​Les neutrinos sont des particules élémentaires qui ne sont sensibles qu'à l'interaction faible. Véritables passe-murailles, ils traversent la matière sans être altérés, gardant intactes les informations des phénomènes qui les ont engendrés. Ces propriétés en font des messagers très utiles qui peuvent par exemple fournir des informations sur les réactions de fissions qui ont lieu au cœur du Soleil ou dans un réacteur nucléaire.

Envisagé dès les années 70, la surveillance des centrales nucléaires via des détecteurs d'antineutrinos avaient déjà été validée dans les années 2010 mais uniquement sur des réacteurs en état de marche.  Une équipe de chercheurs menée par le CEA-Irfu vient désormais de prouver qu'il est aussi possible de capter et mesurer les flux résiduels de d'antineutrinos lorsqu'ils sont émis par un réacteur à l'arrêt.​

Réacteur arrêté : la difficulté de détecter les émissions des combustibles usés ou irradiés

Après l'arrêt d'un réacteur nucléaire, les réactions de fission cessent presque immédiatement mais les produits de fission radioactifs continuent d'émettre des antineutrinos résiduels. Leur flux diminue cependant progressivement, avec d'abord la désintégration des isotopes les plus instables puis celle des isotopes les plus durables. Ce phénomène peut être observé via une baisse de l'intensité et de l'énergie des antineutrinos qui sont émis. Cette évolution temporelle et énergétique constitue ainsi une signature caractéristique qui permet de surveiller l'état du combustible usé après l'arrêt du réacteur.

L'expérience Double Chooz s'appuie sur données relevées en 2017 sur une période de 25 jours cumulés (pas consécutifs), lorsque les deux réacteurs de la centrale Chooz étaient à l'arrêt. Après l'analyse de ces données, les équipes ont publié les résultats de leurs analyses qui correspondent aux simulations détaillées de combustibles irradiés ou usés. Les détecteurs ont ainsi bien capté des émissions d'énergie statistiquement significatives (au-dessus du bruit de fond), signatures des flux d'antineutrinos résiduels, et il est possible de visualiser la contraction du spectre énergétique des neutrinos vers les basses énergies, ce qui est révélateur de la disparition progressive des isotopes à courte durée de vie.

Vers de nouvelles applications grâce à des détecteurs de plus en plus compacts et mobiles

L'expérience Double Chooz démontre ainsi qu'il est possible de surveiller les combustibles usés et irradiés dans les réacteurs nucléaire, le tout de manière continue et non-invasive avec des détecteurs situés à l'extérieur. Ce résultat ouvre la voie vers de nouvelles applications pour la surveillance et la traçabilité des combustibles irradié : stockage des déchets nucléaires, respect des traités de non-prolifération des armes atomiques, etc. Les prochains travaux ont désormais pour objectif de rendre plus compacts et mobiles les détecteurs tout en continuant à abaisser leur seuil de détection.