MARS

La ligne MARS propose à ses utilisateurs une nouvelle technique expérimentale : la "High-Energy Resolution Fluorescence-Detection X-ray Absorption Spectroscopy (HERFD-XAS)"

Les chercheurs du CEA et de la ligne MARS de SOLEIL viennent d’achever, lundi 3 décembre 2018, la caractérisation microstructurale par diffraction des rayons X d’une section transverse de combustible nucléaire irradié en réacteur, expérience réalisée pour la première fois au monde et entamée le mercredi 21 novembre 2018.

La détermination des formes prédominantes des radionucléides en milieu marin constitue un axe de recherche majeur pour de nombreux instituts de recherche spécialisés dans l’impact environnemental des activités nucléaires militaire et civile. Dans ce cadre, l'Institut de Chimie de Nice, le CEA DAM DIF et le CEA DEN DMRC de Marcoule se sont associés à la ligne MARS de SOLEIL afin d’élucider la forme chimique du plutonium dans l’eau de mer.

Depuis les années 2000, les ingénieurs et chercheurs du CEA et du synchrotron SOLEIL travaillent ensemble pour concevoir une ligne d’expérience unique au monde pour l’étude et l’analyse des matériaux irradiés. Parmi ses objectifs : pouvoir analyser sur un synchrotron un échantillon de combustible nucléaire qui sort d’un  réacteur pour mieux comprendre l'évolution du combustible soumis à irradiation.

L'énergie nucléaire est la première source de production d'électricité en France. Dans le cadre du retraitement du combustible nucléaire usé, les produits de fission et les actinides mineurs sont concentrés puis mélangés avec du verre borosilicaté fondu. Sur la ligne MARS, une équipe du Laboratoire des Matériaux et Procédés Actifs (CEA, Marcoule) a étudié, par spectroscopie d’absorption X, les effets de radiations α sur la structure moléculaire de verres borosilicatés. 

Multi Analyses on Radioactive Samples : MARS
Caractériser des échantillons radioactifs pour l’environnement, la santé et l’énergie

La ligne de lumière MARS a pour objectif d’accroître les possibilités de recherche en biologie, chimie et physique sur la matière radioactive (émetteurs a, ß, γ et neutrons) à partir du rayonnement synchrotron en accord avec les règles de sûreté nationales et européennes.

Cette ligne de lumière est soumise à une régime d’autorisation de l'ASN ("Autorité de Sûreté Nucléaire"). Grâce à ses caractéristiques spécifiques, l’activité radioactive globale maximale présente sur la ligne est de 185 GBq avec un maximum de 18.5 GBq (0.5 Ci) par échantillon.

La conception de la ligne de lumière MARS (architecture et optique) est également optimisée pour une utilisation alternée de deux stations d’analyse permettant de réaliser des mesures de diffraction des rayons X en transmission et à haute résolution, de diffusion de rayons X aux grands angles et petits angles (SAXS et WAXS), de spectroscopie d’absorption de rayons X standard et à haute résolution (XANES, EXAFS, HERFD-XANES), et avec des techniques microfaisceau.

La ligne de lumière MARS étend ses capacités d’analyses multi-échelles de matériaux par l’évolution de son poste d’analyse CX3. Il est désormais possible de combiner l’imagerie de tomographie plein champ en contraste d’absorption avec l’utilisation du faisceau micro-focalisé pour mener des analyses corrélatives de Spectroscopie de Fluorescence X et Diffraction des Rayons X au travers d’un plan de coupe spécifiquement sélectionné dans le volume de l’échantillon. Cette nouvelle stratégie d’acquisition permet d’aboutir à la cartographie dans le volume d’objet massif hétérogène avec une très forte résolution spatiale. L’extension de cette nouvelle offre analytique bénéfice directement de l’utilisation de nouveaux détecteurs rapides aussi bien pour la DRX avec un détecteur bidimensionnel de grande surface Pilatus 3 2M CdTe (Dectris) et la combinaison d’un détecteur de fluorescence X SDD 13 éléments associée à un nouveau système de MCA Xpress3 (Quantum Detectors). Enfin, la combinaison d’un scan en énergie avec l’imagerie de tomographie plein champ étend l’analyse du contraste d’absorption à la combinaison de la distribution élémentaire avec une analyse de spéciation.

Situation actuelle  (2023) :

Actuellement, les configurations suivantes sont opérationnelles :

  1. Mode diffraction par transmission (Transmission XRD) avec détecteur 2D plaque image ;
  2. Mode absorption standard (Standard XAS) soit en transmission soit en fluorescence (plusieurs détecteurs disponibles) ;
  3. Mode absorption à haute résolution (HERFD-XANES) avec spectromètre d'émission à cristaux analyseurs ;
  4. Mode microfaisceau en fluorescence, absorption ou diffraction (micro XRF, XAS and XRD) ;
  5. Mode diffraction à haute résolution (High Resolution XRD) sur notre diffractomètre dédié.
  6. Imagerie par contraste d'absorption et coupes tomographiquStation CX2: High Resolution XRD

 

 

 

 

SOLARI Pier Lorenzo
Responsable Ligne De Lumière
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01 69 35 97 20
HUNAULT Myrtille
Scientifique de Ligne De Lumière
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01 69 35 96 77
MENUT Denis
Scientifique de Ligne De Lumière
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01 69 35 81 15
BRETON William
Assistant Ingénieur de Ligne De Lumière
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01 69 35 97 08
BURROW Timothy-Graham
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01 69 35 97 43
FONT Gaspard
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01 69 35 97 85

* Prestataire extérieur, intérimaire ou collaborateur

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