FR2496890A1 - Detecteur d'hydrogene - Google Patents

Abstract

DETECTEUR A SENSIBILITE ELEVEE ET REPONSE RAPIDE, UTILISABLE SUR UNE LARGE GAMME DE TEMPERATURES. IL COMPORTE UNE ENCEINTE FERMEE ET SOUS VIDE 15, UNE PREMIERE FENETRE 18, EN UN MATERIAU SELECTIVEMENT PERMEABLE A L'HYDROGENE POUR ADMETTRE, DANS L'ENCEINTE, DE L'HYDROGENE EN PROVENANCE DE L'ATMOSPHERE EXTERIEURE, UNE SOURCE DE PARTICULES ALPHA 17 SITUEE DANS L'ENCEINTE POUR IONISER L'HYDROGENE QUE CETTE ENCEINTE CONTIENT, UNE SECONDE FENETRE 21 SITUEE DANS L'ENCEINTE ET EN UN MATERIAU SELECTIVEMENT PERMEABLE A L'HELIUM, CONSTITUANT UNE SORTIE D'ENCEINTE POUR L'HELIUM FORME PAR COMBINAISON DES PARTICULES ALPHA ET D'ELECTRONS DANS L'ENCEINTE, ET DEUX ELECTRODES 12, 13 SITUEES DANS L'ENCEINTE, RACCORDEES A UNE SOURCE DE TENSION 16 POUR RECUEILLIR DES ELECTRONS DANS L'ENCEINTE, LE COURANT ELECTRONIQUE RESULTANT ETANT REPRESENTATIF DE LA CONCENTRATION EN HYDROGENE DANS L'ENCEINTE. APPLICATION AUX REACTEURS NUCLEAIRES.

Description

249689?

L'invention concerne un dispositif permettant de déter-

miner la concentration en hydrogène dans une atmosphère fluide. Il existe nombre d'applications pour les dispositifs de détection et de surveillance de la présence d'hydrogène Comme exemple d'application de tels dispositifs, on peut citer les détecteurs de fumée, la surveillance des atmosphères de réfrigérant inerte dans les transformateurs, moteurs et

générateurs, et les dispositifs de surveillance de l'atmos-

phère des enveloppes de sécurité des réacteurs nucléaires.

Un exemple de détection de la concentration en hydrogène d'un liquide se trouve dans la mesure de la concentration en

hydrogène du sodium liquide dans un réacteur nucléaire refroi-

di au sodium, comme moyen de détection de fuites d'eau dans le sodium à partir de l'échangeur de chaleur sodium-eau ou

du générateur de vapeur.

On connaît nombre d'agencements de détection d'hydrogène.

On a utilisé des cellules de diffusion, basées sur la perméa-

bilité élevée de certains matériaux à l'hydrogène, pour

concentrer l'hydrogène à partir d'une atmosphère et le trans-

férer à un détecteur sensible à la pression tel qu'une jauge d'ionisation, un spectrographe de masse, une jauge de Penning

ou analogue, afin de mesurer la pression partielle de l'hydro-

gène dans le détecteur. Une autre solution implique la mesure de la concentration en ions hydrogène dans un fluide

non-conducteur (par exemple, dispositifs de mesure de pH).

D'autres dispositifs sont également connus qui utilisent des

réactions électrochimiaues pour former une tension proportion-

nelle à la concentration en hydrogène, de tels dispositifs

étant analogues à des piles à combustible.

Parmi les publications antérieures concernant la détection de gaz, on trouve: "Ionization Methods for the Analysis of Gases and Vapors", de J.E. Lovelock, Analytical Chemistrv, volume 33, no 2 février 1961, pages 162177. Ce papier décrit divers aspects

des tves d'ionisation des détecteurs de gaz.

249689e Le brevet des E.U.A. 3.683.272 aui concerne un agencement à membrane de diffusion et pompe à ions destiné notamment à la détection de la concentration en hydrogène de sodium liquide. Le brevet des E.U.A. 3. 866.460 qui concerne un appareil- lage avec membrane de diffusion d'hydrogène et moyen de mesure de pression ou combustibilité pour détecter la présence d'hydrogène dans le réfrigérant liquide d'un appareil électrique. Le brevet des E.U.A. 3.927.555 aui concerne un tube en alliage de palladium subissant des modifications de volume en fonction de la concentration en hydrogène de l'atmosphère à laquelle il est exposé. Un transformateur différentiel variable linéaire détecte les variations de longueur de tube

comme indication de la concentration en hydrogène.

Le brevet des E.U.A. 3.977.232 concerne un agencement à

membrane de diffusion et pompe à ions pour mesurer la concen-

tration en hydrogène dans des environnements liquides et gazeux. En dépit du grand nombre d'agencements antérieurs de

détection d'hydrogène, existe le besoin d'un détecteur d'hydro-

gène de faibles dimensions et prix, de facture simple, de Longue durée de fonctionnement, à sensibilité élevée et réponse rapide, utilisable sur une large gamme de températures et dans un grand nombre d'environnements, et fournissant des signaux compatibles avec les modèles de circuits électroniques classiques. L'invention a pour objectif un tel détecteur d'hydrogène. L'invention a encore pour objectif une cellule de diffusion hermétiquement scellée avec source d'ionisation

indépendante à longue durée de vie.

L'invention a aussi pour objectif des moyens permettant la diffusion d'hélium hors de la cellule pour en améliorer

la sensibilité à l'hydrogène.

Un autre objet de l'invention est une cellule détectrice d'hydrogène formée seulement de matériaux non-organiques pour un fonctionnement dans des environnements à température élevée. Ces objectifs et d'autres objectifs sont atteints avec un détecteur d'hydrogène sous la forme d'une cellule ou encein te sous vide et -scellée, compacte, contenant des éléments formant deux électrodes espacées raccordées à une source de tension. Une fenêtre à hydrogène composée d'une membrane formée d'un alliage Pd/Ag permet la diffusion d'hydrogène dans l'enceinte à partir d'une atmopshère fluide environnante. Une o source radio-active indépendante, par exemple une couche sur l'anode d'un matériau émetteur de particules alpha, ionise l'hydrogène dans l'enceinte, et les électrons résultants, collectés par les électrodes, créent la circulation d'un courant représentatif de la concentration en hydrogène. Le courant peut être traité en mode courant continu ou en mode tension quadratiaue moyenne, ce oui, dans ce dernier cas, se traduit par un meilleur rapport signal/bruit et une sensibilité améliorée par discrimination par rapport aux courants de fuite. Une caractéristique de l'invention est déterminée par une seconde fenêtre permettant que s'échappe de l'enceinte l'hélium formé par combinaison d'électrons avec les particules alpha que contient cette enceinte. Cette seconde fenêtre

peut être formée, par exemple, de quartz perméable à l'hélium.

La seconde fenêtre permet ainsi la diffusion de l'hélium lors de l'enceinte, ce qui accroît la quantité relative d'hydrogène dans cette enceinte et, par conséquent, sa sensibilité à l'hydrogène.

La suite de la description se réfère aux dessins annexés

qui représentent Figure 1. une vue schématique d'une forme de base d'un détecteur d'hydrogène conforme à l'invention, Figure 2. une vue en coupe longitudinale d'une forme recommandée d'une cellule détectrice d'hydrocène, Figure 3. une vue en coupe longitudinale d'une enveloppe chauffée et isolée pour diriger un fluide à proximité d'une cellule détectrice d'hydrogène, Figure 4. une vue schématique d'une cellule détectrice et le bloc diagramme de circuits recevant les signaus de cette cellule,

Figure 5. une vue schématique d'un circuit d'alimen-

tation et de conditionnement de signal, Figure 6. une vue schématique d'une variante de circuit d&alimentation et de conditionnement de signal, et Figure 7. une courbe de réponse caractéristique

amplitude/concentration en hydrogène du détecteur.

Sous sa forme de base représentée figure 1, le détecteur d'hydrogène 10 conforme à l'invention se compose d'une cellule ou enceinte scellée et sous vide définissant un espace gazeux 15 et contenant des électrodes espacées, une cathode 13 et une anode 12 raccordée par un conducteur 19 et par l'intermédiaire d'un indicateur de courant 14, à une

source de tension représentée sous la forme d'une pile 16.

L'autre borne de la pile 16 est raccordée à la cathode 13 par un conducteur 11. Le détecteur 10 contient une source indépendante en matériau émetteur de particules alpha, représentée sous la forme d'une couche ou revêtement 17 en

matériau radio-actif sur l'anode.

L'émetteur alpha 17 recommandé est le matériau Am 241 du fait de sa longue période radio-active, de l'énergie relativement élevée des particules alpha qu'il émet et de sa disponibilité. D'autres émetteurs alpha possibles sont les matériaux Ac 227, Pu 238, Np 237, U 234 et Th 230. Le revêtement émetteur peut être formé sur l'anode de manière connue, peinture, cuisson, électrodéposition ou dépôt sous vide. Pour permettre la diffusion d'hydrogène dans le détecteur à partir d'une atmosphère environnante, on prévoit une première fenêtre 18 formée par une membrane mince d'un

matériau présentant une perméabilité élevée à l'hydrogène.

Un matériau recommande pour la diffusion d'hydrogène est un alliage de palladium: par exemple un alliage palladium-argent contenant 75% de palladium et 25% d'argent, sous une épaisseur

de 0,25 mm.

249639'

L'hydrogène diffuse à travers la fenêtre 18 dans l'espace gazeux 15 du détecteur 10, proportionnellement à sa concentration dans l'atmosphère environnante. Dans l'espace 15, l'hydrogène est ionisé par les particules alpha émises par la couche 17 de matériau radio-actif. Les électrons résultants sont recueillis sur l'anode 12, de sorte aue l'amplitude du courant dans le conducteur 19 et l'indicateur 14 est représentative de la concentration en hydrogène dans

le détecteur 10, et, par suite, dans l'atmosphère environnante.

Certains des électrons se combinent avec les particules alpha pour former de l'hélium qui crée, ce qui n'est pas souhaitable, un courant sans rapport avec la concentration en hydrogène, et, par suite, diminue la précision du détecteur pour mesurer cette concentration. Pour remédier à cette situation, on prévoit une seconde fenêtre 21 formée en un matériau tel que du quartz qui est perméable à l'hélium, mais non à l'hydrogène, de sorte que l'hélium formé peut s'échapper du détecteur 10. On accroît de cette façon la précision du

détecteur pour l'hydrogène.

On a représenté figure 2 une réalisation recommandée du détecteur d'hydrogène conforme à l'invention. Parmi d'autres raisons, cette réalisation est recommandée en raison de sa similitude, en ce aui concerne matériaux, structure et techniques de traitement, avec les détecteurs de neutrons connus et tels que décrits, par exemple, dans les brevets des E.U.A. 3.043.954 et 3.760.183. Autrement dit, la fabrication du détecteur peut être basée sur une technologie

bien établie et éprouvée.

Le détecteur 110 est de forme cylindrique, avec un espace gazeux, scellé et sous vide, 115, entre une anode cylindrique 112 et une fenêtre tubulaire à hydrogène 118. Puisque la fenêtre à hydrogène 118 est en un matériau électriquement conducteur tel qu'un alliage palladium-argent, elle sert

également d'électrode.

L'anode 112 présente des extrémités de diamètre réduit pour recevoir des organes de support en céramique 26 et 27 par lesquels cette anode est supportée à distance et électriquement isolée de la fenêtre 118. L'anode 112 est raccordée au conducteur central 119 d'un câble coaxial 28, par une ouverture pratiquée dans l'organe de suport 27. Une couche 117 en matériau émetteur de particules alpha est formée sur la surface de arand diamètre de l'anode 112. Une fenêtre à hélium 121 est formée par un cylindre de quartz scellé de manière connue à deux anneaux de support métalliques 29 et 31, l'anneau de support 29 étant également scellé à la fenêtre à hydrogène 118. Un adaptateur de câble métallique 32 est raccordé à l'anneau 31 et au conducteur extérieur 111 du câble coaxial 28, pour sceller l'extrémité droite de l'ensemble (comme représenté figure 2) . Un manchon métallique cylindrique 34 est raccordé entre l'adaptateur de câble 32 et l'anneau de support 29, ce oui assure la connexion électrique entre le conducteur extérieur 111 du câble coaxial 28 et la fenêtre à hydrogène/cathode 118. Le manchon 34 est espacé de la fenêtre à hélium 121 pour former un espace gazeux

d'hélium 36. Le manchon 34 et l'organe de support 27 compor-

tent des méplats 37 qui forment des passaaes d'hélium entre les espaces gazeux 115 et 36. Le câble coaxial 28 est fermé par un organe isolant de scellement 25 formant liaison entre

le manchon 34 et un manchon intérieur métalliaue 35, ce der-

nier étant scellé au conducteur central 119.

A l'extrémité gauche, le détecteur 110 est fermé par un manchon métallique 38 raccordé à la fenêtre à hydrogène 118 et enfermant un tube de pompage 39 par lequel le détecteur est mis sous vide et scellé. Un capuchon d'extrémité en

forme de coupelle 41 est ajusté sur le manchon 38 pour pro-

téger le tube de pompage 39. Le tube de pompage 39 peut contenir un bouchon en céramique 42 ajusté avec jeu dans ce tube pour diminuer le volume de l'espace gazeux inactif qu'il définit. La réduction des espaces gazeux inactifs ou

diffus améliore le temps de réponse du détecteur.

Pour certaines applications du détecteur 110, il est souhaitable de prévoir un revêtement protecteur très mince 43 sur la surface extérieure de la fenêtre à hydroaène 118, afin de la protéger d'un environnement défavorable et/ou de

249689.

passiver la surface de cette fenêtre vis-à-vis d'effets de surface dont le mécanisme n'est pas encore très bien compris,

mais crui semblent influencer la sensibilité et les caracté-

ristiques de reproductibilité du détecteur. Par exemple, pour utilisation dans du sodium liquide, la fenêtre à hydrogène 118 peut être protégée par un revêtement mince de nickel formé par électrodéposition ou autre procédé de placage connu. Parmi les autres matériaux de revêtement protecteur et de passivatio on peut citer l'alumine, l'acier inoxydable, la silice, l'or,

le rhodium et le rhénium. Un traitement de recuit de la fenê-

tre à hydrogène peut être également bénéfiaue en ce qu'il supprime les réactions catalytiques de surface qui s'opposent

au processus de pénétration de l'hydrogène.

Dans l'exemple de réalisation représenté figure 2, l'anodi 112 est en acier inoxydable avec un diamètre de 5 mm et une longueur de 25 mm. La couche émettrice de particules alpha 117 est en Am 241 sur une épaisseur de l'ordre de 0,002 mm. La fenêtre à hydrogène 118 est en alliage à 75% de Pd et 25% d'Aci son diamètre intérieur est de 6 mm avec une longueur de 40 mm et une épaisseur de paroi de 0,25 mm. Le revêtement protecteur et de passivation 43 est en nickel sur une épaisseur de l'ordre de 1 micron. La fenêtre à hélium 121 est en quartz avec un diamètre intérieur de 6 mm, une épaisseur de paroi

de 0,3 mm et une longueur de 12 mm.

Le câble coaxial 28 contient une charde minérale d'isola-

tion entre le conducteur intérieur 119 et le conducteur exté-

rieur 111, et toutes les parties du détecteur 110 sont ainsi formées à partir de matériaux non-organiques, de sorte que

ce détecteur peut être utilisé dans un environnement à tempé-

rature élevée d'au moins 500 C.

Outre qu'elle est influencée par des effets en surface de la fenêtre à hydrogène mentionnés ci-dessus, la sensibilité du détecteur conforme à l'invention vis-à-vis de l'hydrogène dans un mélange gazeux est fonction de plusieurs variables dont la pression de gaz, le débit de aaz et la température

de la surface de la fenêtre à yvdrogène. Un agencement permet-

tant de régler ces variables, tel que celui représenté

249-6890

figure 3, est utile lorsque le détecteur est utilisé pour surveiller, par exemple, la teneur en hvdroaène de l'atmosphère

gazeuse de l'enveloppe de sécurité d'un réacteur nucléaire.

Dans l'agencement de la figure 3, le détecteur 110 est contenu dans une enveloppe étanche au vide 46 définissant un espace gazeux intermédiaire 47. Le gaz en provenance de l'atmosphère à surveiller est admis dans l'espace gazeux par une soupape de réglage de débit 48 montée dans un orifice

d'entrée ou conduit 49, la soupape étant commandée par un dis-

positif de commande approprié 51. Le gaz sort de l'espace gazeux 47 par un orifice de sortie ou conduit 52 raccordé à

une pompe 53.

Un dispositif de chauffage est prévu pour régler la tempé-

rature dans l'espace gazeux 47 et, par suite, la température de la fenêtre à hydrogène 118. Ce dispositif comporte une

bobine de chauffage électrique 54 enroulée autour de l'enve-

loppe 46 et alimentée à partir d'un dispositif de commande de chauffage 56, la température dans l'espace gazeux 47 étant décelée par un therriocouple 57 par exemple. L'enveloppe 46 et la bobine de chauffage 54 sont enfermées dans un boîtier 58 en un matériau d'isolation thermique approprié, par exemple

des fibres de verre.

L'agencement de la figure 3 permet de régler les variables pression de gaz, température et débit de gaz. Pour déceler dans l'air ambiant une teneur anormale en hydrogène, ces variables peuvent être réglées par exemple comme suit la pompe 53 est choisie ou commandée pour établir dans l'espace gazeux 47 une pression pouvant atteindre 70 cm Hg absolus, 20 cm Hg étant la valeur recommandée. La température est maintenue sensiblement constante, approximativement dans la gamme des 2000Cà 7000C, 2500C étant une température de fonctionnement pratique. Le débit de gaz dans l'espace gazeux 47, réglé par la soupape 48, peut être un débit constant ou pulsé, cette dernière forme de débit étant recommandée car

elle améliore la reproductibilité de la réponse du détecteur.

La soupape 48 règle ainsi le débit d'entrée du gaz sur une -

gamme ie 500 à 2400 cm3/mn. Lorsque le débit est constant, il

249689 *

est recommandé de le maintenir à 1500 cm /mn environ. Lorsque le débit est pulsé, la soupape 48 est périodiauement commandée pour définir des périodes alternées de débit et de non-débit ou (par fermeture de la soupape 48) de pompage à une pression négative. Le débit peut être modifié en fonction de sa durée. Les débits seront, par exemple, de 500 cm 3/mn pour des

périodes de 1 s, et de 2000 cm 3/mn pour des périodes de 8 s.

Sous la forme élémentaire représentée figure 1, le signal de sortie du détecteur 10 est un courant oui traverse l'indicateur 14 et est fonction de la concentration en hydrogène dans l'espace gazeux 15. L'indicateur 14 peut être

étalonné pour afficher la concentration en hydrogène.

Pratiquemment, il est généralement nécessaire d'amplifier le signal de sortie du détecteur et généralement souhaitable de convertir le courant constituant le sianal en une tension pour le rendre compatible avec les dispositifs d'amplification,

de traitement, d'affichage et d'enreaistrement.

Le traitement du signal fourni par le détecteur 110

(figure 2) est illustré figure 4 sous forme de bloc-diagramme.

Les conducteurs central et extérieur 119 et 111 du câble coaxial de sortie 28 du détecteur 110 sont raccordés aux deux bornes d'entrée 61 et 62 (la borne 62 étant une borne commune ou de masse) d'un circuit d'alimentation et de conditionnement de signal 63 (des réalisations du circuit 63 sont représentées

figures 5 et 6 et seront expliquées ci-après).

Le signal conditionné fourni par le circuit 63 est trans-

mis par une borne 64 à des dispositifs appropriés d'affichage et/ou d'enregistrement 66. De tels dispositifs peuvent être choisis de manière appropriée parmi un certain nombre de dispositifs connus: voltmètres numériques ou analogiques pour affichage visuel, enregistreurs à carte ou bande pour enregistrement visuel et enreaistreurs numériques ou analogiques

pour emmagasinage.

On notera que le signal fourni par le détecteur d'hydro-

gène n'est pas une fonction linéaire de la concentration en hydrogène. On a représenté par la courbe 67, fiaure 7, la courbe de réponse du détecteur amplitude du signal/concentratior 249689n en hydrogène. Une telle courbe de réponse peut être obtenue par exemple en exposant successivement le détecteur à un certain nombre d'échantillons de gaz avec des concentrations différentes et connues d'hydrormène couvrant la gamme de concentrations intéressantes. De préférence, la composition du gaz est, par ailleurs, analogue à celle de l'atmosphère dans laquelle le détecteur doit être utilisé. L'amplitude

du signal du détecteur, pour chaque concentration,-est mesu-

rée, et, à partir de ces mesures, la courbe de réponse peut être obtenue par interpolation mathématiaue ou graphique de manière connue, par exemple, en reportant les points de mesure, tels que 68(1) à 68(4) de la figure 7, et en traçant la courbe qui passe par ces points. A partir de cette courbe de réponse (ou de son expression mathématique), on peut étalonner correctement les dispositifs d'affichage et

d'enregistrement 66 (figure 4).

Comme mentionné ci-dessus, on a représenté figures 5 et 6 des réalisations différentes du circuit d'alimentation et de conditionnement de signal <63 de la figure 4). Avant de décrire ces circuits, il faut remarquer que le signal fourni par le détecteur 110 comporte à la fois. des composantes alternative et continue, du fait de la nature aléatoire du rayonnement de particules alpha émi par la couche 117 et

des phénomènes d'ionisation de l'hydrogène qui en découlent.

La composante de courant alternatif couvre une bande de fréquences avec un spectre de fréquence qui est sensiblement plat, depuis zéro jusqu'en un point d'énergie moitié déterminé

par le temps de collationnement des ions du détecteur.

L'amplitude de la composante de courant alternatif (de même que l'amplitude de la composante de courant continu) étant fonction de la concentration en hvdrocène dans l'enceinte du détecteur, la composante de courant alternatif peut être utilisée comme signal de sortie du détecteur. L'avantage de cette utilisation est qu'on élimine les courants et signaux

de fuite du rayonnement gamma.

On a représenté figure 5 un circuit d'alimentation et de conditionnement de signal 63' qui utilise la composante 249689e i1 alternative du signal du détecteur. La partie alimentation est représentée sous forme d'une pile 71 raccordée aux électrodes du détecteur par l'intermédiaire d'une résistance de charge, limitatrice de courant, 72 et par l'intermédiaire des bornes 61 et 62. Un condensateur 73 court-circuite le

courant alternatif aux bornes de la pile. La tension alterna-

tive formée aux bornes de la résistance 72 est appliquée par deux condensateurs de couplage 74(1) et 74(2) à un amplificateur différentiel 76 (par exemple, un circuit

Fairchild na UA749C).

Le circuit de sortie de l'amplificateur 76 est transmis à un filtre passebande 77 (par exemple, le circuit nr K8777-B de T.T. Electronics Inc.) accordé pour laisser passer la partie souhaitée du sianal du détecteur et rejeter les signaux de fréauence élevée et basse. Un amplificateur 78 reçoit le signal de sortie du filtre passe-bande 77, et son signal de sortie est transmis à un circuit conformateur 79 (par exemple, le circuit no 429B de Analogue Devices Inc.). La sortie du circuit conformateur 79 est raccordée à la borne de sortie 64 par un circuit de filtrage RC 81 composé d'une résistance série 82 et d'un circuit parallèle formé par une résistance

83 et un condensateur 84.

Grâce au circuit conformateur 79 et au circuit de filtrage 81, on obtient, sur la borne 64, un signal de sortie

qui est proportionnel à la moyenne quadratique de la compo-

sante de courant alternatif du signal du détecteur. Comme on l'a dit cidessus, le signal de sortie formé sur la borne 64 est transmis à des dispositifs appropriés d'affichage et/ou d'enregistrement illustrés fiaure 5 sous forme d'un voltmètre 86. On a représenté fiaure 6 un circuit d'alimentation et de conditionnement de signal 63" oui utilise la composante de courant continu du signal du détecteur. Dans ce circuit, la borne d'entrée d'un amplificateur différentiel 76' est raccordée à la borne 61 pour recevoir le sianal de sortie du détecteur, l'autre borne de cet amplificateur différentiel étant raccordée par un circuit d'alimentation, représenté sous forme d'une pile 711, à la borne d'entrée commune ou de masse 62. Le signal amplifié est transmis à un circuit RC de filtrage 81' (composé des résistances 82' et 83' et du condensateur 84') pour former, sur la borne 64, un signal de sortie proportionnel à la moyenne de la composante de

courant continu du signal du détecteur sur une période déter-

minée par la constante de temps du circuit RC 81'. Un voltmètre de courant continu 87 convenablement étalonné peut être prévu pour indiquer visuellement l'amplitude du signal sur la borne 64. On trouvera dans le brevet des E.U.A. 4.103.166 la

description de circuits de traitement de signal analogues

aux circuits représentées sur les figures 4, 5 et 6.

2496S9"

Claims (28)

REVENDICATIONS

1. Détecteur d'hydrogène, caractérisé en ce cu'il comporte: une enceinte fermée et sous vide (15), une première fenêtre (18) en un matériau sélectivement perméable à l'hydrogène pour admettre, dans l'enceinte, de l'hydrogène en provenance de l'atmosphère extérieure, une source de particules alpha (17) située dans l'enceinte pour ioniser l'hydroaène que cette enceinte contient, une seconde fenêtre (21) située dans l'enceinte et en un matériau sélectivement perméable à l'hélium, constituant une sortie d'enceinte pour l'hélium formé par combinaison des particules alpha et d'électrons dans l'enceinte, et deux électrodes (12, 13) situées dans l'enceinte, raccordées à une source de tension (16) pour recueillir des électrons dans l'enceinte, le courant électronique résultant étant représentatif de la

concentration en hydrogène dans l'enceinte.

2. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en

ce que la première fenêtre (18) est un alliage palladium-

argent.

3. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface extérieure de la première fenêtre (18) comporte un revêtement en un matériau choisi dans le groupe nickel, acier inoxydable, alumine, silice, or, rhodium et rhénium, afin de protéger cette surface, ce revêtement étant suffisament mince pour permettre la diffusion de l'hydrogène

à travers cette première fenêtre.

4. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source émettrice de particules alpha (17) est en un matériau choisi dans le groupe Am 241, Ac 227, Pu 238,

Np 237, U 234 et Th 230.

5. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source émettrice de particules alpha (17) est en

Am 241.

6. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est associé à des moyens (54, 56, 57) permettant

de le maintenir dans une gamme prédéterminée de températures.

249689-?

7. Détecteur selon la revendication 6, caractérisé

en ce aue la gamme de températures s'étend de 200'C à 700'C.

8. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que tous ses composants sont constitués par des matériaux non-organiques, de sorte aue ce détecteur est adapté à une utilisation dans des environnements à température élevée.

9. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé

en ce qu'il comporte, de plus, une enveloppe (46) qui l'entou-

re et définit un espace de fluide clos oui lui est adjacent, avec des moyens (48, 49, 52, 53) pour diriger dans l'enveloppe

le fluide dont la concentration en hydrogène doit être surveil-

lée.

10. Détecteur selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (54, 56) pour chauffer

l'espace de fluide.

11. Détecteur selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (54, 56, 57) pour maintenir

l'espace de fluide dans une gamme de températures prédéterminée.

12. Détecteur selon la revendication 11, caractérisé

en ce que la gamme de températures s'étend de 100'C à 650'C.

13. Détecteur selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier (58) qui l'entoure et est

constitué par un matériau d'isolation thermique.

14. Détecteur selon la revendication9, caractérisé en ce que les moyens (48, 49, 52, 53) pour diriger un fluide dans l'enveloppe définissent dans cette enveloppe une pression

moindre que la pression atmosphérique.

15. Détecteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens (48, 49, 52, 53) pour diriger un fluide dans l'enveloppe établissent dans l'enveloppe un débit de

fluide sensiblement constant.

16. Détecteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens (48, 49, 52, 53) pour diriger un fluide dans l'enveloppe établissent dans l'enveloppe un débit de

fluide variant périodiquement.

17. Détecteur selon la revendication 16, caractérisé en ce que le débit de fluide variant périodiquement est établi par périodes alternées de non circulation et de circulation à raison de 500 cm3/mn environ pendant 1 à 8 s, à 2000 cm3/mn environ pendant 2 à 8 s.

18. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, de plus, des moyens pour traiter le

courant électronique résultant, ces moyens se composant de-

moyens (74, 76) pour ne transférer que la composante alter-

native du courant à un filtre passe-bande (77), ce dernier rejetant pratiquemment les signaux dont la fréquence est plus élevée et plus basse que les fréquences comprises dans une

bande déterminée de fréquence.

19. Détecteur selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'il comporte, de plus, un circuit conformateur de signal (79) raccordé pour recevoir les signaux en provenance du filtre passe-bande (77), et un circuit de filtrage (81) monté entre le circuit conformateur et une borne de sortie (64), le signal sur cette borne de sortie étant proportionnel à la moyenne quadratique de la composante alternative du

courant électronique.

20. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, de plus, un circuit amplificateur (76') pour recevoir et amplifier le courant électronique résultant, un circuit RC de filtrage (81') monté entre la sortie du circuit amplification et une borne de sortie (64), le signal sur cette borne étant proportionnel à la composante de courant continu du courant électronique sur une période

déterminée par la constante de temps du circuit RC.

21. Dispositif pour mesurer la concentration en hydrogène dans une atmosphère fluide, caractérisé en ce qu'il comporte: un premier organe tubulaire (118) en un matériau électriquement conducteur et sélectivement perméable à l'hydrogène, un deuxième organe tubulaire (121) en un matériau sélectivement perméable à l'hélium aui est fixé bout à bout avec le premier organe pour former avec lui un corps tubulaire, un organe cylindrique (112) dont au moins la surface est électriquement 249689e conductrice, qui est isolé au premier organe tubulaire et disposé coaxialement dans ce dernier pour former avec lui une enceinte annulaire (115) recevoir de l'hydrogène ayant diffusé depuis l'atmosphère par ce premier organe, un câble coaxial (28) scellé dans une extrémité du corps tubulaire dont le conducteur central (119) est raccordé électriauement à la surface électriquement conductrice de l'organe cylindrique

et dont le conducteur extérieur (111) est raccordé électri-

quement au premier organe tubulaire, des moyens (41) pour fermer l'autre extrémité du corps tubulaire, une source de particules alpha (117) située dans l'enceinte pour ioniser l'hydrogène qu'elle contient, le premier organe tubulaire et la surface conductrice de l'organe cylindrique servant d'électrodes pour collationner les électrons résultants, et des passages de gaz étant formés par des moyens (37) pour faire communiquer l'enceinte avec la surface intérieure du second organe tubulaire afin de permettre à l'hélium de

s'échapper de cette enceinte.

22. Dispositif selon la revendication 21, caractérisé en ce que le premier organe tubulaire (118) est en alliage palladium-argent.

23. Dispositif selon la revendication 22, caractérisé en ce que la surface extérieure du premier organe tubulaire (118) comporte un revêtement en un matériau choisi dans le groupe nickel, acier inoxydable, alumine, silice, or, rhodium et rhénium, afin de protéger cette surface, le revêtement étant suffisamment mince pour permettre le diffusion de

l'hydrogène dans ce premier organe tubulaire.

24. Dispositif selon la revendication 21, caractérisé en ce aue la source de particules alpha est en un matériau choisi dans le groupe Am 241, Ac 227, Pu 238, Np 237, U 234,

Th 230.

25. Dispositif selon la revendication 21, caractérisé

en ce aue la source de particules alpha est en Am 241.

26. Dispositif selon la revendication 21, caractérisé en ce cue la source de particules alpha est constituée par

un mnater au revêtant la surface de l'organe cylindrique (112).

249689f?

27. Dispositif selon la revendication 21, caractérisé en ce que les moyens de fermeture de l'autre extrémité du corps comportent un tube de pompage (39) pour mettre le

corps sous vide.

28. Dispositif selon la revendication 21, caractérisé en ce que tous ses composants sont constitués par des matériaux non-organiques, de sorte que ce dispositif est adapté pour une utilisation dans des environnements à

température élevée.