La recherche au Laboratoire SLOWPOKE-2

Le flux stable de neutrons thermiques produit par le réacteur SLOWPOKE-2 est idéal pour l’analyse par activation neutronique (AAN). Lors de l’AAN, un neutron est absorbé par un noyau dans le matériau cible, ce qui entraîne la formation d’un noyau composé qui, lorsqu’il est radioactif, se désintègre en un noyau fils. Le noyau fils est généralement dans un état excité, puis se détend par l’émission de rayons X et gamma caractéristiques. L’énergie de ces émissions de photons peut être quantifiée, ce qui permet de déterminer la composition élémentaire des matériaux. La vitesse à laquelle les rayons gamma sont émis du matériau peut aussi être quantifiée – elle est directement proportionnelle à la concentration de l’élément.

L’AAN est la technique de référence de l’American Society for Testing and Materials (ASTM) pour l’analyse élémentaire et la quantification de la concentration. Elle présente des avantages par rapport à d’autres techniques expérimentales, car elle :

• est non destructive;
• nécessite seulement une petite quantité d’échantillon (< 2 ml);
• requiert une préparation d’échantillons minimale;
• peut identifier divers éléments efficacement, tout en ayant des limites de détection extrêmement sensibles (de 1 ng/g à 10 000 μg/g, selon l’élément).

L’AAN a été employée avec succès pour détecter des éléments traces dans une variété de matériaux, dont les roches, les métaux, les plastiques, la matière organique, les sols et la poussière de ciment. Par exemple, elle a été utilisée pour déterminer la teneur en protéines de plantes avant et après leur modification génétique. Cette technique a servi dans le cadre d’analyses médicolégales, notamment pour analyser les fragments de balle provenant de l’assassinat de J. F. Kennedy. Il s’agit également d’une excellente technique pour analyser des artéfacts anciens, par exemple dans le but de déterminer les types de matériaux utilisés pour fabriquer des pots en argile, ce qui peut constituer un indice d’un contact culturel à cette époque.

La radiographie neutronique est une technique d’imagerie non destructive. Elle se déroule de façon semblable à l’imagerie à rayons X, car l’échantillon est exposé à des neutrons et un détecteur (du côté opposé à l’échantillon) produit une image de la structure interne de l’objet. Bien que les deux techniques soient souvent utilisées de façon complémentaire, la radiographie neutronique est préférée à l’imagerie à rayons X quand des matériaux de faible densité doivent être différenciés.

La radiographie neutronique est souvent employée pour déterminer l’emplacement de l’eau dans des matériaux ou suivre son mouvement. Par exemple, des chercheurs du CMR ont déterminé la quantité d’eau infiltrée dans la structure interne en nid d’abeille de l’aile d’un CF-188 afin d’évaluer le stress interne et la corrosion auxquels l’avion sera exposé dans différentes conditions de vol.

La radiographie neutronique s’est améliorée, et la tomographie est désormais possible au CMR. Les échantillons sont numérisés pendant qu’ils tournent, puis un traitement post-expérimental permet de produire une image 3D. Les images tomographiques apportent une meilleure perception spatiale à l’analyse. Par exemple, la technique a été utilisée pour observer de manière non destructive une statue de bronze remontant à l’Égypte ancienne.

Les scientifiques du CMR disposent d’un système de comptage des neutrons retardés ultrasensible pour détecter des matières nucléaires spéciales. Un réseau de trois détecteurs à l’hélium et d’un détecteur au germanium de haute pureté (HPGe) enregistre les émissions de neutrons et de rayons gamma provenant de matière fissile irradiée en fonction du temps afin de déterminer avec précision les concentrations d’uranium et de plutonium. Le comptage des neutrons retardés est utilisé dans l’industrie minière de l’uranium pour déterminer avec une très grande précision la concentration d’uranium dans les sols. Il est aussi employé en analyse nucléolégale pour assurer la sûreté, la surveillance et l’examen de dispositifs nucléaires.

Traitement par irradiation pour créer et mettre à l’essai des matériaux

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