Exploration des activités de recherche en Physique Nucléaire au CEA Paris-Saclay
La visite du CEA Paris-Saclay a offert aux étudiants du Master Instrumentation Nucléaire une immersion dans les activités de recherche et développements menées sur le plateau de Paris-Saclay dans les domaines liés à l’énergie nucléaire. Des dosimètres aux réacteurs de recherches, en passant par la présentation de dispositifs innovants, cette visite fut très enrichissante. La promotion tient vivement à remercier le CEA Paris Saclay, l’Unité de Formation de Physique et l’équipe pédagogique de l’avoir rendue possible.
- 31/01/2024
Introduction
La promotion de M2 du Master PFA, parcours Instrumentation Nucléaire de l’Université de Bordeaux a eu la chance de visiter le Commissariat à l’Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives (CEA) Paris-Saclay, organisée le vendredi 10 novembre 2023.
Cette visite fût une opportunité de découvrir la diversité des applications et des installations liées au domaine de l’énergie nucléaire, en complément de la formation académique. Durant cette journée, la promotion a eu l’occasion de visiter une installation du Laboratoire National Henri Becquerel pour la Métrologie de la Dose (LNHB-MD) présenté par M. Plagnard, l’installation SAPHIR et l’ancien réacteur d’essais OSIRIS présentés respectivement par M. Michel et M. Meden, ainsi que le Laboratoire Capteurs et Instrumentation pour la Mesure (LCIM) avec M. Gendre et M. Schoepff.
1. Laboratoire National Henri Becquerel pour la Métrologie de la Dose (LNHB-MD)
Le LNHB-MD est un laboratoire de référence localisé au sein du CEA Paris-Saclay et spécialisé dans la métrologie nucléaire. Les missions de ce laboratoire sont d’établir les références françaises métrologiques en termes d’évaluation de la radioactivité (unité Gray) et de la dose (unité Sievert). Ceci s’effectue par l’étalonnage et la caractérisation des instruments de mesure, contribuant ainsi à garantir la précision des évaluations dosimétriques dans divers domaines d’application.
A. Dosimétrie Active et Passive
La dosimétrie active et passive joue un rôle essentiel dans la mesure précise de la dose et constitue un aspect important dans la protection des travailleurs exposés aux rayonnements ionisants. Il existe deux types de dosimètres : les dosimètres qualifiés comme « actifs » ou « opérationnels » et ceux qualifiés de « passifs » ou par « lecture différée ». Les premiers sont utilisés pour connaître en temps réel la valeur de la dose reçue par le travailleur tandis que les seconds enregistrent la dose cumulée sur une période prédéfinie et une analyse complémentaire par un laboratoire permet de connaître la dose efficace reçue.
B. Étalonnage et Caractérisation de dosimètres
Pour garantir des mesures précises de la radioactivité, le LNHB exploite deux bancs de rayons X couvrant une large plage d’énergie allant de 10 keV à 400 keV pour l’étalonnage et la caractérisation en dose/énergie de dosimètres/capteurs. Ceci s’effectue par l’utilisation de fantômes d’eau équivalents à des parties du corps humain (ex : tête, doigt, poignet) et à la mesure du débit de kerma correspondant à la quantité de radiation. Pour ne pas avoir recours à l’étalonnage au préalable du capteur, il est indispensable d’employer une chambre à paroi d’air. Ces bancs sont cruciaux pour répondre aux exigences spécifiques dans diverses applications, allant de la radiographie dentaire ou pulmonaire à des applications plus spécifiques propres aux domaines du spatial ou de l’aviation. Pour compléter les possibilités d’étalonnage et de caractérisation d’instruments de mesure, le LNHB dispose d’un irradiateur contenant des sources radioactives de 60Co et de 137Cs. Ces dispositifs d’étalonnage et de caractérisation sont illustrés en figure 1.
Figure 1 : À gauche : Banc à rayon X ; À droite : Irradiateur au 60Co et au 137Cs
2. Installation Saphir
La matinée s’est poursuivie par la visite de l’installation Saphir, avec M. Maugan Michel. Située dans une ancienne piscine d’entreposage de combustible, cette installation permet, via l’utilisation d’un accélérateur linéaire, le contrôle non-destructif de colis de déchets radioactifs par interrogation neutronique et photonique active. L’interrogation neutronique consiste en l'étude de la réponse d’un colis de déchets soumis à un flux neutrons incidents, préalablement produits à partir de l’interaction de rayons X et d’eau lourde. L’interrogation photonique active consiste à exposer directement le colis à des rayons X. Pour assurer la radioprotection des lieux attenants, cette installation est située dans une casemate dont les murs sont faits de béton baryté, ce dernier est un élément contenant du sulfate de baryum et il est connu pour ses capacités de protection contre les radiations et d’absorption de neutrons.
Les données obtenues à partir de cette installation permettent aux industriels de confirmer leurs modélisations de colis dans le cadre de simulation par exemple. Des travaux sont notamment menés avec le dispositif illustré en figure 2.
Figure 2 : Installation SAPHIR
3. Ancien réacteur d’essai, l’INB OSIRIS
En début d'après-midi, M. Igor Meden nous a présenté le réacteur de recherche Osiris illustré en figure 3. Démarré en 1962 et arrêté en 2015, il est aujourd’hui en préparation de démantèlement. Immergé dans l’eau, il permettait d’étudier l’effet des neutrons sur la structure de réacteurs nucléaires pour la production d’électricité. Plusieurs expériences y ont été menées en incorporant dans le réacteur des objets plus ou moins massifs, de divers matériaux et combustibles en vue de leur caractérisation en milieu riche en neutrons. Une importante production de 99mTc dans le cœur du réacteur dans une cellule chaude était également réalisée à destination des hôpitaux. Les applications de ce réacteur d’essai furent multiples : médecine, production d'électricité, structure de bâtiments ou encore défense sous l’égide du CEA. Aujourd’hui, pour le remplacer, le réacteur Jules Horowitz est en construction sur le site de Cadarache.
Figure 3 : Maquette de l’INB OSIRIS
4. Laboratoire Capteurs et Instrumentation pour la Mesure
La visite s’est terminée par la découverte du Laboratoire Capteurs et Instrumentation pour la Mesure (LCIM) ainsi que de ses dernières innovations. Nous avons eu l’opportunité de découvrir différents aspects d’amélioration des détecteurs à rayonnements. M. Schoepff et M. Gendre nous ont présenté divers sujets allant des scintillateurs plastiques, aux cartes électroniques en passant par la croissance de diamants synthétiques. Pour répondre aux besoins spécifiques de l’industrie du nucléaire et de la sécurité, le LCIM développe des dispositifs comme le GN Tracker, qui est une sonde compacte et polyvalente discriminant gamma et neutrons dits thermiques et rapides, NANOPIX, qui est la plus petite gamma caméra à masque codé du monde, ou encore un système permettant le maintien d’un parc de réacteurs de synthèse de diamants.
Conclusion
La visite du CEA Paris-Saclay nous a offert une immersion dans les activités de recherche et développements menées sur le plateau de Paris-Saclay dans les domaines liés à l’énergie nucléaire. Des dosimètres aux réacteurs de recherches, en passant par la présentation de dispositifs innovants, cette visite fut très enrichissante. La promotion tient vivement à remercier le CEA Paris‑Saclay, l’Unité de Formation de Physique et l’équipe pédagogique de l’avoir rendue possible.
