Qu’est-ce que le vanadium-51 en tant que matériau – SPND à base de vanadium – Définition

Les détecteurs de neutrons auto-alimentés ( SPND ) sont des détecteurs de neutrons, qui sont largement utilisés dans les réacteurs pour surveiller le flux de neutrons en raison de son adaptabilité à l’environnement sévère dans le cœur. Les SPND peuvent faire partie du système de surveillance du flux neutronique incore, qui fournit des informations détaillées sur la distribution du flux neutronique et donc les marges de ces limites de puissance de crête. Ces détecteurs utilisent le processus de désintégration radioactif de base de son matériau d’activation neutronique pour produire un signal de sortie. Comme son nom l’indique, les   SPND ne nécessitent pas de source de tension externe pour créer un potentiel de tension dans le détecteur. Au lieu de cela, un courant est produit dans le détecteur à la suite de l’ activation des neutronset désintégration bêta subséquente du détecteur lui-même. Du fait de l’émission de ces particules bêta (électrons), le fil se charge de plus en plus positivement. Le potentiel positif du fil fait circuler un courant dans la résistance R. Le courant d’électrons issu de la désintégration bêta peut être mesuré directement avec un ampèremètre.

Le détecteur de neutrons auto-alimenté présente deux avantages principaux:

• Très peu d’instruments sont requis, généralement seulement un millivoltmètre ou un ampèremètre
• Le matériau de l’émetteur a une durée de vie beaucoup plus longue que le revêtement au bore ou à l’uranium 235 utilisé dans les chambres à fission.

D’un autre côté, il existe également des inconvénients, l’un étant lié au fait que les courants, même à pleine puissance, sont très faibles. Par conséquent, les SPND ne sont pas en mesure de fournir des informations sur la distribution du flux en fonctionnement à faible puissance (10% et moins). Le principal inconvénient du détecteur de neutrons auto-alimenté est que le matériau de l’émetteur se désintègre avec une demi-vie caractéristique, qui détermine le temps de réponse du détecteur.

Le SPND typique est un câble coaxial composé de:

• Emetteur . Une électrode interne, qui est faite d’un matériau qui absorbe un neutron et subit une désintégration radioactive en émettant un électron (désintégration bêta). L’émetteur est généralement en rhodium et est utilisé pour produire des électrons.
• Isolation. L’émetteur est entouré d’isolant, généralement composé d’oxyde d’aluminium.
• Collectionneur . Les parois métalliques du détecteur enveloppent ces pièces et servent de collecteur pour le. les électrons qui sont produits.- Le collecteur est attaché au potentiel de terre,

Les détecteurs de neutrons auto-alimentés sont généralement placés dans le tube d’instrumentation d’un assemblage combustible, ils peuvent surveiller toute la longueur des assemblages combustibles sélectionnés pour fournir une carte tridimensionnelle extrêmement précise de la distribution du flux neutronique . À l’aide de ces données, la reconstruction du flux neutronique peut également être effectuée dans le reste du cœur du réacteur.

Les matériaux typiques utilisés pour l’émetteur sont le cobalt, le cadmium, le rhodium et le vanadium. Ces matériaux doivent être utilisés car ils possèdent des températures de fusion relativement élevées, des sections efficaces relativement élevées aux neutrons thermiques et sont compatibles avec le processus de fabrication du SPND.

Référence spéciale: William H. Todt, Sr. CARACTÉRISTIQUES DES DÉTECTEURS DE NEUTRONS AUTONOMES UTILISÉS DANS LES RÉACTEURS DE PUISSANCE. Imaging and Sensing Technology Corporation. New York.

Emetteur de vanadium – SPND à base de vanadium

Un SPND avec un émetteur de vanadium a une sensibilité relativement faible, un faible taux de combustion, avec une perturbation minimale de la densité de puissance locale et a un signal retardé très long. Le détecteur à base de vanadium est le type de détecteur autonome à courant bêta, qui utilise la réaction d’activation suivante pour produire un courant qui peut être mesuré.

¹ n + ⁵¹ V → ⁵² V → ⁵² Cr + β

Le vanadium-51 a une section efficace de capture de 4,9 barns pour les neutrons thermiques sans résonances. Cette réaction conduit à la production de ⁵² V avec T _1/2 = 3,74 min qui est radioactif bêta .

Les caractéristiques suivantes sont typiques lorsqu’elles sont utilisées dans un réacteur de puissance thermique (par exemple PWR).

• Le taux de combustion du vanadium est de 0,012% par mois dans un flux de neutrons thermiques de 10 ¹³ n / cm ² / sec.
• 99% du signal a une demi-vie de 3,8 minutes.
• 1% du signal est rapide.
• L’émission bêta subséquente a une énergie de 2,6 MeV.