Livre blanc du Tritium

57 Le tritium dans l’environnement Figure 4.2 – Exemple d’étapes préalables à la préparation des échantillons solides (hors eau, air) pour la mesure du tritium (ED : Eau de Distillation ; EC : Eau de combustion). En grisé figure une variante qui consiste à séparer, dans la fraction sèche, le tritium organique échangeable du tritium organique « non échangeable ». 4 2 Métrologie du tritium libre Pour les échantillons solides, une lyophilisation permet de sécher l’échantillon et de récupérer l’eau tritiée (HTO) qu’il contient. 4 2 1 Scintillation liquide Le principe de la mesure par scintillation liquide (SL) est de mettre en contact le tritium avec un liquide scintillant. Chaque particule β- émise lors de la décroissance du tritium excite les molécules scintillantes qui, en se désexcitant, émettent de la lumière. Ce transfert d’énergie peut être gêné par les impuretés présentes dans l’eau (« quenching ») ; c’est pourquoi des étapes de purification de l’échantillon au travers de distillations sont nécessaires avant la mise en contact de l’eau de constitution et du liquide scintillant. Les flashs lumineux émis par les molécules scintillantes sont observés par des photomultiplicateurs. L’intensité des flashs donne une indication sur l’énergie de la particule β- incidente. La fréquence des flashs donne une indication sur l’activité de l’échantillon. Certains compteurs à scintillation liquide permettent d’atteindre des limites de détection plus basses, du fait de bruits de fond inférieurs : ils sont appelés SL bas bruit de fond (Fig. 4.1). 4 2 2 Comptage proportionnel Une alternative à la scintillation liquide est le comptage proportionnel. Le tritium et l’hydrogène sont convertis en gaz pour être mélangé intimement. Cette technique est présentée de manière informative, peu de laboratoires l’utilisant. Le gaz hydrogène (H2 ou HT) est obtenu à partir de l’eau par la réaction : H2O + Zn ou Mg → ZnO + H 2 Avant injection dans le compteur proportionnel, le gaz hydrogène peut ensuite être soit mélangé directement à de l’argon, soit transformé en éthane ou propane, selon les réactions suivantes : C2H4 + H2 → C 2H6 (catalyseur = palladium) C3H6 + H2 → C 3H8 (catalyseur = palladium) 4 2 3 Méthodes d’enrichissement en tritium Il existe deux méthodes pour l’enrichissement artificiel du tritium dans l’eau : l’enrichissement électrolytique et l’enrichissement thermique. Enrichissement électrolytique. Cette méthode est relativement simple et nécessite peu de manipulation ou de surveillance si ce n’est les précautions contre l’accumulation d’hydrogène et les risques d’explosion associés. La conductivité de l’eau est augmentée par l’ajout de Na2O ou de NaOH, l’eau est ensuite décomposée par le passage d’un courant électrique : 2H2O → 2H 2 + O2 Le fractionnement isotopique de l’hydrogène est élevé, 90 % du tritium de l’échantillon restant dans l’eau. Ainsi, si le volume d’eau diminue d’un facteur 10, l’enrichissement est environ d’un facteur 9. A la fin de l’électrolyse, l’échantillon est distillé à nouveau pour supprimer l’électrolyte avant la mesure de la radioactivité. Si la quantité d’eau est suffisante, il est possible de répéter l’enrichissement une deuxième fois, l’enrichissement est alors de 9x9 mais le nombre d’échantillons traités simultanément est divisé par 10. Cette méthode performante est plus difficilement applicable au tritium organiquement lié car, pour enrichir, il faut disposer d’eau en excès. Pour augmenter la quantité d’eau récupérée, il faudrait multiplier les combustions pour un même échantillon. Étant donné la complexité des combustions, cette solution semble peu envisageable. Enrichissement thermique. Lorsqu’un mélange de gaz est mis en présence d’une paroi froide ou chaude, le composant de masse élevé tend à se concentrer sur la zone froide et le composant léger sur la zone chaude. L’eau est réduite en hydrogène gazeux : H2O + Zn ou Mg → ZnO (ou MgO) + H 2 Le gaz hydrogène (H2) est ensuite injecté dans une enceinte permettant cette séparation. Cette méthode est relativement complexe ; peu de laboratoires peuvent l’appliquer.

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