Développements analytiques en spectrométrie de masse à thermo-ionisation pour l'analyse isotopique de faibles quantités
Institution:
Toulouse 3Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
In the framework of the French transmutation project of nuclear wastes, experiments consisted in the irradiation in a fast neutron reactor of few milligrams of isotopically enriched powders. Hence, the isotopic analysis of very small amount of irradiation products is one of the main issues. The aim of this study was to achieve analytical developments in thermal ionization mass spectrometry in order to accurately analyze these samples. Several axes were studied including the new total evaporation method, deposition techniques, electron multiplier potentialities and comparison between different isotope measurement techniques. Results showed that it was possible to drastically decrease the amounts needed for analysis, especially with Eu and Nd, while maintaining an uncertainty level in agreement with the project requirements.
Abstract FR:
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.