Accident de criticite

Un article de Wikipedia, l'encyclopedie libre.
Flash bleu provoque par un rayonnement ionisant, similaire a celui observe lors d'un accident de criticite.

Un accident de criticite (ou excursion nucleaire ) est un accident nucleaire provoque par une reaction nucleaire en chaine involontaire et incontrolee dans un combustible nucleaire fissile comme l' uranium ou le plutonium . Il s'accompagne d'une emission de rayonnements neutrons et gamma eventuellement intense, rapidement mortelle.

Mecanisme [ modifier | modifier le code ]

L’accident de criticite peut etre defini comme une liberation fortuite d’energie survenant a la suite d’une reaction en chaine de fission . Une telle situation peut se produire dans une installation lorsque la quantite de matiere fissile presente est superieure a la masse critique qui depend de la geometrie et des proprietes physico-chimiques du milieu considere. L’excursion de puissance est accompagnee de l’emission intense de neutrons et de rayons gamma ainsi que de la production de produits de fission [ 1 ] .

Unite de mesure [ modifier | modifier le code ]

La grandeur decrivant la criticite d’un milieu est caracterisee par le coefficient de multiplication effectif (ou facteur de multiplication effectif du systeme ) : du milieu, qui traduit un bilan neutronique entre la production de neutrons par fission et les pertes par absorption et par fuite. C'est le rapport des nombres de neutrons correspondant a deux generations successives de neutrons, calcule sur la base du devenir d'une generation de neutrons (une analogie fidele pourrait etre faite avec la natalite d'un pays pour une generation donnee, si ce n'est qu'avec les neutrons, le temps de vie entre deux generations serait de l'ordre de la milliseconde) [ 2 ] .

Selon que le est superieur, egal ou inferieur a 1, le systeme est dit sur-critique, critique ou sous-critique.

Pour caracteriser les ecarts par rapport a une situation critique, la notion de ≪ reactivite ρ ≫ est souvent introduite.

Par definition, est une valeur sans unite s’exprimant de facon conventionnelle en pcm (pour cent mille).
Une unite plus physique et plus representative de la reactivite est souvent utilisee : il s’agit du ≪  Dollar  ≫ qui correspond a la proportion β de neutrons emis de facon retardee. Cette unite permet d’identifier, selon que ρ est inferieure ou superieure a β, la nature des neutrons qui ≪ piloteront ≫ la dynamique d’un accident de criticite.

Consequences [ modifier | modifier le code ]

L'accident peut etre mortel pour les personnes a proximite du siege de l'accident ; elles developpent generalement le syndrome d'irradiation aigue ("maladie des rayons") dans les heures suivantes. Dans les cas de manipulation manuelle, l'operateur est generalement expose a un equivalent de dose de plusieurs dizaines de sieverts et decede en quelques jours.

Une telle reaction, qui se declenche brutalement des que les conditions propices sont reunies, peut donc causer une irradiation grave, voire mortelle, des personnes se trouvant a proximite de l'equipement concerne, et conduire a une emission limitee de gaz radioactifs. Cependant, dans les configurations typiques des installations du cycle du combustible, elle n'induit pas de degagement important d'energie et, en tout etat de cause, ne presente pas de caractere explosif , elle ne peut donc pas produire d’ explosion nucleaire [ 3 ] .

Risques et causes d'un tel accident [ modifier | modifier le code ]

Ce risque peut se manifester a plusieurs stades du cycle du combustible nucleaire  : dans l'usine d'enrichissement, lors du transport, du traitement de combustible irradie, de dechets nucleaires ou de l'utilisation de combustible.

L'accident peut etre lie a une erreur humaine ou a la defaillance d'un equipement durant laquelle un parametre depasse son seuil critique. Cet etat peut etre atteint par un non-respect de procedure (utilisation d'un conteneur de trop grand diametre pour une solution concentree de plutonium) ou de manipulation (transfert d'une solution concentree dans un equipement de geometrie quelconque). Il peut aussi resulter d'une perte de geometrie (rupture de confinement ) ou d'une agression externe ( seisme , inondation ).

Nucleaire civil [ modifier | modifier le code ]

Le risque d'accident de criticite existe lorsque les processus industriels traitent du plutonium ou de l'uranium enrichi a plus de 1 % en uranium 235 [ 4 ] .

Nucleaire militaire [ modifier | modifier le code ]

Cette section ne cite pas suffisamment ses sources  (janvier 2016) . 
Pour l'ameliorer, ajoutez des references de qualite et verifiables ( comment faire ? ) ou le modele {{Reference necessaire}} sur les passages necessitant une source.

Ce risque existe pour des assemblages massifs de materiaux fissiles , et dans des conditions favorables de ralentissement neutronique. Pour les quantites d'emploi courant, l'uranium ne souleve reellement des questions de criticite dans les processus industriels qu'au-dela d'un enrichissement de l'ordre de 20 %, ce qui correspond a la limite generalement admise pour l'enrichissement d'uranium ≪ a usage militaire ≫. Quand de tels materiaux (susceptibles d'occasionner un accident de criticite) sont impliques dans un processus industriel, les masses assemblees en un meme lieu ne doivent jamais exceder la masse critique du materiau considere.

Prevention [ modifier | modifier le code ]

La physique nucleaire permet de predire a partir de quelle valeur un parametre ( masse , diametre, volume, concentration…) permet de rendre critique un equipement ou une installation, en fonction du type de combustible ( uranium , plutonium ), de sa nature ( compose chimique , concentration lorsqu'il est dans une solution ), de la geometrie de l'equipement et de son environnement. Ces calculs complexes, mettant en jeu des hypotheses pessimistes, permettent de verifier a priori les procedures afin de s'assurer que la criticite ne puisse jamais etre atteinte. Des marges amont et des mesures de securite adaptees sont prises pour se premunir contre les erreurs humaines et les defaillances.

La discipline visant a prevenir l'accident de criticite est appele criticite .

Prevention en France [ modifier | modifier le code ]

En France, le reacteur experimental Silene [ 5 ] a ete developpe en 1974 pour etudier la phenomenologie et les consequences d'un accident de criticite [ 6 ] .

Outre un travail d'analyse de retour d'experience fait a partir des donnees disponibles pour les accidents connus, des programmes experimentaux d'etudes de la criticite ont ete conduits (durant plus de 20 ans) par l'industrie nucleaire francaise (AREVA-NC, AREVA-NP) avec l' ANDRA et l'autorite de surete et l'IRSN, associant parfois des acteurs internationaux (US-DOE235 [ 7 ] dans la ≪  Station de criticite de Valduc  ≫ pour notamment qualifier les outils de calculs et les modeles, dans le cadre de plusieurs programmes de recherche dont

  • Le programme HTC (Haut Taux de Combustion ),
  • Le programme PF (Produits de Fission)
  • Le programme MIRTE (Materiaux en Interaction et Reflexion Toutes Epaisseurs),

Cas reels connus [ modifier | modifier le code ]

Simulation (reconstitution) de l'accident de criticite ( ) qui a entraine la mort de Louis Slotin .

Les deux premieres excursions nucleaires accidentelles mortelles ont eu lieu en 1945 et 1946 a Los Alamos [ 8 ] .
Selon une etude de l' IRSN d' , une soixantaine d’accidents de criticite ont ete declares dans des installations nucleaires depuis 1945  :

Ces accidents n’ont pas provoque de rejets radioactifs significatifs dans l’environnement, mais des irradiations importantes entrainant 19 deces dont 15 entre 1945 et 1971 [ 9 ] .

Des accidents de criticite se sont produits en contexte civil et militaire, dont deux en France en 1960 et 1968 a Saclay  :

  • , Laboratoire national de Los Alamos , Nouveau-Mexique ( Etats-Unis ). Cet accident ( Demon Core ) provoque la mort de Harry Daghlian Jr. .
  • , Laboratoire national de Los Alamos , Nouveau-Mexique (Etats-Unis). Cet accident ( Demon Core ) provoque la mort de Louis Slotin .
  • , Complexe nucleaire Maiak . Amputation des jambes de l'un des deux operateurs (decede 35 ans apres l'accident).
  • , Complexe nucleaire Maiak . Un operateur est decede 12 jours apres l'accident (dose : 30  Gy ), 5 autres operateurs recurent des doses estimees 3  Gy ,
  • , Complexe nucleaire Maiak . 3 operateurs decederent 5-6 jours apres, le 4 e  operateur eut de graves problemes de sante et perdit la vue quelques annees plus tard.
  • , Oak Ridge, Y-12 National Security Complex , 1 personne vecut 14,5 ans, 1 personne vecut 17,5 ans, 5 en vie 29 ans apres,
  • , Institut des sciences nucleaires de Vin?a (Yougoslavie).
  • , Laboratoire national de Los Alamos - Nouveau-Mexique (Etats-Unis). L’operateur ( Cecil Kelley ) recut 120  Gy et deceda 35 heures apres l’accident, 2 autres operateurs recurent une dose 1,34 et 0, 53  Gy .
  • , Usine de traitement chimique de l'Idaho .
  • Saclay (France) [ 10 ] Pas de personne irradiee. 3x10^18 fissions de noyaux, 1 pic. Maquette critique (Alize) - 2,2 tonnes de barreaux d'oxyde d'uranium enrichis a 1,5%, sous eau. Pour une raison inconnue, un operateur a effectue le retrait total d'une barre absorbante (au lieu d'un retrait partiel) - arret de la reaction par effet Doppler - non destruction du cœur.
  • , Complexe nucleaire Maiak . 5 operateurs recurent des doses comprises entre 2,4 et 20  mSv .
  • , Combinat chimique de Siberie . Un operateur recut 2  Gy , sans lesion clinique durable.
  • , Complexe nucleaire de Hanford . 3 personnes recurent des doses importantes sans lesion clinique apparente.
  • , Complexe nucleaire Maiak . Pas de personnel ayant subi des doses significatives.
  • , Combinat chimique de Siberie . 4 personnes se situant a environ 10 metres du reservoir ont recu des doses comprises entre 0,06 et 0,17  Gy .
  • , Combinat chimique de Siberie . Equivalent de dose maximale de 5  rem.
  • , United Nuclear Fuels Recovery Plant ( Wood River Junction (Rhode Island) ).
  • , Elektrostal Machine Building Plant. Un operateur situe a env. 4,5  m de la pompe recut 34  mSv .
  • , Complexe nucleaire Maiak . 17 operateurs recurent des doses < 10  mSv , 7 operateurs < 20  mSv et 3 operateurs < 7  mSv .
  • Saclay (France) [ 10 ] 1 personne legerement irradiee 1 pic ISIS Maquette critique du reacteur OSIRIS - combustible U-Al enrichi a 93% Excursion de puissance due a un retrait anticipe d’une experience tres absorbante alors que toutes les barres n'etait pas en position basse. La reaction en chaine a ete arretee lorsque l'operateur a laisse retomber le dispositif experimental. Quelques elements du cœur ont ete deformes. La hauteur d’eau a ete suffisante pour assurer la protection de l’agent - accident non documente.
  • , Complexe nucleaire Maiak . Le Chef d’atelier deceda 1 mois apres l’accident (24,5  Sv ), l’operateur a perdu la vue et il fut ampute d’une main et des deux jambes (7  Sv ), 6 operateurs recurent des doses < 16  mSv , 4 operateurs < 1,5  mSv .
  • , Windscale Works ? Royaume-Uni. Irradiation tres faible de deux agents.
  • , Idaho Chemical Processing Plant . 2 personnes faiblement irradiees.
  • , Combinat chimique de Siberie . Un operateur recut 2,5  Gy et 20  Gy au niveau des bras et des mains ? amputation des bras et degradation de la vue, 7 autres personnes recurent des doses comprises entre 0,05 et 0,6  Gy .
  • , Constituyentes ( Argentine ).
  • , Usine de concentres chimiques de Novossibirsk . Doses insignifiantes.
  • , JCO Fuel Fabrication Plant - Tokaimura Ibaraki (Japon). Trois operateurs recurent respectivement 17 Sv, 10 Sv et 3 Sv. Les deux premiers decederent quelques mois apres l'accident.

Notes et references [ modifier | modifier le code ]

  1. ↑ Casoli P, Gagnier E, Laget M & Lebaron-Jacobs L (juin 2017) Dosimetrie des accidents de criticite dans les installations du CEA: reflexions sur l'utilisation du spectrometre neutron de type SNAC2 . In Congres national de radioprotection . Congres national de radioprotection
  2. ↑ IRSN (2009) Les accidents de criticite dans l'industrie nucleaire  ; note d'information, octobre 2009 voir p.  4/21
  3. ↑ Audition du president de l'IRSN
  4. ↑ IRSN (2009) Les accidents de criticite dans l'industrie nucleaire  ; note d'information, octobre 2009 voir p.  6/21
  5. ↑ Le reacteur SILENE, reacteur d'irradiations technologiques
  6. ↑ http://cat.inist.fr/?aModele=afficheN&cpsidt=13844060
  7. ↑ IRSN (2009) Les accidents de criticite dans l'industrie nucleaire  ; note d'information, octobre 2009 voir p.  8/21
  8. ↑ Karas J.S & Stanbury J.B (1965) Fatal radiation syndrome from an accidental nuclear excursion . New England Journal of Medicine, 272(15), 755-761. DOI: 10.1056/NEJM196504152721501. ( resume )
  9. ↑ IRSN - Les accidents de criticite dans l'industrie nucleaire - Direction de la surete des usines, des laboratoires, des transports et des dechets, Service d'expertise, d'etudes et de recherche en criticite - Octobre 2009 , voir p.  8/21 du PDF
  10. ↑ a et b ≪  Les accidents de criticite dans l'industrie nucleaire  ≫

Voir aussi [ modifier | modifier le code ]

Bibliographie [ modifier | modifier le code ]

Articles connexes [ modifier | modifier le code ]

Liens externes [ modifier | modifier le code ]

Ce document provient de ≪  https://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Accident_de_criticite&oldid=212739758  ≫.