Première détection d'antineutrinos dans des éléments de combustible usé

Même après l'arrêt d'un réacteur nucléaire, le combustible radioactif continue d'émettre un faible flux d'antineutrinos. L'équipe de recherche de la collaboration Double Chooz, dirigée par des scientifiques de l'Institut Max-Planck de physique nucléaire (MPIK), a réussi pour la première fois à mesurer ce signal difficile à détecter, ouvrant de nouvelles perspectives pour la surveillance des réacteurs, la sûreté nucléaire et les procédures de contrôle.

Le détecteur Double Chooz. Crédit image : Collaboration Double Chooz.

L'équipe de recherche a effectué ces mesures à la centrale nucléaire de Chooz, dans le nord de la France. Le détecteur Double Chooz est situé à environ 400 mètres sous terre, à proximité immédiate des deux cœurs de réacteurs. L'intérieur du détecteur contient plus de 30 mètres cubes de liquide scintillateur, qui émet de faibles signaux lumineux lorsque des antineutrinos interagissent avec lui.

Les chercheurs ont analysé 17,2 jours de données collectées pendant l'arrêt complet des deux tranches réacteurs, enregistrant environ 100 événements potentiels d'antineutrinos. Ces événements proviennent des cœurs des réacteurs ainsi que de la radioactivité résiduelle dans les piscines de stockage du combustible usé. Les résultats de mesure concordent étroitement avec les simulations détaillées des inventaires de combustible résiduel et de la désintégration des produits de fission à vie longue, marquant la première validation expérimentale directe des prédictions théoriques sur les émissions d'antineutrinos des réacteurs arrêtés et du combustible usé.

La collaboration Double Chooz s'efforce depuis de nombreuses années de réduire les signaux de bruit de fond et d'améliorer les techniques d'analyse, ce qui a finalement permis la détection du faible signal résiduel d'antineutrinos après l'arrêt du réacteur. De plus, les premiers résultats de l'expérience JUNO-TAO, présentés récemment lors de la conférence Neutrino 2026, indiquent que d'autres équipes de recherche explorent également cette direction.

Les résultats de cette collaboration fournissent non seulement des données de référence publiques pour comprendre le rayonnement résiduel dans les réacteurs arrêtés et les piscines de combustible usé, mais surtout, ils préfigurent que les détecteurs d'antineutrinos pourront à l'avenir fournir des informations cruciales pendant les phases de maintenance des centrales nucléaires et après l'arrêt, permettant ainsi de vérifier indépendamment l'état des réacteurs et les niveaux de combustible usé, renforçant davantage la sûreté nucléaire. L'expérience Double Chooz, initialement conçue pour étudier les oscillations des neutrinos, a joué un rôle clé dans la mesure de l'angle de mélange des neutrinos θ13, jetant les bases de futures recherches sur l'asymétrie matière-antimatière des neutrinos.