Fabrication de 10 dispositifs et premières analyses
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1. seiva INSTITUTION SAINTE MARIE RAPPORT DE STAGE Par S bastien BERCHET Syst me de pr l vement d eau triti e atmosph rique l aide d un dispositif autonome Stage de 1 re ann e de BTS TPIL1 r alis au sein de la SEIVA du 20 avril 2009 au 20 juillet 2009 TPIL Technique et Physique pour l Industrie et le Laboratoire SEIVA Structure d Echange et d Information sur Valduc Ma tre de stage Catherine SAUT Ma tre en entreprise Christophe MAVON Jean Claude NIEPCE Manuel GRIVET LCPR AC UMR CEA E4 UIFC DE FRANCHE COMT WOLI Remerciements Je remercie tout d abord Catherine SAUT et Jean Claude NIEPCE pour m avoir propos ce stage au sein de la SEIVA Je les remercie galement pour leur accueil et pour m avoir encadr pendant ces 3 mois Je remercie le Pr Michel FROMM de m avoir accueilli au LCPR AC Je remercie plus particuli rement Christophe MAVON et Manuel GRIVET pour leurs conseils leur disponibilit et pour m avoir aid aboutir dans ce projet Enfin je remercie toutes les personnes du SPR Service de Protection contre les Rayonnements du CEA de Valduc pour leur contribution SOMMAIRE Introduction l Structures d accueil 1 La SEIVA 2 Le LCPR AC 3 Le CEA Valduc 4 Le SERAC ll Partie th orique 1 Le tritium Caract ristiques du tritium Origine du tritium Le tritium et l environnement Les risques 2 Comptage du tri2. Avec 1 92 m3 qui correspond au d bit de la pompe 4l mn soit 0 004 m3 mn multipli par 480 mn 8h 21 ANNEXE 7 Positionnement des diff rents pr l vement Midiy 5 ram L w a A Fred ES HIMTTS 22 ANNEXE 8 FONCTIONNEMENT DES BARBOTEURS 1 PRINCIPE Le pr l vement est r alise en continu par pompage et barbotage dans l eau apr s filtration des a rosols de la vapeur d eau triti e et ventuellement du tritium gaz converti en vapeur d eau triti e 2 PRELEVEMENT But de l chantillonnage recueillir dans un milieu absorbant le tritium atmosph rique en vue d une mesure diff r e en laboratoire de mani re a ce que la concentration en activit volumique soit repr sentative de celle de l air a contr ler 3 METHODE Pr l vement en continu d un volume connu d air a d bit constant 4 QUANTITE PRELEVEE PERIODICITE ET DUREE Les barboteurs du SPR du CEA de Valduc sont r gl s de telle sorte qu ils pr l vent un d bit de 0 5 L min sur une dur e de 7 jours Le volume d air pr lev est donc de 5 04 m en exposant 5 MESURE DU TRITIUM DANS L EAU DES BARBOTEURS Le tritium est ensuite compt par scintillation liquide On obtient une activit en Bq L Remarque le tritium tant pi g dans de l eau la solution est dilu e Le facteur de dilution est pris en compte au moment o l activit est ramen e en Bqa m 23 Isotopes On appelle isotopes des noyaux qu
3. ANNEXE 8 Fonctionnement des barboteurs ANNEXE 9 Exemple d une fiche de r sultat ANNEXE 10 Tableau des pr l vements 15 ANNEXE 1 Suivi d un dispositif 1 Fabrication du tube 2 Pr paration du tube de bas en haut visser le bouchon d acc s inf rieur mettre deux tampons de maintien pe mettre un tampon de s paration D mettre le gel de silice indicateur mettre un 2 tampon de s paration peser le gel de silice incolore not m1 remplir le tube de ce gel mettre un 3 tampon de s paration mettre deux tampons de maintien visser le bouchon d acc s sup rieur 3 Programmation de la pompe voir annexe 3 4 Positionnement du dispositif dans la nature mettre le dispositif dans une bo te pour bien le prot ger du temps et d ventuels visiteurs refermer la bo te placer cette derni re sur le lieu d sir 5 R cup ration du dispositif 6 Extraction de l eau peser le gel de silice incolore not m2 mettre ce gel dans le ballon en inox chauffer le ballon 130 environ r cup rer l eau extraite dans un petit flacon 7 Pr paration des chantillons voir annexe 4 8 Analyse de l eau voir annexe 4 9 Exploitation des r sultat voir annexe 4 5 et 6 16 ANNEXE 2 Echantillonnage de l eau Principales pr cautions prendre Norme NF EN ISO 5667 3 juin 2004 Les flacons vides sont stock s et transport s ferm s herm tiquement par leur bouchon
4. Ne pas toucher l int rieur des flacons avec les doigts ou un objet Rincer le flacon de pr l vement avec l chantillon Remplir compl tement le r cipient et le boucher de mani re qu il n y ait pas d air au dessus de l chantillon Ne pas pr lever des particules de grandes tailles feuilles en m me temps que l chantillon Ne pas placer de mati re trang re dans les flacons d chantillonnage thermom tre Ne pas fumer proximit des chantillons Ne pas placer les chantillons ouverts pr s d un ventilateur ou d un syst me d air conditionn ou proximit d aliments ou de boissons Conserver les chantillons entre 1 et5 soit au r frig rateur soit dans une glaci re pour le transport la temp rature de r frig ration donn e est celle de l environnement de l chantillon et pas celle de l chantillon lui m me La r frig ration n est efficace que si elle est appliqu e imm diatement apr s le pr l vement des chantillons Conserver les chantillons l abri de la lumi re surtout pour les analyses alpha b ta Apporter les chantillons au laboratoire le plus rapidement possible 17 ANNEXE 3 Programmation de la pompe La pompe a d pr alablement tre recharg e pendant 8 heures si fonctionnement autonome Le lieu de pr l vement doit comporter un abri pour prot ger la pompe en cas de pluie Retirer le syst me d tanch it du tube
5. ailleurs la SEIVA r alise chaque ann e des campagnes d analyse de la radioactivit sur l environnement autour de Valduc Cela concerne les eaux autour du centre les animaux et les v g taux Pour cela elle dispose de commissions Environnement et Economie et d un comit scientifique d un budget lui permettant d effectuer des analyses et tudes ind pendantes de publier son bulletin d organiser des conf rences et des visites de participer diff rents v nements locaux et nationaux et de financer des stages tudiants 2 LCPR AC Le LCPR AC signifie Laboratoire de Chimie Physique et Rayonnements Alain CHAMBAUDET Cr en 1983 il obtient le statut de laboratoire de Recherche correspondant du CEA en septembre 2000 Le 15 D cembre 2003 l quipe acc de au statut d Unit Mixte de Recherche UMR du CEA et porte le nom de son cr ateur le Professeur Alain CHAMBAUDET Les travaux de cette unit s articulent autour de 3 th mes principaux de recherches qui sont e l interaction rayonnement mati re e les m canismes mol culaires d int r t biologique e les capteurs chimiques Ce laboratoire h berge l unit technique appel e PUT MARIO cr e en 2005 qui signifie Unit Technique M trologie et Analyse des Rayonnements lOnisants Cette unit a pour but d apporter son soutien aux activit s d enseignement et de recherche dans le domaine des rayonnements ionisants de Franche Comt Elle contribue aussi la s
6. le d lai s il est diff rent de 0 sinon le pompage commence cet instant l cran affiche le d compte toutes les minutes Revisser la plaque de protection 18 ANNEXE 4 Pr paration des chantillons 1 Mat riel sp cifique Flacons en poly thyl ne de 20 mL Dispensette de 10 mL 2 R actifs Liquide scintillant Eau de r f rence 3 Mode op ratoire L identification des fioles se fait sur leur bouchon Fiole de r f rence Pr parer une fiole contenant 10 mL de liquide scintillant et 10 mL d eau de r f rence Fiole chantillon Pr parer si possible 2 fioles identiques pour chaque chantillon d eau analyser Dans chaque fiole m langer 10 mL de liquide scintillant avec 10 mL d chantillon Secouer les flacons afin d homog n iser les solutions Si il n y a pas assez d chantillon a analyser on rajoute de l eau triti e de r f rence pour atteindre les 10 mL Placer les fioles dans une cassette La position n 1 de la cassette est r serv e la fiole contenant l eau de r f rence V rifier que le drapeau de la quille est en position r initialisation et placer la cassette dans le Tricard Etablir un protocole de comptage voir manuel d utilisation de l appareil Analyse et r sultats Les chantillons sont analys s automatiquement lorsque le drapeau de la quille est lu par le Tricarb Apr s chaque analyse un fichier r sultat est cr sous Windows et les donn es
7. sert r gler le temps total n cessaire qu il faudra avant que la pompe ne s arr te d elle m me le 3 sert r gler le temps de pompage qui est de 8h obligatoire et maximum Les diff rentes dur es sont not es en minute EXEMPLE On d cide de placer la dispositif pendant 1 jour dans la nature et de le faire d buter 1h apr s l avoir d pos 1er crit re 60 60min 1h 2eme crit re 1440 60min 24h 3eme crit re 480 60min 8h 11 Dans ce cas la pompe aspirera de l air pendant 8h sur 24h de fonctionnement le temps de pr l vement est r parti uniform ment sur la totalit du temps de fonctionnement 5 R sultat final 2005 et 2009 6 Le dispositif dans la nature Pour que le syst me ne s ab me pas nous avons eu l id e avec Catherine et Christophe de mettre le tube et la pompe dans une bo te tanche l abri du temps et d ventuels animaux Sur cette photo la pompe est volontairement couch e pour bien distinguer le montage Dans les conditions r elles on la place debout De l air sec est aspir l aide d une pompe dans le tube contenant du gel de silice Les vapeurs d eau pr sentes dans le tube sont entra n es par ce flux d air et sont absorb es par le gel de silice Le dimensionnement de l enceinte d absorption d pend principalement du d bit d air aspir En effet le temps de passage de l air humide dans la colonne doit tre suffisamme
8. sont imprim es L activit en Bq L de l chantillon est d termin e l aide de ces donn es 19 ANNEXE 5 R sultats en Bg L Analyse d une feuille de r sultats donn s par le Tricarb Calcul de l activit volumique CA en Bq L partir des r sultats du Tricarb on calcule l efficacit de comptage E gr ce l quation de la courbe de quenching E en fonction du TSIE le TSIE tant donn dans les r sultats du Tricarb on sait que le nombre de d sint grations par minute DPM est tel que DPM CPM E Avec CPM CPM mesur CPMfref CPM nombre de coups par minute donn par le Tricarb On obtient Ca par la relation Ca DPM 60 100 ainsi Ca est en Becquerel nombre de d sint gration par seconde par litre 20 ANNEXE 6 R sultats en Bq m3 Masse apr s manipulation Masse avant manipulation Masse d eau atmosph rique pr lev e Masse corrig e pr sente Masse d eau atmosph rique pr lev e 1 02 Avec 1 02 marge d erreur EXEMPLE Pour le pr l vement num ro 290 42 268 37 22 05g Masse d eau atmosph rique pr lev e 22 05 g 22 05 1 02 22 49g Masse corrig e pr sente 22 49 g On a donc 22 49 g d eau 19 2 Bdq L Cela revient donc dire que l on a 22 49 cm3 d eau 19 2 Bg L On applique une r gle de trois pour transformer nos Bq L en Bq m3 22 49 x 1000 19 2 22 49 19 2 1000 0 43 Bq On a donc 0 43 Bq pour 1 92 m3 soit 0 22 Bq m3
9. Raccorder le tube et la pompe l aide du tuyau en plastique Fixer le tube sur le support l aide de la pince et de la noix ajuster la hauteur pour que le tuyau ne pr sente pas de plis et pas trop haut pour que le syst me soit au plus stable Programmation de la pompe D visser la plaque de protection l aide du tournevis Activer le bouton poussoir ON OFF sur la position on Appuyer sur la touche START HOLD afin de stopper le pompage le temps de la programmation Appuyer sur la touche SET UP l cran permettant de r gler le temps correspondant au d lai initial avant que la p riode de pr l vement ne commence s affiche r gler ce d lai l aide des boutons DIGIT SET et DIGIT SELECT le premier permettant de modifier le chiffre 0 9 et le deuxi me de passer au chiffre suivant le maximum est de 9999 minutes soit environ 7 jours Appuyer ensuite sur la touche MODE il est alors temps de r gler la dur e totale du pr l vement avec les m mes boutons DIGIT SET et DIGIT SELECT le maximum est galement de 9999 minutes R appuyer sur MODE et finalement r gler la dur e de pompage inf rieure ou gale la dur e totale de pr l vement toujours l aide des boutons DIGIT SET et DIGIT SELECT maximum 9999 minutes N B on peut v rifier ou modifier les r glages effectu s en appuyant sur la touche MODE en boucle Une fois les r glages termin s activer la pompe en appuyant sur START HOLD
10. act ries des voies respiratoires humaines L eau triti e HTO ou T20 Dans ce cas le tritium s est substitu un ou deux hydrog nes de l eau L eau triti e s assimile rapidement et se diss mine dans l ensemble du corps vivant C est elle qui dans tous les cas est responsable d au moins 80 des doses re ues en cas d expositions diverses Les voies de contamination sont l inhalation l ingestion et la diffusion travers la peau HTO dispara t naturellement apr s une p riode biologique de l ordre de 10 jours En cas d exposition accidentelle on peut acc l rer le remplacement de l eau afin d liminer plus rapidement le tritium en buvant une grande quantit d eau Le tritium organique en position changeable C est le tritium pr sent dans les mol cules organiques o il s est substitu l hydrog ne dans les radicaux typiques OH SH NH Le tritium organique en position changeable est en quilibre avec le tritium contenu dans l eau cellulaire et subit les m mes volutions Le tritium organique en position non changeable C est le tritium directement li au carbone T C Le tritium organique en position non changeable par d finition reste plus durablement pr sent que HTO C est lui qui marque l environnement de fa on durable Le r le jou par cette fraction reste faible du point de vue de la radioprotection d Les risques En tant qu hydrog ne le tritium ne pr sente pas de
11. ait galement le co t de la m thode En 2005 reposant sur ces principes un syst me de pr l vement de vapeur d eau dans l air a t mis au point L objectif de mon stage est de reprendre ce syst me de le modifier afin de l am liorer d en fabriquer 10 exemplaires et de l utiliser pour effectuer des mesures autour de Valduc Le pr sent rapport est subdivis en trois parties La premi re est consacr e une br ve pr sentation des structures au sein desquelles j ai t accueilli La seconde pr sente l isotope tritium de l hydrog ne ainsi que le m thode de comptage utilis e pour doser le tritium dans nos pr l vements Enfin notre tude exp rimentale constitue la troisi me partie Nos r sultats y sont compar s avec ceux qui avaient t obtenus en 2005 l Structures d accueil 1 La SEIVA SEIVA signifie Structure d Echange et d Information sur Valduc Cr e en 1996 c est une association ind pendante d ouverture qui laisse la parole a chacun Elle est constitu e d lus locaux de repr sentants d administrations d organismes r gionaux d associations et de personnalit s qualifi es Son r le est d valuer et d informer sur l impact du fonctionnement de Valduc que ce soit sur l environnement la recherche l conomie locale et tous les sujets ne portant pas sur les l ments confidentiels couverts par son classement d installation nucl aire de base secr te par le Premier Ministre Par
12. ent avec les B mis la place des substances scintillantes Le quenching d la couleur qui interf re sur la d tection des photons lll Partie exp rimentale 1 Dispositif de pr l vement 2005 Un dispositif a t mis au point par un stagiaire durant l ann e 2005 Le but tait de r aliser un syst me pouvant capturer l eau triti e atmosph rique Pour cela il a fallu prendre un tube en verre ou en plastique transparent Ce tube est constitu de haut en bas d une ouate qui permet l entr e de lair d un tampon isolant d une importante quantit de gel de silice incolore permettant de capturer la vapeur d eau d un 2 tampon isolant d une faible couche de gel de silice color permettant de v rifier que le tube n est pas satur d eau d un 3 tampon isolant et d une 2 ouate permettant la sortie de l air absorb L air ne rentre pas tout seul dans le tube Une pompe associ e au dispositif et munie d un programmateur va aspirer pendant un temps donn l air atmosph rique 2 Dispositif de pr l vement 2009 Afin de pouvoir multiplier les pr l vements nous avons r alis sur le m me principe 10 tubes de Contenu des tubes m mes dimensions mais en PVC opaque Il s agit du dispositif ci contre Cette fois il s agit de tubes munis d un bouchon avec entr e d air un isolant un filtre le gel de silice incolore un 2 filtre le gel de silice color un 3 filtre
13. gie par mission d un rayonnement gamma D croissance radioactive L activit d un chantillon radioactif diminue avec le temps du fait de la disparition progressive des noyaux instables qu il contient La d sint gration radioactive d un noyau donn est un ph nom ne al atoire P riode radioactive La p riode ou demi vie d un l ment radioactif est le temps n cessaire pour que sa radioactivit diminue de moiti Ce temps caract ristique ne d pend pas 24 de l ge de l chantillon La radioactivit d cro t tr s vite avec le nombre de p riodes elle est divis e par 1000 au bout de dix p riodes Pour les d chets radioactifs on parle de vie courte lorsque la p riode est inf rieure 5 ans et de vie moyenne lorsqu elle est comprise entre 5 et 100 ans les noyaux dont la p riode d passe 100 ans sont dits vie longue Les isotopes utilis s pour les diagnostics m dicaux sont vie tr s courte Les unit s Le Becquerel Bq et le Curie Ci unit s d activit Un becquerel quivaut une d sint gration par seconde C est une unit extr mement petite Le becquerel remplace une unit historique longtemps employ e le curie ou Ci Un curie vaut 37 milliards de becquerels C est l activit d un gramme de radium Doses et radioprotection Faibles doses On appelle faibles doses des expositions pour lesquelles aucun effet nuisible n a t observ chez l adulte La li
14. i diff rent par le nombre de neutrons Des isotopes poss dent les m mes propri t s chimiques et atomiques Par contre les propri t s nucl aires sont diff rentes car le nombre de neutrons influe sur la stabilit du noyau La majorit des atomes pr sents dans la nature sont des isotopes stables Les isotopes radioactifs beaucoup plus nombreux ont g n ralement disparu en raison de leur instabilit Ils peuvent tre recr s artificiellement par exemple pour des applications m dicales Radioactivit C est la propri t que poss dent certains l ments naturels ou artificiels d mettre spontan ment des particules a B et ou un rayonnement y Il y a mission de rayonnement lors de la d sint gration d un l ment instable ou de la fission L uranium et le plutonium sont des nucl otides metteurs de particules Les noyaux lourds instables comme le tritium se d sint grent en mettant des particules Radioactivit alpha Le rayonnement alpha est constitu d un noyau d h lium comprenant 2 protons et 2 neutrons Il porte 2 charges positives Des atomes dont les noyaux radioactifs sont trop charg s en protons et en neutrons mettent souvent un rayonnement alpha Ils se transforment en un autre l ment chimique dont le noyau est plus l ger Par exemple l uranium 238 est radioactif alpha et se transforme en thorium 234 Les particules composant le rayonnement alpha sont fortement ionisants mais tr s peu p n t
15. m Origine naturelle Il existe une production naturelle de tritium qui provient principalement de l action des neutrons du rayonnement cosmique sur les noyaux d azote de l air L inventaire naturel est de 3 4 kg dans toute l atmosph re Origine artificielle L origine artificielle est essentiellement due aux essais nucl aires atmosph riques qui ont rejet 650 kg de tritium entre 1952 et 1963 Aujourd hui il en reste moins de 100 kg La fabrication d armes nucl aires g n re galement des rejets de l ordre de 0 04 kg an Les r acteurs nucl aires rejettent environ 0 02 kg an dans l atmosph re On trouve galement des traces dans les d chets des tablissements utilisant le tritium comme traceur biologique c Le tritium et l environnement Le tritium se diss mine tr s facilement dans l environnement car il se substitue l atome d hydrog ne lui m me omnipr sent dans l eau la mati re organique etc Le devenir du tritium d pend de fa on forte de la forme chimique qu il prend Le tritium est pr sent sous les quatre formes suivantes Le tritium gazeux HT Cette premi re forme n est pas assimil e par les plantes et peu assimil e par les animaux et l homme HT ne s oxyde en HTO que tr s lentement dans l air dur e de vie sup rieure 10 ans Par contre HT est oxyd tr s rapidement et presque compl tement par les bact ries de l interface sol atmosph re HT n est oxyd que faiblement par les b
16. mite sup rieure d limitant le domaine des faibles doses n est pas d finie pr cis ment Elle se situerait une centaine de millisieverts Selon cette d finition les expositions de l ordre du millisievert rencontr es dans la vie courante constituent de tr s faibles doses L absence d observations n est pas une preuve d une absence d effets des rayonnements ionisants Elle signifie que ces effets sont trop faibles pour se manifester d une mani re claire Dose efficace La dose efficace est une dose biologique Tr s utilis e en radioprotection elle mesure l exposition d une personne individuelle aux rayonnements Elle tient compte de la sensibilit des tissus affect s C est la dose consid rer quand il s agit d estimer le risque r sultant d une exposition la radioactivit Elle s exprime en sieverts ou millisieverts Radiotoxicit La radiotoxicit mesure la nuisance d un noyau radioactif assimil par l organisme la suite d une inhalation ou ingestion Elle tient compte du devenir de la substance dans le corps humain mais non de la probabilit que ce radio l ment soit assimil par l organisme Cette probabilit d pend des pr cautions prises et de l environnement Pour une m me quantit ing r e la radiotoxicit varie d un facteur 1 10 000 entre des metteurs b ta de faible nergie comme le tritium et des noyaux lourds metteurs alpha 25
17. nt important pour permettre un pi geage efficace Pour diminuer les temps de passage dans la colonne nous l avons dimensionn e afin d obtenir un rendement acceptable un d bit de 4 L min 1 d bit maximum de la pompe 12 7 Extraction de l eau Une fois que l on a r cup r le dispositif on proc de a l extraction de l eau Pour cela on dispose d un syst me de distillation Il se compose d un ballon en inox d un chauffe ballon d un r frig rant et d un r cipient pour recueillir l eau extraite La manipulation est assez simple On commence par mettre le gel de silice incolore dans le ballon en inox On chauffe ce dernier environ 130 l aide du chauffe ball on On laisse se faire la manipulation environ une heure et on fait analyser le contenu obtenu dans le scintillateur 8 Pr paration des l chantillons Une fois que l eau est extraite du tube il faut pr parer les chantillons que l on va faire analyser par scintillation liquide Tout d abord on pr pare une fiole de r f rence de 20 ml Elle servira de base a l analyse Cette fiole contient 10 ml de liquide scintillant 10 ml d eau de r f rence L eau de r f rence est une eau tr s faible teneur en tritium Ensuite on pr pare la fiole chantillon de 20 ml Cette fiole contient 10 ml de liquide scintillant 10 ml d eau extraite du tube On double cette fiole si la quantit d eau ext
18. raite du tube le permet Tout les flacons sont remu s afin d homog n iser les solutions et tamponn s l aide d un chiffon humide pour viter une ventuelle formation d lectricit statique 13 9 Analyse des chantillons Une fois que les fioles sont pr tes on les installent dans une cassette elles m me ins r e dans le compteur scintillation liquide Chacune d entre elles est compt e pendant 200 minutes Ces cassettes peuvent contenir jusqu 10 fioles aa E 10 R sultats 2005 2009 NUMERO RESULTAT RESULTAT RESULTAT DE LIEU INCERTITUDE SEIVA SEIVA CEA PRELEVEMENT Bq l Bq L Bq m3 air Bq m3 air eau atmosph rique 1 cabane CEA 2 9 19 2 0 22 2 cabane CEA 4 5 41 8 0 4 3 Salives 2 7 17 3 0 21 4 Salives 7 6 81 9 0 87 communiqu 5 Salives 5 1 49 1 0 57 apr s fin de 6 Salives 2 4 12 8 0 15 stage 7 Salives 2 9 19 5 0 22 8 Salives 4 2 37 5 0 45 voir 9 Salives 26 6 318 6 3 85 campagne 10 Salives 3 21 8 0 28 d analyses 11 Salives voir communiqu 2009 12 Grancey le ch teau campagne apr s fin de 13 Grancey le ch teau d analyses stage 14 cabane CEA 2009 15 cabane CEA non valide 14 ANNEXE ANNEXE 1 Suivi d un dispositif ANNEXE 2 Pr cautions prendre lors de l chantillonnage ANNEXE 3 Programmation de la pompe ANNEXE 4 Pr paration des chantillons ANNEXE 5 R sultats en Bq L ANNEXE 6 R sultats en Bq m3 ANNEXE 7 Carte des diff rents lieux de pr l vement
19. rants Une simple feuille de papier les arr te Radioactivit b ta On appelle lectrons b ta les lectrons mis spontan ment par certains noyaux radioactifs exc dentaires en neutrons Radioactivit b ta moins Le rayonnement b ta moins est constitu d un lectron charg n gativement Un des neutrons au sein du noyau se d sint gre en un proton plus un lectron ce dernier tant ject Radioactivit b ta plus Le rayonnement b ta plus est constitu d un positon particule de m me masse que l lectron mais charg e positivement Un des protons au sein du noyau se d sint gre en un neutron plus un positon ce dernier tant ject La radioactivit B est beaucoup plus rare dans la Nature Pour les deux types de d sint gration b ta le noyau garde le m me nombre de nucl ons donc la m me masse atomique Un cran de quelques m tres d air ou une simple feuille d aluminium suffisent pour les arr ter Radioactivit gamma Le rayonnement gamma ou photon est une onde lectromagn tique comme la lumi re visible les ondes radios les rayonnements infrarouges et ultraviolets les rayons X mais plus nerg tique de l ordre du million d lectronvolts Ce rayonnement suit souvent une d sint gration alpha ou b ta Apr s mission de la particule alpha ou b ta le noyau est encore excit car ses protons et ses neutrons n ont pas trouv leur quilibre Il se lib re alors d un trop plein d ner
20. s des assistants ing nieurs et des techniciens La direction est assur e par des enseignants chercheurs de l UFC l Partie th orique 1 Le tritium a Caract ristique du Tritium Le tritium a t mis en vidence par Rutherford en 1934 C est un radio isotope isotope radioactif de l hydrog ne de num ro atomique 1 et de poids atomique 3 Son noyau contient 2 neutrons et 1 proton Il est not 3H ou T Tritium SH T La radioactivit ne concernant que le noyau et non les lectrons les propri t s chimiques des isotopes radioactifs sont les m mes que celles des isotopes stables Le tritium a ainsi les propri t s chimiques de l hydrog ne et pour l essentiel r agit comme lui Le tritium se d sint gre par mission B mission d un lectron pour donner de l h lium 3 selon la r action nucl aire T 3 1H gt 3 2He B v L antineutrino v est une particule neutre de masse voisine de O ce qui le rend pratiquement ind tectable L nergie maximum des caract ristique de cet isotope est gale 18 6 keV avec une nergie moyenne de 5 7 keV Le rayonnement est peu p n trant car il est arr t par 5 millim tres d air ou par 6um d eau La d sint gration du tritium est r gie par la loi de d croissance radioactive suivante Avec T la p riode radioactive du tritium T 12 34 ans N et No le nombre de radionucl ides pr sents l instant t et to b Origine du tritiu
21. tium par scintillation liquide IIl Partie exp rimentale 1 Dispositif de pr l vement 2005 2 Dispositif de pr l vement 2009 3 Dispositif de pr l vement du CEA 4 La pompe 5 Dispositifs complets 2005 et 2009 6 Le dispositif dans la nature 7 Extraction de l eau 8 Pr paration des chantillons 9 Analyse de l eau 10 R sultats 2005 et 2009 Conclusion GLOSSAIRE REFERENCES ANNEXES INTRODUCTION Mon stage comptant pour la 2 me ann e de BTS TPIL a t r alis la SEIVA de Dijon en collaboration avec le LCPR AC de Besan on et avec la contribution du SPR du centre CEA de Valduc Pour mesurer la teneur en tritium pr sente dans l air les services du CEA de Valduc utilisent une m thode bas e sur le pi geage de ce radio l ment par barbotage Cette m thode permet de pr lever la fois l eau triti e et le tritium gazeux pr sents dans l air mais elle a trois principaux inconv nients Tout d abord l appareillage fonctionne sur le secteur ce qui n cessite la proximit d une prise de courant Ensuite le temps de pr l vement est d une semaine ce qui est long Enfin le troisi me inconv nient est son co t lev l achat Afin de pouvoir r aliser une mesure rapide dans l environnement un syst me a t imagin avec une pompe autonome sur batterie qui aspirerait l air travers un dess chant absorbeur d humidit Ce syst me r soudrait le probl me de l alimentation lectrique et diminuer
22. toxicit chimique On est donc en pr sence d une radiotoxicit due son mission b ta La faible nergie du rayon b ta n entra ne pas de contamination externe La contamination si elle existe est toujours interne et les voies d absorption sont l inhalation l ingestion la diffusion cutan e Les risques li s au tritium gazeux sont plus de 10 000 fois plus faibles que ceux li s au tritium sous la forme d eau triti e La dose efficace par unit d incorporation pour le tritium est n anmoins l une des plus faibles de tous les radionucl ides La limite de potabilit de l eau est de 100 Bq L 2 Comptage du tritium par scintillation liquide Sch ma du m canisme de la scintillation liquide Dans une fiole de comptage l chantillon d eau est m lang un liquide contenant des mol cules scintillantes Un atome de tritium de l chantillon se d sint gre 1 en lib rant un B 2 Le B excite les mol cules scintillantes 3 qui reviennent un tat stable en mettant un ou des photon s 4 Le nombre de photons mis est proportionnel l nergie du B Ces photons sont alors d tect s par deux photomultiplicateurs 5 et 6 Enfin le spectre B est obtenu 7 Il existe des ph nom nes parasites cette mesure appel s ph nom nes d affaiblissement lumineux ou quenching Le quenching chimique qui interf re sur la production de photons Dans ce cas des mol cules non scintillantes interagiss
23. un 2 isolant et d un bouchon permettant la sortie de l air Le tout reli la m me pompe que pr c demment Vue en coupe Buse d aspiration silica gel tampons Bouchon d acc s sup St Tampon de maintien grossier Tampon de s paration in Gel de silice de mesure Tampon de s paration fin Gel de silice indicateur Robinet de sortie Ce syst me comporte les m mes caract ristiques que le pr c dent Ses avantages moins cher plus r sistant plus rapide la fabrication Tampon de s paration fin Tampon de maintien grossier ichon d acc s inf 10 3 Dispositif de pr l vement du CEA Le CEA de Valduc poss de son propre syst me de pr l vement d air atmosph rique Ses avantages pr l vement simultan de l eau triti e et du tritium gazeux Ses inconv nients co t consommation d nergie aliment sur le secteur donc non autonome O2 HT T TO 2 O2 T gt TO Os HT HTO 4 La pompe Comme cela a d j t dit la pompe est une pompe autonome et programmable Elle poss de trois crit res de programmation le 1 sert de compte rebours avant le commencement de l exp rience le 2
24. urveillance de l environnement en faisant des analyses sur l eau triti e par exemple C est au sein de cette unit que nous avons r alis les mesures des pr l vements effectu s au cours de mon stage 3 CEA Le centre de Valduc est l un des dix tablissements du Commissariat l Energie Atomique Cr en 1957 le centre CEA de Valduc est situ dans le centre de la C te d Or 45 km au nord ouest de Dijon Valduc con oit fabrique et assure la maintenance des composants nucl aires des armes de la force de dissuasion fran aise Le centre de Valduc d pend de la Direction des Applications Militaires du CEA Le SPR Service de Protection contre les Rayonnements effectue notamment sur le centre et dans un p rim tre proche les analyses de surveillance et de contr le r glementaires de l environnement 4 SERAC En 2003 l Universit de Franche Comt s est dot e d une plate forme analytique compl te en r unissant sous la forme du Service d analyse et de caract risation SERAC le Centre de spectrom trie CS le Centre de microscopie CM le Laboratoire de chimie des eaux LCE et l Unit technique de m trologie et analyse des rayonnements ionisants MARIO La cr ation du SERAC a t vot e par le conseil d administration de l Universit de Franche Comt en janvier 2004 L quipe technique est aujourd hui constitu e de 12 personnes dont 6 sur ressources propres et inclut des ing nieurs d tude
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