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Les applications multiples de la recherche neutronique

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À la périphérie de la petite ville flamande de Geel, plusieurs grands tubes métalliques, rayonnant à partir d'un bâtiment central, serpentent au milieu des bois sur une longueur pouvant atteindre 400 mètres.

L'accélérateur GELINA

Cette structure à l'aspect étrange est GELINA, un accélérateur linéaire d'électrons installé à l'Institut des matériaux et mesures de référence (IMMR), une antenne du Centre commun de recherche de la Commission européenne.

« C'est nous les gars du nucléaire! », lance gaiement Peter Rullhusen, directeur de l'unité « Physique neutronique », lorsque l'équipe de CORDIS Nouvelles entame la visite guidée des installations de l'IMMR.

Le Dr Rullhusen explique qu'au coeur d'un atome se trouvent des protons, chargés positivement, et des neutrons, dépourvus de toute charge. Dans le bâtiment central de l'accélérateur, un faisceau d'électrons est projeté en direction d'une cible d'uranium. Il en résulte une production de neutrons d'énergies différentes fusant à grande vitesse le long de trajectoires de vol descendantes, où des stations d'expérimentation positionnées à intervalles réguliers et abritant une multitude d'instruments peuvent exécuter différentes mesures et analyses.

Il est fondamental de comprendre le comportement des neutrons afin d'assurer la sûreté des centrales nucléaires existantes et de concevoir de nouveaux réacteurs sûrs, et GELINA compte parmi les centres les plus performants au monde dans la production de données à haute résolution et précises sur les neutrons.

Les déchets nucléaires constituent un autre domaine d'activité de l'équipe de M. Rullhusen. Les scientifiques planchent notamment sur l'idée de la transmutation, selon laquelle les « isotopes les plus indésirables » sont extraits des déchets nucléaires et transformés en isotopes qui sont stables ou qui ont une période radioactive plus courte. La collecte de données précises sur les neutrons est également primordiale pour l'élaboration de procédés permettant de réduire la quantité de déchets engendrés par le réacteur en amont.

Les travaux de l'unité « Physique neutronique » ne se limitent toutefois pas à l'énergie nucléaire, mais s'étendent jusqu'à des domaines aussi disparates que la médecine et l'archéologie. Ce service participe ainsi à un projet baptisé « Ancient Charm », qui utilise GELINA pour analyser les éléments présents dans des objets anciens. La technique employée, connue sous le nom de « Neutron Resonance Capture Analysis (NRCA) », consiste à placer l'objet ancien sur la trajectoire des neutrons en provenance de l'accélérateur. Chaque élément capture des neutrons d'énergies spécifiques. En examinant les énergies des neutrons capturés par l'objet, les chercheurs peuvent ainsi déduire les éléments dont l'objet se compose.

Cette technique n'est pas destructive, ce qui lui confère un avantage substantiel par rapport à d'autres méthodes d'analyse qui nécessitent souvent le prélèvement d'un échantillon de l'objet. Les archéologues espèrent par ce moyen mieux comprendre comment nos ancêtres ont fabriqué ces objets et contribuer à déterminer comment les conserver dans des conditions idéales.

La technique peut en outre servir à dévoiler les contrefaçons. Une étude a ainsi analysé la composition de statuettes en bronze qui étaient supposées être d'origine étrusque, ainsi que d'objets qui étaient prétendument étrusques, mais suspectés d'être faux. Le paramètre le plus important à cet égard est le taux de zinc dans la statuette, étant donné qu'il est établi que les oeuvres étrusques authentiques doivent présenter un taux de zinc extrêmement faible au regard du bronze produit plus tard par les Romains. Les analyses menées au GELINA ont révélé que c'était bel et bien le cas, tandis que de nombreux objets que des experts avaient jugés probablement faux se sont avérés contenir un taux relativement élevé de zinc.

Les recherches au GELINA sont complétées par les mesures d'un deuxième accélérateur de l'unité, l'accélérateur Van de Graaff, dans lequel sont produits des neutrons pratiquement monoénergétiques qui servent à l'étude du processus de fission nucléaire, à savoir la division de noyaux atomiques lourds par le bombardement neutronique, soit la source de l'énergie nucléaire.

Un autre domaine de travail extrêmement important réside dans les normes de réaction nucléaire, par exemple, l'interaction des neutrons avec l'isotope du bore 10. Cette réaction a trouvé des applications dans la médecine, avec la mise au point de la thérapie par capture de neutrons par le bore. Développée en grande partie par l'Institut de l'énergie du CCR à Petten (Pays-Bas), cette méthode prévoit l'injection d'isotopes de bore 10 à un patient atteint d'une tumeur cancéreuse et la projection d'un faisceau de neutrons dans leur direction après que les atomes de bore se sont accumulés dans les cellules malignes. Les atomes de bore sont ainsi divisés en deux, ce qui déclenche la libération d'une particule alpha qui endommage la cellule cancéreuse.

De par la résolution extrêmement élevée des mesures effectuées au GELINA, le site est attrayant pour les scientifiques de toute l'Europe et au-delà. Grâce au projet NUDAME (Neutron Data Measurements), financé par l'UE, les équipes de recherche de toute l'Europe peuvent prendre leurs quartiers quelque temps à l'IMMR pour procéder aux expériences de leur choix sur des sujets tels que la gestion des déchets radioactifs, la technologie nucléaire et la sûreté des réacteurs nucléaires.

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