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Thèse - Développements analytiques en spectrométrie de masse à thermo-ionisation pour l'analyse isotopique de faibles quantités

spectrométrie de masse à thermo-ionisation
Mialle, Sébastien

Sous la direction du : Viers, Jérome . Isnard, HélèneEcole doctorale: Sciences de l'Univers, de l'environnement et de l'espace (SDU2E)
laboratoire/Unité de recherche : Laboratoire de Géosciences et Environnement de Toulouse (GET), UMR 5563
Mots-clés libres : Déchets nucléaires - Transmutation - Spectrométrie de masse à thermo-ionisation - Consommation totale - Faibles quantités - Technique de dépôts
Sujets : Chimie industrielle, polymères


Résumé

Dans le cadre d'un axe d'orientation de la loi Bataille sur la gestion des déchets nucléaires, des expériences ont été menées dans le réacteur à neutrons rapides Phénix. Certaines d'entre elles ont consisté en l'irradiation de plusieurs poudres enrichies en un isotope. Ces irradiations vont permettre, par détermination de la composition élémentaire et isotopique de ces échantillons, d'obtenir des données nucléaires de base afin d'étudier la faisabilité de la transmutation. Un des enjeux du projet provient du fait que de faibles quantités de poudres ont été initialement introduites et en conséquence certains produits issus de l'irradiation sont présents en très faibles quantités (nanogramme). L'objectif de cette étude est le développement de méthodes analytiques innovantes pour l'analyse de ces faibles quantités par spectrométrie de masse à thermo-ionisation, technique dans laquelle l'échantillon est déposé sur un filament métallique en vue de son évaporation, son ionisation et sa séparation en masse. Quatre grands axes d'étude ont ainsi été explorés : i) le développement de méthode d'analyse en consommation totale avec traitement des données obtenues, ii) l'étude des potentialités pour la mesure isotopique de nouveaux systèmes de détecteurs, iii) l'étude des techniques de dépôt de l'échantillon sur le filament afin d'améliorer la robustesse de la technique, et iv) enfin la comparaison des données obtenues avec d'autres techniques de spectrométrie de masse. Ces développements ont permis d'analyser des quantités de l'ordre du nanogramme sur des échantillons issus des expériences d'irradiation avec des incertitudes en adéquation avec les attentes des neutroniciens. Au-delà de l'atteinte des objectifs analytiques, cette étude a permis de proposer une technique de dépôt homogène de l'échantillon sur le filament et qui améliore la robustesse de la méthode pour des quantités déposées de l'ordre du nanogramme. De plus, des premières mesures sur des multiplicateurs d'électrons en consommation totale ont été réalisées et ont permis de mesurer des quantités allant jusqu'à quelques centaines de femtogrammes. Plusieurs échantillons irradiés mais aussi des échantillons naturels d'eaux de rivières ont pu être analysés en utilisant les procédures analytiques mises en place et ont fait l'objet d'une comparaison avec une autre technique analytique la spectrométrie de masse à source plasma et système multicollection.

Sommaire

REMERCIEMENTS
AVANT-PROPOS A L’ATTENTION DES LECTEURS
RESUME
LISTE DES PRINCIPALES NOTATIONS ET ABREVIATIONS
LISTES DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
INTRODUCTION ET CONTEXTE  

CHAPITRE 1 :  INSTRUMENTATION 

1.1. INTRODUCTION
1.2. HISTORIQUE DE LA SPECTROMETRIE DE MASSE
1.3. LA SPECTROMETRIE DE MASSE A THERMO-IONISATION (TIMS)
1.4. SPECTROMETRES DE MASSE A SOURCE PLASMA A COUPLAGE INDUCTIF (ICPMS)
1.5. MICROSCOPE ELECTRONIQUE A BALAYAGE (MEB)
1.6. SPECTROSCOPIE DE PHOTONS X (XPS) 

CHAPITRE 2 :  SYSTEME DE DETECTION : ETAT DE L’ART ET OPTIMISATION DES DETECTEURS IMPLANTES SUR UN SPECTROMETRE DE MASSE 

2.1. INTRODUCTION
2.2. ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LES DETECTEURS EN SPECTROMETRIE DE MASSE
2.3. OPTIMISATION DES DETECTEURS IMPLANTES SUR L’ISOPROBE-T
2.4. CONCLUSION 

CHAPITRE 3 :  ETUDE DES TECHNIQUES DE DEPOTS 

3.1. INTRODUCTION
3.2. TECHNIQUE DE DEPOTS UTILISEE AU LABORATOIRE
3.3. DEVELOPPEMENT DE NOUVELLES METHODES DE DEPOTS
3.4. METHODE DEVELOPPEE POUR L’OBTENTION D’UN DEPOT HOMOGENE
3.5. CARACTERISATION DU DEPOT DE NEODYME EN XPS
3.6. COMPARAISONS ANALYTIQUES ENTRE LA TECHNIQUE « LABORATOIRE » ET LA TECHNIQUE « SANS CHAUFFAGE »
3.7. CONCLUSION DU CHAPITRE  

CHAPITRE 4 :  CONSOMMATION TOTALE, FAIBLES SIGNAUX ET APPLICATIONS 

4.1. INTRODUCTION
4.2. REDUCTION DES QUANTITES EN UTILISANT LES CAGES DE FARADAY
4.3. CONSOMMATION TOTALE ET REDUCTION DES QUANTITES EN UTILISANT LES DETECTEURS DE TYPE CHANNELTRON.
4.4. CONSOMMATION TOTALE UTILISANT L’ELECTRODE DE DALY ET CAGES DE FARADAY
4.5. POTENTIALITES DE LA CONSOMMATION TOTALE POUR L’OBTENTION DE VALEURS DE REFERENCE POUR ER, YB ET DY
4.6. CONCLUSION 

CHAPITRE 5 :   TRAITEMENT DES DONNEES OBTENUES EN CONSOMMATION TOTALE 

5.1. INTRODUCTION
5.2. ASSURANCE QUALITE : PROFILS D’EXACTITUDE ET AUTRES CONTROLES
5.3. FILTRES DE DONNEES SUR LES FAIBLES SIGNAUX
5.4. CONSOMMATION TOTALE ET LOI DE RAYLEIGH
5.5. CONCLUSION DU CHAPITRE 

CHAPITRE 6 :  COMPARAISONS INTER-TECHNIQUES POUR LES FAIBLES SIGNAUX 

6.1. INTRODUCTION
6.2. INTERCOMPARAISON SUR LES CIBLES DES EXPERIENCES PROFIL-R
6.3. APPLICATION EN GEOSCIENCES : NEODYME EXTRAIT D’EAUX DE RIVIERES
6.4. CONCLUSION DU CHAPITRE
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
LES ANNEXES
ANNEXE A : LISTE DES STANDARDS ISOTOPIQUES D’URANIUM UTILISES
ANNEXE B : STANDARD ISOTOPIQUE JNDI-1
ANNEXE C : LISTE DES SOLUTIONS NATURELLES UTILISEES
ANNEXE D : VALEURS DE DUBOIS ET AL. UTILISEES DANS CES TRAVAUX
ANNEXE E : VALIDATION DE LA METHODE POUR TOUS LES RAPPORTS ISOTOPIQUES DU NEODYME SUR LE SECTOR
ANNEXE F : ANALYSES EN CONSOMMATION TOTALE EN UTILISANT L’EUROPIUM SUR LES CHANNELTRON.
ANNEXE G : ANALYSES EN CONSOMMATION TOTALE DE L’ERBIUM, YTTERBIUM, ET DYSPROSIUM.
ANNEXE H : ANALYSES EN MULTICOLLECTION STATIQUE DE L’ERBIUM, YTTERBIUM, ET DYSPROSIUM.
ANNEXE I : ANALYSES ICPMS DES EAUX DE RIVIERES 1ERE SERIE ECHANTILLONS SENG
ANNEXE J : ANALYSES ICPMS DES EAUX DE RIVIERES 1ERE SERIE ECHANTILLONS KAR
ANNEXE K : ANALYSES ICPMS DES EAUX DE RIVIERES 2EME SERIE ECHANTILLONS OR
ANNEXE L : ANALYSES ICPMS DES EAUX DE RIVIERES 2EME SERIE ECHANTILLONS SENG

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Ditulis oleh: younes younes - jeudi 8 novembre 2012

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