{"id":90263,"date":"2016-10-30T10:51:41","date_gmt":"2016-10-30T08:51:41","guid":{"rendered":"http:\/\/www.pauljorion.com\/blog\/?p=90263"},"modified":"2016-10-30T10:51:41","modified_gmt":"2016-10-30T08:51:41","slug":"nano-et-peta-vont-ils-eteindre-la-radio-activite-par-timiota","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.pauljorion.com\/blog\/2016\/10\/30\/nano-et-peta-vont-ils-eteindre-la-radio-activite-par-timiota\/","title":{"rendered":"Nano et P\u00e9ta vont-ils \u00e9teindre la radio-activit\u00e9\u00a0? par Timiota"},"content":{"rendered":"<blockquote><p>Billet invit\u00e9. Ouvert aux commentaires.<\/p><\/blockquote>\n<p>Des Nanoparticules et des P\u00e9tawatts pour \u00e9teindre la radioactivit\u00e9\u00a0? Une tranche de science pour y r\u00e9fl\u00e9chir, et d\u00e9passer aussi un peu ce cadre\u00a0:<\/p>\n<p>Un journal russe en fran\u00e7ais signalait en 2015 <a href=\"http:\/\/fr.rbth.com\/2015\/07\/17\/des-scientifiques-russes-realisent-une-percee-dans-le-traitement-des-dechets-nucleaires_258859\" target=\"_blank\">une perc\u00e9e possible dans la d\u00e9contamination radioactive, gr\u00e2ce \u00e0 des lasers et \u00e0 des nanoparticules<\/a>. Il s\u2019agit d\u2019une s\u00e9rie d\u2019\u00e9tudes dans l\u2019\u00e9quipe du prof. Shafeev (translitt\u00e9ration fran\u00e7aise Chafe\u00efev), <a href=\"http:\/\/link.springer.com\/article\/10.1134\/S0036024414110168\" target=\"_blank\">dont un exemple est ici<\/a>.<\/p>\n<p><!--more--><\/p>\n<p>La possibilit\u00e9 de d\u00e9clencher des transmutations par des lasers tr\u00e8s intenses a \u00e9t\u00e9 act\u00e9e en 2003 par une \u00e9quipe allemande (H. Schwoerer) <a href=\"http:\/\/www.nuklearforum.ch\/fr\/actualites\/e-bulletin\/transmutation-diode-129-induite-par-laser\" target=\"_blank\">confirm\u00e9e par celle de l\u2019universit\u00e9 Strathclyde de Glasgow notamment<\/a>. Le changement d\u2019isotope a pour but de se d\u00e9barrasser des isotopes de dur\u00e9e de vie interm\u00e9diaire (2 ans &#8211; 200000 ans), pour aller vers des cascades de d\u00e9sexcitation plus rapides ou des noyaux stables.<\/p>\n<p>Cette possibilit\u00e9 avait \u00e9t\u00e9 aussi envisag\u00e9e vers 2000-2003 par un chercheur fran\u00e7ais sp\u00e9cialiste des impulsions lasers et experts sur les sujets d\u2019\u00e9nergie, Charles Hirlimann, et qui a r\u00e9cemment traduit en anglais les propositions d\u2019une \u00e9quipe qu\u2019il a dirig\u00e9 \u00e0 l\u2019\u00e9poque <a href=\"https:\/\/arxiv.org\/ftp\/arxiv\/papers\/1603\/1603.08737.pdf\" target=\"_blank\">dans un document Arxiv<\/a> (Laser induced nuclear waste transmutation, paru en fran\u00e7ais dans la s\u00e9rie \u00ab\u00a0Lasers\u00a0et\u00a0Technologies\u00a0Femtosecondes\u00a0\u00bb,\u00a0M.\u00a0Sentis\u00a0and O.\u00a0Ut\u00e9za\u00a0Ed.,\u00a0(Publications de\u00a0l\u2019Universit\u00e9\u00a0de\u00a0Saint\u00e2\u20ac\u0090Etienne), p. 69-80, 2005.)<\/p>\n<p>Les trois derni\u00e8res lignes sugg\u00e8rent une politique \u00ab\u00a0du moins pire\u00a0\u00bb pour les centrales nucl\u00e9aires\u00a0: pr\u00e9voir en leur int\u00e9rieur un vaste espace de d\u00e9contamination sur place, en esp\u00e9rant qu\u2019on y arrive un jour \u00e0 \u00e9chelle industrielle. Pierre pour d\u00e9bats futurs \u00e0 garder en t\u00eate. (\u00ab\u00a0Note\u00a0added\u00a0at the\u00a0time\u00a0of\u00a0the\u00a0translation (March\u00a02016) :\u00a0The general idea sustaining this work is\u00a0that it would be safer to keep the nuclear waste confined inside the nuclear plant where it is generated. In this way, nuclear plants should add two more facilities : one for isotope separation and a large laser one.)<\/p>\n<p>Tout cela fait aussi penser au \u201c<a href=\"https:\/\/fr.wikipedia.org\/wiki\/Rubbiatron\" target=\"_blank\">Rubbiatron<\/a>\u201d, l\u2019id\u00e9e de Carlo Rubbia d\u2019avoir des r\u00e9acteurs sp\u00e9ciaux sous-critiques (qui n\u2019explosent pas mais n\u00e9cessitent un circuit d\u2019injection d\u2019\u00e9nergie par faisceaux) pour transmuter les restes dans les \u00ab\u00a0bons\u00a0\u00bb cycles.<\/p>\n<p>En ce qui concerne le m\u00e9canisme exact de la transmutation induite par laser, c\u2019est en gros ainsi\u00a0: un laser tr\u00e8s intense (t\u00e9rawatt 10^12 \u00e0 p\u00e9tawatt 10^15 W en puissance cr\u00eate) et tr\u00e8s focalis\u00e9 peut acc\u00e9l\u00e9rer des \u00e9lectrons jusqu\u2019\u00e0 des \u00e9nergies ultra-relativistes (\u00e9nergies cin\u00e9tiques de &gt; 10 MeV, l\u2019\u00e9nergie au repos \u00ab\u00a0E = mc\u00b2\u00a0\u00bb de l\u2019\u00e9lectron \u00e9tant 0,511 MeV), de par ses champs \u00e9lectriques et magn\u00e9tiques bien plus intenses que ceux qui retiennent les \u00e9lectrons autour des noyaux. Ces \u00e9lectrons immens\u00e9ment acc\u00e9l\u00e9r\u00e9s peuvent pour leur part freiner brutalement quand ils arrivent dans la mati\u00e8re. Ils induisent alors des douches de rayons gamma \u00e9nerg\u00e9tique par leur \u00ab\u00a0rayonnement de freinage\u00a0\u00bb (Bremsstrahlung, le m\u00eame que dans les synchrotrons fondamentalement), et ce sont ces rayons gamma qui en bout de chaine peuvent produire les transmutations d\u00e9sir\u00e9es. Le but est, rappelons-le, de transformer un \u00e9l\u00e9ment actif \u00e0 longue dur\u00e9e de vie (le C\u00e9sium Cs137\u00a0: 30 ans, les isotopes les pires du Plutonium Pu, qqs milliers d\u2019ann\u00e9es\u2026) en isotope \u00e0 courte dur\u00e9e de vie (jours ou secondes) pour retrouver de la mati\u00e8re manipulable et \u00ab\u00a0relax\u00e9e\u00a0\u00bb de son excitation interne.<\/p>\n<p>Comme l\u2019indique mon titre \u00ab\u00a0Nano et P\u00e9ta\u00a0\u00bb, je prends l\u2019occasion pour vous parler de ces nanotechnologies (1 nm = 1\/10^9 m) , des lasers p\u00e9tawatts (10^15 W) et de la radioactivit\u00e9 de divers points de vue.<\/p>\n<ul>\n<li>Effet tunnel\u00a0: Tout d\u2019abord, il faut comprendre au moins qualitativement pourquoi ce qu\u2019on fait avec un quelconque bout de tissu fluorescent (type gilet de s\u00e9curit\u00e9 jaune), \u00e0 savoir rentrer des photons dedans pour qu\u2019ils soient absorb\u00e9s, puis observer la d\u00e9sexcitation (jaune) des mol\u00e9cules qui rendent des photons d\u2019un peu moindre \u00e9nergie, pourquoi, donc, ceci n\u2019est pas si simple avec les noyaux radioactifs, pourquoi ils n\u2019ingurgitent pas facilement un p\u2019tit \u00e9lectron, un proton ou photon gamma, alors qu\u2019ils \u00e9mettent sans s\u2019arr\u00eater ce genre de chose.<\/li>\n<\/ul>\n<p>L\u2019explication pour la radioactivit\u00e9 alpha (on avait les donn\u00e9es d\u00e9j\u00e0\u2026) remonte \u00e0 <a href=\"https:\/\/fr.wikipedia.org\/wiki\/George_Gamow\" target=\"_blank\">George Gamow<\/a> (n\u00e9 \u00e0 Odessa en 1904\u2026) et aux d\u00e9buts de la physique quantique en 1928\u00a0: il y une barri\u00e8re pour sortir du noyau, tr\u00e8s \u00e9lev\u00e9e, mais franchissable \u00ab\u00a0par en-dessous\u00a0\u00bb\u00a0: par onde \u00e9vanescente dirait-on en optique. La barri\u00e8re est dite \u00ab\u00a0coulombienne\u00a0\u00bb\u00a0: venant de dehors, on rencontre le champ \u00e9lectrique du noyau de m\u00eame signe que la particule, donc r\u00e9pulsif, avant de ressentir l\u2019attraction de l\u2019interaction forte dans le noyau entre nucl\u00e9ons. La barri\u00e8re coulombienne est donc ce qui maintient un certain temps la particule dans le noyau. Pour un essai donn\u00e9 de passage \u00e0 travers la barri\u00e8re, toutefois la probabilit\u00e9 est infime, car la d\u00e9croissance de la probabilit\u00e9 de pr\u00e9sence (le module carr\u00e9 de la fonction d\u2019onde) dans la barri\u00e8re est une exponentielle tr\u00e8s rapidement d\u00e9croissante. Ce peut donc \u00eatre aussi petit que 10^-27 par passage\u00a0! Mais la particule prisonni\u00e8re fait un grand nombre de rebonds sur les barreaux de sa cage, peut-\u00eatre 10^20 par seconde. Du coup, au bout de 10^7 secondes, soit 100 jours, elle y arrive. A l\u2019inverse, si je me pointe \u00e0 l\u2019ext\u00e9rieur avec une \u00e9nergie comparable \u00e0 celle qu\u2019il faut pour retrouver la particule \u00e0 l\u2019int\u00e9rieur, la probabilit\u00e9 de passage ne change pas, pour l\u2019essentiel\u00a0: c\u2019est 10^-27 par essai. D\u2019o\u00f9 la n\u00e9cessit\u00e9 d\u2019un immense flux de particules et d\u2019un grand nombre de noyaux pour les recevoir si au final on veut observer quelques milliers seulement d\u2019\u00e9v\u00e8nements int\u00e9ressants (disons quelques milliers par seconde, dans un \u00e9chantillon d\u2019une mole, 6,02&#215;10^23 atomes, soit 235g d\u2019Uranium U235 par exemple (environ 11 cm3)). L\u2019exploit des exp\u00e9riences de 2003 de transmutation laser, c\u2019est d\u2019\u00eatre parvenu \u00e0 ce type de seuil\u00a0: cr\u00e9er assez de photons gamma pour observer des \u00e9v\u00e8nements en quantit\u00e9 scientifiquement convaincante.<\/p>\n<p>Mais le laser a ici un inconv\u00e9nient par rapport \u00e0 un flux d\u2019autres particules (neutrons, neutrinos, \u00e9lectrons, gamma,\u2026)\u00a0: de tels faisceaux tr\u00e8s focalis\u00e9s \u00e9tant prompt \u00e0 ioniser tous les atomes qu\u2019ils trouvent sur leur chemin, dans la zone du foyer (disons ~10 \u00b5m), on ne peut conduire le laser \u00e0 l\u2019int\u00e9rieur de la mati\u00e8re. C\u2019est \u00e0 v\u00e9rifier mais les transmutations observ\u00e9es ont d\u00fb l\u2019\u00eatre dans une couche tr\u00e8s mince d\u2019une fraction de micron, de sorte que les atomes relativement internes y recevaient les \u00e9lectrons acc\u00e9l\u00e9r\u00e9s issus des atomes externes dans une mutuelle proximit\u00e9. En revanche, un \u00e9chantillon de 1 mm d\u2019\u00e9paisseur pose un probl\u00e8me plus difficile, il faut le r\u00e9duire en poudre fine pour faire ce qu\u2019on veut. Ce probl\u00e8me de division de la mati\u00e8re n\u2019est pas sans rappeler les premi\u00e8res s\u00e9parations isotopiques du \u00ab\u00a0<a href=\"https:\/\/fr.wikipedia.org\/wiki\/Calutron\" target=\"_blank\">calutron<\/a>\u00a0\u00bb \u00e0 Oak Ridge pendant le projet Manhattan.<\/p>\n<ul>\n<li>Dans ce contexte, l\u2019annonce russe a un petit parfum de fusion froide. Les mots \u00ab\u00a0fusion froide\u00a0\u00bb figurent d\u2019ailleurs dans le titre d\u2019un des articles de Shafeev, celui dont j\u2019ai donn\u00e9 le lien plus haut [\u00ab\u00a0Nuclear-chemical processes under the conditions of laser ablation of metals in aqueous media (problems of \u201ccold fusion\u201d)\u00a0\u00bb].<\/li>\n<\/ul>\n<p>En 1989, \u00e0 l\u2019apparition m\u00e9diatique de la \u00ab\u00a0fusion froide\u00a0\u00bb, ce sont des \u00e9v\u00e8nements de fusion de deut\u00e9rium lorsque ces atomes sont mis en insertion\/solution solide dans le Palladium par voie \u00e9lectrolytique qui sont cens\u00e9s apparaitre, et on peut les d\u00e9tecter notamment par un exc\u00e8s de neutrons. Les \u00ab\u00a0inventeurs\u00a0\u00bb de la fusion froide, Pons et Fleischmann disent observer carr\u00e9ment un d\u00e9gagement de chaleur tr\u00e8s fort. Pons et Fleischmann sont des \u00e9lectrochimistes de renom, je le confirme car \u00e0 l\u2019\u00e9poque j\u2019avais juste fini ma th\u00e8se dans une petite \u00e9quipe dirig\u00e9e par un excellent \u00e9lectrochimiste\/physicien. La caract\u00e9risation par les neutrons, c&rsquo;est ce que mes voisins de labos plus exp\u00e9riment\u00e9s que moi \u00e0 l&rsquo;ENEA (le CEA italien) et l&rsquo;Istitutto di Struttura della Materia de Frascati, o\u00f9 je suis quelque temps, vont essayer de faire, avec des r\u00e9sultats au mieux mitig\u00e9s.<\/p>\n<p>On sait qu&rsquo;aujourd&rsquo;hui, la fusion froide n&rsquo;a gu\u00e8re prosp\u00e9r\u00e9 que comme secte. Avec son journal, son (ses ?) prototype(s ?) \u00ab\u00a0qui va\u2026\u00a0\u00bb, \u00ab\u00a0qui va bient\u00f4t\u2026\u00a0\u00bb, \u00ab\u00a0qui est presque d\u00e9j\u00e0\u00a0\u00bb , etc. J\u2019assume mon r\u00f4le de sceptique sur ce th\u00e8me.<\/p>\n<ul>\n<li>Pourquoi les Russes\u00a0dans cette \u00e9tude de d\u00e9contamination ? les Russes sont forts en lasers depuis assez longtemps, mais comparativement \u00e0 l&rsquo;ouest ou \u00e0 l&rsquo;Asie orientale, n&rsquo;ont pas eu acc\u00e8s \u00e0 de la nanotech \u00ab\u00a0d\u00e9terministe\u00a0\u00bb (structures faites sur mesure, avec insolation d&rsquo;une r\u00e9sine dans un microscope \u00e9lectronique en mode dit \u00ab\u00a0nanomasqueur\u00a0\u00bb, r\u00e9solution de 2&#8230;5 nm suivant r\u00e9sine, etc). Du coup, ils font beaucoup d\u2019investigations dans des milieux poreux, d\u00e9sordonn\u00e9s, composites. Pas d&rsquo;objection \u00e0 cela d&rsquo;ailleurs. Du coup, ils ont plus de chance d\u2019observer \u00ab\u00a0quelque chose dans un m\u00e9lange un peu compliqu\u00e9\u00a0\u00bb que ceux qui travaillent en isolant d\u2019abord des syst\u00e8mes \u00ab\u00a0propres\u00a0\u00bb.<\/li>\n<\/ul>\n<ul>\n<li>Nano \u00e0 la rescousse\u00a0? Le champ \u00e9lectrique d\u2019un laser doit \u00eatre assez fort pour ioniser puis acc\u00e9l\u00e9rer en 10^-15 seconde un \u00e9lectron. Or tout un chacun connait l\u2019effet de concentration du champ par les pointes, qui permet au paratonnerre de fonctionner. La m\u00eame histoire est d\u00e9clin\u00e9e (ad nauseam dirais-je) en nanophysique\u00a0: les affaires d&rsquo;exaltation du champ \u00e9lectrique pr\u00e8s des nanoparticules m\u00e9talliques, c&rsquo;est un des grands th\u00e8mes de la nanophysique, et d&rsquo;un de ses sous-ensemble le plus populaire, la \u00ab\u00a0plasmonique\u00a0\u00bb. C&rsquo;est toujours l&rsquo;effet paratonnerre mais appliqu\u00e9 \u00e0 une nanoparticule m\u00e9tallique\u00a0(plasmonique pour faire chic, du moment que les \u00e9lectrons mobiles y subissent assez peu de pertes ohmiques) de taille allant\u00a0de 1 nm \u00e0 100 nm. Le champ de l&rsquo;onde se renforce au bout, d&rsquo;un facteur pouvant en gros aller jusqu&rsquo;\u00e0 10^2. Suivant les effets physiques induits, la puissance est concentr\u00e9e d&rsquo;un facteur jusqu&rsquo;\u00e0 10^4 (d&rsquo;o\u00f9 par exemple de la fusion localis\u00e9e, ou des changements de phase localis\u00e9s).\n<\/li>\n<\/ul>\n<ul>\nLa prochaine g\u00e9n\u00e9ration de disque de Seagate ou Western Digital de ~15 TB (<a href=\"http:\/\/www.theregister.co.uk\/2016\/05\/12\/how_will_hamr_technology_affect_seagate_in_derry\/\" target=\"_blank\">commercialisation 2017<\/a>, <a href=\"https:\/\/www.google.fr\/patents\/US7272079\" target=\"_blank\">brevet\u00a0US 7,272,079 B2<\/a>, d\u00e9livr\u00e9 en 2007, demand\u00e9 en 2004, <a href=\"http:\/\/www.nature.com\/nphoton\/journal\/v3\/n4\/abs\/nphoton.2009.26.html\" target=\"_blank\">article public en 2009<\/a>) va mettre en oeuvre un chauffage localis\u00e9 de la piste magn\u00e9tique pour gagner en densit\u00e9 de bits :\u00a0ils sont si petits qu&rsquo;ils doivent \u00eatre faits de mat\u00e9riaux magn\u00e9tiques coercitifs pour tenir la route (et le temps) et que du coup, ils sont in\u00e9crivables \u00e0 l&rsquo;ambiante. On les chauffe donc \u00ab\u00a0au vol\u00a0\u00bb, en quelques nanosecondes, en proximit\u00e9 (10-20 nm) d&rsquo;un point chaud de type \u00ab\u00a0nano-paratonnerre\u00a0\u00bb (\u00ab\u00a0peg\u00a0\u00bb) illumin\u00e9 par un laser de quelques mW, de +300K (&#8211;&gt; on arrive vers ~ 600K, 300\u00b0C). Voir \u00ab\u00a0HAMR\u00a0\u00bb (<a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Heat-assisted_magnetic_recording\" target=\"_blank\">Heat Assisted Magnetic Recording<\/a>) dans Google.\n<\/ul>\n<ul>\n<li>Alors pourquoi pas un petit renforcement par effet de pointe\/plasmonique de l\u2019effet myst\u00e9rieux de transmutation induite par laser ? Sauf que les renforcements en question sont dus \u00e0 un comportement collectifs des \u00e9lectrons lorsqu\u2019ils sont assez mobiles et cela exige qu\u2019ils occupent les quelques orbitales du m\u00e9tal dites \u00ab\u00a0bande de conduction\u00a0\u00bb. Ces bandes ne sont qu\u2019un lointain souvenir aux \u00e9nergies de type 10 MeV dont il est question dans les travaux de transmutation laser. Il est donc tr\u00e8s peu probable que l\u2019effet de pointe puisse persister pour des puissances locales aussi consid\u00e9rable\u00a0: ces lasers d\u00e9truisent un peu tout sur leur passage. Il n\u2019est pas impossible qu\u2019un plasma cr\u00e9\u00e9 dans le d\u00e9but de l\u2019impulsion puis dont les \u00e9lectrons sont sur-acc\u00e9l\u00e9r\u00e9s dans le milieu de l\u2019impulsion fournissent les \u00e9nergies requises, mais l\u2019effet de pointe n\u2019y est pour rien, c\u2019est plut\u00f4t la facilit\u00e9 d\u2019ionisation etc. qui compterait. On peut donc difficilement dire que P\u00e9ta+Nano=1+1=2.<\/li>\n<\/ul>\n<ul>\n<li>Quelques consid\u00e9rations davantage sociologiques\/\u00e9pist\u00e9mologiques<\/li>\n<\/ul>\n<p>Autour de la plasmonique\u00a0: il me semble qu&rsquo;on a atteint un stade f\u00e9tichiste de la \u00ab\u00a0plasmonique\u00a0\u00bb des nano-objets, on en est \u00e0 la louche \u00e0 4 000 \u00e0 8 000 articles par an autour de ces sujets, pour des applications pratiques assez limit\u00e9es en comparaison \u00e0 d\u2019autres pouss\u00e9es de la science (je pense aux semi-conducteurs). A force de ne jurer que par ce type de physique, et de ne rien voir de tr\u00e8s passionnant (il doit rester 5% de choses vraiment int\u00e9ressantes et qui en valent la peine), il faut bien qu&rsquo;il se passe quelque chose. Alors pourquoi pas cet effet de transmutation et de synergie de type Nano+P\u00e9ta, pas plus convaincante que \u00e7a. C&rsquo;est \u00e0 peu pr\u00e8s du niveau des effets de sorcellerie dans les villages africains en crise de croissance, c&rsquo;est une fa\u00e7on d&rsquo;arr\u00eater de tous labourer le m\u00eame champ et de trouver (inconsciemment\/collectivement) un moyen d&rsquo;aller faire autre chose lorsque l\u2019heure d\u2019une scission a organiquement sonn\u00e9.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<blockquote>\n<p>Billet invit\u00e9. Ouvert aux commentaires.<\/p>\n<\/blockquote>\n<p>Des Nanoparticules et des P\u00e9tawatts pour \u00e9teindre la radioactivit\u00e9\u00a0? Une tranche de science pour y r\u00e9fl\u00e9chir, et d\u00e9passer aussi un peu ce cadre\u00a0:<\/p>\n<p>Un journal russe en fran\u00e7ais signalait en 2015 <a href=\"http:\/\/fr.rbth.com\/2015\/07\/17\/des-scientifiques-russes-realisent-une-percee-dans-le-traitement-des-dechets-nucleaires_258859\" target=\"_blank\">une perc\u00e9e possible dans la d\u00e9contamination radioactive, gr\u00e2ce \u00e0 des lasers et \u00e0 des nanoparticules<\/a>. 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