Le laboratoire national d'Oak Ridge développe un système de surveillance radiologique des conduits de ventilation pour renforcer la sécurité des installations du cycle du combustible

Récemment, une équipe de recherche du laboratoire national d'Oak Ridge (ORNL), dirigée par Brett·Witherspoon, ingénieur en matériel et logiciel de systèmes embarqués, a mis au point avec succès un nouveau système de surveillance radiologique. Ce système permet d'évaluer en continu l'accumulation de substances radioactives à l'intérieur des conduits de ventilation des installations de fabrication de combustible nucléaire ou de traitement des déchets nucléaires.

Ce système peut être alimenté par batterie ou par Ethernet, et son élément central est un dispositif cylindrique d'environ 12 pouces de hauteur. Ce dispositif est installé à l'intérieur du conduit de ventilation. Le laboratoire national d'Oak Ridge indique que cet équipement peut offrir une fréquence et une précision de surveillance sans précédent à un coût inférieur à celui des systèmes de détection existants, protégeant ainsi efficacement la sécurité du personnel, l'exploitation des installations nucléaires, l'environnement écologique et la sécurité nationale.

L'objectif initial de l'équipe de Witherspoon en développant ce système était d'aider les installations nucléaires à mieux se conformer aux normes réglementaires gouvernementales en matière de contrôle des substances radioactives, afin de garantir la santé des travailleurs, la sécurité du public et l'hygiène environnementale. Parallèlement, des moyens de surveillance efficaces peuvent également prévenir efficacement la prolifération illégale et l'usage abusif de substances radioactives.

Les moyens de surveillance radiologique actuellement utilisés dans les installations nucléaires sont généralement assez dispersés et servent principalement à des contrôles ponctuels des particules nocives qui traversent inévitablement les filtres à air et pénètrent dans les conduits de ventilation. Les méthodes de surveillance traditionnelles nécessitent que le personnel insère un compteur de radiation fixé à l'extrémité d'une longue perche dans les conduits de ventilation en hauteur, ce qui ne permet pas une surveillance continue et ininterrompue en temps réel.

En comparaison, le nouveau détecteur développé par le laboratoire national d'Oak Ridge offre une grande flexibilité d'alimentation. En mode alimentation par batterie, l'appareil peut fonctionner en continu pendant environ un mois, collectant et enregistrant des données d'échantillons d'air une fois par minute ; s'il est connecté à Ethernet, il peut fonctionner à une fréquence plus élevée, réalisant une analyse d'échantillon et une transmission de données une fois par seconde.

Ce détecteur utilise des cristaux scintillateurs plastiques à faible coût. Lorsqu'ils détectent des rayonnements provenant d'uranium ou d'autres substances radioactives, les cristaux émettent des photons. Ensuite, des photomultiplicateurs au silicium convertissent ces photons en impulsions électriques, qui sont comptées par l'appareil afin de déterminer si le niveau de radiation se situe dans une plage sûre. Le laboratoire national d'Oak Ridge souligne que, contrairement aux cristaux scintillateurs inorganiques traditionnels ou aux détecteurs de radiation à semi-conducteurs dont le prix peut atteindre plusieurs milliers de dollars, ces cristaux scintillateurs plastiques ne coûtent que quelques dollars.

Lors des tests préliminaires, l'équipe de recherche a validé l'efficacité du détecteur en mode alimentation par batterie dans une installation de laboratoire traitant des matières nucléaires, et les expériences ont démontré que son fonctionnement était très fluide. Actuellement, les données issues des tests sont utilisées pour entraîner un algorithme renforcé par intelligence artificielle développé par la physicienne nucléaire Callie·Goetz. À l'avenir, ce logiciel algorithmique sera intégré au détecteur afin d'alerter automatiquement les exploitants des installations nucléaires lorsque les substances radioactives atteindront des concentrations potentiellement dangereuses.

Goetz souligne que le coût de ce détecteur est réduit de mille fois par rapport aux technologies existantes, et que sa conception spécialisée et hautement ciblée offre aux installations nucléaires une alternative plus précise, plus facile à utiliser et plus économique. Ces appareils permettront d'alléger efficacement la charge de conformité réglementaire des installations nucléaires, les rendant plus sûres et plus efficaces.

Actuellement, les chercheurs du laboratoire national d'Oak Ridge prévoient de démontrer le système de surveillance en mode alimentation par Ethernet dans un bâtiment du laboratoire équipé d'une boucle d'essai de réacteur à sels fondus, et envisagent de procéder à une validation supplémentaire du système dans les installations d'enrichissement et de fabrication de combustible de la région d'Oak Ridge, dans le Tennessee.