L’énergie nucléaire constitue une resource d’énergie essentielle dans de nombreux pays du monde, notamment en France, aux États-Unis, en Chine et au Japon. Bien que les centrales nucléaires aient moins d’impact environnemental que les centrales au charbon en ce qui concerne le changement climatique, la technologie qui y est utilisée peut être utilisée à des fins indésirables, à savoir la output de matériaux destinés aux armes nucléaires. Ainsi, les réacteurs nucléaires devraient être étroitement surveillés pour garantir qu’ils ne sont pas secrètement utilisés pour déclencher une guerre nucléaire.
Dans ce contexte, une équipe de recherche, comprenant le professeur adjoint Chikako Ishizuka, Mme Sasaki Karen et le professeur Sasaki Chiba de l#39Institut de technologie de Tokyo au Japon, a travaillé sur une méthode pratique pour surveiller à length le fonctionnement des réacteurs nucléaires. Leur article a été publié dans le Journal of Nuclear Science and Technologies le 24 novembre 2023.
L’approche proposée s’articule autour d’une particule élémentaire insaisissable générée en abondance lors de la fission nucléaire : l’antineutrino. « Les antineutrinos sont des particules sans cost électrique. Ils interagissent avec les matériaux uniquement via une conversation faible. Ainsi, la matière qui les entoure leur est presque transparente, ce qui signifie que les antineutrinos générés à l#39intérieur d#39un réacteur se déplacent presque librement à l#39extérieur, où ils peuvent être détectés », explique Dr Ishizuka. « De cette manière, les antineutrinos des réacteurs peuvent agir comme des messagers potentiels pour transmettre des informations, telles que la composition des matières fissiles, au monde extérieur. »
Les chercheurs ont d’abord développé un schéma informatique pour dériver les spectres d’antineutrinos qui seraient émis dans les réactions de fission nucléaire impliquant le 235U, le 238U, le 239P et le 241P, qui sont les combustibles nucléaires les plus courants. Ces calculs étaient basés sur la théorie globale de la désintégration bêta, développée dans les années 1960 et affinée sur plusieurs décennies grâce aux améliorations des strategies de mesure et des bibliothèques de données nucléaires. Notamment, ces spectres d’antineutrinos représentent les contributions globales de nombreux produits de fission en désintégration, qui sont différentes pour chaque flamable.
L’équipe a ensuite comparé les résultats de leurs calculs avec les rendements en produits de fission de trois bibliothèques de données nucléaires représentatives, trouvant un bon accord. Sur la foundation de ces résultats favorables, ils ont développé une nouvelle méthodologie pour identifier des produits de fission spécifiques dans les spectres d#39antineutrinos mesurés sur plusieurs jours. Cette approche permettrait d#39estimer à length l#39état opérationnel, la consommation de flamable et la composition du combustible d#39un réacteur nucléaire.
Après un examen furthermore approfondi utilisant des données expérimentales, les chercheurs ont découvert que leur procedure fonctionnait particulièrement bien pour les réacteurs à eau légère, avec une précision légèrement supérieure pour les isotopes de l#39uranium par rapport à ceux du plutonium. Ainsi, si cette stratégie peut être affinée et mise en œuvre dans la pratique, elle pourrait servir de base à des programmes de surveillance à distance des réacteurs nucléaires. « Grâce à l#39approche proposée dans cette étude, il serait achievable de confirmer si les réacteurs nucléaires fonctionnent comme déclaré et de vérifier qu#39aucun échange non déclaré de flamable n#39a lieu lors des arrêts des réacteurs », souligne le Dr Ishizuka. « Cela peut ainsi servir d#39outil puissant pour la non-prolifération nucléaire en empêchant la fabrication de matériaux destinés aux armes nucléaires dans les centrales électriques. »
