Le contrôle de la quantité de neutrons diffusés pendant la fission au sein d’un réacteur ou d’un accélérateur nucléaire est essentiel pour optimiser le fonctionnement de ces appareils, mais aussi dans le domaine de la radioprotection. Différents matériaux peuvent être employés pour diminuer le flux de particules neutres : le bore, mais également le cadmium, le gadolinium ou encore le hafnium.
Le bore et ses applications dans le secteur du nucléaire
Le bore est l’un des éléments chimiques (numéro atomique 5 sur le tableau de Mendeleïev) les plus mis à profit dans le domaine du nucléaire. Il est utilisé pour la capture des neutrons dans le réacteur ou l’accélérateur afin de contrôler la capacité du combustible frais obtenu par fission à induire des réactions chimiques. Il est aussi employé comme écran antiradiation et pour détecter la présence de neutrons.
Les facultés d’absorption des particules neutres sont particulièrement élevées, notamment pour les deux isotopes les plus stables, le bore 10 et le bore 11 qui constituent l’essentiel du bore à l’état naturel. Dans les sites nucléaires, il est employé dans les réacteurs, dans les bassins de refroidissement et les contenants des combustibles usagés. Sur les installations de production, l’acide borique est introduit dans l’eau du modérateur. L’objectif est de réduire l’activité des réacteurs dont les cœurs ont reçu une nouvelle charge de combustible neuf enrichi en uranium-235.
Le combustible issu de la réaction qui est expulsé du réacteur contient encore en principe une quantité notable de neutrons. Il est alors refroidi dans de grandes piscines remplies d’eau borée des installations de traitement. Là encore, le but est d’éviter une éventuelle nouvelle réaction nucléaire pouvant engendrer l’émission d’ions radioactifs ou d’autres incidents dangereux.
Les autres matières utilisées pour absorber les neutrons
Le cadmium (numéro atomique 5 dans le tableau périodique) est aussi employé pour la capture des neutrons, notamment le cadmium 113 qui compose 12 % de la forme naturelle de cet élément. Des barres de cadmium sont ainsi posées dans les réacteurs en prévention des réactions en chaîne pouvant engendrer des explosions. Les isotopes (cadmium 115 et 117) créés par l’absorption des particules neutres bien que peu stables ne « vivent » pas généralement plus de 60 min.
Le gadolinium (numéro atomique 5 dans le tableau périodique), et ses isotopes (gadolinium 155 et 157), font partie des terres rares dont la capacité d’absorption est particulièrement élevée. Il constitue aussi une option notamment pour les bassins de refroidissement et de traitement des combustibles usés.
