Mesure de l’exposition aux radiations accidentelles par les défauts radio-induits dans les écrans de smartphones

Measurement of accidental radiation exposure by induced point defects in smartphone screens

• Auteur / Autrice : Mahinour Mobasher
• Direction : Nadège Ollier
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2024
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Solides Irradiés
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Défauts, Désordre et Structuration de la Matière
• Jury : Président / Présidente : Hasan Tuner
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nadège Ollier, Maurizio Marrale, Didier Gourier, Hiroshi Yasuda, Peggy Georges, François Trompier
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Maurizio Marrale, Hiroshi Yasuda

Mots clés

Mots clés libres

Dosimétrie

Verre

Écrans tactiles -- protection

Smartphones -- protection

Défauts ponctuels

Dosimetry

Glass

Smartphone screen

Screen protectors

Point defects

Résumé

Dans le cadre de la dosimétrie d'urgence, les écrans tactiles et les protections d'écran des smartphones sont étudiés en cas d'attaques malveillantes avec des sources radioactives ou de surexposition accidentelle.La méthode d'analyse proposée est la spectroscopie de résonance paramagnétique électronique (RPE) via la détection de défauts paramagnétiques ponctuels dans le verre Gorilla® Glass 5 (GG5), Victus (GG7) et dans six types différents de protections d'écran (SPs). La première étape avant l'évaluation des propriétés dosimétriques a été l'identification des différentes composantes du signal dans les spectres RPE et leur attribution. Pour ce faire, plusieurs échantillons de verre de composition simplifiée ont ainsi été synthétisés. L'attribution des différents défauts ponctuels a été réalisée en reliant l'analyse chimique obtenue par LA-ICP-MS aux spectres RPE observés pour les verres commerciaux et synthétisés ainsi qu'à l'évolution des formes spectrales en fonction de la température de recuit et de la puissance micro-onde. Pour les verres GG5 et SPs, deux centres à trous (défauts ponctuels HC1 et HC2) constituent le signal radio-induit. En outre, un signal dû aux ions zirconium (Zr3+) et/ou titane (Ti3+) est observé après irradiation aux UV-B et également aux rayons X mais à des doses supérieures à 100 Gy. Pour les verres de type GG7, un signal dû aux ions Mn2+ est observé avant et après l'irradiation, ce qui complexifie l'analyse des spectres. Néanmoins, nous avons pu identifier dans ce signal RPE complexe des défauts ponctuels de type centre à trou POHC et (Zn2+)- (centre à électron) ainsi qu'un signal dû aux ions Ti3+.En outre, nous suspectons fortement la présence d'un défaut ponctuel sur l'aluminium (AlOHC). De plus, l'exposition aux UV-B n'est pas un facteur confondant ou limitant pour le verre Gorilla® et le SP étudiés, contrairement aux générations précédentes. Des études de variabilité ont été réalisées pour GG5, GG7 et SPs, permettant d’envisager une application de la méthode en dosimétrie d’accident. Ce type d’études devra néanmoins être poursuivi et mené sur un nombre plus grand d’échantillons, ainsi que des simulations des signaux RPE en vue d'une éventuelle quantification des défauts ponctuels identifiés. La réponse en dose a été étudiée pour les verres de type GG5 et SP à l'aide d'un spectromètre RPE de paillase déployable sur le terrain afin de fournir une première évaluation des performances pratiques pour l'expertise sur le terrain. Les limites de détection ont été déterminées à 750 et 1353 mGy, respectivement, sans analyse complexe des spectres. En raison de la grande complexité des spectres RPE de GG7, la réponse à la dose du signa lié à Zn a été étudiée avec un spectromètre RPE avancé avec une limite de détection de 979 mGy. Ces résultats indiquent que l'approche proposée pourrait fournir une première catégorisation des victimes (>2 Gy, >4Gy) permettant de prioriser l'accès aux soins médicaux. D'autres travaux seront nécessaires pour étudier la variabilité des caractéristiques des échantillons et optimiser la mesure et l'analyse du signal afin d'améliorer les performances de la méthode. Ces travaux constituent une première étape prometteuse vers une approche automatique et opérationnelle du triage dans le cas de scénarios d'accidents à grande échelle.

In attempts for emergency dosimetry, smartphone touchscreens and screen protectors are investigated in case of malicious attacks with radioactive sources or accidental overexposure. The analytical method is Electron Paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy via the detection of paramagnetic point defects in Gorilla® Glass 5 (GG5), Victus (GG7) and in six different types of screen protectors (SPs). The first step before the dosimetric properties’ evaluation was the identification of the different overlapping signal components in the EPR spectra and attribution to different point defects. For this, several samples of glass with simplified compositions were synthesized. The attribution of the different point defects was achieved through linking the chemical analysis obtained by LA-ICP-MS with all the EPR spectra observed for commercial and synthesized glasses as well as the evolution of the spectral shapes with annealing temperature and microwave power for the different samples. For GG5 & SPs, two hole centers (HC1 and HC2 point defects) were attributed constituting the radio-induced signal. In addition, a signal due to zirconium (Zr3+) and/or titanium (Ti3+) ions was observed following UV and also for X-rays irradiation at doses above 100 Gy. For GG7, a signal due to Mn2+ ions was observed prior and post irradiation that complexifies GG7’s overall analysis. Nevertheless, we identified in the complex signal phosphorous oxygen hole center (POHC) and (Zn2+)- (Electron Center) point defects along with a signal due to Ti3+ ions. Furthermore, a high certainty of aluminum oxygen hole center (AlOHC) point defect was concluded. Additionally, UV-B exposure was determined not to be a confounding or a limiting factor for both Gorilla® glass and SP under investigation, as for previous generation. Some variability studies were performed for GG5, GG7 & SPs providing an optimistic insight into results’ generalization. Testing more samples is a prospective of the thesis along with the simulation of the EPR signals for possible quantification of the identified point defects. The dose response were studied for GG5 and SP using a field deployable benchtop EPR spectrometer to provide a first evaluation of practical performance for expertise on the field. The minimum detection limits are determined to be 750 and 1353 mGy, respectively with no spectra processing. Due to the high complexity of EPR spectra of GG7, the dose response of the Zn signal was studied by an advanced EPR spectrometer with a minimum detection limit of 979 mGy. These results indicate that the proposed approach could provide an initial categorization of victims (>2 Gy, >4Gy) enabling prioritization of access to medical care. Further work will be required for additional testing of the variability of samples characteristics and optimizing the signal measurement and analysis to improve performances. This work is a promising first step towards an automatic and operational approach for triage in the case of large-scale accidents scenarios.