Les moniteurs à l'ILL

Un moniteur est un détecteur mono-canal de faible efficacité que l'on place dans le faisceau avant l'échantillon afin de mesurer le flux de neutrons que celui-ci va recevoir. Il est donc généralement dans un flux de neutrons intense et est soumis à un niveau de rayonnement gamma souvent important.

Tous les moniteurs utilisés à l'ILL sont des détecteurs mono-canal, quel que soit leur mode de fonctionnement (fission, proportionnel, ²³⁵U, BF₃, ³He, …).

Schéma des premiers moniteurs ILL
©1972 ILL, Jean Jacobé

En bas moniteur BF₃ développé en 1972. En haut, moniteur ³He à fil développé en 1987
©ILL, A. Filhol

Les moniteurs du début

Les premiers moniteurs, de forme carrée, ont été développés par Jacobé en 1972 [1]. Ils étaient à gaz BF₃, l'³He étant jugé trop cher, et avaient des fenêtres rondes en aluminium de taille suffisante pour les faiceaux de la majorité des instruments. Jacobé raconte :

A cette occasion, j'ai découvert que l'introduction de BF₃ dans le boitier, produisait un léger dépôt de Bore sur les parois, ce qui permettait d'obtenir des moniteurs à très faible efficacité, donc adaptés aux flux importants.

André Rambaud effectuait les évaporations de bore naturel enrichi en ¹⁰B au CEA qui était le seul en France à posséder une unité de manipulation de BF₃. Le test du dépôt de bore était fait à l'ILL en fin de montage. Le remplissage se faisait avec de 1% d'argon et 5% de CO₂ à la pression de 1 bar.
Pour le diffractomètre 4-cercles D8 dont le faisceau faisait moins de 1 cm² au niveau de l'échantillon, Jacobé a développé en 1973, un moniteur à dépôt de Bore de seulement 4 cm de diamètres.

Les moniteurs rectangulaires à fil ont été développés par Dominique Feltin en 1987 [2]. Ils sont à ³He sous faible pression et leurs fenêtres sont en aluminium. Le montage du fil était fait à l'ILL, la soudure du couvercle à la S.N.L.S à Saint-Romans, le remplissage et le queuesotage à l'ILL.

Innovation ILL : Moniteur à couche mince BF₃ solide

Références
1 - Note technique S-T72 /800-JJ/SN
2 - Note technique DIM-87/013-DF/ngd

Principe d'un moniteur cylindrique de type chambre d'ionisation à fission
*L’instrumentation et la mesure en milieu nucléaire*, Ed. du Moniteur, Paris, 2018

Radiographie X d'un modèle de moniteur à fission utilisé à l'ILL
© 2022, Guérard et al.

Moniteurs à chambre à fission
La chambre à fission du moniteur est remplie d'argon et ses parois sont recouvertes d'une couche l'uranium qui sert de convertisseur. Les neutrons incidents fissionnent l'isotope ²³⁵U et les fragments produits ionisent le gaz. Ce type de détecteur est peu sensible à une ambiance gamma, même élevée et supporte des flux élevés.

L'ILL s'approvisionne chez LND Inc. mais ses exigences allant au delà de ce que propose le fabricant, des tests détaillés ont été effectués par le groupe détecteur. Ils montrent que la conception et la réalisation de ces moniteurs ne sont pas optimales [1].

Même si les moniteurs à uranium (matériau nucléaire), ou à BF3 (gaz toxique), sont supérieurs aux moniteurs à ³He, on leur préfère maintenant ces derniers à cause du renforcement des règles de sécurité.

Référence
[1] Lafont F., Guérard B., Hall-Wilton R. and Kanaki K. (2021) arXiv preprint arXiv:2111.13535.

Moniteurs multitubes à gaz

Les moniteurs à chambre à fission ont divers inconvénients, notamment celui de contenir de l'uranium, matériau nucléaire dont le contrôle est de plus en plus strict. En outre, l'ILL ayant constaté que les moniteurs de son fournisseur LND Inc. n'ont ni une réponse homogène sur toute leur surface, ni l'efficacité annoncée par le fabricant [1], une alternative à cette technologie a été recherchée.

Le groupe détecteur de l'ILL développe alors un nouveau type de moniteur de type "multitube" à ³He, dits à technologie MAM (Monoblock Aluminum Multitube). Les tubes sont taillés par électroérosion dans la tranche d'une plaque d'aluminium épaisse. Leur section est carrée de manière à minimiser la quantité de matière dans le faisceau.

En outre, si les anodes des divers tubes sont résistives et chainées, alors le moniteur peux être utilisé pour faire une imagerie grossière du faisceau en utilisant la technique dite de "division de charges". On passe ainsi de moniteurs monodétecteurs à des moniteurs multidétecteurs.

Innovation ILL : moniteurs multitubes à gaz à technologie MAM permettant l'imagerie du faisceau incident

Références
[1] Lafont F., Guérard B., Hall-Wilton R. and Kanaki K. (2021) arXiv preprint arXiv:2111.13535 .
[2] Lafont F. et al. (2022) à paraitre.

Moniteur multitube à ³He
©2022 ILL, Bruno Guérard

Vue du corps d'un moniteur multitube montant les percages carrés usinés par électroérosion
©2022 ILL, Bruno Guérard

Image du faisceau incident de neutron donnée par un moniteur multitube
©2022 ILL, Bruno Guérard

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