Les grandes réalisations d'une petite particule

En 1990, Énergie atomique du Canada ltée (EACL) recevait un prix pour avoir mis au point l'un des 100 plus importants produits techniques de l'année. Ce produit est une famille d'accélérateurs d'électrons appelée IMPELA (pour Industrial Materials Processing Electron Linear Accelerator ou accélérateur linéaire d'électrons pour le traitement industriel des matériaux) mise au point par le professeur J. McKeown du laboratoire de Chalk River de l'EACL en Ontario. Initialement, le professeur McKeown cherchait à mettre au point un accélérateur de protons destiné à devenir une nouvelle source de combustible pour une centrale nucléaire. Afin de se faciliter la tâche, il a conçu un accélérateur d'électrons plus petit et moins compliqué destiné à produire des faisceaux d'électrons à haute énergie qui pourraient simuler le comportement de faisceaux de protons énergiques. Ce sont ces efforts qui ont donné naissance à l'IMPELA.

La source des électrons du faisceau d'électrons de l'IMPELA est simple. Il suffit de brancher l'appareil dans une prise murale. Cette dernière fournit l'énergie nécessaire pour fair chauffer les fils du canon à électrons (semblable à celui qui se trouve dans votre téléviseur), lequel produit les électrons et en les concentrant en un seul faisceau qui produit de 5 MeV à 18 MeV (millions d'électronvolts) d'énergie et fournit entre 20 kW et 250 kW de puissance (énergie/seconde). Ce nouvel accélérateur d'électrons a beaucoup de succès parce qu'aucun autre appareil de genre n'offre à la fois une énergie élevée et un faisceau d'électrons haute puissance. Plus le faisceau dégage d'énergie, plus les électrons peuvent pénétrer la matière cible en profondeur et plus on peut développer d'applications pour le faisceau.

Mais que pouvons-nous faire de ce faisceau d'électrons concentré et à déplacement rapide? On peut s'en servir pour balayer différentes matières afin d'en modifier la structure chimique par polymérisation, réticulation et activation des radicaux libres. Comment fonctionne-t-il? vous avez sans doute déjà entendu parler des rayons X. L'IMPELA produit des rayons X qui sont des particules lumineuses à haute énergie (ou photons). Le faisceau d'électrons produit ces rayons en bombardant les atomes cibles et en déplaçant un électron dans leur enveloppe intérieure. Le vide créé est rempli par un électron d'un moment de sa transition vers le niveau énergétique inférieur. En outre, le faisceau d'électrons peut retirer les électrons de valence (extérieurs) de l'atome cible les rendant ainsi très instables et hautement réactifs. La présence de ces intermédiaires à haute énergie entraîne des réactions et des modifications chimiques dans la matière cible.

Ce processus est particulièrement précieux pour l'industrie de la cellulose. Cette dernière est un polymère que l'on trouve dans la paroi des cellules des plantes. Il s'agit du polymère naturel le plus abondant au monde. Ce polymère est extrait de copeaux de bois dans le cadre d'un processus appelé désintégration. La cellulose est la matière première qui sert à la fabrication du papier et de la viscose et, lorqu'elle est traitée préalablement à l'aide d'un faisceau d'électrons, elle devient beacoup plus réceptive aux produits chimiques utilisés dans le processus de désintégration (disulfure de carbone, soude et acides). En conséquence, le traitement aux électrons réduit grandement les quantités de produits chimiques nécessaires. La viscose obtenue à partir de la cellulose est utilisé dans les produits comme les vêtements, les rubans, les textiles, le cellophane, les tuyaux renforcés et les courroies. Le faisceau d'électrons peut également servir à réduire les quantités de produits chimiques dangereux utilisés dans l'industrie du plastique pour durcir (polymériser), réticuler (joindre les chaînes adjacentes de polymères) et gareffer (attacher de nouvelles molécules à la surface des polymères. Cette réduction de l'utilisation de produits chimiques et le remplacement des rayons gamma émis par les sources radioactives, comme le cobalt-60, par des faisceaux d'électrons dans certaines applications démontre que ces faisceaux sont respectueux de l'environnement. Le faisceau d'électrons tue également les bactéries, les virus et les champignons et peut être utilisé dans la stérilisation des fournitures médicales, la désinfection des produits agricoles, de même que dans le traitement des eaux usées.