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CH667882A5 - NUCLEAR RADIATION ABSORBERS. - Google Patents

NUCLEAR RADIATION ABSORBERS. Download PDF

Info

Publication number
CH667882A5
CH667882A5 CH305386A CH305386A CH667882A5 CH 667882 A5 CH667882 A5 CH 667882A5 CH 305386 A CH305386 A CH 305386A CH 305386 A CH305386 A CH 305386A CH 667882 A5 CH667882 A5 CH 667882A5
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
gadolinium
alloys
metallic
absorbers
metal
Prior art date
Application number
CH305386A
Other languages
French (fr)
Inventor
Claude Planchamp
Original Assignee
Claude Planchamp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Claude Planchamp filed Critical Claude Planchamp
Priority to CH305386A priority Critical patent/CH667882A5/en
Priority to EP87810421A priority patent/EP0258177A1/en
Publication of CH667882A5 publication Critical patent/CH667882A5/en

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C9/00Alloys based on copper
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22C23/06Alloys based on magnesium with a rare earth metal as the next major constituent
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
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    • G21F1/02Selection of uniform shielding materials

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Description

DESCRIPTION DESCRIPTION

La présente invention concerne des absorbeurs métalliques de radiations nucléaires. Elle a plus particulièrement pour objet des absorbeurs métalliques de radiations nucléaires contenant du gadolinium métallique sous forme d'alliages métallique choisi parmi l'une au moins des familles d'alliages cuivre-gadolinium et magnésium-gadolinium, respectivement, chacune desdites familles d'alliages contenant de 0,05 à 95% en poids de gadolinium par rapport au poids total de l'alliage. The present invention relates to metal absorbers of nuclear radiation. It more particularly relates to metallic nuclear radiation absorbers containing metallic gadolinium in the form of metallic alloys chosen from at least one of the families of copper-gadolinium and magnesium-gadolinium alloys, respectively, each of said families of alloys containing from 0.05 to 95% by weight of gadolinium relative to the total weight of the alloy.

L'importance des programmes énergétiques électronucléaires dans le monde et le développement des techniques nucléaires nécessitent des solutions de protection contre les radiations nucléaires (périphérie des réacteurs, transport et stockage des déchets radioactifs, machines nucléaires...) Il est donc de première importance et de première nécessité de concevoir et fabriquer des absorbeurs de radiations efficaces et compétitifs. Les matériaux d'absorption doivent répondre aux critères suivants : The importance of nuclear power programs in the world and the development of nuclear techniques require solutions to protect against nuclear radiation (reactor periphery, transport and storage of radioactive waste, nuclear machines, etc.) It is therefore of primary importance and essential to design and manufacture efficient and competitive radiation absorbers. The absorption materials must meet the following criteria:

- en premier lieu, posséder des propriétés nucléaires spécifiques : grande section efficace de capture neutronique, faible émission de rayonnement secondaire, bonne stabilité dans le temps par rapport aux rayonnements. - firstly, having specific nuclear properties: large cross section of neutron capture, low emission of secondary radiation, good stability over time with respect to radiation.

- avoir un point de fusion élevé pour supporter réchauffement engendré par l'absorption des rayonnements, et notamment des flux neutroniques. - have a high melting point to withstand heating generated by the absorption of radiation, and in particular neutron fluxes.

- être bon conducteur de la chaleur pour faciliter le refroidissement vers l'extérieur. - be a good conductor of heat to facilitate cooling to the outside.

- chaleur résiduelle pas trop importante (se dégageant sous forme de rayonnement après l'arrêt). - not too high residual heat (released as radiation after stopping).

- résistance mécanique suffisamment grande. - sufficiently high mechanical resistance.

- résistance à la corrosion par rapport au réfrigérant, ou dans l'atmosphère de travail. - resistance to corrosion with respect to the refrigerant, or in the working atmosphere.

- présenter une bonne stabilité par rapport à la chaleur et au rayonnement - have good stability with respect to heat and radiation

- coût compétitif, tant sur le plan de la matière première que dans la mise en œuvre. - competitive cost, both in terms of raw material and implementation.

Tous les éléments absorbent plus ou moins les radiations nucléaires, mais ceux qui ont les propriétés neutrophages les plus marquantes sont: All the elements absorb more or less nuclear radiation, but those which have the most striking neutron-absorbing properties are:

le cadmium, le bore, l'europium, le hafnium, le gadolinium. cadmium, boron, europium, hafnium, gadolinium.

Le cadmium a l'inconvénient d'être un produit très toxique pour l'organisme humain et son utilisation est strictement interdite dans de nombreux pays. De plus, son point de fusion (321 °C) et sa température d'ébulition (761 °C) sont très bas, et sa résistance à la corrosion en milieu aqueux est très mauvaise. Cadmium has the disadvantage of being a very toxic product for the human organism and its use is strictly prohibited in many countries. In addition, its melting point (321 ° C) and its boiling point (761 ° C) are very low, and its resistance to corrosion in an aqueous medium is very poor.

L'europium et le dysprosium bien qu'ayant une grande section efficace de capture, donnent lieu à des applications très limitées, étant donné leur prix très élevé. Europium and dysprosium, although having a large effective capture section, give rise to very limited applications, given their very high price.

Le matériau absorbeur le plus répandu et le plus connu sur le plan de la criticité est sans con teste possible le bore qui est utilisé sous différentes formes: bore élémentaire, borures, carbure de bore, acide borique, oxyde, nitrure etc. et de nombreux brevets ont été déposés. La mise en œuvre des matériaux à base de bore est délicate: le bore élémentaire a de mauvaises propriétés mécaniques, il est hautement oxydable à haute température et sa résistance à la corrosion est mauvaise; il faut alors l'insérer sous forme de composés chimiques définis dans diverses matrices, et ces matériaux composites posent des problèmes d'homogénéité et sont délicats de mise en œuvre. The most widely used and most well-known absorptive material in terms of criticality is without any test the boron which is used in different forms: elemental boron, borides, boron carbide, boric acid, oxide, nitride etc. and many patents have been filed. The use of boron-based materials is delicate: elemental boron has poor mechanical properties, it is highly oxidizable at high temperature and its corrosion resistance is poor; it must then be inserted in the form of chemical compounds defined in various matrices, and these composite materials pose problems of homogeneity and are difficult to implement.

Le hafnium a des propriétés d'absorption très inférieures au bore pour les neutrons thermiques et épithermiques, son coût est élevé et sa mise en œuvre délicate à cause de son oxy-dabilité. Hafnium has much lower absorption properties than boron for thermal and epithermal neutrons, its cost is high and it is difficult to use because of its oxidability.

La samarium présente des propriétés neutrophages intéressantes, intermédiaires entre le bore et le gadolinium pour les neutrons thermiques, supérieures au bore et au gadolinium pour les neutrons intermédiaires et rapides. Toutefois, deux zones de faiblesse d'aborption subsistent par rapport au bore, la première entre 1 et 5 eV et la deuxième entre 30 et 40 eV. The samarium has interesting neutron-absorbing properties, intermediate between boron and gadolinium for thermal neutrons, superior to boron and gadolinium for intermediate and fast neutrons. However, two zones of weak absorption remain with respect to boron, the first between 1 and 5 eV and the second between 30 and 40 eV.

La gadolinium présente dans le spectre de neutrons thermiques la section efficace de capture la plus élevée de tous les absorbeurs connus. On peut observer que par exemple, pour des neutrons d'énergie initiale de 10~' à 10~3 eV, sa section efficace de capture est environ 100 fois plus élevée que celle du bore. Par contre, dans la zone de neutrons épithermiques et des neutrons lents, le gadolinium a des propriétés d'absorption moins bonnes que le bore mais cette faiblesse dans le spectre de neutrons peut être compensée par une augmentation du pourcentage pondérale de gadolinium dans l'alliage utilisé. Gadolinium has the highest cross-sectional area of all known absorbers in the thermal neutron spectrum. It can be observed that for example, for neutrons of initial energy from 10 ~ 'to 10 ~ 3 eV, its effective capture section is approximately 100 times higher than that of boron. On the other hand, in the zone of epithermal neutrons and slow neutrons, gadolinium has worse absorption properties than boron but this weakness in the neutron spectrum can be compensated by an increase in the weight percentage of gadolinium in the alloy used.

L'oxyde de gadolinium est déjà utilisé depuis de nombreuses années dans diverses installations nucléaires ou, mélangé au combustible, il joue le rôle de modérateur. Mais son application à la confection d'absorbeurs de radiations pose des problèmes. En effet, l'oxyde, généralement disponible sous forme de poudre, doit être mélangée à d'autres produits en utilisant des technologies très complexes, et les mauvaises propriétés mécaniques rendent son application lors de la réalisation d'aborbeurs de forme compliquée, à la fois délicate et couteuse. De plus, cet oxyde a une mauvaise conducti5 Gadolinium oxide has already been used for many years in various nuclear installations where, when mixed with fuel, it acts as a moderator. However, its application to the manufacture of radiation absorbers poses problems. Indeed, the oxide, generally available in powder form, must be mixed with other products using very complex technologies, and the poor mechanical properties make its application during the production of barbers of complicated shape, to the both delicate and expensive. In addition, this oxide has poor conductivity.

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3

667 882 667,882

bilité thermique et sa capacité d'absorption est relativement réduite par rapport à celle du gadolinium élémentaire. thermal bility and its absorption capacity is relatively reduced compared to that of elementary gadolinium.

C'est pourquoi le demandeur, conscient de l'intérêt de l'utilisation du gadolinium comme élément neutrophage, a cherché et trouvé le moyen d'en faire des absorbeurs de radiations nucléaires intéressants en l'alliant à d'autres matières métalliques. This is why the applicant, aware of the advantage of using gadolinium as a neutron-absorbing element, has sought and found a way to make it an attractive absorber of nuclear radiation by combining it with other metallic materials.

Ces nouveaux absorbeurs sont caractérisés par le fait qu'ils constituent essentiellement deux familles d'alliages métalliques, une famille ayant pour métal de base le cuivre et une autre famille ayant pour métal de base le magnésium. Ces deux familles d'alliages présentent des intérêts complémentaires: These new absorbers are characterized by the fact that they essentially constitute two families of metallic alloys, a family having copper as base metal and another family having magnesium as base metal. These two families of alloys present complementary interests:

les mélanges Mg-Gd seront très légers mais par contre auront des propriétés mécaniques faibles surtout à hautes températures. Les mélanges Cu-Gd, de densité beaucoup plus élevée, vont présenter de hautes propriétés mécaniques à froid et à hautes températures (jusqu'à 500 °C) et une excellente conductibilité thermique. Dans ces deux familles, les propriétés d'absorption de radiations nucléaires sont données par la masse relative de gadolinium présente dans les matrices concernées. La capacité d'absorption d'un élément est définie par sa section efficace de capture neutronique, exprimée en BARN. A partir de cette section efficace a, on peut obtenir un coefficient d'absorption [x grâce à la relation: the Mg-Gd mixtures will be very light but on the other hand will have weak mechanical properties especially at high temperatures. Cu-Gd mixtures, of much higher density, will have high mechanical properties when cold and at high temperatures (up to 500 ° C) and excellent thermal conductivity. In these two families, the absorption properties of nuclear radiation are given by the relative mass of gadolinium present in the matrices concerned. The absorption capacity of an element is defined by its cross section of neutron capture, expressed in BARN. From this cross section a, we can obtain an absorption coefficient [x thanks to the relation:

^PN"Ä ^ PN "Ä

(i est exprimé en cm"1 (i is expressed in cm "1

P est la masse volumique du matériau en g/cm3 A est la masse atomique en g a est la section efficace de capture en cm2 N est le nombre d'Avogadro P is the density of the material in g / cm3 A is the atomic mass in g a is the cross section of capture in cm2 N is the Avogadro number

Pour calculer le coefficient d'absorption d'un alliage, il faut tenir compte de tous les éléments d'addition présents, et utiliser alors la formule: To calculate the absorption coefficient of an alloy, you must take into account all the addition elements present, and then use the formula:

xtv Cia xtv Cia

M-;iiliage P -N ^ j p = masse volumique de l'alliage Ci = concentration pondérale de l'élément i dans l'alliage ai = section efficace de l'élément i Ai = masse atomique de l'élément i M-; iiliage P -N ^ j p = density of the alloy Ci = weight concentration of the element i in the alloy ai = cross section of the element i Ai = atomic mass of the element i

En considérant un élément d'addition donné i, le coefficient d'absorption de l'alliage est directement fonction du pourcentage pondérale de cet élément dans l'alliage. Ainsi, pour tous les alliages Cu-Gd et Mg-Gd faisant l'objet du présent brevet, leur coefficient d'absorption sera directement fonction du pourcentage en poids de gadolinium. By considering a given addition element i, the absorption coefficient of the alloy is directly a function of the weight percentage of this element in the alloy. Thus, for all the Cu-Gd and Mg-Gd alloys which are the subject of this patent, their absorption coefficient will be directly a function of the percentage by weight of gadolinium.

Ces alliages Cu-Gd et Mg-Cd sont caractérisés essentiellement par le fait qu'ils comportent comme éléments principaux le magnésium ou le cuivre associé au gadolinium avec un pourcentage pondéral de gadolinium pouvant aller de 0,05% à 95% par rapport au poids total de l'alliage considéré. En dessous de 0,05%, l'effet absorbant s'avère trop réduit, et au-dessus de 95% on tombe dans le cas du gadolinium métal dont l'oxydabilité est élevée, les propriétés technologiques peu intéressantes avec une faible conductibilité thermique, une mise en œuvre difficile et un coût très élevé. These Cu-Gd and Mg-Cd alloys are essentially characterized by the fact that they contain as main elements magnesium or copper associated with gadolinium with a weight percentage of gadolinium which can range from 0.05% to 95% relative to the weight total of the alloy considered. Below 0.05%, the absorbent effect proves to be too reduced, and above 95% we fall in the case of gadolinium metal whose oxidizability is high, the technological properties not very interesting with a low thermal conductivity , a difficult implementation and a very high cost.

De préférence, on se situera avec les alliages de la famille Cu-Gd de 0,05% à 30% de Gd, ou de 75% à 95% de Gd, et avec la famille Mg-Gd, de 0,05% à 55% de Gd (tous ces pourcentages sont des pourcentages pondéraux). Preferably, the alloys of the Cu-Gd family will range from 0.05% to 30% Gd, or from 75% to 95% Gd, and with the Mg-Gd family, from 0.05% to 55% Gd (all these percentages are percentages by weight).

Ces fourchettes, sans être exclusives, présentent les meilleurs compromis de propriétés technologiques et la teneur en gadolinium sera calculée en fonction du niveau d'absorption recherché. These ranges, without being exclusive, present the best compromises of technological properties and the gadolinium content will be calculated according to the level of absorption sought.

Le cuivre et le magnésium utilisés peuvent être purs, ou alliés avec n'importe quels autres éléments d'addition qui vont permettre de renforcer les propriétés mécaniques des absorbeurs ou de modifier leurs propriétés technologiques (facilité de mise en œuvre, résistance à la corrosion, usinabi-lité, soudabilitê...) De même, parmi tous les éléments d'addition autres que le gadolinium le cuivre et le magnésium, pourront être ajoutés d'autres éléments neutrophages tels que le samarium l'europium, le hafnium, le bore, le cadmium, le dysprosium, etc....ou pourront être insérées des fibres (en alumine, en carbure de Si, en bore, en carbone...). The copper and magnesium used can be pure, or alloyed with any other addition element which will make it possible to reinforce the mechanical properties of the absorbers or to modify their technological properties (ease of implementation, resistance to corrosion, machinability, weldability ...) Likewise, among all the elements of addition other than gadolinium, copper and magnesium, other neutrophagous elements can be added such as samarium, europium, hafnium, boron , cadmium, dysprosium, etc ... or can be inserted fibers (alumina, Si carbide, boron, carbon ...).

Les alliages cuivre gadolinium ou magnésium gadolinium présentent une très bonne facilité de mise en œuvre par l'un au moins des procédés de fabrication choisis parmi le moulage, que ce soit en sable, en coquille, sous haute ou basse pression, le laminage à chaud ou à froid, l'extrusion, le for-geage, le formage sous vide... Gadolinium copper or gadolinium magnesium alloys have a very good ease of implementation by at least one of the manufacturing processes chosen from molding, whether in sand, in shell, under high or low pressure, hot rolling. or cold, extrusion, forging, vacuum forming ...

Ces alliages donnent des structures parfaitement homogènes avec des sections efficaces de capture très régulières. La densité des mélanges va être variable en fonction des proportions de gadolinium introduites dans le cuivre ou le magnésium. A titre indicatif, le tableau I donne des valeurs de densité pour différentes compositions. These alloys give perfectly homogeneous structures with very regular effective cross-sections. The density of the mixtures will be variable depending on the proportions of gadolinium introduced into copper or magnesium. As an indication, Table I gives density values for different compositions.

Tableau I Table I

Densité, de différents alliages Cu-Gd et Mg-Gd Density, of different Cu-Gd and Mg-Gd alloys

Alliage Alloy

% pondéral de Gd % by weight of Gd

Densité Density

Cu-Gd Cu-Gd

10 10

8,8 8.8

Cu-Gd Cu-Gd

20 20

8,7 8.7

Cu-Gd Cu-Gd

85 85

8,1 8.1

Mg-Gd Mg-Gd

5 5

1,9 1.9

Mg-Gd Mg-Gd

20 20

2,5 2.5

Si la densité des alliages Cu-Gd varie peu avec les additions croissantes de Gd (les deux métaux purs ont des densités très voisines), il n'en est pas de même pour la matrice magnésium dont la densité augmente très sensiblement au fur et à mesure que l'on ajoute du gadolinium. If the density of Cu-Gd alloys varies little with increasing additions of Gd (the two pure metals have very similar densities), it is not the same for the magnesium matrix whose density increases very appreciably as as we add gadolinium.

La conductibilité thermique va fortement varier en fonction des alliages finalement retenus pour la fabrication des absorbeurs: les valeurs pour le cuivre pur, le magnésium pur et le gadolinium sont respectivement, en W/m °K (entre 0 et 150 °C): 394, 155 et 8,8. Il y a une très grande différence de conductibilité thermique entre les trois métaux, La conductibilité thermique du matériau métallique absorbeur finale va dépendre du mélange retenu (Cu-Gd ou Mg-Gd) et éventuellement des autres éléments d'addition introduits dans les alliages pour en améliorer leurs propriétés mécaniques, technologiques ou d'absorption. Cette notion de conductibilité thermique est importante et va fortement influencer le choix de la composition optimale recherchée pour la matériau absorbeur, car toute absorption de radiation (et spécialement la capture neutronique) s'accompagne d'un dégagement de chaleur qu'il faudra évacuer des parties chaudes vers les parties froides aussi rapidement que possible. On remarquera que la matrice cuivre est de ce point de vue la mieux placée. The thermal conductivity will vary greatly depending on the alloys ultimately chosen for the manufacture of the absorbers: the values for pure copper, pure magnesium and gadolinium are respectively, in W / m ° K (between 0 and 150 ° C): 394 , 155 and 8.8. There is a very large difference in thermal conductivity between the three metals. The thermal conductivity of the final absorbent metallic material will depend on the mixture retained (Cu-Gd or Mg-Gd) and possibly on the other addition elements introduced into the alloys for improve their mechanical, technological or absorption properties. This notion of thermal conductivity is important and will strongly influence the choice of the optimal composition sought for the absorbent material, because any absorption of radiation (and especially neutron capture) is accompanied by a release of heat which must be removed from the hot parts to cold parts as quickly as possible. It will be noted that the copper matrix is from this point of view the best placed.

D'une manière générale, les points de début de fusion des alliages Cu-Gd et Mg-Gd sont élevés, ce qui leur confère une très bonne stabilité à haute température, et qui leur permet de supporter sans problème réchauffement provoqué par l'absorption des neutrons ou d'autres rayonnements. L'intervalle In general, the starting points of melting of Cu-Gd and Mg-Gd alloys are high, which gives them very good stability at high temperature, and which allows them to withstand without problem the heating caused by absorption. neutrons or other radiation. The interval

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

667 882 667,882

4 4

de solidification varie en fonction de la composition chimique et le tableau II indique quelques valeurs d'alliages étudiés. of solidification varies according to the chemical composition and Table II indicates some values of alloys studied.

Tableau II Table II

Intervalles de solidification de quelques alliages Cu-Gd et Mg-Gd (Pourcentages pondéraux) Solidification intervals of some Cu-Gd and Mg-Gd alloys (Weight percentages)

Alliage Alloy

Début de solidification °C Beginning of solidification ° C

Fin de solidification End of solidification

°C ° C

Cu-Gd 10 Cu-Gd 10

1000 1000

875 875

Cu-Gd 20 Cu-Gd 20

Composition Composition

875 875

eutectique eutectic

Cu-Gd 80 Cu-Gd 80

740 740

668 668

Cu-Gd 84 Cu-Gd 84

Composition Composition

668 668

eutectique eutectic

Mg-Gd 15 Mg-Gd 15

-625 -625

-575 -575

Les masses atomiques du gadolinium (157,25 g) et du cuivre (63,54 g) étant élevées, les radiations y et X seront fortement asorbées par ces deux éléments, tandis que l'effet du magnésium est beaucoup plus faible. La résistance à la corrosion du cuivre, d'une manière générale, est peu ou pas affectée par la présence de gadolinium pour des teneurs inférieures à 20% en poids, et les propriétés de corrosion vont essentiellement dépendre de la nature des matrices cuivre utilisées. Par exemple, l'adjonction de nickel, de chrome, d'aluminium, d'étain...va améliorer les propriétés de corrosion. Pour ce qui est des alliages magnésium gadolinium, la tenue à la corrosion des matrices magnésium est en général faible, et l'utilisation des alliages magnésium gadolinium sera réservée de préférence à des utilisations en milieu non corrosif. The atomic masses of gadolinium (157.25 g) and copper (63.54 g) being high, the radiations y and X will be strongly absorbed by these two elements, while the effect of magnesium is much weaker. The corrosion resistance of copper, in general, is little or not affected by the presence of gadolinium for contents less than 20% by weight, and the corrosion properties will essentially depend on the nature of the copper matrices used. For example, the addition of nickel, chromium, aluminum, tin ... will improve the corrosion properties. With regard to gadolinium magnesium alloys, the corrosion resistance of magnesium matrices is generally low, and the use of gadolinium magnesium alloys will preferably be reserved for uses in a non-corrosive medium.

Au delà de 250 °C, la tenue à l'oxydation des alliages binaires Cu-Gd peu poser des problèmes; en effet, le cuivre commence à s'oxyder à partir de 250 °C et l'oxyde de cuivre est soluble dans le cuivre. Il sera donc conseillé d'ajouter à la matrice des éléments d'addition tels que le chrome, le nickel, l'aluminium...Une addition de 0,5% de chrome, par exemple, supprime la sensibilité à l'oxydation du cuivre jusqu'à 700 °C. Above 250 ° C, the oxidation behavior of binary Cu-Gd alloys can cause problems; in fact, the copper begins to oxidize from 250 ° C and the copper oxide is soluble in the copper. It will therefore be advisable to add to the matrix addition elements such as chromium, nickel, aluminum ... An addition of 0.5% chromium, for example, removes the sensitivity to oxidation of the copper up to 700 ° C.

Aux basses températures, les familles d'alliages Cu-Gd et Mg-Gd ne présentent aucun signe de fragilisation. At low temperatures, the families of Cu-Gd and Mg-Gd alloys show no sign of embrittlement.

Les absorbeurs de radiations doivent présenter des propriétés mécaniques élevées et aussi stables que possible à hautes températures. Pour ce faire, et en fonction du cahier des charges imposé, un choix judicieux des alliages Cu-Gd, s Mg-Gd et de leurs éléments d'addition supplémentaires sera effectué. Le bon compromis devra être trouvé non seulement en fonction des caractéristiques mécaniques mais aussi en fonction de la conductibilité thermique du poids, des caractéristiques nucléaires, des possibilités de mise en œuvre. A titre io d'exemple, le tableau III donne les résultats typiques d'essais mécaniques sur un alliage Cu-Gd5-Cr 0,5. Radiation absorbers must have high mechanical properties and be as stable as possible at high temperatures. To do this, and depending on the specifications imposed, a judicious choice of Cu-Gd, s Mg-Gd alloys and their additional addition elements will be made. The right compromise will have to be found not only as a function of the mechanical characteristics but also as a function of the thermal conductivity of the weight, of the nuclear characteristics, of the possibilities of implementation. As an example, Table III gives the typical results of mechanical tests on a Cu-Gd5-Cr 0.5 alloy.

Tableau III Table III

Propriétés mécaniques d'un alliage Cu-Gd5 - Cr 0,5 moule i5 ou corroyé à 20 ° C Mechanical properties of a Cu-Gd5 - Cr alloy 0.5 mold i5 or wrought at 20 ° C

Etat de l'alliage Rm MPA Rp 0,2 MPA A % Alloy state Rm MPA Rp 0.2 MPA A%

Moulé état T4 Molded state T4

230 230

100 100

25 25

Moulé état T6 Molded state T6

370 370

280 280

15 15

Corroyé état T4 Corrected state T4

230 230

100 100

25 25

Corroyé état T6 Corrected state T6

430 430

300 300

10 10

(non écroui) (not hardened)

25 Le cas des alliages Mg-Gd est un peu particulier; en effet, le cuivre ne dissous pas de gadolinium à l'état solide. Par contre, le magnésium peut dissoudre jusqu'à 11 % de gadolinium en poids aux environs de 550 ° C, et cette solidibilité n'est plus que de 2 ou 3% à température ambiante: cette parti-3o cularité montre une possibilité de durcissement structural par trempe et revenu sur ces alliages binaires. 25 The case of Mg-Gd alloys is somewhat special; copper does not dissolve gadolinium in the solid state. On the other hand, magnesium can dissolve up to 11% of gadolinium by weight around 550 ° C, and this solidity is no more than 2 or 3% at room temperature: this particularity shows a possibility of hardening structural by quenching and tempering on these binary alloys.

L'usinage et le soudage des alliages Cu-Gd et Mg-Gd, alliés ou non à d'autres éléments conventionnels, ne posent pas de problèmes particuliers et toutes techniques couram-35 ment utilisées dans la pratique pour ce type de matrice métallique conviennent. The machining and welding of Cu-Gd and Mg-Gd alloys, combined or not with other conventional elements, do not pose any particular problems and all techniques commonly used in practice for this type of metal matrix are suitable. .

A titre d'exemples d'application, on peut citer: les paniers de transport et de stockage de déchets nucléaires, les racks de piscine pour le stockage des éléments combustibles de réac-40 teurs nucléaires, le blindage d'installations de décontamination, les abris anti-atomique et les protections nucléaires en général. Les éléments de réacteurs nucléaires, le blindage d'appareils de contrôle utilisant des rayonnements ou des sources radioactives, le blindage de boîtiers électroniques, etc.... Examples of applications include: baskets for transporting and storing nuclear waste, pool racks for storing fuel elements from nuclear reactors, shielding decontamination facilities, atomic shelters and nuclear protections in general. The elements of nuclear reactors, the shielding of control devices using radiation or radioactive sources, the shielding of electronic boxes, etc.

G G

Claims (8)

667 882667,882 1. Absorbeurs métalliques de radiations nucléaires contenant du gadolinium métallique sous forme d'alliage métallique choisi parmi l'une au moins des familles d'alliages cuivre-gadolinium et magnésium-gadolinium, respectivement, chacune desdites familles d'alliages contenant de 0,05 à 95% en poids de gadolinium par rapport au poids total de l'alliage. 1. Metallic nuclear radiation absorbers containing metallic gadolinium in the form of a metallic alloy chosen from at least one of the families of copper-gadolinium and magnesium-gadolinium alloys, respectively, each of said families of alloys containing 0.05 95% by weight of gadolinium relative to the total weight of the alloy. 2. Absorbeurs métalliques selon la revendication 1, caractérisés en ce que la famille d'alliages cuivre-gadolinium contient de 0,05 à 30% ou de 75 à 95% en poids de gadolinium par rapport au poids total de l'alliage. 2. Metallic absorbers according to claim 1, characterized in that the family of copper-gadolinium alloys contains from 0.05 to 30% or from 75 to 95% by weight of gadolinium relative to the total weight of the alloy. 2 2 REVENDICATIONS 3. Absorbeurs métalliques selon la revendication 1, caractérisés en ce que la famille d'alliages magnésium-gadolinium contient de 0,05 à 55% en poids de gadolinium par rapport au poids total de l'alliage. 3. Metallic absorbers according to claim 1, characterized in that the family of magnesium-gadolinium alloys contains from 0.05 to 55% by weight of gadolinium relative to the total weight of the alloy. 4. Absorbeurs métalliques selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisés en ce que les alliages métalliques contiennent un ou plusieurs éléments métalliques additionnels destinés à renforcer ou améliorer les propriétés mécaniques, physiques ou technologiques des absorbeurs. 4. Metal absorbers according to one of claims 1 to 3, characterized in that the metal alloys contain one or more additional metallic elements intended to reinforce or improve the mechanical, physical or technological properties of the absorbers. 5. Absorbeurs métalliques selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisés en ce que les alliages métalliques contiennent un ou plusieurs éléments métalliques neutrophages additionnels. 5. Metal absorbers according to one of claims 1 to 4, characterized in that the metal alloys contain one or more additional neutron-absorbing metallic elements. 6. Absorbeurs métalliques selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisés en ce que les alliages métalliques contiennent des fibres, telles des fibres d'alumine, de carbure de silicium, de bore ou de carbone par exemple. 6. Metal absorbers according to one of claims 1 to 5, characterized in that the metal alloys contain fibers, such as alumina fibers, silicon carbide, boron or carbon for example. 7. Absorbeurs métalliques selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisés en ce que les alliages métalliques contiennent un ou plusieurs éléments métalliques additionnels destinés à renforcer ou améliorer la résistance à la corrosion des absorbeurs. 7. Metal absorbers according to one of claims 1 to 6, characterized in that the metal alloys contain one or more additional metallic elements intended to reinforce or improve the corrosion resistance of the absorbers. 8. Utilisation des absorbeurs métalliques selon l'une des revendications 1 à 7 pour l'absorption de radiations nucléaires, en particulier les neutrons et les rayonnements y et X. 8. Use of metallic absorbers according to one of claims 1 to 7 for the absorption of nuclear radiation, in particular neutrons and y and X radiation.
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