Transmutation d'iode 129 induite par laser

La réaction gamma-neutron a été engendrée par un rayonnement de freinage produit dans une feuille de tantale par un faisceau laser d'intensité très élevée. Les chercheurs ont réussi à mesurer par l'expérience la section efficace de la réaction nucléaire. Un groupe de chercheurs dirigés par K.W.D. Ledingham, de l'Université de Strathclyde, Glasgow, a confirmé les résultats dans une expérience indépendante: à l'aide du grand laser Vulcan du laboratoire Rutherford Appleton de Chilton, ces chercheurs ont irradié une cible en or. Le rayonnement de freinage relâché a entraîné la transmutation de noyaux d'atome d'iode 129 en iode 128.
Les expériences ont ouvert une voie nouvelle de transmutation nucléaire à l'aide de particules neutres ou chargées sans dépendre de réacteurs nucléaires ou de grands accélérateurs. Une application pratique possible est la transmutation quantitative d'isotopes à vie longue présents dans les déchets radioactifs en isotopes à vie courte et stables. C'est ainsi que chaque année, les centrales nucléaires mondiales produisent quelque 2 tonnes d'l-129, produit de fission d'une demi-vie de 15,7 millions d'années. Par transmutation en 1-128, isotope d'une demi-vie de 25 minutes seulement, il se désintégrerait en Xe-128, isotope stable de gaz rare. Une autre application possible de la transmutation induite par laser serait la fabrication de certains radioisotopes pour la médecine. Jusqu'à présent, seuls des centres disposants de grands accélérateurs peuvent par exemple fournir du F-18, isotope à vie courte intéressant pour le diagnostic. Une unité au laser permettrait d'assurer la production dans l'hôpital même.
Pour en arriver là, il faudra toutefois réaliser encore d'importants travaux de recherche et développement. Certes, le laser de dimension expérimentale utilisé par le groupe allemand de chercheurs ne produit que des impulsions de rayonnement extrêmement courtes de moins de 100 fem-tosecondes (100 x 10^-15 s) avec une énergie de rayonnement d'environ 1 J. Il atteint toutefois une intensité de 100 exawatts/cm² (100 x 10¹⁸W/cm²) sur une surface d'impact de quelque 5 um², et le taux de répétition se situe autour de 10 fois par seconde. Le grand laser britannique Vulcan dispose d'une puissance de rayonnement et d'une durée d'impulsion bien plus élevées, mais le taux de répétition, d'une fois par heure, est nettement plus faible. Ce laser atteint lui aussi une intensité de quelque 100 EW/cm²sur une surface qui est quand même de 20 um². Si de la lumière d'une telle intensité rencontre un solide tel que du tantale ou de l'or, des électrons y sont accélérés à des vitesses relativistes et puis y sont tout de suite ralentis à nouveau. Le spectre énergétique du rayonnement de freinage alors libéré se situe dans la gamme de 10 à 20 MeV et correspond à un rayonnement gamma dur. Ceci suffit pour déclencher certaines réactions de transmutation nucléaire. La section efficace mesurée pour la transmutation de 1-129 en 1-128 est de 100 à 400 millibarns. La poursuite du développement du procédé vise à améliorer l'intensité du faisceau de laser d'un facteur 100. Le gain de réaction devrait progresser ainsi drastiquement à des valeurs intéressantes pour une application pratique.