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Les faisceaux de particules à haute énergie ont la capacité de générer des cascades de particules secondaires et de produire des substances radioactives lorsqu’ils frappent la matière, comme par exemple des composants de l’accélérateur, des blocs absorbeurs ou des détecteurs de particules. Certaines particules secondaires, à savoir les photons, les muons et les neutrons, peuvent pénétrer des structures blindées et atteindre l'environnement. Elles forment ce qu’on appelle des rayonnements prompts diffusés, qui cessent lorsque l'accélérateur est arrêté.
La majeure partie des substances radioactives reste contenue dans les composants de l’accélérateur, générant ainsi des déchets radioactifs. Une infime partie de ces déchets peut être transportée dans l’environnement par des fluides, tels que l’air ventilé et, dans une moindre mesure, l’eau de refroidissement.
La plupart des radioéléments produits par les accélérateurs ont une courte durée de vie et disparaissent rapidement dans l’environnement, comme par exemple 11C (demi-vie de 20 minutes), 13N, ou 41Ar.
Les principaux radioéléments ayant une plus grande longévité (7Be, 22Na, 60Co, etc.) ont toutefois des demi-vies ne dépassant pas quelques années. Etant uniquement des émetteurs bêta/gamma, ces radioéléments sont nettement moins radiotoxiques que ceux issus du cycle de combustible nucléaire.
Champs de rayonnement dans un puits d’accès donnant sur une installation souterraine. Une partie du rayonnement pénètre jusqu’à la surface dans l’environnement. Notez l’échelle logarithmique
Pourquoi le CERN est différent d’une centrale nucléaire?
Le CERN, dont le nom officiel est “Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire”, est une organisation intergouvernementale fondée en 1954 par 12 Etats Membres, elle est reconnue comme l’une des premières collaborations européennes. Le terme “nucléaire”, qui apparaît aussi dans le nom officiel de l’Organisation, est un héritage historique relatif à la période à laquelle le CERN fut fondé. A cette époque, la physique des particules élémentaires se développait à partir de la physique nucléaire. Cependant, le CERN n’est pas du tout impliqué dans la recherche sur des applications militaires et ce n’est pas une sorte de centrale nucléaire.
Dans une centrale nucléaire, l’énergie produite dans des conditions adéquates résulte des réactions qui ont lieu dans la matière, transformant ainsi la matière en énergie. Dans un accélérateur de particules, les collisions entre les particules produisent des petites quantités d’énergie de l’ordre de l’énergie du mouvement d’un moustique en vol dans d’extrêmement petits volumes d’espace. Les très hautes densités d’énergie obtenues permettent de transformer l’énergie de la collision en nouvelles particules qui n’existent pas dans des conditions ordinaires. Le CERN transforme l’énergie en matière, fonctionnant ainsi exactement à l’opposé d’une centrale nucléaire.
Pour permettre une telle concentration d’énergie, des conditions très précises doivent être remplies. Contrairement à un réacteur à fission, un accélérateur ne peut pas fonctionner “par lui-même” lors d’une réaction en chaîne incontrôlée et si un problème devait apparaître, l’accélérateur s’arrêterait simplement de fonctionner par lui-même.
Contrôle et minimisation
Les niveaux de rayonnements diffusés aussi bien que la radioactivité rejetée par voie aérienne et aqueuse dans l'environnement sont contrôlés en permanence. L'Organisation mène un vaste programme de surveillance complété par des programmes de surveillance indépendants qui sont effectués par les autorités compétentes des Etats Hôtes du CERN (OFSP en Suisse et IRSN en France). Cela nous permet d'arrêter toute opération menant à des niveaux élevés de radiation ambiante ou de diffusions de substances radioactives dans l'environnement.
L'objectif des équipes de fonctionnement de l'accélérateur est de fournir des faisceaux de particules avec la plus haute efficacité et stabilité possible en évitant toute perte de faisceau. Etant donné que la source de radiation est l'interaction de particules à haute énergie avec la matière, l'objectif cité ci-dessus et l'objectif de minimiser l'impact radiologique environnemental de l'Organisation convergent.
Les équipes du CERN ont les outils (par ex. FLUKA) et la compétence pour effectuer des simulations informatique des champs de rayonnement, tel que celui présenté ci-dessus, pour des installations existantes et en projet. C'est avec l'aide de modèles de dispersion environnementale que la dose efficace aux membres de la population, due aux rejets de substances radioactives, est évaluée. De cette manière, l'impact environnemental de toute installation peut être prévu et minimisé avant que l'installation soit construite. Bien entendu, les résultats sont validés dans le programme de surveillance réel.
Le réel impact environnemental
Le réel impact radiologique du CERN peut être quantifié par la dose efficace, aux membres de la population, due aux activités du CERN. Durant l’année 2004, la dose efficace annuelle, par personne, relative au CERN et en dehors de l’Organisation, n’atteignait que 1.4% de la limite annuelle suisse et française de 1 mSv. La majorité de la dose efficace est due à des rayonnements diffusés, impliquant seulement des expositions externes, qui cessent quand les accélérateurs sont arrêtés.
La part qui provient du CERN est d’un ordre de magnitude plus petit que la variation habituelle des expositions naturelles mesurées en différents lieux dans les environs du secteur genevois et français. Déménager d’une municipalité à l’autre dans la région peut provoquer une dose plus importante que si l’on habite aux abords du CERN. Cela prouve que l’impact radiologique du CERN est négligeable.
Exposition des membres de référence d’un groupe de la population due aux activités du CERN en 2004, en comparaison avec l’exposition externe naturelle de la région de Genève et du Pays de Gex