Ce travail a été publié au Physical Review Letter, le 10 septembre 2026
Une équipe du National Institute of Standards and Technology (NIST), en collaboration avec des équipes de l’université du Colorado, du Laboratoire national de Los Alamos, de l’université de Houghton et du laboratoire Kastler-Brossel (École Normale Supérieure, Sorbonne Université, Collège de France, CNRS), ont réalisé les mesures les plus précises à ce jour des rayons X émis par le plutonium, l’uranium et le neptunium. Cette avancée pourrait renforcer la sécurité nucléaire internationale tout en améliorant l’efficacité des centrales nucléaires.
La surveillance des matières nucléaires repose notamment sur la détection des rayonnements gamma caractéristiques émis par chaque élément radioactif. Cependant, ces signaux sont souvent perturbés par des rayons X émis dans la même gamme d’énergie, compliquant l’identification et la quantification précises des matériaux nucléaires.
Pour surmonter cette difficulté, une équipe internationale réunissant des chercheurs du NIST, de l’Université du Colorado à Boulder, du Los Alamos National Laboratory, de l’Université de Houghton (NY) et du Laboratoire Kastler Brossel a mesuré avec une précision sans précédent les émissions de rayons X du plutonium, de l’uranium et du neptunium. Ces nouvelles données permettront aux scientifiques de mieux distinguer les différents signaux radioactifs et d’obtenir une estimation plus fiable des stocks de matières nucléaires.
Au cœur de cette avancée figurent des capteurs quantiques de nouvelle génération, appelés Transition Edge Sensors (TES). Fonctionnant à des températures proches du zéro absolu, ces détecteurs agissent comme des thermomètres extrêmement sensibles capables de mesurer l’énergie de chaque photon de rayons X avec une résolution exceptionnelle. Grâce à cette technologie, l’incertitude des mesures a été réduite de manière significative par rapport aux méthodes précédentes.
Paul Indelicato, du laboratoire Kastler Brossel, a fait les calculs de structure atomique relativiste pour prévoir l’énergie et la largeur des transitions possibles, afin de pouvoir modéliser les raies observées et permettre l’interprétation des spectres observés. Ce travail a été effectué avec un programme qu’il développe depuis de nombreuses années (https://www.lkb.fr/exoticions/research/research-topics/mdfgme/).
Cette amélioration facilite notamment l’identification des isotopes présents dans un matériau nucléaire. Une telle information est essentielle pour distinguer le combustible destiné à la production d’électricité des matières pouvant être utilisées à des fins militaires.
Au-delà des enjeux de sécurité et de non-prolifération, cette innovation pourrait également bénéficier à l’industrie nucléaire. Des analyses plus rapides et plus précises du combustible permettraient d’accélérer certaines étapes du cycle du combustible, avec à la clé des gains potentiels en efficacité opérationnelle et une réduction des coûts pour les exploitants de centrales nucléaires.
Les chercheurs poursuivent désormais leurs travaux afin d’améliorer encore les performances de ces détecteurs et de miniaturiser les systèmes de refroidissement associés. À terme, ces développements devraient faciliter leur déploiement dans un plus grand nombre d’installations nucléaires et de centres de recherche à travers le monde.
« Nos mesures contribuent au renforcement des garanties nucléaires internationales en permettant un suivi plus précis des matières présentes dans les installations nucléaires », souligne Jonathan Dean, physicien au NIST et à l’Université du Colorado à Boulder.
Reference: Wessels, A., Dean, J. W., Becker, D. T., Bennett, D. A., Carpenter, M. H., Croce, M., Fowler, J. W., Gard, J. D., Indelicato, P., Koehler, K. E., Mates, J. A. B., McNeel, D., Mercer, D., Schmidt, D. R., Schreiber, K., Swetz, D. S., Vo, D., Weidenbenner, S., & Ullom, J. N. (2026). Measured and Theoretical K α X-Ray Emission Linewidths of U, Np, and Pu. Physical Review Letters, 137(11), 113001. https://doi.org/10.1103/tcbz-kqk1
Contact
Paul Indelicato, Directeur de recherche CNRS, Laboratoire Kastler Brossel
En quoi cet article peut-il inspirer les futurs stagiaires du Mastère Spécialisé® « Expert en calculs, simulation mécanique et conformité » proposé par l’Université de Technologie de Compiègne ?
L’aspect le plus intéressant est probablement que l’article illustre un cycle complet d’ingénierie scientifique :
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C’est exactement le type de chaîne de valeur scientifique et technique que les futurs experts en calculs et simulation rencontrent dans l’industrie nucléaire, même lorsqu’ils travaillent sur des sujets mécaniques plutôt que sur la physique nucléaire elle-même.
