ATLAS se prépare grâce aux rayons cosmiques

 

Pour l’expérience ATLAS au CERN, physiciens et ingénieurs testent leurs sous-détecteurs en utilisant des particules venues de l’espace.

Au cours des trois dernières années d’exploitation, le Grand collisionneur de hadrons (LHC) a atteint une énergie de collision maximum de 8 TeV. Mais pour son redémarrage en 2015, le LHCatteindra 13 TeV, un nouveau défi pour les grands détecteurs ATLAS, CMS, ALICE et LHCb. Les sous-détecteurs de l’expérience ATLAS subiront toute une batterie de tests pour vérifier leur fonctionnement à haute énergie. Mais comment tester un détecteur de physique des particules polyvalent adapté à des collisions à haute énergie quand vous ne disposez pas de faisceaux en collision ? « Grâce aux rayons cosmiques », répond Alessandro Polini, coordinateur du programme d’ATLAS pour la prochaine exploitation.

Ces particules de haute énergie en provenance de l’espace sont principalement des protons (89%), mais on trouve aussi des noyaux d’hélium (10%) et des noyaux plus lourds (1%), allant jusqu’à l’uranium. L’énergie des rayons cosmiques primaires varie entre 1 GeV – l’énergie d’un accélérateur de particules relativement petit – et 108 TeV, c’est-à-dire beaucoup plus que l’énergie de faisceau au LHC. Les humains ne perçoivent pas ces particules, mais comme elles laissent des traces dans les détecteurs, les physiciens peuvent les utiliser pour étalonner et aligner les sous-détecteurs d’ATLAS lorsque le LHC est arrêté. « Si on observe des trous ou des traces qui ne sont pas alignées à certains endroits, c’est qu’il reste du travail à faire », explique Alessandro Polini.

Chaque sous-détecteur est paramétré et testé individuellement, avant d’être combiné avec d’autres sous-détecteurs et finalement installé dans l’expérience. « C’est un peu comme un orchestre : les différents instruments répètent chacun de leur côté, et nous les intégrons un par un, explique-t-il. Il faut d’abord les accorder et les préparer le mieux possible pour que le tout puisse fonctionner. »

ATLAS a récolté 27 femtobarns inverses de données (soit environ 2 × 10 15 collisions proton-proton) au cours de la première période d’exploitation du LHC, des données qui ont mené à la découverte du boson de Higgs et à de nombreux autres résultats. Pour la deuxième période d’exploitation, des paquets de protons seront accélérés à une énergie presque deux fois plus grande qu’auparavant et ils seront paramétrés pour entrer en collision dans le détecteur toutes les 25 nanosecondes. Cela représente jusqu’à 40 millions de collisions par seconde, soit deux fois plus que lors de la première phase d’exploitation.

Alessandro Polini annonce qu’une « répétition générale » aura lieu en novembre, avec une grande campagne de détection des rayons cosmiques, qui aura lieu lorsque toutes les couches du détecteur auront été assemblées et que les champs magnétiques auront été activés.  « ATLAS sera alors prêt pour jouer sa symphonie », indique-t-il.

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On s’attelle aujourd’hui à la conception de DEMO, alors qu’ITER commence tout juste à sortir de terre

 

Dans le monde de la fusion, les programmes de recherche ne se succèdent pas, ils se chevauchent. On réfléchissait déjà à ce que pourrait être ITER (sous le nom d’INTOR) lorsque le JET européen était en chantier au début des années 1980 ; on s’attelle aujourd’hui à la conception de DEMO, alors qu’ITER commence tout juste à sortir de terre.

Avec DEMO, la recherche sur l’énergie de fusion va s’approcher au plus près d’un prototype de réacteur. Après ITER, machine expérimentale qui aura démontré la faisabilité de l’énergie de fusion, DEMO ouvrira la voie à son exploitation industrielle et commerciale.

DEMO sera peut-être, à l’image d’ITER, le fruit d’une collaboration internationale. Ou peut-être pas. Pour l’heure, chacun des membres d’ITER (Chine, Union européenne, Inde, Japon, Corée, Russie et dans une moindre mesure Etats-Unis) a d’ores et déjà défini les grandes lignes de ce que pourrait être son propre DEMO.

Cette démarche procède de l’essence même d’ITER, programme scientifique et technologique autant que « pédagogique » : pour chacun des pays membres, participer à ITER c’est acquérir l’expérience qui doit permettre d’aborder, seul, l’étape suivante. DEMO ne se conçoit pas sans ITER ; ITER est en quelque sorte « l’école » où l’on apprend à construire DEMO.

Au mois de décembre dernier, à Monaco, lors du colloque consacré à ITER et à la fusion (Monaco ITER International Fusion Energy Days, MIIFED), chacun des membres d’ITER a présenté son projet pour DEMO. Si les calendriers, les spécifications techniques, la détermination varient d’un pays à l’autre, l’objectif est commun : il s’agit de construire la machine qui démontrera que la fusion peut, à l’horizon 2050, produire de l’électricité à l’échelle industrielle.

A Monaco, le Japon, la Corée, l’Inde, l’Europe et la Russie ont affiché leur calendrier : lancement de la construction d’un DEMO dans les années 2030 ; début de l’exploitation à l’orée de la décennie suivante.

La Chine, après avoir exploré les problèmes de physique et d’ingénierie du futur DEMO dans un réacteur test mis en chantier en 2020 (CFETR, China Fusion Engineering Test Reactor) serait également prête à lancer DEMO dans les années 2030.

Les Etats-Unis sont un cas particulier : pour des raisons qui tiennent à l’organisation de la recherche dans ce pays, le gouvernement (Département de l’Energie) n’est pas officiellement engagé dans un projet DEMO. Les physiciens du programme de fusion considèrent, eux, qu’ils ont besoin de deux machines « intermédiaires » — une installation à vocation technologique, une autre dont l’objectif serait plus scientifique — avant d’aborder un programme DEMO tels que les autres partenaires d’ITER l’entendent.

A quoi ressembleront ces différents DEMO ? De manière générale, ils seront plus imposants qu’ITER. Le « grand rayon » de l’anneau de plasma (« R »), qui détermine la taille de la machine, varie, selon les projets, entre 6 et 10 mètres — à comparer aux 6,20 mètres d’ITER et aux 3 mètres de JET, le plus gros des tokamaks en activité.

Leur puissance ? De 500 MWe pour le DEMO européen à 1 500 MWe pour le projet japonais — soit, pour ce dernier, quasiment l’équivalent d’un réacteur nucléaire de dernière génération (EPR) du type Flamanville ou Olkiluoto (Finlande).

Leur vocation ? Pour certains, DEMO sera un « démonstrateur pré-industriel » ; pour d’autres, un quasi-prototype ne nécessitant pas d’étape supplémentaire avant le passage à l’échelle industrielle.

Dans ce paysage, un projet se distingue de tous les autres — c’est le DEMO (ou plutôt le pré-DEMO) russe, une machine « hybride » conjuguant dans une même installation le principe de la fusion et celui de la fission.

Un peu de physique pour comprendre : la réaction de fusion telle qu’elle sera mise en œuvre dans ITER et les machines qui lui succéderont produit un neutron porteur d’une très grande énergie. C’est l’impact de ce neutron sur les parois internes de la machine qui génère la chaleur à l’origine de la production d’électricité.

Certains physiciens considèrent que ce neutron mériterait d’être mieux utilisé. Ils envisagent de mettre son énergie à contribution pour produire, par interaction avec des éléments lourds tels que le thorium ou l’uranium appauvri, du combustible nucléaire destiné aux réacteurs conventionnels, et pour « brûler » les déchets radioactifs de ces mêmes réacteurs.

C’est cette piste que les Russes explorent aujourd’hui. Telle qu’ils l’ont présentée à Monaco, leur machine sera un réacteur hybride, baptisé DEMO-FNS (pour Fusion Neutron Source) au cœur duquel un petit tokamak (R=1,9m) générera les neutrons nécessaires à la production de combustible nucléaire et à la transmutation des déchets radioactifs.

Dans la conception de ces différentes machines, rien, toutefois, n’est encore figé — c’est le retour d’expérience d’ITER qui dessinera les différents visages de DEMO.

Robert Arnoux

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Ancêtre de la tenue ventilée (Hanford 1952)

Exposition professionnelle aux rayonnements ionisants en France: Bilan 2013

 

Le bilan de la surveillance des expositions professionnelles aux rayonnements ionisants concerne l’ensemble des secteurs d’activité soumis à un régime d’autorisation ou de déclaration, y compris ceux de la défense, dans les domaines des activités médicales et vétérinaires, de l’industrie nucléaire ou non nucléaire, de la recherche et de l’enseignement, ainsi que les secteurs concernés par une exposition à la radioactivité naturelle.

L’effectif suivi en 2013 dans le cadre des activités soumises à autorisation ou à déclaration est en légère diminution par rapport à 2012, avec 352 082 travailleurs, alors que les années précédentes avaient été marquées par une augmentation régulière du nombre de travailleurs suivis.

Parallèlement, la dose collective [1] mesurée par dosimétrie externe passive connaît une très légère baisse en 2013. Cette évolution est cependant masquée par un cas exceptionnel de dépassement individuel de la limite réglementaire de dose atteignant plus de 7 Sv et dont la contribution représente à lui seul 11% de la dose collective totale. La dose individuelle moyenne sur l’ensemble de l’effectif suivi subit de fait une augmentation de 0,18 mSv en 2012 à 0,19 mSv en 2013). Parmi les 13 892 travailleurs ayant reçu plus de 1 mSv (limite annuelle réglementaire fixée pour la population générale), 1 894 travailleurs ont reçu une dose supérieure à 6 mSv [2], nombre en hausse par rapport à l’année précédente. Une dose externe annuelle supérieure à 20 mSv (limite réglementaire de la dose efficace fixée pour les travailleurs) a été enregistrée pour 9 travailleurs.

Ces tendances générales masquent cependant des disparités importantes dans la répartition des effectifs et des doses selon les domaines d’activité. Ainsi, le domaine médical et vétérinaire, qui regroupe la majorité des effectifs suivis (63%), et le domaine de la recherche (4% des effectifs) présentent les doses individuelles moyennes [3] les plus faibles, inférieures à 0,6 mSv.

Les travailleurs du nucléaire et de l’industrie non nucléaire, représentant ensemble 29% des effectifs suivis, reçoivent les doses individuelles moyennes les plus élevées (respectivement 1,27 et 1,62 mSv).

Pour ce qui concerne le suivi de l’exposition interne, 354 878 examens ont été réalisés en 2013. Ce nombre d’examens est en augmentation, comme en 2012. La répartition entre les différents types d’examen (42% d’analyses radiotoxicologiques des excrétas et 58% d’anthroporadiométries) est comparable à celle observée en 2012. Le nombre de cas avérés de contamination interne reste faible : en 2013, 18 travailleurs ont eu une dose efficace engagée [4] supérieure à 1 mSv, avec une dose engagée maximale égale à 9 mSv.

Concernant l’exposition à la radioactivité naturelle, ce rapport présente un bilan dosimétrique des personnels navigants de l’aviation civile, soumis au rayonnement cosmique, qui inclut les données de 18 979 travailleurs de 2 compagnies aériennes. La dose individuelle moyenne de cette population est stable (1,9 mSv comme en 2012) et la dose individuelle maximale s’élève à 4,5 mSv.

Notes :
1- La dose collective est la somme des doses individuelles reçues par un groupe de personnes données. A titre d’exemple, la dose collective de 10 personnes ayant reçu chacune 1 mSv est égale à 10 homme.mSv.
2- Conformément au code du travail, les travailleurs exposés à plus de 6 mSv/an sont classés en catégorie A, ceux exposés à moins de 6 mSv/an en catégorie B.
3 - Les valeurs indiquées dans ce paragraphe correspondent à la dose moyenne calculée sur l’effectif ayant reçu une dose supérieure au seuil d’enregistrement des dosimètres.
4- En cas de contamination interne par un radionucléide, la dose dite engagée est celle délivrée sur toute la durée pendant laquelle le radionucléide est présent dans l’organisme. Par défaut, la période d’engagement considérée est de 50 ans.

Télécharger le rapport IRSN PRP-HOM/2014-007 «Exposition professionnelle aux rayonnements ionisants en France : Bilan 2013 » (PDF)

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Simuler un Tokamak comme ITER sur son smartphone

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Qu’est-ce qu’un radioprotectionniste ?

Le nouveau chapiteau ouvre ses portes !

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Aperçu des pertes et vols de matériels radioactifs dans le monde

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Top 3 de la semaine

 

1- Bouygues: les Thénardier du nucléaire

2- Documentaire « Fukushima, des particules et des hommes »

3- 3 ans pour faire appliquer la nouvelle directive sur la sûreté nucléaire Européenne

Deux roquettes tombent prés de la centrale israélienne de Dimona

 

L’incident aurait pu être catastrophique. Deux roquettes tirées depuis la bande de Gaza ce mercredi sont tombées près de la ville israélienne de Dimona (sud) qui abrite une centrale nucléaire, a annoncé l’armée sur Twitter.

« Il y a quelques minutes, des terroristes palestiniens de Gaza ont tiré trois roquettes sur Dimona. Deux sont tombées, et Iron Dome a intercepté la troisième », a ajouté l’armée israélienne, en référence au système de défense anti-missile israélien. [lire la suite]

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