 66-,8 X 70;

longueur

de

la barre : 170 cm.

Les mesures ont été faites suivant un diamètre. Les détecteurs utilisés sont des détecteurs de

~

Fig. ~ .

manganèse

5 X 65 mm

_(dépôt

sous vide d’envi-ron _{2 p}

_{d’épaisseur}

sur

_support

en nitrate de

cellu-lose).

Pour

_protéger

les détecteurs contre la

_pollution

possible

par les

produits

de

_fission,

on les en+oure

de

_cellophane.

On mesure cc l’effet total »

_{(sans cadmium)}

dans la

fenêtre de I mm

_{d’épaisseur}

et simultanément l’effet cadmium dans la fenêtre de 2 mm

_{d’épaisseur (voir}

fig.

i).

Les détecteurs sont

_placés

dans la

_région

du flux maximum. De

_plus,

les irradiations des deux

détec-teurs sont simultanées ainsi _{que les}

_expositions

photographiques.

Les résultats des mesures sous

cadmium sont évidemment moins

_précis

_que ceux

obtenus par le détecteur nu

_(à

cause du faible

noir-cissement de la

_{plaque photographique),}

mais il

Fig. 2.

s’agit

ici d’un terme correctif sur

_lequel

on

_peut

tolérer des erreurs

_{plus grandes}

_que sur le terme

principal

(détecteur

nu).

Au cours des

irradiations,

l’uranium a chauffé

assez notablement. La

_température

était mesurée

à l’aide de deux

thermocouples,

l’un

_placé

contre le

gainage

de

_l’uranium,

l’autre dans la lame d’air et

au

_voisinage

de l’eau lourde.

La

_figure

2 montre la variation de

_température

observée au cours de l’irradiation des détecteurs. On

peut

admettre _{que les résultats} obtenus sont relatifs

à une

_température

_moyenne d’environ 11 o~ C dans

l’uranium. La

_température

de l’air dans la

_gaine

au

_voisinage

de l’eau lourde est maintenue à environ 5oo C.

Résultats

_{expérimentaux. -}

Les résultats de

l’irradiation sans et avec cadmium sont donnés

figure

3, courbes A et B.

Fig. 3.

Fig. 4.

La

_répartition

suivant un diamètre de la densité

des neutrons est obtenue en

_soustrayant

la courbe B de la courbe A

_{( fig.}

_4).

La

_précision

_{estimée pour le} résultat définitif

est d’environ ±: _{~, 5 pour} 100

(tout

au moins dans la

_partie

relative à

_{l’uranium),}

étant entendu

_qu’il

ne

_s’agit

ici que de mesures relatives.

L’imperfection

du

_montage

_{expérimental}

rend moins

_précises

les

_parties

de la courbe

_{correspondant}

77 A

l’uranium est suffisamment

_précise

_pour

_qu’on

puisse

en _{comparer le résultat obtenu} à la

distri-bution de densité _{calculée par} les méthodes habi-tuelles

_[3].

On _{sait que, dans la} théorie élémentaire dans

laquelle

on suppose que les sources de neutrons

sont

_réparties

uniformément dans le ralentisseur

et _pour

_laquelle

on

_{applique l’équation}

élémentaire

de la

diffusion,

on trouve dans l’uranium une

répar-tition de densité de neutrons

A étant une

_constante,

_I,

la fonction de Bessel modifiée de 1 rc

_espèce

et d’ordre

zéro,

et

L,

la

longueur

de diffusion du milieu considéré.

La

_figure

5 montre sur le même

_graphique

la

courbe

_{expérimentale}

et la courbe

_théorique

_pour

deux valeurs de L

_(1,20

et

_{1,25 cm).}

On constate

qu’il

y a un accord relativement bon et assez

inat-tendu entre la

_répartition

des neutrons calculée par la théorie élémentaire et leur

répartition

expéri-mentale. Cet accord

_permet

de choisir une valeur

de

_L,

_{convenable pour le calcul des cellules.} L’examen des résultats montre _{que, dans} ce cas

et _pour l’uranium utilisé

_{(densités 19),}

la valeur à

adopter

dans le calcul du coefficient d’utilisation

thermique

d’une cellule à uranium naturel avec

lame d’air est de

_{1, 24 -,-}

_o,o3 cm. On

_peut

_comparer

ce résultat avec la valeur 1,30 cm de la

_longueur

de diffusion dans de

l’uranium,

adoptée

par

Gug-geinheim

et

_Pryce

_[3]

dans le calcul d’un réseau uranium

_graphite.

D’autre

_part,

_{l’expérience}

_{montre que} dans la lame

_d’air,

la densité est sensiblement

_plus

élevée pour la

région

périphérique

(voisinage

de l’eau

lourde)

que pour la

région

voisine de l’uranium. Ce résultat avait

déjà

été

_prévu

_{théoriquement}

_par 1~~I. Yvon

_[4].

Dans le cas

_considéré,

le

_rapport

des

densités de neutrons entre le bord externe et le bord interne de la

_gaine

est de _1,08.

Étant

donné la

_précision

moins bonne de cette

_partie

de la

courbe,

on

_peut

admettre un accroissement d’environ 10 _pour 100 de la densité entre les bords interne

et externe de la lame d’air.

Ce résultat montre le désaccord

qui

existe entre

la théorie élémentaire du calcul des cellules de

_piles

(voir,

par

exemple, Guggenheim

et

_{Pryce, ré f ,}

eit.

et aussi Glasstone et Edlund

_[5]).

Dans la théorie

élémentaire,

on admet

_qu’il

_n’y

a _{pas de} variation

de densité de neutrons le

_long

du _rayon au cours

du _passage dans la

_gaine

d’air.

_{L’expérience}

montre

qu’il

n’en est rien et _{que la}

_dépression

dans l’air

est loin d’être

_{négligeable.}

Nous avons

_appliqué

ces résultats au calcul du

coefficient d’utilisation

_thermique

de la cellule

Fig. 5.

expérimentée,

en admettant _{que, dans l’eau}

_lourde,

la théorie élémentaire

_{s’appliquait}

avec les

cons-tantes connues.

Le tableau suivant résume les résultats du calcul :

Les variations

_{dé i}

auront _{relativement peu}

d’importance

dans le cas d’une

_pile

à eau

_lourde,

mais

_peuvent

_jouer

un certain rôle pour les

_piles

au

_graphite

dont le k~ est

_plus

voisin de l’unité.

’

Manuscrit

reçu

le 13 octobre _1953.

BIBLIOGRAPHIE.

[1] ERTAUD _A., ZALESKI P. 2014 J.

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