Influence de la densité d'ionisation dans l'eau sur des solutés fluorescents. Application à la Détection de rayonnements alpha // Influence of ionization density in water on fluorescent solutes. Application to the detection of alpha radiation

La localisation et l’identification rapide, à distance, des sources d’émission de particules alpha et beta sur les surfaces ou des cavités humides ou dans des solutions, dans des installations nucléaires en démantèlement, ou à assainir, est un véritable enjeu.

Le projet de thèse proposé vise à développer un concept de détection à distance d'une lumière de fluorescence issue de processus de radiolyse de l'eau sur des molécules ou des nano-agents. La caractérisation temporelle par des mesures de durées de vie de fluorescence permettra d’attribuer la détection à un type de rayonnement, dépendant de son transfert d'énergie linéique (TEL). Dans le pic de Bragg des rayonnements alpha où le TEL est maximal, la densité d'ionisation due à ce TEL influence la durée de vie de fluorescence. Cependant, des effets de débits de dose seront aussi à considérer.

Des molécules et nanoparticules candidates à former des produits fluorescents et sensibles à la densité d’ionisation et de radicaux produits dans les traces à temps très courts, seront identifiées par un travail guidé de bibliographie, puis testées et comparées par des mesures. Les mesures spectrales (absorption et fluorescence) et des durées de vie de fluorescence des espèces fluorescentes correspondantes seront réalisées en utilisant la méthode TCSPC (Time Corelated Single Photon Counting) multicanale (16 canaux). Des faisceaux d'ions ou des particules alpha provenant de sources scellées seront utilisés pour faire une preuve de concept dans le cadre du programme CEA assainissement/démantèlement.
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The location and rapid identification, at a distance, of sources of alpha and beta particle emissions on surfaces or in wet cavities or solutions, in nuclear facilities undergoing decommissioning or to be cleaned up, is a real challenge.

The aim of the proposed PhD project is to develop a concept for the remote detection of fluorescence light from water radiolysis processes on molecules or nano-agents. Temporal characterization using fluorescence lifetime measurements will enable detection to be attributed to a type of radiation, depending on its linear energy transfer (LET). In the Bragg peak of alpha radiation, where the TEL is maximal, the ionization density due to this TEL influences the fluorescence lifetime. However, dose rate effects also need to be considered.

Molecules and nanoparticles that are candidates for forming fluorescent products and are sensitive to the ionization density and radicals produced in traces at very short times will be identified by guided bibliography work, then tested and compared by measurements. Spectral measurements (absorption and fluorescence) and fluorescence lifetimes of the corresponding fluorescent species will be carried out using the multi-channel (16-channel) TCSPC (Time Corelated Single Photon Counting) method. Ion beams or alpha particles from sealed sources will be used for proof-of-concept. Ion beams or alpha particles from sealed sources will be used for proof-of-concept in the CEA clean-up/dismantling program.
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Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut rayonnement et matière de Saclay
Service : Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers
Laboratoire : Dynamique et Interactions en phase COndensée
Date de début souhaitée : 01-10-2025
Ecole doctorale : Sciences Chimiques: Molécules, Matériaux, Instrumentation et Biosystèmes (2MIB)
Directeur de thèse : BALDACCHINO Gérard
Organisme : CEA
Laboratoire : DRF/IRAMIS/LIDyL/DICO
URL : https://iramis.cea.fr/lidyl/dico/pisp/gerard-baldacchino-2/
URL : https://iramis.cea.fr/lidyl/dico/

Public/private mixed funding

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut rayonnement et matière de Saclay
Service : Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers

Master de Chimie Physique