L’incinération des déchets nucléaires par la transmutation d’actinides de durée de vie longue en radioéléments de plus courte période ou la mise au point de réacteurs nucléaires sous-critiques, intrinsèquement sûrs, réclament des sources de neutrons intenses. Pour produire de telles sources, on utilise la technique de spallation, c’est-à-dire l’interaction d’un faisceau de protons de haute énergie avec une cible. Le projet international Megapie a pour objectif de concevoir, fabriquer et tester une cible de spallation en plomb-bismuth liquide. Dans ce cadre, le Dapnia a réalisé un « détecteur de neutrons » pour déterminer les caractéristiques des neutrons produits par la cible et pour étudier ses capacités d’incinération des actinides mineurs. Ce détecteur vient de franchir une étape majeure dans sa réalisation : il vient d’être installé au sein même de la cible.
Si, pour les physiciens, le problème est de caractériser les flux de neutrons produits par la cible de spallation Megapie, pour les techniciens il s’agit de réaliser un détecteur de neutrons qui devra fonctionner pendant six mois, sans intervention possible, à des températures variant entre 230°C et 600°C et dans un milieu de très grande radioactivité. C’est principalement la synergie et les compétences des physiciens du Service de physique nucléaire (SPhN) et des équipes techniques du Service d’ingénierie des systèmes (SIS) du Dapnia qui ont permis de développer le » Détecteur de Neutrons » de Megapie.
L’un des défis relevés par les équipes du SIS a été de mettre en œuvre des techniques comparables à la micromécanique horlogère dans un environnement nucléaire. Il leur a fallu, par exemple, intégrer un ensemble de 8 minuscules détecteurs de neutrons (micro-chambres à fission ) dans un espace réduit d’une dizaine de millimètres. L’ensemble ainsi constitué est formé de 4 étages de micro-chambres à fission, de la taille d’une cartouche de stylo à encre, associées 2 par 2.
En traversant ces chambres, les neutrons induisent des réactions nucléaires dans des matériaux spécialement choisis à cet effet, ce qui produit un très faible courant électrique, de l’ordre du microampère. L’objectif principal des concepteurs du détecteur a été de réussir à mesurer ce courant avec une précision de quelques pourcents au sein de l’environnement extrêmement ionisant et sujet aux fortes perturbations électromagnétiques de Megapie. Un logiciel spécifique a été développé pour récupérer les données issues des détecteurs et pour piloter l’ensemble.
Afin de disposer d’une mesure de référence du nombre de neutrons qui ont traversé le détecteur, neuf moniteurs faits chacun d'une minuscules pastille de la taille d’un confetti ont été placés au centre du détecteur. Chaque moniteur de flux est composé de quelques microgrammes d’un métal (différent pour chacun d’eux) dont la sensibilité aux neutrons dépend de l'énergie de ceux-ci.
Le développement du détecteur et la prise de données, qui débutera mi-2006, font l’objet d’une thèse de physique nucléaire.
On peut considérer que le détecteur de neutrons de Megapie est une démonstration des savoirs-faire du CEA grâce à la collaboration des laboratoires de la DEN, la DRT et de la DSM au service d’un projet du Dapnia.
