Réacteur NRX

Après la Seconde Guerre mondiale, le Canada s’est retrouvé avec la deuxième infrastructure nucléaire en importance au monde (après les États-Unis) et en mesure de jouer un rôle dominant dans la recherche subatomique. Il a maintenu son appui aux programmes d’armement britannique et américain, tout en poursuivant ses efforts en vue de mettre au point un puissant réacteur de recherche nucléaire. En 1947, le réacteur national de recherche expérimental (NXR) de 20 MW entrait en service dans les Laboratoires de Chalk River. Conçu pour jouer un rôle clé en matière de sciences et d’innovation, ce réacteur a toujours été au cœur du Projet atomique du Centre national de recherches. Pendant un certain temps, il a d’ailleurs été le réacteur de recherche le plus puissant du monde, produisant vers le milieu des années 1950 plus de 40 millions de watts de chaleur et propulsant le Canada au premier plan de la recherche en physique.

Même si le but était au départ de faire la démonstration d’une production expérimentale de plutonium utilisable à des fins militaires au profit des États-Unis, ce qui fut sa vocation jusqu’au début des années 1950, le réacteur NRX était doté de mécanismes pour produire des isotopes et effectuer des expériences sur des faisceaux de neutrons. Il comportait sur son périmètre un grand nombre de fenêtres de sortie de faisceaux permettant aux neutrons et au rayonnement gamma de s’échapper, ainsi que des canaux d’accès pour la réalisation d’expériences à l’intérieur du cœur du réacteur. À l’époque, la science et la technologie nucléaires en étaient à leurs premiers balbutiements et les scientifiques du Conseil national de recherches du Canada (CNRC) avaient conçu le réacteur NRX pour en faire un appareil souple et polyvalent.

NRX Reactor
Hall du réacteur NRX – le cœur se trouve dans la structure cylindrique centrale. Les expériences étaient concentrées autour des fenêtres de sortie de faisceaux.

La production d’isotopes a été l’une des premières innovations. À l’instar du ZEEP, le réacteur NRX utilisait comme combustible l’uranium naturel et comme modérateur l’eau lourde. Une fois que la réaction en chaîne nucléaire amorcée, il fournissait une source intense et constante de neutrons qui permettait de fabriquer des isotopes de façon beaucoup plus efficace que toute autre méthode auparavant disponible.

Parmi les nombreux neutrons libres dans le cœur du réacteur NRX, les atomes d’un élément pouvaient en capturer et devenir des isotopes plus lourds de cet élément. Au départ, de petites quantités d’isotopes furent produites – principalement pour servir de traceurs chimiques dans les universités.

Mais une innovation révolutionnaire pointait à l’horizon : le champ de la médecine nucléaire moderne. En trois ans, le Canada établira sur le campus de Chalk River des laboratoires nucléaires de calibre mondial, dont l’élément clé est le réacteur nucléaire le plus puissant du monde – une source intense de neutrons.

Médecine nucléaire

On utilisait déjà le radium dans certains traitements médicaux, mais les scientifiques découvrirent que le cobalt 60 pouvait fournir une source intense de rayonnement gamma permettant de tuer les cellules cancéreuses.

En 1951, c’est le Canada qui donna le coup d’envoi à la médecine nucléaire mondiale en construisant les deux premiers appareils de cancérothérapie au cobalt 60 (radio-isotopes). Le premier appareil de traitement du cancer utilisant le cobalt 60 avait été construit par Eldorado Mining and Refining Ltée (rattaché par la suite à Énergie atomique du Canada limitée) et installé à l’hôpital Victoria de London, en Ontario, le 27 octobre 1951. Harold Johns, physicien canadien responsable de la radiothérapie pour la Saskatchewan Cancer Commission à Saskatoon, conçut également un appareil de radiothérapie à faisceau dirigé au cobalt 60 avec lequel il traita son premier patient à Saskatoon le 8 novembre 1951, à peine 12 jours après que l’appareil d’Eldorado eut été utilisé pour la première fois à London. Le Canada, qui a été pendant de nombreuses années le seul pays capable de produire du cobalt 60, répond encore aujourd’hui à plus de 80 % de la demande mondiale.

Le 12 décembre 1952, l’approvisionnement en isotopes produits au moyen du réacteur NRX fut interrompu par suite de la fusion partielle du cœur du réacteur provoquée par une erreur de l’opérateur et de problèmes mécaniques dans les systèmes d’arrêt. Certaines gaines de combustible explosèrent, entraînant le rejet de matières radioactives, contenues pour la plupart dans le bâtiment du réacteur. Il fallut des mois pour décontaminer le site. On a enlevé et enterré le cœur du réacteur pour en installer un nouveau. Dans les deux années qui ont suivi, la réfection a été effectuée et le réacteur a été remis à en marche, cette fois à une puissance supérieure (en bout de ligne 42 MW). Les leçons tirées de l’accident de 1952 ont fait grandement avancer le domaine de la sûreté des réacteurs et les principes qu’il a fait ressortir (diversité et indépendance des systèmes de sûreté, capacité d’arrêt garanti et efficacité de l’interface homme-machine) sont devenus des éléments fondamentaux de la conception de réacteurs.

Le réacteur NRX avait été conçu en temps de guerre à des fins militaires, mais ses concepteurs avaient également songé à de nombreux autres usages scientifiques et industriels. Alors que les scientifiques affluaient de partout dans le monde à Chalk River pour faire des recherches à l’aide de ce nouvel outil puissant, l’une des premières applications étudiées fut la production d’isotopes médicaux comme l’iode 131, le phosphore 32, le carbone 14 et le cobalt 60.

Faisant fond sur cette première innovation, le Canada abrite maintenant l’industrie d’isotopes médicaux la plus importante du monde. Après 45 années de services inestimables, le réacteur NRX a été mis hors service en 1992.