ActiWiz – un outil pour réduire encore les niveaux d’activation des accélérateurs du CERN

Le CERN exploite des accélérateurs pour produire des faisceaux de particules à haute énergie pour la physique. À cette fin, les faisceaux doivent être guidés de façon très précise, et des efforts considérables sont déployés pour réduire les pertes de faisceaux au minimum absolu.

Cependant, il est difficile d’éviter que des particules s’échappent de leur trajectoire idéale, et, par ailleurs, les faisceaux sont parfois dirigés délibérément sur un équipement tel qu’une cible ou un collimateur, ce qui crée des noyaux radioactifs à l’intérieur de la matière avec laquelle le faisceau interagit. Les processus physiques qui régissent ce phénomène sont compliqués, et le niveau d’activation dépend de multiples paramètres, comme l’emplacement de l’équipement par rapport à la perte de faisceau, la durée de la période d’irradiation, et éventuellement la composition chimique du matériau irradié. La présence de traces d’éléments chimiques, parfois juste quelques fractions de pourcentage massique, peut créer d'énormes différences quant au niveau de radioactivité produit par l’impact du faisceau.

Le processus de désintégration du noyau radioactif engendre un champ de radiation auquel le personnel est exposé lors de travaux de maintenance et de réparation. Ainsi, le niveau de radioactivité a des conséquences directes sur l’exploitation des accélérateurs et sur les expériences car il impose des contraintes pour l’accès au matériel et son utilisation dans de bonnes conditions de sécurité. Il a également un impact sur l’empreinte écologique du CERN du fait de la production éventuelle de déchets radioactifs. Choisir judicieusement les matériaux en prenant en compte, non seulement leurs propriétés mécaniques, mais aussi le risque radiologique, est important pour la sécurité, mais présente aussi un intérêt du point de vue opérationnel et financier. Cela devrait donc être considéré comme un bon investissement pour l’avenir, particulièrement au vu des nouveaux projets qui prévoient d’augmenter l’intensité et l’énergie des faisceaux.

Un logiciel spécial, ActiWiz, a été développé par le groupe Radioprotection (RP) de l’unité Santé et sécurité au travail et protection de l'environnement (HSE) pour permettre aux communautés de la physique des accélérateurs et des hautes énergies de relever ce défi. Ce logiciel est basé sur des calculs utilisant le code Monte-Carlo FLUKA qui est souvent employé pour des études de radioprotection au CERN car il est le code le plus approprié pour le calcul de l'activation aux énergies du LHC. ActiWiz permet de classer les matériaux dont la composition chimique peut être déterminée par rapport au risque radiologique qu’ils présentent. Le logiciel comporte une interface utilisateur graphique qui permet de procéder à une première comparaison simple des matériaux sans qu’il soit nécessaire d’avoir des compétences spécialisées en matière de radiations.  S’appuyant sur cet outil, et grâce à une collaboration fructueuse avec les experts en science des matériaux du groupe EN-MME du CERN, l'unité HSE a publié un catalogue dans lequel sont classées les matières premières les plus utilisées dans nos accélérateurs. Le logiciel a également été utilisé pour fournir des données à l’équipe de travail sur les matières premières, dirigée par le groupe EN-MME, qui est actuellement en train de mettre à jour les spécifications des différents matériaux. Bien que la version actuelle du logiciel se concentre sur les accélérateurs du CERN, plusieurs instituts (le PSI en Suisse, ou le KEK au Japon, par exemple) ont demandé l’autorisation de l’utiliser. Grâce au soutien du groupe Transfert de connaissances (KT), le groupe RP peut à présent offrir cet outil à toute partie intéressée via des accords de licence. Des travaux sont déjà en cours sur la nouvelle génération du logiciel afin de répondre aux besoins des autres installations du CERN, y compris les expériences LHC et les futures installations, ainsi qu’à la forte demande à l’extérieur du CERN. Cette nouvelle version devrait permettre aux utilisateurs d’évaluer la production de radioactivité dans tous les champs de radiation concernés.

Le catalogue des matériaux radiologiques dangereux et le logiciel sont disponibles pour usage interne au CERN et peuvent être obtenus à l’adresse suivante : www.cern.ch/actiwiz

par HSE Unit