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Apr 28, 2023

À l'intérieur du laboratoire de génie nucléaire de l'UNLV

Lab développe une nouvelle technologie de détection des rayonnements tout en construisant un pipeline pour

Lab développe une nouvelle technologie de détection des rayonnements tout en construisant un pipeline pour la prochaine génération d'ingénieurs nucléaires.

Le doctorant Charles Han travaille au sein du laboratoire de génie nucléaire de l'UNLV, qui travaille au développement de nouvelles technologies de détection des rayonnements. (Josh Hawkins/UNLV)

Les panneaux d'avertissement jaune vif affichés dans toute la pièce, associés aux mots «matière radioactive», feraient attention à tout visiteur du laboratoire de génie nucléaire de l'UNLV. Et bien que le laboratoire conserve de petites sources de rayonnement sous plusieurs couches de serrures et de clés à des fins de recherche, il existe un autre domaine – plus petit et sans grande fanfare, mais avec un peu de jeu de mots – qui révèle le but ultime du laboratoire.

Placés le long d'un classeur - une sorte de tableau d'affichage de fortune - près du coin de la pièce se trouvent une série de certificats notant les réalisations récentes des étudiants sous le titre "Enrichir l'élément humain du nucléaire".

Non, le laboratoire de génie nucléaire de l'UNLV n'enrichit pas d'uranium-235. Il cultive cependant la prochaine génération d'ingénieurs nucléaires.

Jetons un coup d'œil à l'intérieur.

Le Laboratoire de Génie Nucléaire porte un nom "simple et précis", explique son directeur Alex Barzilov.

"C'est un environnement de travail normal, comme votre garage ou un atelier d'usinage", a déclaré Barzilov, professeur de génie mécanique à l'UNLV. "C'est ce que nous faisons. Nous assemblons des pièces et essayons des choses."

Mais l'œuvre est beaucoup plus grandiose — et plus importante — que ne le suggère la description de Barzilov.

Autrement dit : le laboratoire est à la pointe des nouvelles technologies de détection des rayonnements dans le but de soutenir la sécurité nationale et la gestion environnementale des installations radioactives.

Le laboratoire a une sensation de garage arrière, en partie mise en évidence par la porte basculante rouge vif à enroulement qui peut être vue depuis le trottoir entre l'annexe White Hall (WHA) et TBE-B. Contribuant également à l'ambiance de l'atelier d'usinage, la clôture à mailles losangées séparant les deux zones principales du laboratoire, avec une troisième zone - tout au fond de l'espace - dédiée à la sécurisation des sources de rayonnement.

Le premier domaine est dédié à la modélisation informatique haute fidélité des projets de physique des réacteurs nucléaires. Un type de réacteur qu'ils étudient — les réacteurs à sels fondus — est en cours de développement, et les simulations permettent aux étudiants d'étudier et de rechercher de nouvelles conceptions pour la production nucléaire d'énergie électrique.

Le bricolage commence de l'autre côté de la clôture, où les étudiants travaillent avec des appareils, comme un détecteur au germanium de haute pureté (HPGe) ou un détecteur au tellurure de zinc et de césium (CZT), pour utiliser des méthodes de détection de rayonnement pour diverses applications telles que le dosage de radioactifs échantillons et télédétection de rayonnement à l'aide de drones.

Sur le mur au-dessus sont accrochés deux drones de première génération, l'un peint en camouflage et l'autre orné des couleurs UNLV, et la preuve d'un partenariat de longue date avec le laboratoire de drones de Woosoon Yim juste au bout du couloir.

Les drones à voilure fixe qui ressemblent à des mini-avions donnent un clin d'œil à l'histoire du laboratoire, mais aussi à sa destination. Le professeur de génie mécanique à la retraite William Culbreth a lancé le laboratoire, et Barzilov a pris la direction lorsqu'il est arrivé à l'université il y a plus de 10 ans.

Le laboratoire entretient un partenariat de longue date avec le Nevada National Security Site (NNSS) et d'autres laboratoires nationaux.

Ces partenariats sont également un clin d'œil à l'objectif primordial du laboratoire de génie nucléaire : soutenir les efforts de sécurité nationale grâce au développement de nouveaux détecteurs de rayonnement.

Les détecteurs sont basés sur des cristaux semi-conducteurs, qui sont développés en laboratoire par un processus très complexe, et dans leur incarnation finale sont capables de capturer les rayons gamma. Ils peuvent être attachés à des drones – des versions plus avancées de ceux qui ornent actuellement les murs – pour prendre en charge la détection des rayonnements à distance.

"Des détecteurs sont attachés à la plate-forme robotique qui peut voler ou conduire, et ce robot peut se déplacer en transmettant des signaux", a déclaré Barzilov. "Ils peuvent se rendre dans des zones dangereuses où les gens ne peuvent pas. Nous mettons les robots au travail pour nous."

Interrogé sur son parcours, Barzilov - qui a remporté des prix d'enseignement et de recherche distingués du College of Engineering ces dernières années - a presque immédiatement tourné les projecteurs sur ses étudiants et le travail.

"Mon travail consiste à faire de nouvelles choses sympas que personne n'a faites auparavant", a-t-il déclaré. "C'est ce que n'importe quel scientifique peut dire."

Dix étudiants diplômés - sept doctorants. et trois étudiants à la maîtrise — travaillent actuellement sur une variété de projets à différentes étapes. Barzilov travaille également avec des étudiants de premier cycle, soutenant des projets étudiants dans le cadre de l'expérience culminante du collège pour les étudiants diplômés: Senior Design Competition.

doctorat Kaleab Ayelew, étudiant, a travaillé avec Barzilov pour remplacer les détecteurs HPGe par quelque chose de mieux. Ces détecteurs - en forme de gros cylindre - sont techniquement les dispositifs les plus "à la pointe de la technologie" disponibles pour les premiers intervenants à emporter sur le terrain pour mesurer les niveaux de rayonnement en cas de rejet radiologique. Cependant, ils doivent être refroidis cryogéniquement à moins 196 degrés Celsius pour fonctionner.

"Il est très difficile de déployer cela sur le terrain", a déclaré Barzilov. "Nous avons besoin de quelque chose qui soit moins cher, plus efficace et qui puisse fonctionner à température ambiante."

Les étudiants diplômés et Barzilov ont essayé de trouver une solution. Pour ce faire, ils ont testé de nouveaux matériaux en développant leurs propres cristaux semi-conducteurs inorganiques à l'aide de la méthode Bridgman, et des cristaux semi-conducteurs hybrides organiques-inorganiques à l'aide de techniques de solution.

Dans le four Bridgman, un grand appareil semblable à un thermos qui s'ouvre comme une valise, ils font pousser des cristaux inorganiques à partir de leur propre fonte. Le four est séparé en trois zones de température et peut faire pousser plus d'un cristal à la fois, mais généralement, l'équipe les fait pousser un à la fois.

"Nous préparons une poudre pure, qui est chauffée et devient liquide, puis nous la refroidissons pour que le cristal se développe", explique Barzilov. "Nous allons de la poudre, au matériau, à l'appareil, puis à l'application. Nous couvrons tout le continuum."

À la suite de son travail au laboratoire, Ayelew a déjà une offre d'emploi du NNSS qui l'attend après l'obtention de son diplôme. C'est courant pour les étudiants impliqués dans le laboratoire Barzilov.

"Beaucoup de mes étudiants obtiennent un emploi avant d'avoir obtenu leur diplôme", a déclaré Barzilov.

Ce bilan positif est résumé dans un nouveau projet que Barzilov a lancé en 2021 : le Consortium pour la science et la technologie de la sécurité nucléaire. Avec un financement de 3 millions de dollars de l'Administration nationale de la sécurité nucléaire par le biais du programme de partenariat des institutions au service des minorités, le consortium conçoit et construit un pipeline durable d'étudiants talentueux entre les sites et les laboratoires du ministère de l'Énergie et les institutions au service des minorités qui font partie de le programme.

Le consortium a entièrement financé neuf doctorats. étudiants, dont deux étudiants chacun dans les universités partenaires, l'Université du Nouveau-Mexique et l'Université de l'Illinois à Chicago.

"Nous construisons un pipeline vraiment fluide de développement de la main-d'œuvre", a déclaré Barzilov. "Nos étudiants ont la possibilité d'obtenir des stages et des emplois avec les Laboratoires Nationaux. C'est bien !"

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