CONTACT: L'hiver - édition pour les enfants

HIVER 2022

Le numéro "FROID"

Bonjour les enfants!

Nous savons qu’il y a de nombreuses activités amusantes à pratiquer pendant les mois d’hiver, comme la glissade, le ski et le patinage, mais si vous avez besoin d’une pause de la neige et du froid, pourquoi ne pas construire un fort dans la maison ou vous blottir au fond du canapé avec une couverture chaude et lire le dernier numéro de CONTACT Enfants.

Comme c’est l’hiver, nous avons décidé de faire de cette édition notre numéro FROID et de montrer comment nous appliquons les températures froides aux recherches que nous menons. Dans ce numéro, vous découvrirez les effets du froid sur le béton, les températures chaudes et froides dans la fusion, et comment mettre une « couverture » sur un bâtiment!

Comme toujours, nous serions ravis d’avoir de tes nouvelles, toi, notre lecteur, et de recevoir tes chefs-d’œuvre et tes casse-têtes. Tu peux toujours envoyer tes questions ou tes projets créatifs à communications@cnl.ca.

Jennifer Gardner, rédactrice en chef communications@cnl.ca Qu’a dit Jack Frost au Bonhomme hiver?

T’es COOL mon bonhomme!

Mettre une « couverture » sur un bâtiment » Les couvertures sont parfaites pour s’emmitoufler quand on a froid, mais ce n’est pas tout ce qu’elles peuvent faire. Sur le site de Chalk River, nous utilisons même des « couvertures » à l’extérieur de certains de nos vieux bâtiments pour garder le bois chaud et sec.

Certains des vieux bâtiments ont de vieilles tuiles à l’extérieur qui protègent les bâtiments des intempéries comme les tempêtes de neige en hiver. Avant de démolir les vieux bâtiments, nous devons enlever ces tuiles afin de protéger l’environnement des débris lorsque nous commencerons à utiliser de grosses machines comme les excavatrices pour les faire tomber.

Une fois les tuiles retirées, le bois qui se trouve derrière n’est plus protégé des intempéries.

Ainsi, pour protéger le bâtiment des intempéries et aider maintenir l’intérieur du bâtiment un peu plus chaud et sec, nous enroulons soigneusement une fine « couverture » en Tyvek sur le bois tout autour du bâtiment. Nous posons soigneusement une fine « couverture » en plastique sur le bois tout autour du bâtiment. Cette « couverture » est appelée Tyvek. Le Tyvek est si solide que ni la glace ni la neige ne peuvent pas le briser, ce qui permet de garder le bois chaud et sec.

Le matériau est si résistant qu’il reste même collé au bois lorsque les bâtiments sont démolis!

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Fusion : De -240˚ C à +200 million˚ C La fusion nucléaire. C’est l’énergie qui alimente le soleil.

Lorsque deux atomes d’hydrogène sont fusionnés, de l’énergie, sous forme de chaleur et de lumière, est libérée.

Depuis des décennies, les scientifiques étudient comment créer la fusion nucléaire sur Terre. C’est un défi de taille, car les réactions de fusion ne se produisent qu’à des températures et des pressions extrêmement élevées, comme sur le soleil. Mais avant d’obtenir une fusion vraiment très chaude, il faut une science vraiment très froide.

Deux isotopes de l’hydrogène - le deutérium et le tritium peuvent être utilisés comme combustible dans les réacteurs à fusion. Les LNC sont capables de séparer ces isotopes d’hydrogène rares. Nous soutenons également d’autres entreprises qui conçoivent et construisent leurs propres systèmes de combustible pour leurs réacteurs de fusion nucléaire. Comment ce processus de séparation fonctionnet-il pour les expériences de fusion nucléaire?

D’abord, l’hydrogène gazeux est refroidi à - 250 ˚C; c’est

tellement froid que l’hydrogène gazeux devient liquide.

Ce liquide est ensuite placé dans une grande colonne.

La température de cette colonne est très soigneusement contrôlée et, à mesure qu’elle se réchauffe, les différents isotopes commencent à se séparer à des températures différentes. Chaque isotope a un point d’ébullition très légèrement différent : le tritium se transforme en gaz à 248 ˚C, le deutérium à - 249 ˚C, et l’hydrogène (protium) à - 252 ˚C. Pour cette raison, nous pouvons capturer les isotopes sous forme de gaz lorsqu’ils commencent à bouillir à mesure que le liquide se réchauffe.

Une fois les isotopes séparés, le deutérium et le tritium sont prêts à être utilisés dans des réacteurs à fusion nucléaire pour recréer cette même « puissance des étoiles » ici sur Terre.

Pour réaliser la fusion sur Terre, les températures dans les réacteurs doivent être encore plus élevées que celles du noyau solaire – 200 millions de degrés Celsius.

L’année dernière, les LNC ont signé une entente avec General Fusion pour travailler ensemble sur la gestion du tritium dans les systèmes d’énergie de fusion; plus précisément, pour explorer le processus d’extraction du tritium du métal liquide pour fournir une réserve illimitée de « combustible de fusion ».

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Congelé!

Des recherches pour surveiller les effets du froid sur le béton L’industrie nucléaire utilise du béton, beaucoup de béton, pour construire les réacteurs. C’est pourquoi notre industrie effectue également de nombreuses recherches pour s’assurer que le béton que nous utilisons fait ce qu’il est censé faire. Alors que nous commençons à envisager de nouvelles technologies de réacteurs, comme les petits réacteurs modulaires (PRM), et des utilisations possibles dans les régions arctiques, nous devons nous assurer que nous comprenons comment les conditions de froid affectent cet important matériau de construction.

Nous utilisons déjà un certain nombre de techniques pour comprendre et surveiller l’état du béton. Les questions auxquelles nous devons répondre concernent l’efficacité de ces mêmes sondes de surveillance en cas de froid extrême, ou tout au long des fluctuations météorologiques; les températures dans la région arctique canadienne peuvent varier de + 34 degrés en été à - 58 degrés en hiver.

Ces changements de température créent un stress dans le béton, ainsi que dans les instruments que nous plaçons à l’intérieur.

L’équipe des technologies d’inspection et de surveillance des LNC ont lancé un

projet pour mieux étudier ces questions.

Dans un congélateur de taille industrielle réglé à - 30 degrés, l’équipe a placé un cube de béton de 60 cm x 60 cm x 60 cm. Un certain nombre de capteurs ont été placés dans ce cube de béton, dont des paires de sondes à ultrasons pour surveiller les changements dans la résistance du béton, ainsi que 15 thermistances afin de mesurer la température à l’intérieur du bloc de béton.

Au cours des dernières années, le bloc a subi des cycles de gel et de dégel.

Le bloc est congelé à moins de - 20 degrés, puis dégelé à + 4 degrés sur une période de deux jours. Ensuite, le cycle recommence, et le bloc est refroidi à 20. Les températures sont contrôlées à la moitié du cycle. Tout le câblage passe par un port d’accès scellé, il n’est donc pas nécessaire d’ouvrir la porte.

Grâce à ce cycle, nous sommes en mesure de comprendre les répercussions des fluctuations de température sur le béton, mais aussi de tester notre équipement pour nous assurer qu’il est suffisamment durable pour résister aux conditions climatiques de l’Arctique canadien.

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Bouchons de congélation – Une façon cool de sceller les tuyaux Dans le cœur d’un réacteur nucléaire (la cuve du réacteur) se trouvent des centaines de tuyaux (canaux de combustible). Pour que le réacteur fonctionne en toute sécurité et pour évacuer l’énergie thermique utilisée pour produire de l’électricité, de l’eau est pompée dans chacun de ces tuyaux. Un cœur de réa

c CANDU6 teur

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Pour vous donner une idée de ce à quoi cela ressemble, imaginez un paquet de pailles, chacune traversée par de l’eau.

Les canaux de combustible sont attachés à chaque extrémité à un système de tuyaux plus larges appelé collecteur. L’eau entre d’un côté et sort de l’autre, ce qui constitue essentiellement une boucle fermée.

Si un opérateur du réacteur doit examiner une partie de ce système de refroidissement, il doit isoler le canal individuel, sinon l’eau s’échapperait. Pour ce faire, les opérateurs du réacteur utilisent une technique appelée « bouchon de congélation ».

Les mots décrivent exactement ce que c’est. Lorsque le réacteur est arrêté, un outil est utilisé pour envelopper le canal de combustible dans une enveloppe ou une couverture remplie d’azote liquide. L’azote est très froid, à - 196 degrés Celsius, et il gèle un bloc d’eau solide à l’intérieur du canal de combustible, empêchant toute fuite d’eau vers l’intérieur ou l’extérieur. Quand le bouchon de glace gelé en place, l’équipe peut alors retirer en toute sécurité une section de la tuyauterie ou un morceau de matériau. Dans de nombreux cas, ici au Canada, ces matériaux sont ensuite envoyés aux LNC pour que nous puissions les examiner. Nous utilisons notre équipement scientifique pour examiner les pièces métalliques et comprendre leur état.

Lorsque le canal de combustible ou la pièce du réacteur a été réparé ou remplacé, la couverture d’azote liquide est retirée, le bouchon de glace fond et le réacteur peut à nouveau fonctionner normalement.

Les bouchons de congélation sont une solution très simple à ce qui serait autrement une tâche très compliquée.

Les réacteurs de puissance CANDU, le type que nous utilisons ici au Canada, utilisent de « l’eau lourde » comme liquide de refroidissement. L’eau lourde gèle à une température différente, soit 3,8 degrés Celsius, ce qui est un peu plus chaud que « l’eau légère » ordinaire qui gèle à 0 degré Celsius.

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Supraconductivité Une science magique? À très basse température (- 196,2° C et moins), certains matériaux peuvent devenir de « parfaits » conducteurs d’électricité. Lorsqu’ils sont refroidis en dessous de certaines températures, ces matériaux ne présentent tout simplement plus aucune résistance au courant électrique; l’électricité peut alors traverser le matériau sans aucune perte d’énergie! Ce phénomène, appelé « supraconductivité », est mis à profit dans de nombreuses applications différentes.

Lorsqu’un supraconducteur est refroidi en dessous de cette température déterminée, il repousse également les champs magnétiques de son intérieur. Cela signifie qu’un aimant peut être maintenu au-dessus, au-dessous ou à côté d’un supraconducteur. Cette science est également celle qui est à la base du fonctionnement du train le plus rapide du monde, le SC-Maglev (sustentation magnétique supraconductrice).

Les aimants supraconducteurs du train sont refroidis à des températures extrêmes et font que le train lévite ou flotte « comme par magie » à 10 cm du sol. Sans aucune friction, il peut voyager à des vitesses très élevées. En fait, le train roule sans roues, ou vole sans ailes!

Le train SC-Maglev le plus rapide peut désormais atteindre une vitesse de 600 kilomètres à l’heure. Non seulement ces trains amènent les passagers à leur destination plus rapidement que les trains traditionnels et à des vitesses qui peuvent rivaliser avec celles des avions, mais ils le font avec moins de répercussions sur l’environnement.

La supraconductivité est également la science à l’origine de l’IRM ou imagerie par résonance magnétique, l’une des plus importantes techniques d’imagerie médicale actuelles. Les champs magnétiques très puissants requis par cette technique ne peuvent être obtenus que par l’utilisation d’aimants supraconducteurs. Les appareils d’IRM les plus puissants du monde repoussent aujourd’hui les limites de l’imagerie humaine. Les images du cerveau humain qu’ils peuvent capturer dépassent toutes autres prises auparavant!

Il ne fait aucun doute que la science de la supraconductivité est étonnante. Aux LNC, les scientifiques étudient depuis des années les propriétés fondamentales des supraconducteurs et commencent tout juste à se pencher sur les applications de ces matériaux et d’autres matériaux quantiques dans le domaine de la sécurité et de la sûreté.

En photo : Le train Maglev Transrapid de Shanghai (Photo de Max Talbot-Minkin CC 2.0)

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Les LNC testent actuellement un nouveau détecteur de matières nucléaires spéciales appelé ALARM (de l’anglais « A Liquid Argon Radiation Monitor »). Bien que de nombreux pays disposent déjà de systèmes efficaces pour détecter les matières nucléaires spéciales, nous sommes toujours, dans le cadre de notre programme de sécurité et de sûreté, à la recherche de moyens d’apporter des améliorations. L’idée d’utiliser de l’argon liquide est l’un de ces moyens.

Au cœur de l’ALARM se trouve une sphère remplie d’argon liquide. L’argon est ce que l’on appelle un matériau cryogénique, et il doit être maintenu très froid sinon il se transforme en gaz. Nous maintenons l’argon liquide à une température de - 186 degrés Celsius. Et c’est sans compter le refroidissement éolien! Si l’argon se réchauffe et se transforme en gaz, cela fonctionnera toujours, mais pas très bien.

Les matériaux radioactifs « rayonnent » constamment de l’énergie sous forme de neutrons ou de particules gamma, bêta ou alpha. Si un rayonnement passe dans cet argon liquide, l’interaction crée un flash de lumière ultraviolette. Le détecteur ALARM capte cette lumière, l’amplifie et la mesure. La quantité de lumière détectée nous indique l’énergie du rayonnement. Et l’énergie du rayonnement nous aidera à déterminer la nature du matériau qui a émis ce rayonnement.

Bien que l’argon liquide doive être conservé très froid, il présente de nombreux avantages par rapport à certains systèmes de détection actuels. Comme il est liquide, il peut être conservé dans des récipients de toutes sortes de formes et de tailles, selon la manière que vous souhaitez utiliser le détecteur. Et, deuxièmement, il est peu coûteux et facile à obtenir.

Cette année, l’équipe des LNC travaille à l’assemblage et se prépare à faire fonctionner le détecteur en utilisant les matériaux que nous conservons en sécurité dans nos laboratoires sécurisés. Bien que les problèmes que nous essayons de résoudre aux LNC soient de nature plus terrestre que la matière noire, on ne sait jamais quelle idée « extraordinaire » en science fondamentale est la clé pour rendre le monde plus sûr et plus sécuritaire.

L’argon li détecte quide dans le plus fro ur (- 186 ˚C) e id que st la lune la surface de (- 173 ˚C )!

UN FROID ALARMANT! LES LNC ÉLABORENT UN TYPE DE DÉTECTEUR AU COEUR TRÈS FROID

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MOTS

MÉLANGÉS!

Êtes-vous capable de démêler les mots clés de ce numéro de CONTACT enfants?

Envoyez une photo de votre page complétée à communications@cnl.ca et vous pourriez gagner un prix!

Cache-cache!

Pouvez-vous trouver tous ces articles dans ce numéro de CONTACT enfants? Il suffit d’écrire dans le petit cercle à quelle page vous les avez trouvés. Envoyez votre participation, et vous pourriez gagner un prix!

DIFOR GLENOCE NOEBT SINOUF

Isla

RGAON NIETARG TZOAE QUIEDILI ALGEC

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Défi « Fais-moi un dessin »!

Pour le défi artistique de ce numéro, peux-tu nous faire un dessin de ton activité hivernale préférée?

Lorsque tu auras terminé ton œuvre, envoie sa photo à communications@cnl.ca.

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Dans cette rubrique, nous présenterons des images de nos laboratoires de sciences des matériaux afin que tu puisses voir de plus près notre monde. Dans ce cas-ci, nous te présentons une vue rapprochée du granite, la roche dont sont faites les pierres de curling. Les photos ont été prises en mode électrons rétrodiffusés, ce qui nous permet de voir les zones de l’échantillon qui ont des compositions différentes.

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Communications de l’entreprise, LNC 286, chemin Plant, succursale 700 A Chalk River (Ontario) K0J 1J0 1-800-364-6989 communications@cnl.ca www.cnl.ca/?lang=fr

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Fait amusant n° 3 Le granit est un e roche ignée, ce qui signifie qu ’elle s’est formée à partir de lave en fusion dans les profondeurs de la croûte terres tre.

Si tu as une question à poser à l’un ou l’une de nos scientifiques, envoie-la par courriel à l’adresse communications@cnl.ca.

Nous en parlerons dans le prochain numéro!

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