Comment les muons des rayons cosmiques pourraient révéler des déchets nucléaires cachés

Les muons sont des particules chargées un peu comme des électrons, ayant la même charge mais plus de 200 fois la masse. Ils sont continuellement créés par les rayons cosmiques qui frappent la haute atmosphère et qui pleuvent sur le sol à raison d'environ un par centimètre carré par minute.

Il est facile d'imaginer que ces muons ne sont guère plus qu'une curiosité, mais au cours des dernières décennies, les physiciens les ont utilisés pour un certain nombre d'applications intéressantes.

En raison de leur masse énorme, les muons sont particulièrement efficaces pour pénétrer les matériaux denses, comme la roche. Dans les années 1960, le physicien américain Luis Alvarez, lauréat du prix Nobel, a installé des détecteurs de muons dans une chambre sous la deuxième pyramide de Chephron en Égypte pour mesurer la vitesse à laquelle ils arrivent de différentes directions.

Son idée était d'utiliser des muons à rayons cosmiques pour radiographier la pyramide, à la recherche de chambres cachées dans la structure. En 1969, il n'avait trouvé aucune preuve de chambres cachées dans les 20 % de la pyramide qu'il avait pu examiner.

Les muons sont particulièrement déviés par des éléments lourds tels que l'uranium et le plutonium, ce qui permet de repérer ces matériaux en analysant les trajectoires des muons. Ainsi, divers scientifiques ont examiné la possibilité d'utiliser des muons pour rechercher du plutonium et de l'uranium de qualité militaire cachés dans des conteneurs maritimes.

Le problème avec cette approche est qu'elle produit un gramme d'ombre, comme une radiographie. Et cela limite la quantité d'informations qui peuvent être obtenues sur un objet en trois dimensions.

Aujourd'hui, Guy Jonkmans et des amis d'Énergie atomique du Canada limitée à Chalk River décrivent un moyen de produire des images tridimensionnelles à partir de muons incidents. Ils disent que cela pourrait produire des images détaillées du contenu des dépôts de déchets nucléaires.

Leur idée est de mesurer la trajectoire des muons, à la fois à leur entrée dans le dépôt et à leur sortie. Cela nécessite des détecteurs de muons à la fois au-dessus et en dessous du dépôt.

Cela devrait révéler tout muon dévié par un noyau lourd et permettre d'identifier le point de déviation en trois dimensions.

En construisant une image de la position de nombreux noyaux lourds, l'équipe peut créer une image en trois dimensions de toute structure constituée d'éléments lourds à l'intérieur du dépôt.

Jonkman et ses collègues testent leur idée en simulant le passage de muons à travers un conteneur de grappes de combustible nucléaire irradié et disent que cela fonctionne bien.

Cela pourrait être une technique utile. L'un des nombreux problèmes permanents auxquels l'industrie nucléaire est confrontée est celui de la caractérisation des déchets des époques antérieures.

Personne ne sait ce qui remplit de nombreux réservoirs de stockage de déchets dans des endroits tels que le site de Hanford dans l'État de Washington, car les dossiers ont été perdus ou n'ont pas été conservés en premier lieu. Et déterminer le contenu de ces référentiels à l'aide de méthodes conventionnelles est tout simplement trop dangereux.

La prochaine étape, bien sûr, est de mettre l'idée en pratique. Cela nécessitera des détecteurs, des déchets nucléaires et une grande expérience dans le traitement des deux. Une tâche qui ne sera pas rapide, facile ou bon marché.

Réf : arxiv.org/abs/1210.1858 : Imagerie des déchets nucléaires et vérification du combustible usé par tomographie par muons

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