Obtenus à partir des noyaux des atomes, les neutrons sont des particules indispensables pour la recherche sur les structures atomiques de la matière. Dans un réacteur nucléaire sous-critique couplé à un accélérateur – système ADS pour ‘Accelerator Driven System’, aujourd’hui à l’étude -, le flux intense de neutrons peut théoriquement être utilisé pour transmuter des grandes quantités d’éléments très radioactifs en éléments à vie courte ou même stables. Ces recherches visent notamment le neptunium, l’américium et le curium, présents dans les déchets nucléaires à vie longue des centrales.

La ‘Source de Neutrons de Spallation’ (« SINQ »), située au PSI, a été expérimentée sur ce principe : un faisceau de protons de haute énergie est dirigé sur une cible métallique et percute les neutrons de la cible en réalisant ainsi leur éjection ou « spallation ». Jusqu’à présent, la source était constituée de métal solide, mais des calculs théoriques ont montré qu’une cible de métal liquide pourrait produire un flux plus intense de neutrons.

L’expérience MEGAPIE (Megawatt Pilot Experiment) a donc été menée pour obtenir cette démonstration, avec un fonctionnement sur plusieurs mois à partir d’une quantité de 920 kg de plomb bismuth liquide. Le faisceau de protons utilisé, le plus puissant au monde avec une puissance de 1 mégawatt, a été fourni par le cyclotron de PSI.

Le fonctionnement de MEGAPIE entre août et décembre 2006 indique que le flux de neutrons obtenu est supérieur de 80% à celui d’une cible solide. L’examen de la cible, maintenant solidifiée, va débuter, dans le but de compiler des informations sur la composition et le comportement des matériaux utilisés.  Ces résultats seront utilisés pour concevoir de nouvelles cibles. Plus globalement, ils bénéficieront aux études sur les réacteurs pilotés par accélérateur, et aux éventuels projets industriels de transmutation des déchets nucléaires.

A propos de MEGAPIE

D’un coût de 50 millions d’euros, le projet MEGAPIE réunit de nombreux partenaires, notamment la Commission Européenne. Depuis 2000, une équipe pluri disciplinaire a travaillé activement sur  l’expérience et a réalisé de nombreux essais. Cette équipe est constituée de 170 chercheurs, ingénieurs et techniciens appartenant à des organismes de recherche européens (CEA, CNRS, ENEA, FZK, PSI, SCK•CEN), japonais (JAEA), coréens (KAERI) et américains (DOE).
Le CEA a été coresponsable technique du projet avec PSI, et a notamment développé le système spécifique d’échangeur thermique et les capteurs neutroniques miniatures. Le CNRS a, via son laboratoire SubaTech à Nantes, supervisé la conception de la cible qui a ensuite été en grande partie fabriquée par l’entreprise française ATEA-REEL.

Pour en savoir plus sur les "Accelerator Driven System" (ADS)

• Le magazine Clefs CEA n°53 qui propose un sujet sur "Des réacteurs sous-critique pilotés par accélérateurs dédiés à la trasnmutation des déchets ?" (fichier pdf 2150 Ko)

A voir

• Le site internet du projet Megapie (en anglais)