Activation neutronique
Pour les articles homonymes, voirActivation.
L’activation neutroniqueest le processus par lequel unflux neutroniqueinduit de laradioactivitédans lesmatériauxqu'il traverse (phénomène deradioactivation).
Tout matériau traversé par un flux de neutrons subit progressivement unetransmutationparcapture neutroniquequi rend une partie de ses noyaux radioactifs, et la durée de vie de cette radioactivité impose généralement de le gérer par la suite commedéchet radioactif(le plus souvent comme déchet de faible activité).
L'activation neutronique a également d'importantes applications pratiques. L'analyse par activation neutroniqueest l'une des méthodes les plus sensibles d'analyse chimique, qui permet d'analyser la présence de traces infimes de constituants ou d'impuretés. En France l'usage de cette technique est interdite pour les produits alimentaires et de construction, sauf dérogation (pour descimenteriespar exemple)[1].
Physique nucléaire
modifierLaradioactivité induitepar activation neutronique vient de ce que lesnucléidesqui subissent unflux neutroniquecapturent desneutronslibres, ce qui augmente d'une unité leurmasse atomiqueet les fait généralement entrer dans unétat nucléaire excité.Dans la plupart des cas, lenoyau atomiquese désexcite immédiatement. Il peut le faire en émettant un nouveau neutron (collision inélastiquen-n); en perdant une particule, unproton(n-p) ou une particule alpha (n-alpha); ou en émettant unrayonnement gamma,conduisant à unecapture neutronique(capture d'un neutron par réaction n-gamma).
Quand une capture neutronique a eu lieu, le noyau résultant est le plus souvent instable, même après une désexcitation intermédiaire éventuelle. Le nucléide alors formé estradioactifet sapériode radioactivepeut prendre des valeurs très variées, de quelques fractions de secondes à de nombreuses années.
Un exemple de telle réaction est celle qui conduit à la production decobalt 60dans unréacteur nucléaire:
- 59Co + n →60Co
Lecobalt 60subit unedésintégration βen émettant unrayon gammaet se transforme ennickel 60.
- 60Co →60Ni + e−+ γ
Cette réaction a une demi-vie de 5,27 ans. Lecobalt 60est un produit important enradiothérapieetradiographie industrielle,comme source derayon gammaintense.
Sensibilité à l'activation
modifierSuivant les matériaux, la sensibilité à l'activation est plus ou moins grande.
Ceci dépend à la fois de lasection efficacedecapture neutronique,de lademi-viedu radionucléide ainsi créé (les demi-vies très courtes cessent rapidement d'être un problème, et les demi-vies extrêmement longues ne sont que faiblement radioactives), et de l'énergie du rayonnement gamma produit par sa désintégration.
De plus, pour certains éléments, l'isotope obtenu en augmentant d'une unité la masse atomique sera dans la majorité des cas stable, et la capture neutronique résultant du flux neutronique ne l'activera que dans une minorité des cas.
Par exemple l'oxygène, composé très majoritairement d'oxygène 16, est transformé dans la plupart des cas en oxygène 17 stable. Seul l'oxygène 18 présent dans une proportion très minoritaire sera transformé en un isotope 19 radioactif. Mais cet isotope 19 de l'oxygène d'une demi-vie de 22 secondes disparaît rapidement en formant du fluor stable.
L'hydrogène, composé très majoritairement hydrogène-1, sera lui transformée en hydrogène-2, ledeutérium.Le deutérium présent naturellement dans une proportion de 0,015 % dans l'hydrogène naturel sera transformé entritium,d'une durée de vie de 12 ans et dont le rayonnement est de faible énergie (100 fois moins puissant que celui ducésium 137).
Ainsi l'eau chimiquement pure, constituée uniquement d'hydrogène et d'oxygène, est capable d'arrêter unrayonnement neutroniqueen n'étant activée que faiblement.
Produits d'activation
modifierAnalyse par activation neutronique
modifierL'analyse chimiqueparactivation neutroniqueest uneméthode analytiquetrès sensible, particulièrement bien adaptée pour analyser lapuretéd'unéchantillon.Cette méthode ne requiert pas de solubilisation ni de préparation particulière, et peut de ce fait être appliquée même à un objet dont l'intégrité doit absolument être préservée, comme une œuvre d'art.
La méthode consiste àirradierun échantillon par un flux deneutrons.Les différentes impuretés contenues dans l'échantillon subissent alors desréactions nucléairesqui conduisent à la formation d'isotopesinstables. Ces isotopes sont alors identifiés et quantifiés par l'étude de leurspectrederayons γ[2].
Laradioactivité induitedans l'échantillon est faible, compte tenu de la faible intensité duflux neutroniqueemployé; et l'essentiel de cette radioactivité est relâchée dans un temps assez bref. Les effets à long terme sont négligeables. En ce sens, l'analyse par activation neutronique peut être qualifiée d'analyse non destructive.
Références
modifier- «Projet d’arrêté ministériel de dérogation à l’interdiction d’addition de radionucléides, énoncée à l’article R.1333-2 du code de la santé publique, pour l’utilisation de l’analyse neutronique du cru cimentier par la société LAFARGE HOLCIM;Consultation publique du 31/01/2017 au 28/02/2017»(consulté le)
- Jean Perdijon,L'Analyse par activation,Paris, Masson,
Voir aussi
modifierArticles connexes
modifierLiens externes
modifier- Neutron Cross Sections from Neutron Resonance Parameters and Thermal Cross Sections
- L'analyse par activation de neutrons de réacteur;J. Phys. IV France 103 (2003) t)EDP Sciences.
- Analyse par Activation Neutronique Instrumentale,Laboratoire Pierre Süe UMR 9956 CEA-CNRS.
- Handbook on Nuclear Activation Cross-Sections, IAEA, 1974
- Innocence Network and National Association of Criminal Defense Lawyers Announce Joint Task Force to Review Cases Impacted by Discredited FBI Bullet Analysis,(November 19, 2007)
- WISENeutron Activation Calculator- Calcul des produits d'activation en fonction des compositions chimiques de matériaux.
