À la suite d’accidents nucléaires, les radionucléides se mêlent aux débris et au sol à proximité. Lorsque ce mélange dangereux « retombe » sur nous, les retombées nucléaires qui en résultent peuvent causer des dommages durables. Pour des raisons pratiques, les modèles actuels des retombées peinent à décrire entièrement ces événements toxiques — mais une miniature astucieuse pourrait enfin offrir aux scientifiques une meilleure manière de les étudier.
Des chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ont créé une petite réplique des boules de feu qui déclenchent les retombées nucléaires, à l’intérieur d’un réacteur à flux plasma. Cette expérience soigneusement contrôlée leur a permis d’étudier comment l’uranium, le cérium et le césium se vaporisent et se comportent. En conséquence, l’équipe a pu identifier des limites des modèles actuels face à des conditions plus réalistes. Ils ont publié leurs résultats dans un article publié récemment dans Analytical Chemistry.
« En étudiant ces processus dans un système contrôlé, nous pouvons remplacer les hypothèses par des mesures, améliorer les modèles utilisés pour interpréter les débris nucléaires et éclairer la prise de décision lorsque cela compte le plus », a déclaré Rakia Dhaoui, première auteure de l’étude et scientifique au LLNL, dans un communiqué.
Une mini-boule de feu
Pour l’expérience, l’équipe a personnalisé un réacteur à flux plasma afin de programmer librement différentes températures et fugacités d’oxygène (c’est‑à‑dire la facilité avec laquelle les substances chimiques se déplacent et réagissent). La miniature représente une portion du processus de boule de feu, qui déclenche les retombées nucléaires en se dilatant et en se mélangeant à l’air après un accident nucléaire, selon le LLNL.
Concrètement, les retombées surviennent lorsque la boule de feu commence à refroidir et à se condenser en petites particules solides, de sorte que l’installation expérimentale a été conçue pour reproduire ces étapes. Les chercheurs ont mis en place deux scénarios : l’un imposait une diminution de température constante le long du tube, tandis que l’autre maintenait la chaleur autour de 2 060 degrés Fahrenheit (1 127 degrés Celsius) avant un refroidissement rapide, selon l’étude.
« Des études historiques sur les retombées indiquent que le chemin emprunté par les matériaux en se refroidissant est important », a expliqué Dhaoui. « Le taux de refroidissement et le temps à une température élevée peuvent modifier la spéciation chimique et la formation de particules ».
Une bifurcation dans le feu
Les essais en laboratoire ont montré que les trois éléments étudiés se comportaient différemment. L’uranium s’est condensé tôt, le cérium s’est condensé dans une plage de températures similaire. La chimie des deux éléments variait selon les scénarios de refroidissement. En revanche, le césium a mis beaucoup plus de temps à se condenser et a interagi davantage avec d’autres éléments lorsque sa température a été maintenue plus longtemps à une température plus élevée.
« Ces résultats suggèrent que la formation des retombées dépend non seulement du moment où les éléments se condensent, mais aussi de la manière dont les éléments interagissent chimiquement pendant le refroidissement », a expliqué le LLNL. « Contrairement aux modèles existants qui ont tendance à considérer chaque élément individuellement, ces interactions complexes sont probablement essentielles pour améliorer les modèles prédictifs des processus liés aux retombées nucléaires, selon l’étude. »
