Développement de méthodes radiochimiques innovantes en vue de la caractérisation du strontium-90 dans les déchets et effluents radioactifs

Radiochemical method development for strontium-90 caracterization in radioactive waste

• Auteur / Autrice : Emilie Baudat
• Direction : Pascal Fichet, Isabelle Billard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie analytique
• Date : Soutenance le 09/09/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d’analyse en soutien aux exploitants (Gif-sur-Yvette, Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Den Auwer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hugo Jaegler
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Maria Boltoeva, Philippe Moisy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Substances radioactives

Analyse radiochimique

Déchets radioactifs

Mots clés libres

Radiochimie

Strontium-90

Déchets radioactifs

Radiochemistry

90-Strontium

Radioactive waste

Résumé

La caractérisation radiologique des déchets et des effluents radioactifs nécessite la mesure de nombreux radionucléides dont le 90Sr. Les méthodes usuelles d’analyse du 90Sr sont performantes mais elles sont relativement longues et nécessitent l’utilisation de produits toxiques tels que l’acide nitrique fumant et les liquides scintillants. Ce travail de thèse a consisté à développer de nouvelles procédures d’analyse du 90Sr, en particulier de nouvelles méthodes de séparation. Une première méthode basée sur des précipitations sélectives successives a été optimisée à partir de la méthodologie des plans d’expériences et de la modélisation de la spéciation. A l’issue de ces travaux, l’acide nitrique fumant a été remplacé par de l’acide nitrique concentré à 69 % tout en préservant la sélectivité de la séparation entre le Sr et le Ca et une compréhension des mécanismes mis en jeu lors de cette précipitation a été apportée. Une seconde méthode utilisant la résine d’extraction chromatographique Sr® a été développée en intégrant un nouveau prétraitement basé sur la résine TRU®, permettant d’éliminer les interférents problématiques pour la mesure par scintillation liquide, comme le 241Pu. Enfin, une dernière méthode a été mise au point avec la résine dite scintillante appelée résine PS-Sr qui permet d’isoler le Sr, d’effectuer une mesure nucléaire par scintillation plastique et ainsi d’être conforme à la directive REACH. Les performances des méthodes ont été validées par la participation à des comparaisons inter-laboratoires.

The radiological characterization of radioactive waste and effluents requires the measurement of many radionuclides, including 90Sr. The usual methods for 90Sr analysis are efficient but they are relatively long and require the use of toxic products such as fuming nitric acid and scintillation cocktails. This thesis work consisted in developing new analytical procedures for 90Sr analysis, in particular new separation methods. A first method based on successive selective precipitations was optimized using design of experiments methodology and speciation modelling. Fuming nitric acid was replaced by concentrated nitric acid at 69 % while preserving the separation selectivity between Sr and Ca, and an understanding of the mechanisms involved in this precipitation was provided. A second method using the Sr® chromatographic extraction resin was developed by including a new pre-treatment based on the TRU® resin, allowing the elimination of problematic interferents for liquid scintillation measurements, such as 241Pu. Finally, a method was developed with a scintillating resin called PS-Sr resin, which enables to isolate Sr, to perform a nuclear measurement by plastic scintillation and thus to be compatible with REACH regulation. The performances of the methods were validated by participation in inter-laboratory comparisons.