Bibliographie & annexes
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Auteur(s)
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Pascal BOUNIOL : Ingénieur au Commissariat à l’Énergie Atomique (CEA/SACLAY)
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Lire l’articleINTRODUCTION
L’emploi de béton, ordinaire ou spécial, demeure une solution généralement retenue lorsqu’il s’agit de mettre en place une protection contre les rayonnements sur une grande envergure, avec ou sans rôle de structure. De fait, les applications des bétons de radioprotection dépassent largement le cadre des réacteurs nucléaires puisque ces matériaux sont utilisés dans des installations aussi variées que les usines de retraitement, les sites d’entreposage, les accélérateurs de particules, les centres hospitaliers (imagerie et thérapie à base d’irradiation), les centres d’ionisation alimentaire, etc.
Parmi les applications nucléaires du béton, la protection contre les rayonnements est l’une des plus importantes, après l’édification de structures (enceinte de réacteurs et autres installations nucléaires de base) et devant le confinement de la radioactivité (matériau de remplissage ou de conteneurisation pour les déchets dans les centres de stockage).
L’intérêt du béton vis-à-vis de la radioprotection résulte d’un ensemble original de propriétés que ne présente aucun autre matériau. Son caractère composite autorise de très grandes variations de composition en fonction des performances exigées. Les constituants de base sont, sauf exception, facilement disponibles et de coût modéré. Enfin, il existe généralement un bon compromis entre les propriétés mécaniques et les propriétés d’atténuation.
Depuis une vingtaine d’années, diverses avancées conceptuelles et technologiques ont été réalisées dans le domaine des bétons de génie civil. Elles s’avèrent, en grande partie, transposables aux bétons de protection. Il s’agit :
-
de l’émergence de la notion de durabilité qui s’intéresse au maintien des performances dans la durée, dans l’intention de prolonger la vie de certains ouvrages ;
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des nouvelles méthodes de formulation, basées sur l’optimisation du squelette granulaire et sur la technologie des adjuvants, permettant la mise en œuvre de bétons de plus en plus compacts et durables.
Tout en intégrant cette actualité, l’article présente les bases nécessaires à la prescription des bétons de protection, ainsi que les aspects typologiques et technologiques qui leur sont associés. Il consacre une large place aux propriétés intrinsèques des bétons de protection et aborde le comportement dans les conditions spécifiques de l’irradiation et de la température. Concernant la fabrication du béton et l’exécution des ouvrages, on se reportera en particulier à la rubrique Béton hydraulique du traité « Construction ».
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- Version courante de sept. 2021 par Pascal BOUNIOL
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Définition et champ d’application des bétons spéciaux de protection6. Phénomènes induits par l’irradiation et la température
6.1 Activation du béton
L’irradiation du béton par des neutrons produit des rayonnements gamma secondaires du fait de réactions nucléaires sur les atomes constitutifs. L’émission de photons γ peut intervenir en concomitance avec l’absorption des neutrons (capture radiative « n, γ »), ou bien en différé, par désactivation des nouveaux noyaux formés si ces derniers sont instables. Selon la nature des noyaux, les décroissances radioactives présentent des périodes courtes (s, min, h), pouvant gêner l’exploitation, ou longues (
mois) conduisant à interdire l’accès des installations à long terme.
Dans le cas des réacteurs électrogènes à fission, l’essentiel du rayonnement gamma ambiant provient de la capture des neutrons dans les voiles de béton et autres éléments de structure. Les principaux isotopes susceptibles de s’activer sont rappelés au tableau 18. À court terme (< 24 h), la contribution à la dose induite est essentiellement due à 27Al et 48Ca. En revanche, les impuretés associées au ferraillage ou aux granulats ferrifères sont responsables de l’irradiation résiduelle à long terme : 59Co (surtout), 58Fe, 58Ni et 50Cr.
Présents en trace dans la plupart des bétons, les deux isotopes naturels de l’europium induisent de même une activité résiduelle de l’ordre de 1 Bq/g dans les dix premiers centimètres de protection dont il convient de tenir compte lors du démantèlement.
Dans le cas d’une machine de fusion D + T, des neutrons de 14,1 MeV sont émis et l’activation s’avère jusqu’à quatre fois plus efficace par rapport à celle des neutrons de fission (2 MeV en moyenne). La réaction « n, p » sur 16O (réaction à seuil de 11 MeV) induit par ailleurs une dose importante (mais à très court terme) du fait de l’abondance de cet isotope et de la grande dureté des photons γ émis.
Dans le cas des accélérateurs, ce sont les granulats spéciaux eux-mêmes qui s’activent, en particulier les riblons d’acier (59Co) et la barytine (132Ba).
Afin...
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Phénomènes induits par l’irradiation et la température
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - SEDRAN (T.), DE LARRARD (F.), ANGOT (D.) - Prévision de la compacité des mélanges granulaires par le modèle de suspension solide - . Bull. liaison Labo. P. et Ch. 194 nov.-déc. 1994 pp. 59-86.
-
(2) - CEA-IPSN - Catalogue des matériels et équipements normalisés (catalogue PMDS des centres nucléaires) ; Tome 1 : Écrans de protection contre les rayonnements ionisants - . 1992 Éditions techniques pour l’automobile et l’industrie, Boulogne-Billancourt.
-
(3) - JAEGER (R.G.), coll - Engineering Compendium on Radiation Shielding - . Vol. I, II et III. 1968-1975, Springer-Verlag, New York.
-
(4) - ROCKWELL (Th.) - Reactor Shielding Design Manual - . USAEC Report TID-7004, mars 1956, U.S. Government Printing Office, Van Nostrand Co.
-
(5) - BAUR (A.) - Protection contre les rayonnements ; aspects physiques et méthodes de calcul - . 1985, Commissariat à l’Énergie Atomique.
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