Détecteur prototype d'antineutrinos pour la surveillance des sites de stockage de déchets nucléaires. Crédit :Virginia Tech, Centre de physique des neutrinos
De nouvelles découvertes scientifiques suggèrent que les détecteurs de neutrinos peuvent jouer un rôle important pour assurer une meilleure surveillance et un stockage plus sûr des matières radioactives dans les sites de stockage de déchets nucléaires. Des chercheurs de l'Université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU) en Allemagne ont effectué des calculs pour déterminer le rayonnement neutrino émis par le combustible nucléaire usé. Leurs chiffres montrent que les détecteurs de neutrinos pourraient être utiles dans certains scénarios.
Les neutrinos ne subissent pratiquement aucune interaction avec la matière, et ainsi ils peuvent pénétrer pratiquement sans entrave à travers la Terre et tout bouclier artificiel. "Chaque seconde, environ 100 milliards de neutrinos par centimètre carré frappent la Terre depuis le soleil, jour et nuit. Parce que les neutrinos n'interagissent que faiblement avec la matière, elles font partie des particules élémentaires les plus difficiles à détecter, " a déclaré le professeur Joachim Kopp de l'Université de Mayence. Kopp est un expert dans le domaine de la physique théorique des neutrinos.
La désintégration bêta des produits de fission radioactifs génère des neutrinos en très grande quantité. Cependant, une énergie minimale de 1,8 méga-électron-volt est nécessaire pour détecter ces particules via le processus de désintégration bêta inverse. Ce n'est qu'alors qu'ils peuvent être enregistrés dans un détecteur à scintillation, un réservoir rempli d'huiles minérales spéciales. Les particules de haute énergie interagissent avec les protons dans le réservoir, émettant un signal lumineux caractéristique.
De tels détecteurs de neutrinos sont déjà utilisés à titre expérimental pour surveiller les centrales nucléaires en fonctionnement. Cependant, pour le contrôle des déchets nucléaires stockés, il existe, jusqu'à présent, pas de détecteurs. « Les réacteurs en service produisent beaucoup plus de neutrinos que les réacteurs déclassés ou les matières radioactives stockées, " a expliqué Kopp, notant que la surveillance de la localisation des déchets nucléaires est particulièrement importante à l'heure actuelle pour des raisons de sécurité.
Décontamination d'un complexe nucléaire désaffecté dans l'État américain de Washington. De telles mesures pourraient être appuyées par l'emploi de détecteurs d'antineutrinos. Crédit :Département américain de l'Énergie
Pour leur article en Examen physique appliqué , Joachim Kopp et Vedran Brdar de JGU et Patrick Huber de Virginia Tech aux États-Unis ont d'abord calculé le flux de neutrinos émis par le strontium-90 radioactif et d'autres produits de fission dans le combustible nucléaire usé. Ils ont ensuite examiné plusieurs scénarios détaillant comment et où les émissions pourraient être détectées.
Dans l'un d'eux, un détecteur adapté serait particulièrement utile pour surveiller les stockages aériens, par exemple, sur place dans les centrales nucléaires. Un détecteur de neutrinos dans ce scénario pourrait détecter si des matières radioactives avaient été retirées sans être documentées. D'après les calculs, les mesures à l'aide d'un détecteur d'une capacité de 40 tonnes devraient durer environ un an. "Ça a l'air long, mais il suffirait de positionner le détecteur et d'attendre. Le gros avantage est que l'on peut vérifier le contenu d'un conteneur sans jamais avoir à l'ouvrir, " a déclaré Kopp. Il suffirait généralement de placer le détecteur à 10 à 100 mètres, par exemple, sur une remorque de camion. Selon Kopp, cette méthode pourrait être particulièrement appropriée pour tenter d'assurer la non-prolifération des matières nucléaires de qualité militaire, c'est pourquoi la Communauté européenne de l'énergie atomique EURATOM a déjà manifesté son intérêt pour cette recherche.
Dans un deuxième scénario, les physiciens proposent un scénario dans lequel les dépôts souterrains sont surveillés, en donnant comme exemple le site de dépôt proposé de Yucca Mountain dans le Nevada. Dans cette situation, un flux de neutrinos important serait détecté, même à la surface d'un petit réservoir de 10 tonnes. "Toutefois, certains dangers réalistes, comme la fuite de très petites quantités de matières radioactives, ne serait malheureusement pas détecté, " a déclaré Kopp.
Un troisième scénario que les scientifiques ont pris en compte dans leurs calculs consistait à détecter des installations de stockage incomplètement documentées, tels que ceux du site de Hanford, un complexe nucléaire maintenant désaffecté dans l'État américain de Washington de l'ère de la guerre froide. "Dans ce cas, la technologie actuelle des détecteurs n'est pas encore tout à fait suffisante, entre autres parce que le rayonnement cosmique fausse les mesures, " a déclaré Kopp. Cependant, les premiers prototypes de tels détecteurs évitant ce problème existent déjà.
