Online Tritium Detection by Nanoporous Crystals
Détection de tritium en ligne par cristaux nanoporeux
Résumé
The detection of tritium gas remains a challenge in nuclear instrumentation. Indeed, its radioactive decay involves the emission of a low energy beta, with an average energy value of 5.7 keV, making it poorly penetrating. Therefore, usual detectors (such as scintillators) are not efficient to detect tritium. In this thesis, we propose a breakthrough approach by using porous metal organic frameworks (MOFs) for the online detection of tritium gas. These structures are known to present particularly high specific surface areas, especially for the targeted application. Above all, these hybrid materials represent a unique class whose compositions are limited only by chemist’s imagination. This thesis deals first with the synthesis and characterization of fluorescent MOFs. It then deals with the demonstration of both adsorption and scintillation properties in one material for the realization of an online monitoring. Their performances are evaluated with the development of a unique nuclear measurement chain allowing the characterization of scintillating porous materials. It is a system composed of a radioactive gas bench and a metrological measurement instrumentation allowing to perform acquisitions in the presence of radioactive gases of interest such as radon-222, krypton-85 or tritium.
La détection du tritium gazeux reste un challenge en instrumentation nucléaire. En effet, sa décroissance radioactive passe par l'émission d'un bêta de faible énergie, avec une valeur moyenne de 5,7 keV, le rendant très peu pénétrant. De ce fait, les détecteurs usuels (tels que les scintillateurs) ne sont pas efficaces pour détecter le tritium. Nous proposons au travers de cette thèse une approche en rupture en utilisant des structures organométalliques poreuses (Metal Organic Framework, MOF) pour la détection du tritium gazeux en ligne. Ces structures sont connues pour présenter des surfaces spécifiques particulièrement élevées, et notamment pour l'application visée. Surtout, ces matériaux hybrides représentent une classe unique dont les compositions ont pour seul limite l’imagination des chimistes. Ces travaux de thèse portent d’abord sur la synthèse et la caractérisation de MOFs fluorescents. Ils traitent ensuite de la mise en évidence des propriétés d’adsorption et de scintillation simultanée pour la réalisation d’une détection de rayonnement ionisant en ligne. Leurs réponses sont évaluées à l’aide du développement d’une chaine de mesure nucléaire unique en son genre permettant la caractérisation de matériaux poreux scintillants. Il s’agit d’un système composé d’un banc de gaz radioactif et d’une instrumentation de mesure précise permettant de réaliser des acquisitions en présence de gaz radioactifs d’intérêt tels que le radon-222, le krypton-85 ou le tritium.
Origine : Version validée par le jury (STAR)