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RÉSUMÉ
Cet article a pour objet la mesure nucléaire non destructive utilisée dans le cycle du combustible nucléaire, plus spécifiquement la mesure passive pour laquelle les signaux à détecter sont obtenus sans stimulation externe. Il débute par la présentation des étapes du cycle du combustible, puis différencie méthode non destructive passive et méthode non destructive active. Sont ensuite exposées les méthodes passives les plus employées : la spectrométrie gamma et le comptage neutronique.
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Abdallah LYOUSSI : Chercheur au Commissariat à l’Énergie Atomique - Ingénieur en Génie atomique, Docteur en Physique nucléaire - Habilité à Diriger les Recherches en Physique - Expert Senior CEA en mesures nucléaires non destructives
INTRODUCTION
Le développement des techniques de mesure non destructive pour les besoins de contrôle, de caractérisation et d’analyse de matières radioactives a commencé avec la naissance de la science et des technologies nucléaires. En effet, la propriété qu’a un matériau, dit nucléaire, d’émettre, dans la majorité des cas, des rayonnements caractéristiques spontanés ou provoqués, a fait de sa détection et de sa quantification, via certaines de ses émissions, une démarche naturelle.
Cependant, l’établissement et l’utilisation des méthodes de mesure non destructive est resté limité jusqu’aux années 1960 ; début de la montée en puissance de l’industrie nucléaire.
Le contrôle, la surveillance et le suivi, aussi bien des matières radioactives que du bon fonctionnement des installations nucléaires se sont alors avérés essentiels et primordiaux pour les principales nations concernées.
C’est ainsi que les techniques de caractérisation non destructive ont connu leur première réelle impulsion et n’ont cessé, depuis, d’être constamment améliorées et adaptées.
La mesure nucléaire non destructive est aujourd’hui largement utilisée dans pratiquement toutes les étapes du cycle du combustible. Par conséquent, avant d’aborder ces méthodes, leur classification et leur description, nous avons jugé utile de consacrer un paragraphe à une brève présentation des principales étapes du cycle du combustible nucléaire français. Cela permettra de bien situer la problématique du contrôle et de la caractérisation.
Enfin, les mesures nucléaires non destructives sont maintenant utilisées dans de très nombreux secteurs (datation, climatologie, médecine…). Ces aspects, abordés dans d’autres ouvrages de la collection, ne sont pas traités dans le présent article. Il s’agit notamment de leur utilisation pour la surveillance de l’environnement et pour le contrôle nucléaire de procédé .
Cette première partie consacrée à la présentation de la problématique du contrôle et de la caractérisation et aux principales méthodes de mesure nucléaire non destructive passive est complétée par une seconde partie dédiée aux techniques de mesure nucléaire non destructive active.
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Principales méthodes de mesure nucléaire non destructive passive
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1. Mesure nucléaire non destructive : besoin et motivation
1.1 Cycle du combustible nucléaire
Il s’agit de l’ensemble des opérations contribuant à la production du combustible et à sa gestion une fois qu’il est irradié puis sorti du réacteur nucléaire. On parle de cycle fermé lorsque le combustible irradié est retraité et de cycle ouvert dans le cas contraire.
La figure 1 présente, sous forme schématique, les différentes grandes étapes du cycle du combustible. Il s’agit principalement des opérations d’extraction, de conversion, d’enrichissement, de fabrication et enfin de retraitement du combustible nucléaire dans le cas d’un cycle fermé ; de stockage direct dans le cas d’un cycle ouvert ( Instrumentation de surveillance des matières nucléaires).
La grande majorité des déchets radioactifs est produite tout au long du cycle du combustible, mais aussi au cours de l’exploitation des réacteurs et pendant les opérations de démantèlement d’installations devenues obsolètes. Les déchets radioactifs sont classifiés en trois grandes catégories :
-
les déchets de faible activité à vie courte (ou déchets A) ;
-
les déchets de faible et moyenne activité à vie longue (ou déchets B) ;
-
les déchets de forte activité (ou déchets C).
Une nouvelle catégorie de déchets apparaît suite notamment aux opérations de démantèlement. Il s’agit des déchets de très faible activité appelés TFA.
Les activités de ces déchets vont de 1 Bq · g−1 (cas des TFA) à quelques 109 Bq · g−1 (cas des déchets C) ; elles sont de natures diverses (alpha, bêta-gamma). Ces déchets sont conditionnés dans des matrices dites de conditionnement qui sont de nature variée et adaptées au type de déchet.
Au cours de toutes les étapes du cycle du combustible, depuis les opérations d’extraction du minerai jusqu’au retraitement du combustible usé en passant par la fabrication et l’irradiation au sein du réacteur, la nécessité du contrôle et du suivi du bon fonctionnement des différentes usines et ateliers concernés est essentielle ( Contrôle-commande des usines de retraitement. Instrumentation). De même, la connaissance quantitative de radioéléments...
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