Mesure nucléaire par calorimétrie : application à la caractérisation des déchets et matières nucléaires
CARACTÉRISATION PAR CALORIMÉTRIE
Différentes techniques matures existantes peuvent être envisagées pour caractériser la quantité de matières nucléaires – telles que le plutonium et d’autres radionucléides présents dans les déchets et importants pour la sûreté – dans des fûts pouvant aller jusqu’à 200 litres.
La calorimétrie, qui mesure la chaleur dégagée par la désintégration nucléaire de toute matière radioactive, fait partie de ces techniques. Elle présente les avantages suivants :
- il s’agit d’une mesure non destructive
- elle est indépendante de la matrice
- elle est très précise
Elle est utilisée notamment pour la quantification du tritium, du plutonium et de l’américium sur la base de la connaissance de l’isotopie.
APPLICATIONS DE LA CALORIMÉTRIE
- POUR LES INVENTAIRES
- Émetteurs alpha s’ils sont associés à la spectrométrie gamma.
- Émetteurs bêta purs
- POUR LA CARACTÉRISATION DES DÉCHETS
- pour établir la présence de radionucléides
- recherche de sources gamma ou neutroniques cachées/blindées
- recherche de sources alpha cachées
AVANTAGES DE L’ANALYSE CALORIMÉTRIQUE
- Méthode NDA
- Les sources de chaleur (cachées) ne peuvent pas être manquées
- Indépendant du type de matrice et de la densité
- Indépendante de la distribution et de la localisation de la source à l’intérieur du tambour
- Indépendant du fond gamma et neutronique
- Simple à mettre en place et à utiliser
- Très précis (moins de quelques % d’incertitude)
- Mesure possible en phases solide, liquide et gazeuse
QU’EST-CE QUE LA DÉSINTÉGRATION NUCLÉAIRE ?
Un radionucléide (nucléide radioactif, radioisotope ou isotope radioactif) est un atome qui possède un excès d’énergie nucléaire, ce qui le rend instable. Cet excès d’énergie peut être utilisé de trois manières différentes :
- émise par le noyau sous forme de rayonnement gamma ;
- transférée à l’un de ses électrons pour le libérer sous forme d’électron de conversion ;
- ou utilisée pour créer et émettre une nouvelle particule (particule alpha ou particule bêta) à partir du noyau.
Au cours de ces processus, on dit que le radionucléide subit une désintégration radioactive. La désintégration radioactive peut produire un nucléide stable ou parfois un nouveau radionucléide instable qui peut subir une désintégration supplémentaire.
Une particule bêta, également appelée rayon bêta ou rayonnement bêta (symbole β), est un électron ou un positron à haute énergie et à grande vitesse émis par la désintégration radioactive d’un noyau atomique au cours du processus de désintégration bêta.
La désintégration nucléaire conduit à un dégagement de chaleur. La puissance thermique émise est directement liée à la quantité de matière radioactive. C’est la base de la mesure de la calorimétrie nucléaire, où des capteurs de chaleur mesurent la puissance thermique générée par un fût, ce qui permet de déduire la quantité de matière radioactive qu’il contient.
Les particules alpha, également appelées rayon alpha ou rayonnement alpha, sont constituées de deux protons et de deux neutrons liés ensemble en une particule identique à un noyau d’hélium 4.
Un rayon gamma, ou rayonnement gamma, est un rayonnement électromagnétique pénétrant provenant de la désintégration radioactive de noyaux atomiques. Il se compose d’ondes électromagnétiques de longueurs d’ondes courtes et transmet donc l’énergie photonique la plus élevée.
Le rayonnement alpha est constitué de noyaux d’hélium et est facilement arrêté par une feuille de papier. Le rayonnement bêta, constitué d’électrons ou de positrons, est arrêté par une fine plaque d’aluminium, mais le rayonnement gamma nécessite un blindage par un matériau dense comme le plomb ou le béton.
Le neutron est une particule subatomique, symbole n ou n0, sans charge électrique nette et d’une masse légèrement supérieure à celle du proton.
LIGNE DE PRODUITS DÉDIÉE
Les solutions HEAT-CHECK permettent de déterminer la masse de matières nucléaires dans un conteneur. Elles utilisent la calorimétrie, en mesurant la chaleur dégagée lors de la désintégration des matières radioactives. C’est le complément idéal de la spectrométrie gamma :
- La calorimétrie mesure une quantité globale de matière, mais lorsqu’elle est associée à un spectre gamma, elle peut indiquer la masse de chaque isotope dans le conteneur.
- Contrairement à la spectrométrie gamma, ses résultats de mesure ne sont pas affectés par la matrice, le contenant ou le conditionnement du matériau.
La calorimétrie est considérée comme la technique la plus fiable pour caractériser les émetteurs bêta purs comme le tritium. Les calorimètres de la gamme HEAT-CHECK fournissent des résultats plus exacts et plus précis. Ils utilisent nos technologies exclusives pour mesurer la puissance thermique (ou le flux de chaleur), qui sont conformes aux normes internationales comme ASTM C1458.
