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AbstractAbstract
[en] The use of nuclear energy for electricity production presents an important concern with radiotoxic waste management for present and future generations. In view of this fact, the chemists' community has been searching for solutions to treat and recycle nuclear fuel. The miniaturization of chemical processes is extensively sought out nowadays, in an attempt to reduce laboratory activity risks, delays and costs. The researched analytical innovation requires subsequent development of appropriate analysis tools. In this respect, the work presented here addresses the development of co-integrated optofluidic micro-systems on borosilicate glass, compatible with nuclear effluent analysis constraints. A spectrometric sensor is designed, fabricated, interfaced and characterized in a nuclear environment. An optical waveguide and a microfluidic channel are designed adjacent to one another in order to obtain wide-spectrum absorption spectroscopy measurements by light/fluid evanescent interaction. Both ion-exchange technology and wet-etching technologies were used to create the optical and fluidic planar functions. The device is assembled by direct molecular bonding with an optimized protocol which withstands surface energies > 2, 5 J.m2. Sensor optical and fluidic functions are interfaced with fiber optics and fluid capillaries in order for the chip to be used within a plug-and-play detection chain. Spectral measurements of a plutonium(VI) in nitric acid solution have allowed to verify the technological solution's compatibility with harsh acid manipulation and irradiation resistance. The system put together for the detection of plutonium(VI) displays a detection limit of 1.6.10-2 mol.L-1 for a probed volume below 1 nano-liter, inside a 21 micro-liter channel. A new sensor design is studied in the thesis work perspectives in order to optimize sensor detection limit and channel volume and reach industrial tools analytical performances with nano-liter sample volumes. (author)
[fr]
L'exploitation de l'energie nucleaire pour la production d'electricite presente un defi de gestion des effluents radiotoxiques pour les generations presentes et futures. Face a ce constat, la communaute des chimistes recherche continument a ameliorer les solutions de traitement et de recyclage du combustible use. Dans le controle de ces procedes, les operations d'analyse jouent un role primordial. La miniaturisation des procedes est un des enjeux principaux de la recherche en surete nucleaire, dans un effort de reduction des risques, des delais et des couts des activites de laboratoire. Dans ce contexte, les travaux presentes ici sont issus d'une collaboration entre le CEA de Marcoule et l'IMEP-LAHC et traitent de la mise au point d'un microsysteme optofluidique sur verre, adapte a la mesure de concentration de plutonium (VI) en acide nitrique. Une source de lumiere sonde est confinee dans un guide d'onde obtenu par echange d'ions et interagit par onde evanescente avec un canal microfluidique. La raie d'absorption a 832 nm du Pu(VI) dans la solution a analyser devient donc observable dans le spectre de la lumiere apres une certaine longueur d'interaction. Un des enjeux principaux est de fabriquer un capteur tres robuste, fonctionnel en boite a gants. L'assemblage du dispositif est effectue par collage moleculaire avec un procede permettant d'atteindre une energie de surface γ > 2,5 J.m2 suffisante a garantir la tenue du dispositifs a des pressions testees jusqu'a 2 bars dans les canaux. Les fonctions optiques et fluidiques du dispositif sont completement interfacees avec des fibres optiques et des capillaires fluidiques. Des mesures spectrales d'une solution de plutonium (VI) en acide nitrique ont permis de verifier la compatibilite de la solution technologique abordee pour la manipulation d'acides forts et la resistance a l'irradiation. Le systeme presente une limite de detection de 1,6.10-2 mol.L-1 Pu(VI) pour un volume sonde inferieur a 1 nano-litre, au sein d'un microcanal de 21 micro-litres. Une structure permettant d'optimiser la sensibilite du capteur ainsi que le volume du canal est etudiee en perspective du travail de these, afin d'atteindre les performances equivalentes a des outils commerciaux pour des volumes sondes de l'ordre de quelques nano-litresOriginal Title
Realisation d'un micro-capteur optofluidique pour la mesure deportee de radionucleides
Primary Subject
Source
20 Jun 2018; 156 p; 120 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses; Optique et Radiofrequences
Record Type
Report
Literature Type
Thesis/Dissertation
Report Number
Country of publication
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INIS VolumeINIS Volume
INIS IssueINIS Issue