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La datation 14C, ses applications classiques et insolites

Présenté le 1er décembre 2022
par Lucile BECK
Laboratoire de Mesure du Carbone 14
CEA/CNRS/IRD/IRSN/MC-LSCE

La méthode de datation par le radiocarbone est basée sur la décroissance radioactive du carbone 14, isotope radioactif naturel du carbone. Cette technique a vu le jour dans les années 1950 après la découverte de l’isotope dix ans plus tôt, d’abord créé artificiellement, puis mis en évidence dans la matière vivante naturelle. Son utilisation comme chronomètre a valu à W. F. Libby le prix Nobel de chimie en 1960. Depuis, des milliers de datations de matériaux d’origine organique (bois, os, parchemin, tissus, coquillage, graine, cheveux, sédiments, tourbes, …) ont été effectuées à travers le monde pour des applications archéologiques ou environnementales. L’utilisation de la spectrométrie de masse par accélérateurs a permis un bond inestimable dans la mise en œuvre de la méthode à partir des années 1980-1990 ; il a alors été possible de diminuer les prises d’échantillons jusqu’à des masses qui ont rendu réalisable l’application de la technique à des œuvres très précieuses ou à des matériaux à faible teneur en carbone comme le fer ou la céruse. Des exemples de datations classiques ou plus insolites, développées au LMC14, seront présentés lors de ce séminaire.

Fête de la Science 2022

La Fête de la Science s’est tenue du 7 au 17 octobre 2022.

Le LNHB, en charge des unités de mesure dans le domaine des rayonnements ionisants (becquerel, gray et sievert), a participé à la journée organisée à cette occasion par le LNE sur le thème « Le monde de la mesure ».

Celle-ci a eu lieu le samedi 15 octobre 2022, de 10 h à 17 h, au siège du LNE à Paris. 

Plus d’informations sur le site du LNE.

Un résumé de cette journée en vidéo.

Sources X Compton intenses et compactes
Le projet ThomX

Présenté le 6 octobre 2022
par Marie JACQUET
IJCLab, CNRS, Orsay

La puissance croissante des lasers permet aujourd’hui le développement de sources de photons de haute puissance basées sur la rétrodiffusion Compton. Des rayons X de quelques dizaines de keV peuvent être produits à partir d’impulsions laser et de paquets d’électrons accélérés à quelques dizaines de MeV. Ce procédé permet de concevoir des sources compactes (installations de ~ 100 m2) fournissant des faisceaux X de haute intensité, de haute luminosité et accordables en énergie dans la gamme 10-100 keV.
Avec le développement de ces sources, des méthodes expérimentales ambitieuses utilisées aujourd’hui uniquement dans des installations synchrotron pourraient être développées dans un laboratoire, un musée ou un hôpital.
Parmi les nombreux projets de sources Compton de haut flux en cours de développement dans le monde [1, 2], le projet français ThomX [3] installé sur le site de l’Université Paris-Saclay est le plus avancé. ThomX vise à délivrer 1012-1013 ph/s dans la gamme 40-90 keV, avec une brillance de 1010-1011 ph/s/mm2/mrad2/0,1%bw. Ces caractéristiques seront suffisantes pour réaliser une large gamme d’expériences dans divers domaines (biomédecine, préservation du patrimoine culturel, science des matériaux [4]). Le commissioning de la machine ThomX vient de commencer.

L’état de l’art de cette nouvelle génération de sources de haut flux sera d’abord présenté, puis la machine ThomX, son état d’avancement et son potentiel d’applications seront décrits.

[1] M. Jacquet, Nucl. Instr. & Meth. B 331 (2014) 1.
[2] M. Jacquet & C. Bruni, J. Synch. Rad. (2017) 24.
[3] K. Dupraz et al, Physics Open, Elsevier, 2020, 5, pp.100051.
[4] M. Jacquet, Phys. Med. 32 (2016) 1790.

Workshop NEEDS-NACRE

La structure nucléaire et les données nucléaires pour les réacteurs

Le programme national de recherche NEEDS (Nucléaire-Énergie-Environnement-Déchets-Société) vise à mobiliser une recherche académique sur les grandes questions scientifiques liées au nucléaire. Il est porté par le CNRS et inclut les acteurs majeurs du nucléaire français : l’Andra, le BRGM, le CEA, EDF, Framatome, l’IRSN et Orano. Il assure une animation scientifique transverse autour des grandes thématiques de ce domaine : réacteurs nucléaires et transition énergétique, déchets nucléaires, environnement, ressources. Il aide également à construire des projets de recherches structurants qui abordent des questions de science fondamentale d’intérêt pour l’énergie nucléaire.

Le projet structurant NACRE (le Noyau Au Cœur du RéactEur) vise à créer une collaboration étroite entre les expérimentateurs, les théoriciens et les évaluateurs français dans le domaine des données nucléaires. Son ambition est d’améliorer les bases de données évaluées pour la simulation des réacteurs nucléaires en enrichissant la connaissance et la modélisation des processus fondamentaux via de nouvelles mesures microscopiques, le développement de techniques de maîtrise des incertitudes, et l’amélioration des méthodologies d’évaluation. Le LNE-LNHB participe à ce projet en apportant son expertise en évaluation de données de décroissance, ainsi qu’en mesure et calcul théorique des transitions bêta pour les produits de fission.

Les acteurs de NACRE sont confrontés aux limites de la connaissance de la structure nucléaire, restreignant l’emploi de certaines techniques expérimentales et la modélisation des processus physiques. Dans ce contexte, le LNE-LNHB a organisé un atelier réunissant les acteurs majeurs de la communauté en mesure de données nucléaires, en modélisation théorique et en évaluation de données nucléaires. Le but de cet atelier était de permettre la rencontre des acteurs de NACRE et des spécialistes de la structure nucléaire afin de discuter des moyens potentiels pour lever les verrous rencontrés. Après une présentation de la thématique de l’évaluation des données nucléaires pour les réacteurs, un état des lieux des travaux réalisés dans le cadre de NACRE et des besoins applicatifs a été dressé. Plus particulièrement, les besoins en amélioration de la connaissance de la structure nucléaire ont été présentés pour chaque thème de recherche : mesures de neutrons retardés, sections efficaces (fission, inélastique, capture, etc.), produits de fission et leur décroissance, spectres des antineutrinos, etc. Les discussions ont porté sur les collaborations expérimentales et théoriques qu’il serait possible d’initier ou d’intensifier pour répondre à ces besoins.

Ce workshop a été organisé les 27 et 28 juin 2022 au CEA-Saclay par le LNE-LNHB.

Sites web :

Deux doctorants du LNE-LNHB récompensés

Ces dernières semaines, les travaux de deux jeunes chercheurs du laboratoire de métrologie de la dose du LNE-LNHB ont été distingués lors de conférences nationales et internationales.

Le prix Daniel Blanc a été attribué à Julien Jurczak avec une remise lors du congrès des Laboratoires Associés de Radiophysique et de Dosimétrie (LARD) à Fontenay-aux-Roses les 27 et 28 juin. Le prix distingue sa thèse soutenue en mars 2022 et qui portait sur la mise en place d’une nouvelle approche pour la radiothérapie, le produit-dose surface, et son application aux protocoles de traitements stéréotaxiques. Ce prix, d’un montant de 600 euros, récompense une thèse remarquée, récemment soutenue, et liée aux thématiques de l’association des LARD, dont fait partie le LNE-LNHB.

Alice Rousseau a quant à elle été récompensée lors de la conférence IC3DDose (International Conference on 3D and Advanced Dosimetry) organisée à Québec du 19 au 23 juin dernier. Sa présentation orale, intitulée « End-to-end quality assurance for Volumetric Modulated Arc Therapy with Fricke-Xylenol orange-Gelatin gel dosimeter sand dual-wavelength cone-beam optical CT scanner« , a reçu la deuxième place de la meilleure présentation dans la « Rising Star Competition » qui récompense les meilleures présentations des jeunes chercheurs de la conférence.  

Les rayonnements ionisants au BIPM
et le Système International de Référence (SIR)

Présenté le 7 juillet 2022
par Vincent GRESSIER & Carine MICHOTTE
BIPM (Bureau International des Poids et Mesures)

Le Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) est l’organisation internationale dédiée à la métrologie fondamentale. Après quelques rappels historiques, le fonctionnement du BIPM et de la métrologie internationale seront présentés, notamment au travers des comparaisons internationales de métrologie, en s’intéressant plus particulièrement au cas particulier des rayonnements ionisants, dont les activités au BIPM se sont développées à partir de 1964.
Dans le domaine de la métrologie des radionucléides, le BIPM a été en charge du Système International de Référence (SIR) pour les émetteurs gamma dès 1976. Depuis, une trentaine de laboratoires du monde entier ont participé en envoyant des échantillons de solution primaires ou secondaires au BIPM pour comparaison avec les autres participants. Environ 70 radionucléides différents ont déjà été mesurés dans la chambre d’ionisation de référence.
Le fonctionnement du SIR sera présenté ainsi que ses limites d’utilisation, qui ont motivé le développement de deux autres systèmes de référence associés au SIR. En premier lieu, l’instrument de transfert SIRTI dédié à la mesure de radionucléides de court temps de vie qui va directement dans les laboratoires participants et répond aux besoins liés aux applications médicales et, plus récemment, l’extension du SIR (ESIR) adaptée à la mesure des émetteurs bêta purs et des émetteurs alpha.

Spectrométrie de photons avec des calorimètres
magnétiques ultra-haute résolution en énergie

Présenté le 7 avril 2022
par Matias RODRIGUES
CEA/LNE-LNHB (Laboratoire National Henri Becquerel)

Les détecteurs thermiques cryogéniques sont des spectromètres à dispersion d’énergie pouvant mesurer des spectres de photons avec des résolutions plus d’un ordre de grandeur meilleure que celle des détecteurs à semiconducteur. Bien que nécessitant un environnement de fonctionnement à extrêmement basse température (< 100 mK), les détecteurs cryogéniques sont une technologie attractive pour répondre à des besoins spécifiques pour lesquels une excellente résolution est indispensable. Le LNHB a été pionnier quant à l’introduction de ces détecteurs, en particuliers les calorimètres métalliques magnétiques (CMM), en métrologie des rayonnements ionisants.

Après une brève introduction sur le principe physique des détecteurs cryogéniques et des CMM, les différents développements qui ont été menés au LNHB seront exposés : du premier prototype artisanal jusqu’au plus récent CMM pixellisé par microfabrication, en passant par le CMM « SMX3 » capable de mesurer une raie gamma à 166 keV avec une résolution de 31 eV. Aussi quelques résultats seront présentés comme la mise en évidence de raies satellites intenses dans les spectres de photons X de radionucléides, ou la mesure précise d’intensités d’émission de raies XL grâce à un rendement de détection caractérisé métrologiquement avec une incertitude de 0,35 %. Enfin, les MMC ne cessent de gagner en maturité technologique pour simplifier leur mise en œuvre, pour augmenter leur rendement de détection et leur taux de comptage ; quelques perspectives illustreront ces avancées.