Détermination de la concentration des radionucléides à vie longue 129I, 41Ca et 10 Be par spectrométrie de masse par accélérateur dans les résines usées de l'industrie nucléaire

Determination of long-lived radionuclides (129I, 41Ca, 10Be) concentrations by Accelerator Mass Spectrometry in spent resins from the nuclear industry

• Auteur / Autrice : Emmanuelle Nottoli-Lepage
• Direction : Didier Bourlès
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie analytique
• Date : Soutenance le 19/09/2013
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l'Environnement (Aix-en-Provence ; 1996-....)
• Jury : Président / Présidente : Bruno Hamelin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Bienvenu
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Gérard Cote, Bernd Grambow

Mots clés

Mots clés contrôlés

Déchets radioactifs

Spectrométrie de masse par accélérateur

Substances radioactives

Mots clés libres

Radionucléides à vie longue

129I

41Ca

10Be

Spectrométrie de masse par accélérateur

Déchets nucléaires

Long-lived radionuclides

129I

41Ca

10Be

Accelerator mass spectrometry

Nuclear wastes

Résumé

La détermination de la concentration des RadioNucléides à Vie Longue (RNVL) dans les déchets de l'industrie nucléaire est essentielle pour la gestion sur le long terme des sites de stockages. Cette étude se focalise sur la détermination de la concentration de trois RNVL : 129I, 41Ca et 10Be dans les résines échangeuses d'ions utilisées pour la purification du fluide primaire des Réacteurs à Eau Pressurisée (REP). Afin d'exploiter les potentialités de la Spectrométrie de Masse par Accélérateur (SMA) pour mesurer ces radionucléides présents en de très faibles concentrations, des procédures analytiques spécifiques ont été développées incluant : 1) la minéralisation des échantillons, 2) l'extraction sélective des analytes, 3) le conditionnement pour la mesure par SMA. Appliquées à des échantillons de résines usées provenant d'une centrale EDF (REP 900 MWe), les procédures développées ont permis l'extraction quantitative et sélective des RNVL d'intérêt vis-à-vis des émetteurs β-γ et des isobares avant leur mesure par SMA sur l'instrument national ASTER (CEREGE, Aix-en-Provence). L'iode 129, le calcium 41 et le béryllium 10 ont été mesurés dans les résines usées à des concentrations de l'ordre de 10 ng/g, 20 pg/g et 4 ng/g de résine sèche, respectivement. Pour ce qui concerne l'iode 129 et le calcium 41, ces concentrations sont en accord avec celles estimées à partir de facteurs de corrélation établis relativement à des émetteurs gamma facilement mesurables (137Cs et 60Co). Dans le cas du béryllium 10, les résultats obtenus différent significativement des valeurs attendues mais sont cohérents avec de précédentes mesures réalisées par ICP-MS.

Determining the concentration of Long-Lived RadioNuclides (LLRN) in nuclear waste is fundamental for the long term management of storage sites. This study focuses on the determination of three LLRN concentrations, i.e. 129I, 41Ca and 10Be, in ion exchange resins used for primary fluid purification in Pressurized Water Reactors (PWR). To benefit from the Accelerator Mass Spectrometry (AMS) technique allowing to measure extremely low levels of nuclide concentrations, analytical procedures including: 1) sample dissolution; 2) selective and quantitative extraction of the analyte; and, 3) analyte conditioning for AMS measurements, were developed. Applied on spent resin samples collected at a 900 MW PWR, the procedures developed for each studied LLRN allowed their quantitative recovery and their selective extraction from β-γ emitters and isobars. The concentration measurements of the LLRN of interest were then performed on the Accelerator Mass Spectrometry national facility ASTER housed by the Centre Européen de Recherche et d'Enseignement des Géosciences de l'Environnement (CEREGE, Aix-en-Provence). 129I, 41Ca and 10Be concentrations in spent resins were measured to be about 10 ng/g, 20 pg/g and 4 ng/g of dry resin, respectively. Considering 129I and 41Ca, the measured concentrations agree with those assessed from scaling factors established relatively to easily measured gamma emitters (137Cs and 60Co). For 10Be, the presented results are significantly different from expected values but are in agreement with previous ICP-MS results.