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Radioprotection neutrons



Un rayonnement dangereux et difficile aussi à absorber

Le rayonnement neutronique est le plus dangereux. Il est heureusement de courte durée et rarement rencontré. Les cas d'expositions sont exceptionnels : intervention au cœur d'un réacteur, accident de criticité et, à une toute autre échelle, explosions de bombe atomique ou de bombe à hydrogène (pour celle-ci les neutrons sont produits par exemple par la réaction deutérium-tritium). En temps normal, l'exposition se réduit aux quelques neutrons produits par le rayonnement cosmique. Elle est très faible.

Lors d'une explosion atomique, le rayonnement des neutrons est particulièrement nocif. Mais l'éclair neutronique ne dure pas.

Dans les années 80, furent développées des bombes atomiques de faible puissance, sans effet de souffle - donc ne détruisant pas - mais dégageant un flux neutronique instantané d'intensité mortelle. Ces « bombes à neutrons » étaient destinées à annihiler les combattants adverses, tout en permettant d'occuper le terrain peu de temps après. Objets à l'époque de nombreuses protestations dans l'opinion publique, ces armes sont en principe abandonnées.

Dans la pratique, c'est à proximité des réacteurs et de certains laboratoires de recherches que la protection contre les neutrons demande d'être mise en œuvre en raison de l'importance des flux.

Les neutrons, ralentis lors de collisions multiples avec les noyaux de la matière rencontrée, sont rapidement captés. Généralement la capture est suivie d'un rayonnement gamma de désexcitation dont il faut se protéger. Il faut se souvenir aussi qu'une partie des captures produit des noyaux radioactifs. Les effets de cette radioactivité diluée dans le temps se font sentir à retardement.


Autour des réacteurs, une radioprotection contre les neutrons consiste à rajouter du bore dans l'eau entrant dans la composition du béton des enceintes. La courbe montre que la probabilité de capture d'un neutron par un noyau de bore-10 (un isotope naturel du bore) dépasse plus de 10 000 fois celle par un noyau d'hydrogène. Mais si les rapports varient peu avec l'énergie, les probabilités elles-mêmes augmentent fortement quand le neutron se ralentit, tant et si bien qu'un noyau de bore-10 parat énorme à un neutron lent. Il y a partage des rôles : les protons de l'hydrogène de l'eau ralentissent les neutrons par une suite de collisions jusqu'à ce qu'ils soient capturés par le bore.
IN2P3 (Source Janis)

Les neutrons finissent capturés par les noyaux. Pour s'en protéger, la manière la plus efficace est de favoriser ces captures, en incorporant dans le matériau de blindage des noyaux très gourmands en neutrons omme le bore-10 ou le cadmium. Les probabilités de capture des neutrons lents deviennent très grandes pour ces noyaux gourmands que l'on pourrait comparer à une sorte de gardien de but aux bras tentaculaires.

Pour l'extérieur, on se protège des neutrons avec des murs de béton incorporant du bore. Le béton contient de l'eau, donc de l'hydrogène qui ralentit efficacement les neutrons. Le bore incorporé dans le béton des enceintes contient 20 % de bore-10, très efficace pour capturer les neutrons. Pour des neutrons lents, ce noyau apparaît 60 fois plus gros qu'il n'est réellement.

La probabilité (ou section efficace) de capture des neutrons lents par le Bore-10 est de 3800 barns. À titre de comparaison, la section efficace de fission des noyaux d'uranium-235 est de 650 barns Pour les barres de contrôle des réacteurs, on utilise le cadmium, un élément métallique dont la probabilité de capture de 2000 barns est 200 fois celle du fer (10 barns).

Dans le cas de matières fissiles, il faut se prémunir contre le risque de criticité, c'est-à-dire le développement inopiné de réactions en chaîne. Par exemple dans les piscines d'entreposages, les assemblages usés qui contiennent encore 1 % d'uranium fissile sont espacés et placés dans des paniers d'aciers au bore.