Etude de molécules aromatiques scintillantes, application à l'analyse de traces d'actinides par scintillation liquide alpha pour l'environnement

par Cédric Aubert

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Jean-Claude Mialocq.

Soutenue en 2002

à Paris 11, Orsay .


  • Résumé

    Une méthode récente de mesure des actinides par scintillation liquide permet la détermination des émetteurs α présents dans l'environnement à des concentrations très faibles. Ces mesures permettent de vérifier l'application des traités de non prolifération, le contrôle de l'arrêt total des essais nucléaires et de surveiller l'activité de certains radionucléides. La scintillation liquide α avec rejet des émissions β/γ allie les avantages d'une mesure en géométrie 4π avec la présence au sein de la phase scintillante d'un extractant spécifique à un élément. Ainsi la préparation de l'échantillon s'en trouve considérablement réduite. L'inconvénient majeur de ce système est une mauvaise résolution intrinsèque (250 keV pour un α de 5 MeV), qui rend rédhibitoire les analyses de certains actinides comme l'américium. Afin d'améliorer la résolution de ces appareils, nous cherchons à développer des mélanges scintillants plus efficaces. Suite à des rappels de photophysique sur les processus conduisant à la fluorescence, nous avons étudié les signaux lumineux engendrées par des électrons ou des α dans un liquide scintillant. Le mélange commercial Alphaex nous a servi de référence pour estimer les performances de plusieurs mélanges sur la résolution en énergie et la discrimination temporelle. Nous avons étudié à tour de rôle, les solvants, les accepteurs intermédiaires d'énergie et les scintillateurs. L'efficacité des différents mélanges dépend des transferts d'énergie entre ces molécules. La théorie de Förster et l'équation de Millar nous permettent de caractériser ces transferts d'énergie en solution homogène pour des états excités S1. Une amélioration significative a notamment été obtenue pour le spectromètre Perals en utilisant le mélange p-xylène-naphtalène-PBBO (12 %). La résolution en énergie des spectromètres Packard et Wallac est également augmentée en tenant compte des comportements physiques et chimiques des molécules aromatiques.


  • Résumé

    A new method for actinides measurement by liquid scintillation has been tested for a emitters determination at very low concentration in environmental samples as part of the control of international treaties (Control Test Ban Treaty and Non-Proliferation Treaty). The a liquid scintillation with rejection of b/g emissions is an attractive method because it links a 100 % counting efficiency and a fast sample preparation. Difficulties arise concerning energy resolution (around 250 keV for an α energy of 5 MeV) which hinder the measurement of some actinides like americium. To improve the resolution we have attempted to develop more efficient scintillating cocktails. After photophysics review on fluorescence processes, we have analyzed light emission generated interactions of electrons or α particles in the scintillating mixture. The commercial cocktail Alphaex is chosen as reference to estimate energy resolution and temporal discrimination performances for several mixtures. We have studied several solvents, energy intermediary acceptors and solutes. The cocktail efficiency depends on the energy transfer. We have used the Förster theory and the Millar's equation to characterize energy transfer in homogeneous solution for S1 excited states. An interesting improvement is achieved for PERALS spectrometer with the p-xylene-naphthalene-PBBO cocktail (12 %). The energy resolution for Packard and Wallac spectrometers have been also improved taking into account the physical and chemical behaviors of aromatics molecules.

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Informations

  • Détails : 279 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.269-279

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : M/Wg ORSA(2002)195
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