Les projets de recherche « développement d’une μ-TPC pour la mesure de champs neutroniques mono-énergétiques de basses énergies (< 5MeV) sur l’installation AMANDE » développé par le LNE-IRSN/LMDN et « Conception et exploitation d’une chambre à pression variable et contrôlée» par le LNE-LNHB, nécessitent chacun, un système d’alimentation en gaz pour les détecteurs spécifiques des deux projets qui fait l'objet de la présente étude.

Objectifs

Conception et installation d’un banc gaz sur laquelle serait, ultérieurement, raccordé un détecteur spécifique à chacun des projets du LNHB (chambre à pression variable) et du LMDN (la µTPC).

Résumé et premiers résultats

Image
ENG-RI-04 fig0
Photographies du banc gaz

Les projets de recherche « développement d’une μ-TPC pour la mesure de champs neutroniques mono-énergétiques de basses énergies (< 5MeV) sur l’installation AMANDE » développé par le LNE-IRSN/LMDN et « Conception et exploitation d’une chambre à pression variable et contrôlée» par le LNE-LNHB, nécessitent chacun, un système d’alimentation en gaz pour les détecteurs spécifiques des deux projets. Bien qu’étant très semblables, les deux systèmes présentaient des différences fondamentales : l’un fonctionne en statique, à haute pression et nécessite trois arrivées de gaz, l’autre est opérationnel en dynamique, à basse pression et nécessitait quatre arrivées de gaz. Aussi les deux équipes se sont rapprochées afin de mutualiser la réalisation des systèmes de régulation de gaz et, ainsi, d’en réduire le coût. Suite à l’élaboration du cahier des charges, la société 2M Process a développé deux solutions. Elles comportent en commun un détendeur de bouteille, une lyre, un purificateur, un filtre et un débitmètre massique ainsi que des vannes intermédiaires et des vannes de purge. Les installations sont également équipées d’un capteur de pression très précis et d’un capteur de température. Le changement de gaz se fait à l’aide d’un système de pompage à vide secondaire associé à des rinçages successifs par le gaz porteur. Les bancs gaz doivent pouvoir être pilotés par ordinateur afin de pouvoir commander les pressions de remplissage et les ajuster à la pression nominale de précision en fonction de la lecture des capteurs de pression

Au LNHB, l’ensemble des résultats de tests de fonctionnement de l’installation d’alimentation en gaz confirment l’accord des performances du système d’alimentation avec celles demandées dans le cahier des charges initial. Le détecteur pourra être alimenté par différentes natures de gaz (azote, krypton et xénon) et également avec des mélanges binaires et ternaires de gaz sous une pression pouvant varier de 0,1 MPa à 2 MPa. La pression sera contrôlée à 0,15 % près et permettra de maîtriser la masse volumique des gaz dans le cas de mélanges à 0,6 % près. Par conséquent l’installation d’alimentation en gaz est opérationnelle pour recevoir le détecteur lorsque celui-ci sera construit. L’enceinte SYTELI ayant servi à la réalisation des tests au LNHB a ensuite été envoyée au LMDN pour que le dispositif situé sur le site de l’IRSN puisse également être testé.

Au LMDN, l’ensemble des résultats est conforme aux demandes initiales  (une pression pouvant aller de 5 kPa à 0,3 Mpa). Quelques ajustements minimes ont été nécessaires lors de la mise en service. L’incertitude liée au débit total du mélange gazeux utilisé actuellement (60 % C4H10 + 40 % CHF3 à 50 hPa absolu et 293,15 K) est de 5,3 %. Une amélioration est possible en revoyant les méthodes d’étalonnage du débitmètre et en adaptant mieux les gammes de mesure des débitmètres aux débits réellement utilisés. L’incertitude sur la mesure de la pression du mélange gazeux est de ± 2,2 hPa avec le capteur fonctionnant entre 0 et 0,13 MPa absolu. Afin d’obtenir une précision relative meilleure à basses pressions, l’acquisition d’un capteur de pression spécifique fonctionnant entre 0 et 100 hPa a été faite. L’incertitude sur la mesure de pression  à 50 hPa ne représente plus que 0,34  % (contre 5,4 %). Le système d’asservissement a également été adapté aux contraintes spécifiques du projet ; en effet des tuyaux de raccordement de plus de 10 mètres relient l’armoire de régulation au détecteur. Lors des premiers tests, le temps nécessaire pour atteindre une stabilité en pression étant beaucoup trop long, la modification des paramètres de la régulation a permis d’atteindre une stabilité en 8 minutes. Le système d’alimentation fonctionne conformément aux demandes du cahier des charges ; cependant le retour d’expérience de l’utilisation du détecteur μ-TPC montre que des améliorations seront nécessaires au niveau des types de mélanges gazeux utilisés, de la précision des capteurs de pression et des débitmètres

Impacts scientifiques et industriels

Les dispositifs développés au LMDN et au LNHB vont permettre d’alimenter en gaz les détecteurs développés dans le cadre des projets LNE « développement d’une μ-TPC pour la mesure de champs neutroniques mono-énergétiques de basses énergies (< 5 MeV) auprès de l’installation AMANDE » et « Conception et exploitation d’une chambre à pression variable et contrôlée» respectivement.

Partenaires

  • La société 2MProcess