Garder les détecteurs de rayonnement à l’abri du brouillard

Nick Myllenbeck, scientifique des matériaux aux Laboratoires nationaux Sandia, examine le plastique utilisé pour détecter les matières radioactives.

Pour réprimer les contrebandiers qui tentent de fuir des matières radioactives aux États-Unis, le Department of Homeland Security utilise depuis longtemps des détecteurs de rayonnement relativement simples mais efficaces dans les voies de circulation aux points d’entrée. Ils sont constitués de feuilles de polyvinyltoluène (PVT) de deux pouces d’épaisseur qui contiennent des molécules fluorescentes qui brillent lorsque le rayonnement les frappe. Les capteurs de lumière sur le dessus des feuilles captent la lumière des molécules incandescentes et la quantité de lumière qu’ils enregistrent reflète la quantité de rayonnement qui a frappé la feuille, donnant aux gardes une indication de si le véhicule transporte des matières radioactives.

«Pour des mesures de rayonnement fiables, il est de la plus haute importance que le plastique soit optiquement transparent et le reste pendant des décennies», explique Nick Myllenbeck, scientifique des matériaux au Sandia National Laboratory. Cependant, la détection des radiations du plastique a commencé à se dégrader après quelques années sur le terrain. On aurait dit qu’un brouillard de gouttelettes se formait à l’intérieur des draps. Ils ont diffusé la lumière des molécules incandescentes et en ont empêché une partie d’atteindre les détecteurs, réduisant ainsi la sensibilité du détecteur.

Pour comprendre comment empêcher cette buée, les chercheurs de Sandia, en collaboration avec des collègues de Lawrence Livermore, Pacific Northwest et Oak Ridge National Labs, ont d’abord dû déterminer comment le brouillard s’était formé. Ils soupçonnaient qu’il apparaissait dans le PVT un peu comme il le fait dans l’air – par condensation d’eau lorsque la température de l’air baisse.

Nick Myllenbeck, scientifique des matériaux aux Laboratoires nationaux Sandia, examine le plastique utilisé pour détecter les matières radioactives.Nick Myllenbeck, scientifique des matériaux aux Laboratoires nationaux Sandia, examine le plastique utilisé pour détecter les matières radioactives.Lloyd Wilson

Les chercheurs ont placé des échantillons de PVT dans une chambre d’humidité et ont fait passer la température du chaud au froid pour imiter les températures diurnes et nocturnes. Les échantillons n’ont absorbé qu’environ 0,03% d’eau en masse, mais pendant les cycles de refroidissement, les chercheurs ont vu apparaître des gouttelettes semblables à du brouillard dans les échantillons.

Cependant, lorsqu’ils ont examiné le PVT embué au microscope, ils ont réalisé que les gouttelettes étaient des défauts microscopiques dans le plastique causés par l’eau condensée absorbée par l’air.

Ils ont finalement réalisé les défauts formés en deux phases. Pendant les premiers cycles chauds et froids, les défauts de type brouillard semblent être complètement réversibles lors du chauffage ou du séchage du plastique. Cependant, si l’eau reste dans le plastique et que le matériau passe suffisamment de cycles de température, les défauts se développent et deviennent permanents.

Une fois que les chercheurs ont su comment le brouillard s’est formé, ils ont mis divers additifs dans le plastique pour empêcher l’eau de former des défauts en leur liant l’hydrogène.

Finalement, les chercheurs ont identifié un additif disponible dans le commerce qui interagit avec l’eau et le plastique. Lorsqu’ils ont testé la combinaison de PVT et d’additif dans des conditions de température et d’humidité accélérées, les chercheurs n’ont vu aucun signe de buée après des dizaines de cycles. En revanche, le plastique standard s’embue fortement après un seul cycle. Myllenbeck soupçonne que l’eau à l’intérieur du plastique s’accroche à l’additif plutôt qu’aux autres molécules d’eau, empêchant la formation de gouttelettes et les défauts de diffusion de la lumière.

Le correctif requis s’intègre bien dans les processus de fabrication existants pour les feuilles PVT, de sorte que les fabricants ont pu augmenter rapidement la production pour fabriquer de grandes feuilles pour remplacer les détecteurs embués.

« Ce changement d’un ingrédient est un énorme avantage pour les fabricants », a-t-il déclaré. « Ils n’ont qu’à ajouter une petite quantité de ce composé à leur formule existante, avec des modifications mineures du processus, pour produire un matériau anti-buée qui fonctionne de manière identique au plastique existant. »