L’énergie nucléaire est considérée comme l’un des moyens de réduire la dépendance aux combustibles fossiles, mais la manière de traiter les déchets nucléaires fait partie des questions qui l’entourent. Les déchets radioactifs peuvent être transformés en éléments plus stables, mais ce processus n'est pas encore viable à grande échelle.
De nouvelles recherches menées par des physiciens de l’Université de Tokyo révèlent une méthode permettant de mesurer, prédire et modéliser avec plus de précision un élément clé du processus visant à rendre les déchets nucléaires plus stables. Cela pourrait conduire à de meilleures installations de traitement des déchets nucléaires et également à de nouvelles théories sur la façon dont certains éléments plus lourds de l'univers sont apparus.
Le mot « nucléaire » lui-même peut être un élément déclencheur pour certaines personnes, ce qui est compréhensible au Japon, où la bombe atomique et la catastrophe de Fukushima comptent parmi les moments charnières de son histoire moderne. Pourtant, étant donné la relative rareté d'espaces appropriés au Japon pour les formes d'énergie renouvelables comme le solaire ou l'éolien, l'énergie nucléaire est considérée comme un élément essentiel des efforts visant à décarboner le secteur énergétique.
Pour cette raison, les chercheurs travaillent dur pour tenter d’améliorer la sécurité, l’efficacité et d’autres questions liées à l’énergie nucléaire. Le professeur agrégé Nobuaki Imai du Centre d'études nucléaires de l'Université de Tokyo et ses collègues pensent qu'ils peuvent contribuer à améliorer un aspect clé de l'énergie nucléaire, le traitement des déchets.
"D'une manière générale, l'énergie nucléaire fonctionne en faisant bouillir de l'eau en utilisant des réactions de désintégration nucléaire auto-entretenues. Les éléments instables se décomposent et se désintègrent, libérant de la chaleur qui fait bouillir l'eau et entraîne des turbines. Mais ce processus finit par laisser derrière lui des déchets inutilisables qui sont encore radioactifs", a déclaré Imaï.
"Ces déchets peuvent rester radioactifs pendant des centaines de milliers d'années, c'est pourquoi ils sont généralement enfouis profondément sous terre. Mais il existe un désir croissant d'explorer une autre voie, une voie par laquelle les déchets radioactifs instables peuvent être rendus plus stables, en évitant leur désintégration radioactive et ce qui rend la gestion beaucoup plus sûre. C'est ce qu'on appelle la transmutation. "
La transmutation est à l’opposé de la désintégration nucléaire; au lieu qu'un élément se brise et libère un rayonnement, un neutron peut être ajouté à un élément instable, le transformant en une version légèrement plus lourde de lui-même. En fonction de la substance initiale, cette nouvelle forme peut être suffisamment stable pour être considérée comme sûre.
Le problème est que, même si ce procédé est généralement connu depuis un certain temps, il a été impossible de le quantifier avec suffisamment de précision pour passer à l'étape suivante et idéalement produire des prototypes d'installations de gestion des déchets de nouvelle génération.
"L'idée est en fait venue d'une source surprenante :des étoiles en collision, en particulier des étoiles à neutrons", a déclaré Imai. "Suite aux récentes observations d'ondes gravitationnelles émanant de fusions d'étoiles à neutrons, les chercheurs ont pu mieux comprendre la manière dont les neutrons interagissent et leur capacité à modifier d'autres éléments."
"Sur cette base, nous avons utilisé une gamme d'instruments pour mieux comprendre comment l'élément sélénium, un déchet nucléaire courant, se comporte lorsqu'il est bombardé par des neutrons. Notre technique nous permet de prédire comment les matériaux absorbent les neutrons et subissent une transmutation. Cette connaissance peut contribuer à la conception d'installations de transmutation de déchets nucléaires."
Il est difficile pour les chercheurs de faire ce genre d'observations; en fait, ils ne sont pas capables d’observer directement les actes de transmutation. Au lieu de cela, l'équipe peut observer quelle quantité d'un échantillon n'est pas transmuée, et en prenant des mesures pour savoir que la transmutation a bien eu lieu, elle peut estimer, bien que très précisément, quelle quantité de l'échantillon a été transmuée.
"Nous sommes convaincus que nos mesures reflètent avec précision le taux réel de transmutation du sélénium instable en une forme plus stable", a déclaré Imai. "Nous prévoyons maintenant de mesurer cela pour d'autres déchets nucléaires. Espérons que ces connaissances se combineront avec d'autres domaines nécessaires à la réalisation d'installations de traitement des déchets nucléaires, et nous pourrions les voir dans les décennies à venir."
"Bien que nos objectifs soient d'améliorer la sécurité nucléaire, je trouve intéressant qu'il existe une relation bidirectionnelle entre cette recherche et l'astrophysique. Nous nous sommes inspirés des collisions d'étoiles à neutrons, et nos recherches peuvent avoir un impact sur la façon dont les astrophysiciens recherchent des signes de synthèse nucléaire, la création des éléments dans les étoiles, pour mieux comprendre comment ont été fabriqués les éléments plus lourds que le fer, y compris ceux essentiels à la vie."
Les travaux sont publiés dans la revue Physics Letters B .
Plus d'informations : N. Imai et al, Section efficace de la réaction de capture de neutrons du 79Se via la réaction 79Se(d,p) en cinématique inverse, Physics Letters B (2024). DOI :10.1016/j.physletb.2024.138470
Fourni par l'Université de Tokyo
