PSI: des neutrons pour la recherche et la gestion des déchets nucléaires

Les neutrons de haute énergie peuvent s'utiliser dans de nombreux domaines de recherche. Les caractéristiques particulières des neutrons permettent d'étudier structures atomiques et mouvements, ainsi que des substances biologiques. Ils contribuent par exemple à mieux comprendre le mécanisme des matériaux supraconducteurs ou des causes moléculaires de maladies. Pour obtenir des neutrons, il faut toutefois qu'ils soient d'abord éjectés de noyaux d'atome.

C'est ce qui se produit depuis 1996 dans la «Source de Neutrons de Spallation» (SINQ) du PSI. Dans cette installation, un faisceau de protons de haute énergie d'un mégawatt est dirigé sur une cible métallique et percute les neutrons de la cible. Jusqu'à présent, la source était constituée de plomb solide. Des calculs théoriques ont montré toutefois qu'une cible de métal liquide pourrait produire un flux plus intense de neutrons. Le projet international Megapie a maintenant démontré qu'une telle cible de 920 kg de plomb bismuth liquide fonctionne en continu.

Expériences précieuses pour la transformation de déchets radioactifs

Les neutrons de haute énergie peuvent transmuter des transuraniens tels que le neptunium, le plutonium, l'américium et le curium. De tels produits nocifs et à vie longue se trouvent par exemple dans les crayons combustibles usés issus des centrales nucléaires. Leur transformation («transmutation») en éléments de vie plus courte, ou même stables, est par principe possible dans des systèmes actionnés par accélérateurs tels que la SINQ. Megapie a fourni à ce sujet de données et expériences précieuses, même si le chemin aboutissant à une technique de transmutation utilisable et avantageuse est encore très long, écrit le PSI.

La perspective de pouvoir éventuellement «incinérer» un jour de cette manière des déchets radioactifs a placé Megapie au centre de l'intérêt international. Plusieurs partenaires, dont l'Union européenne, participent au coût global de 80 millions de francs. Depuis 2000, 170 scientifiques, ingénieurs et techniciens de neuf instituts de recherche de Corée, d'Europe, du Japon et des USA travaillent sur le projet. La préparation des expériences et des essais a dû répondre à des exigences très élevées en matière de technologie et de sécurité. C'est ainsi que les matériaux utilisés doivent résister à une irradiation élevée et qu'il faut maîtriser le bilan thermique exigeant du métal liquide. Il a fallu également prendre des dispositions très pointues en matière de sécurité, dispositions qui ont été contrôlées et approuvées par l'Office fédéral de la santé publique (OFSP). Le PSI était responsable du montage de la cible, ainsi que du fonctionnement complexe de l'installation, avec de multiples contrôles.

Megapie leader en matière de cibles de métal liquide

Le domaine des cibles de métal liquide fait l'objet d'une compétition internationale. En plus de Megapie, il existe un projet aux Etats-Unis et au Japon qui vise à réaliser cette technologie. Entre août et fin 2006, les scientifiques du PSI ont mesuré un flux de neutrons supérieur de 80% à celui d'une cible solide habituelle. Ce résultat est largement supérieur aux calculs préliminaires conservatifs effectués jusqu'à présent.

Les études réalisées sur la cible de plomb irradiée, et maintenant solidifiée, fourniront encore dans les prochaines années des connaissances précieuses sur la constitution et le comportement des matériaux. Ce retour d'expérience sera repris dans la conception et l'exploitation de nouvelles sources de neutrons de spallation. Mais les futurs systèmes d'accélérateurs susceptibles par exemple de transformer des transuranien en déchets radioactifs en profiteront eux aussi fortement. Le succès de Megapie fournit ainsi des résultats clés pour de telles installations.