Laboratoire de physique subatomique et des technologies associées

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Publication : 8 mars 2021

Les 3 chercheurs de Subatech ont participé aux articles publiés dans le magazine en ligne L'Actualité chimique (numéro mars-avril 2021)

Les radionucléides dans l'environnement : enjeux sociétaux et défis scientifiques
Sous-thème : Des rayonnements ionisants et des radioéléments...
Mots-clés : Radionucléides, environnement, spéciation, effets, interdisciplinarité.
Par Mirella Del Nero , Gilles Montavon (Subatech)

Les recherches sur le comportement des radionucléides naturels et artificiels (RN) dans l’environnement visent à évaluer, prévoir ou réduire leurs transferts et effets dans les milieux naturels (en lien avec leur spéciation), et recoupent des enjeux sociétaux : sureté des futurs sites de stockage des déchets radioactifs, gestion de sites à radioactivité naturelle renforcée.
Dans ce contexte, la communauté académique se positionne sur la recherche amont autour de grandes questions (base de données sur la chimie des RN en solution et aux interfaces, évaluation des effets des faibles doses, procédés de remédiation) et de questions transverses (modélisation, instrumentation de pointe). Des défis pour le futur sont de développer des études multi-échelles et interdisciplinaires, ce qui est illustré dans cet article par des études du devenir des RN sur le site d’une ancienne mine d’uranium (Rophin, Puy-de-Dôme) et du rôle des matières organiques naturelles.

La radiochimie théorique : de l'interprétation à la prédiction des expériences
Sous-thème : Des rayonnements ionisants et des radioéléments...
Mots-clés : Radiochimie, théorie, méthodes, structure électronique, dynamique moléculaire.
Par Rémi Maurice (Subatech) , Eléonor Acher , Nicolas Galland , Dominique Guillaumont , Florent Réal , Éric Renault , Jérôme Roques , André Severo Pereira Gomes , Bruno Siberchicot , Valérie Vallet

La radiochimie moléculaire se développe pour différents champs d’application, tels que la chimie fondamentale, l’environnement, la sûreté nucléaire ou encore la santé. Les calculs de structures électroniques ou de dynamique moléculaire permettent une compréhension fine des phénomènes physico-chimiques sous-jacents et s’ajoutent le plus souvent aux données expérimentales.
Cet article présente des exemples récents de la communauté scientifique française, afin de montrer les enjeux et difficultés des études théoriques, ainsi que les principaux verrous à lever pour les prochaines années.

Comment la radioactivité peut-elle soigner les gens ?
Sous-thème : …qui interagissent avec le vivant et pour soigner
Mots-clés : Radiochimie, physique nucléaire, radionucléides, imagerie, thérapie, médecine nucléaire.
Par Cyrille Alliot , Ferid Haddad (Subatech - Arronax)

La médecine nucléaire utilise des radionucléides pour des applications en imagerie (émetteurs de positons ou de photons γ) et en thérapie (émetteurs α, β^- et d’électrons Auger). La plupart des radionucléides utilisés dans ce contexte sont produits de manière artificielle en faisant appel à la physique nucléaire et la radiochimie pour être en mesure de fournir les activités nécessaires avec une pureté suffisante.
En utilisant l’exemple de la production du cyclotron ARRONAX, cet article présente l’ensemble de la chaine de production des radionucléides médicaux en insistant sur les contraintes de physique et en présentant le panorama des techniques chimiques mises en œuvre.

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Publication : 12 août 2020

Presque 10 ans après la catastrophe nucléaire de Fukushima Daiichi au Japon (mars 2011), une étude internationale, à laquelle a collaboré le laboratoire SUBATECH, vient faire la lumière sur les petites quantités de plutonium libérées dans l’atmosphère par les réacteurs endommagés de la centrale. Les résultats ont récemment été publiés dans la revue "Science of the Total Environment".
L'étude à laquelle ont participé des scientifiques du Japon, de la Finlande, de la France, de la Suisse, du Royaume-Uni et des États-Unis, était dirigée par le Dr Satoshi Utsunomiya et l'étudiant Eitaro Kurihara (département de chimie de l'université de Kyushu).
Leurs travaux ont montré que le Pu était inclus dans les microparticules (CsMP) riches en radio-césium (Cs134/Cs137, un produit de fission volatil formé dans les réacteurs) qui étaient émises dans l’accident. Les CsMPs sont des particules radioactives microscopiques qui se sont formées à l'intérieur des réacteurs de Fukushima lorsque le combustible nucléaire en fusion a interagi avec le béton structurel du réacteur. En raison de la perte de confinement dans les réacteurs, les particules ont été libérées dans l'atmosphère ; beaucoup se sont ensuite déposées sur les sols sur une distance de quelques centaines des kilomètres des centrales. Des études ont montré que les CsMP sont incroyablement radioactives et qu'elles sont principalement composées de verre (la silice provenant du béton) et de radio-césium. Bien que l'impact environnemental et la répartition des CsMP soient toujours un sujet de débat actif, il a été démontré que l'étude de la composition chimique des CsMP offre un aperçu très nécessaire de la nature et de l'étendue des fusions des centrales nucléaires à Fukushima.
Le professeur Grambow, co-auteur de l’étude de SUBATECH, déclare que si le rejet de Pu des réacteurs endommagés est faible comparé à celui des Cs, l'enquête fournit des informations cruciales pour étudier l'impact sanitaire associé.
Le Dr Utsunomiya a précisé qu'il avait fallu beaucoup de temps pour publier les résultats sur le Pu particulaire de Fukushima en soulignant qu'il s'agissait là d'une grande réussite de la collaboration internationale. "Cela fait presque dix ans depuis la catastrophe nucléaire de Fukushima, mais les recherches sur l'impact environnemental de Fukushima et son démantèlement sont loin d'être terminées".

NOTE 1 : L'intégration des techniques analytiques de pointe a été réalisée grâce à un réseau international mondial qui comprenait l'université de Kyushu, l'université de Tsukuba, l'institut de technologie de Tokyo, l'institut national de recherche polaire, l'université d'Helsinki, l'institut Paul Scherrer, Diamond Light Source,, SUBATECH (IMT Atlantique, CNRS, Université de Nantes) et l'Université de Stanford.
NOTE 2: En codirection avec le CEA de Cadarache, depuis avril 2020, SUBATECH a lancé une thèse doctorale expérimentale au sujet de mécanismes qui gouvernent la production des CsMP dans la fusion du cœur d'un réacteur nucléaire.

Accès à la publication : https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.140539