Questions nucléaires

Questions nucléaires

Marcel Lacroix

Phys., Ing., Ph.D.

• Pourquoi c’est facile de mesurer la radioactivité?

• À quoi sert l’uranium extrait?

• Grandes entreprises minières d’uranium?

• Extraire l’uranium, ça augmente la radioactivité?

• Combien de radon est dégagé par une mine?

• Déchets nucléaires: c’est quoi et qu’en fait-on?

• Le Canada a-t’il des usines de retraitement et d’enrichissement d’uranium?

• Pourquoi ne pas produire des radio-isotopes avec un accélérateur plutôt qu’avec un réacteur nucléaire?

• En quoi consiste une demande de permis

Pourquoi c’est

facile de mesurer et de contrôler la

radioactivité?

Nucléaire

• Mesurer la radioactivité est facile et immédiat.

• Il y a principalement trois types de rayonnement émis des radio isotopes.

• Rayonnement Alpha: noyaux d’hélium.

• Rayonnement Beta: électrons.

Chimie

• Mesurer les effets des produits chimiques est beaucoup plus

complexe.

• Il existe des millions de produits

chimiques!

Biologie

• Mesurer les effets des

bactéries et des virus est aussi complexe.

• Ils se multiplient.

À quoi sert l’uranium

extrait?

• Production d’électricité.

• Production de chaleur.

• Dessalement eau.

• Applications diverses.

Production d’électricité

nucléaire

Pays 2009 2019

USA 104 109

France 58 60

Japon 54 59

Russie 32 37

Corée 20 30

Inde 19 31

•439 réacteurs nucléaires en 2009.

•532 réacteurs nucléaires en 2019!

• ~ 50 réacteurs en construction dans le monde présentement

•Demande en

uranium surpassera l’offre en 2012.

•Chiffres de American Nuclear Society

Comment la boucle tourne-t-elle?

La boucle est fixée à un arbre qui tourne ...

et l’arbre est solidaire de l’axe d’une turbine -hydraulique (centrale hydraulique);

-à vapeur ou gaz (centrale thermique);

-à vapeur ou gaz (centrale nucléaire);

-à air (éolienne)

Électricité Monde

Électricité OCDE

2007

PASTILLES-GRAPPES-

CALANDRE

Réacteur nucléaire CANDU

Production d’électricité nucléaire

Autres

applications

nucléaires

Réacteur NRU, Chalk River

•125 MW

•Enrichissement:

20% en U-235

Réacteur NRU, Chalk River

• Production isotopes: 76 000 patients/jour

• 20 millions de patients par année.

• Molybdène-99: 30% besoins mondiaux:

imagerie cerveau, cœur, poumon, foie, reins, rate, moelle épinière, thyroïde.

• Cobalt-60: activation 2-4 ans;

stérilisation, irradiation et traitements du cancer.

Réacteur NRU, Chalk River

• Iode-131: Imagerie et thérapie, cancer de la thyroïde.

• Iode-125: Diagnostics in vitro, appareils ostéodensitométrie, iodation de protéines et billes radioactives.

• Xénon-133: scintigraphie des poumons.

• Carbone-14: activation de 5-7 ans; radio-

Réacteur NRU, Chalk River

• Iridium-192: Imagerie industrielle,

radiographie et inspection de soudures, thérapie et radiographie du cancer.

Agriculture, alimentation et forêt

• AAN des terres et des cultures.

• Rétention des produits chimiques.

• Contrôle d’insectes.

• Stérilisation de population d’insectes.

• Désinfestation.

• Conservation d’aliments.

Archéologie et biologie

• Composition chimique d'objets anciens en vue de déterminer leur provenance.

• Effet du rayonnement ionisant sur la matière vivante.

• Détermination d’éléments traces.

• Étude des mutations.

• Stérilisation bactérienne.

Environnement et géochimie

• Pollution de l'air et de l'eau par les

métaux lourds, les produits pétroliers, les effluents et les déchets.

• Détermination des éléments des terres rares dans les roches et les dépôts de minéraux.

Science des matériaux

• Structure atomique.

• Composition des matériaux nouveaux.

• Modification des polymères.

• Neutrographie de matériaux de l’industrie manufacturière,

aéronautique et spatiale.

• Fatigue et usure des matériaux.

Police et chimie

• Analyses médico-légales

d’échantillons et de pièces à conviction.

• Écoulements dans les réacteurs chimiques multiphasiques.

• Catalyseurs radioactifs.

Pharmacologie et électronique

• Dissolution de médicaments dans les organes et absorption dans les tissus.

• Études métaboliques.

• Dopage de matériaux semi-conducteurs par transmutation neutronique.

• Sources électriques ou thermiques pour l’alimentation de satellites, nano

dispositifs et de nano robots.

Industrie

• Traceurs radioactifs dans les procédés.

• Étalonnage de jauges.

• Détection des fuites/examens de soudures.

• Caractérisation d’écoulements.

• Neutrographie.

• Stérilisation de caoutchouc et polymères.

Quelles sont les plus grandes entreprises minières d’uranium

dans le monde?

Les plus grands 1.Areva

2.Cameco

3.Rio Tinto Uranium

Extraire l’uranium de la mine, ça

augmente la

radioactivité?

NON!

Ça libère du radon dans

l’atmosphère?

OUI!

Combien de radon une mine d’uranium émet-

elle dans l’atmosphère

en une année?

Exhalaison de radon:

Mines à ciel ouvert, 0,01% U

O

• Exhalaison d’une mine de 1 km² en un an:

s m

Bq

⋅

2

~ 1

an Bq an

j j

h h

s km

km m s

m

Bq ₁₃

2 2 6

2

2 24 365 3,2 10

1 3600 1 10

1 ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ≈ ⋅

⋅

= 32 Tera Becquerels par année

Masse de radon

• Demi-vie: 3,82 jours = 3,3 x 10⁵ secondes.

1 6

5 2,1 10 10

3 , 3

) 2

ln( _{− −}

⋅

⋅ =

=

⇒ s

λ s

mole g noyaux

mole s

an

Masse Bq 222

10 022

, 6 10

1 , 2

/ 10

2 , 3

23 1

6

13 ⋅

⋅ ⋅

⋅

= ⋅ _{− −}

g mg

Masse ( ) ≈ 6

⇒

6 mg de radon émis par année par une

mine d’uranium à

ciel ouvert de 1km²!

Moins de un dé à coudre!

ml ml mg

mg 0 , 6 /

7 , 9

6 ≈

Voiture automobile

• Consommation: 10 litres aux 100 km.

• 50 km par jour, ~ 18 000 km par année.

• Émission de 250 g de gaz carbonique au kilomètre parcouru soit 4,5 milliards de mg par année.

• Émission de 3 g de monoxyde de carbone au kilomètre parcouru soit 54 millions de mg par année.

• Exhalaison d’une mine à ciel ouvert: ~1Bq/m²s.

• Concentration maximale recommandée dans un

espace fermé: 200Bq/m³.

Radon: 9,7 g/cm³.

Air: 1,2 g/cm³.

Le radon est 8 fois plus lourd que l’air.

Le radon reste plaqué au sol!

Les déchets nucléaires,

c’est quoi?

1. Résidus des minerais d’uranium.

2. Résidus de faible radioactivité: papiers, chiffons, vêtements, filtres, etc.:

incinération.

3. Résidus de radioactivité intermédiaire:

matériaux, boues, etc.: traitements et entreposage.

4. Résidus de forte radioactivité:

combustible usé: entreposage pour recyclage et retraitement.

Que fait-on avec le

combustible nucléaire

usé?

Combustible nucléaire usé:

Caractéristiques

• Volume minime: Centrale nucléaire de Gentilly 675 MWe pendant 25

ans: ~ 200 m³!

• Produire la même quantité avec une

centrale au charbon: 22 millions de

tonnes de charbon = une montagne

de charbon de 15 km³!

Charbon vs uranium

5 km

1 km

Charbon:

5 km X 3 km X 1 km ou

Havre Saint-Pierre sous 1 km de charbon

Combustible nucléaire usé:

Caractéristiques

• Risque diminue avec le temps:

désintégration radioactive.

• Combustible nucléaire usé

d’aujourd’hui = Combustible

nucléaire de demain.

Entreposage mouillé:

Piscine de combustible usé

Entreposage sec:

MACSTOR à Gentilly-2

(1 caisson = combustible usé pour 3 ans)

Le Canada a-t-il des usines de retraitement

de combustible nucléaire et

d’enrichissement de

l’uranium?

NON

Cela lui est interdit.

Pourquoi ne pas recourir à un

accélérateur pour produire des radio-

isotopes?

Accélérateur de particules:

Difficultés

• Réacteur et accélérateur complémentaires

• On ne peut pas stocker les radio-isotopes.

Ils sont produits sur demande.

• Il s’agit ici de produire des radio-isotopes médicaux et en quantité industrielle.

• Il n’y a pas d’accélérateur qui peut faire cela présentement.

Accélérateur de particules:

Difficultés

• Développement d’une nouvelle technologie commerciale: R&D, démonstration,

déploiement et commercialisation.

• Échelle de temps.

• Risque technologique considérable.

• Coûts: Qui va payer et comment?

• Main d’œuvre?

Or la solution existe déjà:

Réacteur nucléaire MAPLE

Qu’exige la CCSN dans une demande de permis

de construction et de

préparation d’une mine

d’uranium?

Demande de permis de

construction et de préparation

• Description de la conception proposée de la nouvelle mine d’uranium et de son système de gestion des déchets, compte tenu des

caractéristiques physiques et

environnementales de l’emplacement.

• Caractéristiques environnementales de base de l’emplacement et des environs.

Permis construction (suite)

• Description des caractéristiques géologiques du site, des structures de soutènement et du régime des eaux souterraines (zone locale et régionale).

• Quantités et qualité prévues du minerai et des stériles à enlever ainsi que les endroits

proposés pour les stocker ou les évacuer;

• Description des méthodes d’exploitation

Permis construction (suite)

• Résultats d’analyse des dangers liés aux opérations ainsi que le programme

d’assurance de la qualité proposé pour la conception de la mine.

• Plan proposé pour la mise en service des composants, des systèmes et de

l’équipement qui seront installés à la mine.

Permis construction (suite)

• Mesures pour atténuer les effets de la construction, de l’exploitation ou du déclassement de l’installation sur

l’environnement ainsi que sur la santé et la sécurité des personnes.

• Mesures proposées pour contrôler les rejets potentiels de substances nucléaires et des

Permis construction (suite)

• Programmes et calendriers de recrutement et de formation du personnel d’exploitation et d’entretien.

L’uranium appauvri:

c’est quoi et qu’en

fait-on?

Uranium appauvri

• Uranium résiduel du procédé d’enrichissement.

• Uranium contenant de 0,2 à 0,3% d’uranium-235.

• Uranium naturel: 0,7% U-235.

Uranium appauvri

• Mise en service des réacteurs nucléaires.

• Production de matière

fissile dans les réacteurs

nucléaires.

Uranium appauvri

Uranium appauvri

•Ogive: alliage fait

d’uranium appauvri et de titane.

•Enveloppe: alliage

d’aluminium. •Blindage fait

d’uranium appauvri.

Dioxyde de titane TiO

Titane

• 5 isotopes stables: ⁴⁶Ti, ⁴⁷Ti, ⁴⁸Ti, ⁴⁹Ti,

50Ti.

• 11 radio-isotopes dont ⁴⁴Ti, T_½= 63 ans.

• Métal léger et résistant.

• Biocompatible … cancérigène?

• En poudre: très inflammable.

Alliages de titane

Titane: 10% de la masse de l’avion

Titane

Musée Guggenheim de Bilbao

Silencieux

Porte-avion américain:

blindage en titane

Résistance à la corrosion et au feu

Sous-marin russe Alfa: coque en titane

•Pour atteindre de grandes profondeurs (résistant)

Nitrate d’Ammonium NH

NO

Procédé Haber-Bosch

Engrais azotés

Ce procédé nourrit la moitié de la population mondiale!

Nitrate d’Ammonium NH

NO

Explosifs constructifs

Nitrate d’Ammonium NH

NO

Explosifs destructifs

Explosions au nitrate d’ammonium

Date Endroit Explosion Morts/blessés

26/07/21 Knurôw, Pologne 30 tonnes 19/n.d.

21/09/21 Oppau, Allemagne 4500 tonnes 450/n.d 29/04/42 Tessenderlo, Belgique 150 tonnes 189/900 16/04/47 Texas city, USA 2600 tonnes 300/n.d.

28/07/47 Brest, France 3300 tonnes 29/n.d.

21/09/01 Toulouse, France Usine AZF 31/2500 24/05/04 Mihailesti, Roumanie 20 tonnes 18/50

Activité spécifique

Noyau Activité (Bq/g)

U-238 ~ 12 000

Tl-201 ~ 8 000 000 000 000 000 Tc-99 ~ 195 000 000 000 000 000

•Thallium-201: demi-vie ~ 73,1 heures.

•Utilisé en scintigraphie cardiaque.

•Technétium-99: demi-vie ~ 6 heures.

•Utilisé en tomographie PET.

La vie: conversion d’énergie chimique en chaleur

Broyeur

Réacteur discontinu Réacteur Moteurs à

combustion: muscles

Rejets quotidiens du corps humain Type de rejet Quantité

Eau liquide et gaz 2,3 litres Gaz carbonique

(250 ml/min)

360 litres

Source: Medical Physiology, Guyton & Hall, 10th Edition

Rejets annuels du corps humain

Type de rejet Quantité

Eau liquide et gaz ~ 850 kg

Gaz carbonique (gaz) ~ 260 kg

Rejets totaux ~ 1110 kg

Notion de risque

• Exploiter une usine de pâtes et papier, une aluminerie, une centrale hydroélectrique ou un chantier de construction est risqué.

• Exploiter une mine de fer, de cuivre, d’or, de titane ou d’uranium, c’est aussi risqué.

• Toute activité industrielle pose des risques pour les travailleurs et l’environnement.

Notion de risque

• Conduire une voiture, faire du vélo,

marcher, sauter, danser, manger, boire, investir à la bourse, tomber amoureux et même se gratter, c’est risqué.

• Du moment de la conception jusqu’au moment de la mort, l’humain court des risques.

Le risque n’est pas forcément synonyme

de danger

Conclusion:

Vivre, c’est polluer et c’est courir des

risques!

Le radon et le cancer

du poumon?

Cancers du poumon

• Selon la Société canadienne du cancer, 173 800 cancers seront diagnostiqués au Canada en 2010.

• 24 200 seront des cancers du poumon.

• 90% des cancers du poumon chez

l’homme et 78% chez la femme sont

Cancers du poumon:

Facteurs de risques

1. Fumer la cigarette.

2. Fumer la pipe et le cigare.

3. Fumée secondaire.

4. Produits cancérigènes au travail: amiante, chrome, arsenic, chlorure de vinyle, radon, chromate de nickel, produits du charbon, gazoline, diésel, poussières, etc.

Cancers du poumon:

Facteurs de risques (suite)

5. Produits cancérigènes à la maison: fumée de cigarette, amiante, radon, poêles à bois,

solvants, etc.

6. Pollution atmosphérique.

7. Alimentation pauvre en fruits et légumes.