Technologie neutronique
Le saviez-vous ?
La physique offre de nombreuses façons de créer ces petites particules élémentaires électriquement neutres, appelées neutrons. Les neutrons peuvent être obtenus soit à partir de certains matériaux radioactifs spécifiques, soit à partir de générateurs électriques compacts.
Les sources radioactives sont créées artificiellement dans certains réacteurs nucléaires en tant que sous-produits, par exemple le Californium (252Cf) ou l'Americium Béryllium (Am-Be). Ces sources radioactives émettent constamment, mais leur intensité de neutrons diminue avec le temps, avec des temps de décroissance variant de quelques années à plusieurs siècles, contrairement aux générateurs de neutrons.
Dans les années 1980, Sodern a conçu les premiers tubes neutroniques civils pour répondre aux besoins des entreprises de forage pétrolier, suivis de nouvelles générations garantissant toujours la meilleure solution à cette industrie.
En 1990, l'entreprise a développé un nouveau générateur de neutrons pour surveiller les matériaux nucléaires dans les usines de recyclage des déchets, aujourd'hui indispensables à la caractérisation de ces déchets.
Dans les années 2000, le premier analyseur transversal à bande (CNA) basé sur un générateur de neutrons a été produit et installé dans une cimenterie ; plus de 250 CNA sont désormais en service dans plus de quarante pays, pour les secteurs du ciment, du nickel, du cuivre et d'autres, permettant un contrôle qualité en temps réel sur les lignes de production. Sodern diversifie sa gamme avec l'outil de carottage géochimique à neutrons pulsés FastGrade pour l'exploration et la production minière.
La production de neutrons
Les générateurs de neutrons sont des accélérateurs de particules miniaturisés qui exploitent la fusion d’isotopes d’hydrogène pour produire des neutrons, à l’image de la réaction qui alimente le Soleil. Deux réactions nucléaires sont principalement utilisées pour générer des neutrons électriquement : Deutérium-Deutérium (DD) et Deutérium-Tritium (DT). Ces deux réactions produisent de l’hélium et les neutrons recherchés. Les neutrons DD sont plus lents que les neutrons DT, qui se déplacent à environ 5 cm/ns en raison de leur énergie de création plus élevée de 14 MeV.
Les neutrons rapides constituent un avantage majeur pour les techniques analytiques, car ils peuvent pénétrer de nombreux matériaux pour des mesures en profondeur. Comme les générateurs de neutrons sont contrôlés par tension, leur émission peut être arrêtée à tout moment, et leur fonctionnement intrinsèquement sûr en fait un instrument attractif pour presque tous les domaines concevables de recherche scientifique.
Les tubes neutroniques
Un tube neutronique est un accélérateur de particules miniaturisé dans lequel nous réalisons des réactions de fusion nucléaire pour générer des neutrons à la demande.
- Dans le tube, le mélange deutérium/tritium est piégé sous forme solide et libéré sous forme de gaz ;
- Le gaz est ensuite ionisé dans une source d'ions ;
- Les ions peuvent alors être accélérés dans l'accélérateur à l'aide d'un champ électrique ;
- Cette accélération fournit l'énergie nécessaire aux ions pour déclencher la réaction de fusion au sein de la cible, qui contient également du deutérium et du tritium sous forme solide.
Pour que cette réaction ait lieu, le tube doit être sous un vide ultra-élevé. Le tube doit également être complètement scellé afin que le niveau de pression interne puisse être contrôlé. Il doit aussi être électriquement isolé de son environnement pour qu'une très haute tension d'accélération puisse être appliquée.
Qu'est-ce que la PFTNA ?
La technologie d'activation par neutrons rapides et thermiques pulsés (PFTNA) permet une analyse chimique rapide de grands volumes de matériaux, sans nécessiter d'échantillonnage. L'analyse PFTNA est capable de mesurer pratiquement l'ensemble du volume de matériau transporté sur une bande transporteuse et de fournir une analyse par lots en seulement quelques minutes. De récents développements utilisent la technique d'analyse PFTNA pour mesurer la composition dans les forages miniers.
Comment ça fonctionne ?
L'analyse PFTNA utilise un générateur de neutrons électriques pulsés pour fournir les impulsions de neutrons qui interagissent avec les noyaux des atomes. En retour, les atomes émettent des rayons gamma avec des niveaux d'énergie caractéristiques. Les rayons gamma sont ensuite mesurés par des détecteurs à scintillation et des cartes de traitement d'impulsions numériques très rapides, afin de collecter chaque photon individuellement et de construire le spectre des rayons gamma émis. Les spectres sont interprétés à l'aide d'algorithmes d'apprentissage, et les différentes concentrations d'éléments sont transmises à l'utilisateur de manière simple et rapide.
L'utilisation d'une source de neutrons électriques garantit la stabilité des performances analytiques du système, grâce à une émission constante de neutrons tout au long de son cycle de vie. Cela réduit considérablement le nombre d'étalonnages périodiques nécessaires, qui sont souvent difficiles à réaliser sur site et qui interfèrent toujours avec le processus de production.
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