1

26 - 28 Mai 2010,

Celliers des Chartrons

15mes Journes dEtudes de la Chimie sous Rayonnement

3

JECR 2010

La quinzime dition des Journes dEtudes de la Chimie sous Rayonnement (JECR) a

lieu Bordeaux du 26 au 28 mai 2010. Ces Journes biennales constituent la plus

importante manifestation francophone, avec participation internationale, consacre ltude

des effets des rayonnements ionisants sur la matire. Les thmes abords sont de nature

interdisciplinaire, de linteraction physique primaire aux effets physico-chimiques, chimiques

et biochimiques, incluant les applications comme lirradiation industrielle, la radiothrapie et

la radio-pharmacie. Lobjectif de ces Journes est de favoriser les rencontres et les

changes entre tous les chercheurs et industriels du domaine. Le programme

scientifique se compose de communications orales suivies de discussions, et de

prsentations par affiches. Une attention particulire est accorde aux jeunes scientifiques

dans un but de promotion de leurs premiers travaux. Pour ces 15mes journes, les

organisateurs veulent permettre quelques trangers reconnus de donner leur confrence

en anglais avec un support visuel en franais. Un systme de parrainage pour la traduction

des diapositives sera mis en place. Nous voulons en effet ouvrir et enrichir le spectre des

interventions par ce biais.

Comit Scientifique International Dr Serge Bouffard, CEA, CIMAP, Caen, France

Pr Massoud Fattahi-Vanani, CNRS, Subatech, Nantes, France

Pr Monique Gards-Albert, Univ. Paris 5, France

Pr Nicholas J.B. Green, Univ. of Oxford, Royaume Uni

Pr Jean-Marc Jung, Univ. Strasbourg, France

Dr Tarek Marfak, Knitra, Maroc

Pr Mehran Mostafavi, Univ. Paris 11, France

Dr Barbara Pastina, SROy, Helsinki, Finlande

Pr Lon Sanche, Univ. de Sherbrooke, Canada

Dr Mlanie Spotheim-Maurizot, CNRS, Orlans, France

Dr Abel J.S.C. Vieira, Lisbonne, Portugal

Dr James Wishart, BNL, Brookheaven, Etats Unis d'Amrique

Comit Scientifique dHonneur Pr Jacqueline Belloni, France

Dr Bernard Hickel, France

Pr Bernard Tilquin, Belgique

Pr Jacques Raffi, France

Comit dOrganisation (LRad, CEA Saclay & CENBG) Grard Baldacchino, Prsident du Comit

Sbastien Incerti, Co-organisateur et logistique locale

Jean Philippe Renault, Adjoint

Serge Pin, Adjoint et Trsorier

Sophie Le Car, Adjointe et dlgue au site internet

Stphane Esnouf, Adjoint

Georges Vigneron, Sandrine Moreau, Plaquette et logistique

Elodie Atinault, Dimitri Saffr, Organisation, logistique et admin. Facebook

Caroline Chatelain, Stphanie Devineau Logistique

5

PROGRAMME DETAILLE DES JOURNEES

Mardi 25 mai 2010

A partir de 16h et jusqu 20h : Accueil et enregistrement des participants aux Celliers des Chartrons

Mercredi 26 mai 2010

8h00 8h50 Accueil et enregistrement des participants

8h50 9h00 Ouverture des JECR 2010

9h00 - 10h40 Session 1 Evnements primaires Nicholas Green

9h00 Anne Lafosse Chimie induite par lectrons de basse nergie (0-

20 eV) et mcanismes lmentaires 40

9h40 Michel Fromm Ralisation de dpts denses de plasmides d'ADN

pour l'tude des effets des lectrons de basses nergies (EBE, 0-30 eV)

20

10h00 Christophe Champion Sections efficaces thoriques dionisation et de capture sur les bases dADN lors de collisions

induites par particules charges 20

10h20 Raluca Musat Structure de la solvatation et dynamique dans les

liquides ioniques temprature ambiante 20

10h40 - 11h10 Pause de 30 minutes

11h10 - 12h30 Session 2 Conditions extrmes Jean-Marc Jung

11h10 Shinichi Yamashita Radiolyse de leau avec les faisceaux dions

continus du HIMAC 40

11h50 Dimitri Saffr Capture du radical hydroxyle dans des conditions extrmes de temprature, pression et diffrentes

valeurs de TEL 20

12h10 Elodie Atinault Une nouvelle source impulsionnelle picoseconde de

particules de TEL lev 20

12h30 - 14h00 Djeuner Installation des affiches

14h00 - 15h20 Sessions 3 Biochimie radicalaire Mlanie Spotheim-Maurizot

14h00 Ccile Sicart-Roselli Protines et radicaux oxydants: quels types de

dommages pour quelles consquences? 40

14h40 Quentin Raffy Transferts de radicaux carbo-centrs entre acides

amins 20

15h00 Mat Hanot Modulation du statut redox endogne comme

vecteur de la radio sensibilisation de tumeurs suite l'irradiation par Rayons X et ions Carbone

20

15h20 - 15h50 Pause de 30 minutes

15h50 - 17h10 Session 3 (suite) Biochimie radicalaire Monique Gards-Albert

15h50 Marie Davidkova Modlisation des dommages radio-induits dans les

complexes ADN-protine 40

16h30 Mlanie Spotheim-Maurizot

Dstabilisation radio-induite dun complexe ADN-protine 20

16h50 Matthieu Karamitros Modlisation des effets biologiques des radiations avec loutil de simulation Monte-Carlo Geant4 : le

projet Geant4-DNA 20

17h10 - 18h00 Session 4 Prsentations rapides des affiches

Serge Pin

Passage dans lordre des numros daffiche

1 affiche / 1 minute / 1 transparent pour rtro-

projecteur

18h00 - 9h30 Session 5 Sance Affiches

19h30 Dner au restaurant

jusqu 22h Session 5 (suite) Sance Affiches

Jeudi 27 mai 2010

8h30 -10h10 Sessions 6 Radiolyse de molcules spcifiques

Abel-Vieira

8h30 Laurence Berthon Impact de la radiolyse sur les systmes

extractants : consquences sur la composition du solvant et ses

performances

40

9h40 Florent Kuntz Lyophilisation et irradiation :

Techniques combines pour la strilisation des produits

pharmaceutiques

20

10h00 Justine Criquet Irradiation par faisceau dlectrons

dacides carboxyliques en solutions aqueuses - Effet du persulfate

20

10h20 Rita Melo Dgradation radiolytique

dacetovanillone dans les solutions aqueuses

20

10h10 - 10h40 Pause de 30 minutes

10h40 - 12h20 Session 7 Nanosciences, nanotechnologie

Jean Philippe Renault

10h40 Cornelius W Hagen A multi-electron-beam-induced

deposition tool for nano-prototyping 40

11h20 Wafa Abidi Nanobtonnets dor synthtiss par

radiolyse en solution et en msophase lamellaire

20

7

11h40 Laurent Pain Le potentiel de la lithographie

lectronique : du CMOS l exotisme de la lithographie traversante

40

12h20 - 13h00 Sessions 8 Dosimtrie / Effet direct Mehran Mostafavi

12h20 Cdric Costa Dosimtrie des rayonnements alphas :

bilan et perspectives 20

12h40 Anna Balcerzyk Leffet direct du rayonnement ionisation sur les solutions aqueuses de NaBr de

forte concentration 20

13h00 - 14h00 Djeuner Session Affiches

14h00 Runion du Comit Scientifique

15h00 Sortie Dtente en Mdoc // Photo de groupe Pauillac

20h00 Dner au Chteau Dauzac

Vendredi 28 mai 2010

8h30 - 9h10 Sessions 9 Entreposage / Stockage

Massoud Fattahi

8h30 Barbara Pastina La chimie sous rayonnement et le

stockage direct du combustible us en couche gologique profonde : questions

et opportunits

40

9h10 Magaly Tribet Lixiviation de pastilles de UO2 dopes en metteurs alpha (

238/239Pu) dans une

eau synthtique reprsentative dune eau souterraine argileuse de type Bure

20

9h30 - 10h30 Session 10 Polymres / Liquides ioniques

James Wishart

9h30 Adeline Dannoux Polymres sous irradiation : analyse de produits de dgradation hydrosolubles 40

10h10 Ali Traboulsi

Etude de la dgradation sous irradiation gamma de rsines changeuses dions :

Quantification des rendements de production gazeux dans diffrentes

conditions exprimentales

20

10h30 -10h50 Pause de 20 minutes

10h50 Rmi Barillon Trace latente et fluorescence induites

par des ions dans des dtecteurs organiques solides

40

11h30 Michal Krzeminski LAFM utilise en mode semi-contact

pour ltude de la polymrisation rticulante sous rayonnement de

diacrylates aromatiques

20

11h50 Mlodie Munier Mcanismes de scintillation au sein de

nouveaux dtecteurs organiques base de liquides ioniques

20

12h10 James Wishart Produits primaires et finaux de la

radiolyse des liquides ioniques et leurs ractivits

20

12h30 - 12h50 Session 11 Astro-radiolyse Bernard Hickel

12h30 Vincent Cobut Formation d'eau sur les grains

interstellaires sous rayonnement UV et rayons cosmiques. Simulations Monte

Carlo

20

12h50 - 13h00 Clture des JECR 2010 10

13h00 - 14h00 Djeuner Retrait des Affiches / Dpart des participants

9

CONFERENCIERS INVITES

N Titre de lexpos Orateur Laboratoire

I-1 Chimie induite par lectrons de basse nergie (0-

20eV) et mcanismes lmentaires. Anne Lafosse Universit Paris 11

I-2 Water Radiolysis with Steady-state Heavy-ion

Beams from HIMAC Shinichi Yamashita JAEA, Japon

I-3 Protines et radicaux oxydants: quels types de

dommages pour quelles consquences? Ccile Sicart-Roselli Universit Paris 11

I-4 Modlisation des dommages radio-induits dans

les complexes ADN-protine. Maria Davidkova

Acadmie des Science de la Rpublique Tchque

I-5

Impact de la radiolyse sur les systmes

extractants : consquences sur la composition du

solvant et ses performances

Laurence Berhon CEA Marcoule

I-6 A multi-electron-beam-induced deposition tool for

nano-prototyping CW Hagen TUDELF, Pays Bas

I-7

Le potentiel de la lithographie lectronique : du

CMOS l exotisme de la lithographie

traversante.

Laurent Pain MINATEC, Grenoble

I-8 La chimie sous rayonnement et le stockage direct

en profondeur : questions et opportunits. Barbara Pastina

Saanio & Riekkola Oy,

Finlande

I-9 Polymres sous irradiation : analyse des produits

de dgradation hydrosolubles. Adeline Dannoux CEA Saclay

I-10 Trace latente et fluorescence induites par des

ions dans des dtecteurs organiques solides. Rmi Barillon IPHC, Strasbourg

11

Session 1

Evnements primaires

13

I-1

Chimie induite par lectrons de basse nergie (0-20 eV) et mcanismes lmentaires

L. Amiaud, E. Matar, R. Azria, A. Lafosse

Institut des Sciences Molculaires dOrsay (ISMO) CNRS - Universit Paris-Sud 11, Orsay, 91405, France

La ractivit induite par irradiation dlectrons de basse nergie (0-20 eV) est initie

par des processus dissociatifs, qui dpendent de lnergie incidente des lectrons. Pour des nergies suffisamment grandes, llectron peut induire lexcitation ou lionisation de la molcule. Ldifice molculaire peut ensuite se dissocier en formant des fragments neutres N et ioniques I+/-. Lorsque lnergie de llectron est rsonante avec celle dun tat anionique molculaire, llectron incident peut tre captur par la molcule. Lion molculaire transitoire M#- ainsi form peut ensuite se dissocier en fragments neutre(s) et anionique : cest le mcanisme dattachement lectronique dissociatif (AED). Aux nergies infrieures aux seuils dexcitation et dionisation de la molcule, une voie de fragmentation par AED est en gnral trs majoritaire, il en rsulte la formation slective, et donc contrle, des fragments associs [1]. Linteraction de tout rayonnement ionisant avec la matire mne la formation dlectrons secondaires de basse nergie. Les processus engendrs contribuent de faon notable au bilan des modifications chimiques induites. Ils doivent en particulier tre pris en compte dans les modles dvolution chimique des glaces interstellaires soumises aux rayonnements cosmiques et UV [2], dans la description des dommages induits par les rayonnements en radiothrapie [3], dans loptimisation des procds de structuration bi- et tri-dimensionnelle de substrats ou interfaces sous faisceaux focaliss (FEB ou FIB) mis en uvre dans lindustrie des circuits intgrs [4]. Les lectrons lents peuvent galement tre utiliss en tant que particules primaires pour induire des modifications chimiques au sein de systmes molculaires. Lide est alors de piloter la formation des fragments ractifs par lintermdiaire des mcanismes rsonants dAED, pour contrler et orienter les ractions globales induites au sein de films molculaires et en surface de substrats fonctionnaliser pour dvelopper des senseurs chimiques et biologiques [5]. Deux types de films molculaires sont considrs : (i) des glaces, i.e. des films de molcules physisorbes sur des substrats refroidis temprature cryognique (~20 K), et (ii) des couches auto-assembles (SAMs) de thiols fonctionnaliss sur des substrats dor [6]. Aprs avoir identifi les ractions majeures inities par irradiation lectronique, une tude en fonction de lnergie incidente des lectrons est effectue pour comprendre les mcanismes lmentaires impliqus. Le dispositif exprimental ultravide combine deux techniques complmentaires : la spectroscopie haute rsolution de perte dnergie dlectrons (HREELS) qui fournit la signature vibrationnelle des systmes tudis, lanalyse en masse des fragments neutres ou ioniques dsorbant soit pendant lirradiation lectronique, soit sous linfluence dune rampe de temprature applique au substrat. La chimie induite par lectrons lents et les mcanismes lmentaires associs seront discuts sur les trois systmes suivants : la formation du dioxyde de carbone CO2 au sein de glaces pures de petits acides carboxyliques RCOOH, la fonctionnalisation par des groupements insaturs CH2CN dun substrat de diamant, les produits de dgradation dune SAM dacide 11-Mercapto-undcanoque.

[1] I. Bald et al., Int. J. Mass Spectrometry 277 (2008) 4

[2] e.g. J.M. Greenberg, Surf. Sci. 500 (2002) 793; D. Field, Europhysics news 36 (2005) 51 [3] L. Sanche, Eur. Phys. J. D 35 (2005) 367; Mass. Spec. Rev. 21 (2002) 346; Chem. Phys. Lett. 474 (2009) 1

[4] I. Utke et al., J. Vac. Sci. Technol. B 26 (2008) 1197

[5] A. Lafosse et al., Progress Surf. Sci. 84 (2009) 177; C.R. Arumainayagam et al., Surf. Sci. Rep. 65 (2010) 1 [6] F. Tielens et al., J. Phys. Chem. C 112 (2008) 182; F. Thery-Merland et al., Sensors & Actuators B 114 (2006) 223

Ralisation de dpts denses de plasmides d'ADN pour l'tude des

effets des lectrons de basses nergies (EBE, 0-30 eV)

Michel Fromm

Besanon

Nous prsentons une mthode spcialement dveloppe pour auto-assembler des

plasmides d'ADN (~3000 pb) en prsence de diamines sur une surface de graphite. Des

dpts denses d'paisseur variable et calibres peuvent tre raliss avec des paisseurs

allant de 2 plusieurs dizaines de nanomtres. Ces dpts peuvent tre re-dissouts dans

l'eau aprs exposition aux rayonnements ionisants et aux EBE. Il est alors possible d'tudier

les effets des EBE sur l'ADN dans des conditions parfaitement adapts leur contexte

puisque le libre parcours moyens des EBE est de l'ordre de quelques nanomtres. De plus,

des expriences d'exposition de ces dpts aux EBE dans l'air diffrents taux

d'hygromtrie sont rendus possibles grce de rcents dveloppements raliss en

collaboration avec l'quipe du Professeur L. Sanche (Universit de Sherbrooke).

Nous dcrivons dans cet expos la mthode mise au point pour raliser les dpts et ses

caractristiques, puis nous donnerons quelques rsultats prliminaires obtenus dans le vide

en prsence d\'EBE et enfin nous montrerons comment ces dpts peuvent tre exposs

aux EBE dans l'air et comment discriminer l'effet spcifique de ces EBE de celui des rayons

X et des ventuels effets secondaires parasites qu'ils gnrent.

15

Sections efficaces thoriques dionisation et de capture sur les bases dADN lors de collisions induites par particules charges

Christophe Champion

Institut de Physique de Metz Technople Les lsions radio-induites de lADN et plus particulirement celles impliques dans des

clusters (ou grappes) de dommages - incluant dommages de bases et/ou dommages du

squelette carbon de la macromolcule dADN - sont aujourdhui considres comme des

prcurseurs majeurs dans le processus de mort cellulaire radio-induite.

Dans ces conditions, il apparat primordial de pouvoir dcrire avec prcision lensemble des

processus ionisants induits par des particules charges (ions et lectrons) sur les

composants de lADN. Cependant, ltude de ces collisions reste encore aujourdhui trs

marginale et les rares modles thoriques existant reposent pour la plupart sur des

descriptions semi-empiriques plus ou moins sophistiques.

Dans le travail prsent ici, lapproche est toute autre : les processus dionisation et de

capture sont entirement dcrits dans le formalisme de la mcanique quantique et les

rsultats obtenus, en termes de sections efficaces totales et diffrentielles, mettent en

vidence un bon accord avec les quelques donnes exprimentales existantes.

Structure de la solvatation et dynamique dans les liquides ioniques

temprature ambiante

R. Musat, R.A. Crowell, D. Polyanskiy, J. Wishart, M. Thomas, M. Newton

Brookhaven National Laboratory, Upton, Etats-Unis

Les liquides ioniques temprature ambiante (RTILs) ont merg comme une nouvelle

classe de solvants qui ont plusieurs applications potentielles en raison de leurs proprits

uniques (tel : pression des vapeurs quasiment nulle, volatilit ngligeable, haute conductivit

ionique, stabilit chimique, lectrochimique et thermique exceptionnelle, etc). Plus

rcemment, il a t suggr que les liquides ioniques seront potentiellement utiliss dans le

retraitement du combustible nuclaire pour la prochaine gnration de racteurs nuclaires.

Mais le point le plus intressant est la possibilit dajuster certaines proprits physico-

chimiques des liquides ionique base dimidazolium en faisant varier la nature des anions.

Dans cette contribution, nous prsenterons des nouveaux rsultats en utilisant la fois

EXAFS statiques et rsolue en temps (env. 1 ns rsolution) sur une srie des liquides

ioniques contenants de bromure d'imidazolium. Les rsultats statiques fournissent des

informations dtailles sur la couche de solvatation de lion bromure et les donnes rsolues

en temps offrent des informations sur la nature et le comportement chimique de la bande

correspondant au transfert de charge.

17

Session 2

Conditions extrmes

19

I-2

Water Radiolysis with Steady-state Heavy-ion Beams from HIMAC

Shinichi YAMASHITA1, Takuya MAEYAMA, Yosuke KATSUMURA1,2

1 Advanced Science Research Center, Japan Atomic Energy Agency (JAEA), Shirakata-shirane 2-4, Tokai-mura, Naka-gun, Ibaraki, 319-1195 Japan.

2 School of Engineering, University of Tokyo, Hongo 7-3-1, Bunkyo-ku, Tokyo, 113-8656 Japan

Heavy-ion beams are categorized as high LET radiations and show distinctive irradiation

effects, which are suitable when special cancer located at deep position inside human body

is treated, compared to low LET radiations such as fast electrons and -rays. Clinical trial of

cancer therapy with carbon ion beam of 135, 290 or 400 MeV/u provided from HIMAC

(Heavy Ion Medical Accelerator in Chiba) has begun at NIRS (National Institute of

Radiological Sciences), Japan since 1994. Then practical treatment has started to be used

since 2003 and cumulative number of patients treated at HIMAC is now more than 5,100 as

of August 2009. However, detailed mechanism of irradiation effects induced by heavy-ion

beams suitable for such treatment has not been clarified yet. Thus, it is inevitably important

to understand the water radiolysis with heavy-ion beams because water is a main component

of human bodies. Due to their high LET property, fast heavy ions deposit their energies very

densely in narrow region along their trajectories, which are called as tracks. Ultimate goal of

this work is to see heavy-ion tracks in water, but it is almost impossible to see tracks directly

because tracks are spatially very fine and their changes are temporally very fast. Then, the

research has been conducted to investigate heavy-ion tracks by simulating water radiolysis

with considering track structure as well as by measuring production yields of water

decomposition products [1-3]. In addition, because HIMAC was constructed for the purpose

of cancer treatment, it provides only steady-state beams of very high energy heavy ions.

Then, scavenging method was employed to convert transient water radicals.

In this presentation, some of our highlight data of water decomposition products

yields for a wide variety of heavy-ion beam conditions will be shown, and track structures of

high-energy heavy ions will be discussed in a correlation with existing track theories.

Acknowledgements

We thank Dr. T. MURAKAMI (NIRS) and staffs of HIMAC for their help in heavy-ion

irradiation experiments. We also thank Dr. M. TAGUCHI (JAEA), Dr. G. BALDACCHINO

(CEA) and Prof. J.-P. JAY-GERIN and Dr. J. MEESUNGNOEN (Univ. Sherbrooke) for fruitful

discussions. This work has been conducted in Research Project with Heavy ions at NIRS-

HIMAC and is partially supported by Grant-in-Aid for Young Scientists (Start-up) 21810038.

References

[1] S. YAMASHITA, Y. KATSUMURA, M. LIN, et al., Radiat. Phys. Chem. 77, 439-446 (2008). [2] S. YAMASHITA, Y. KATSUMURA, M. LIN, et al., Radiat. Phys. Chem. 77, 1224-1229 (2008). [3] S. YAMASHITA, Y. KATSUMURA, M. LIN, et al., Radiat. Res. 170, 521-533 (2008).

Capture du radical hydroxyle dans des conditions extrmes de temprature, pression et diffrentes valeurs de TEL

D. Saffr*1, E. Atinault1, G. Vigneron1, D. Testemale2, J.L. Hazemann2, S. Pin1, M. Mostafavi4,

S. Bouffard3, E. Balanzat3, G. Baldacchino1

1CEA Saclay, UMR 3299 CEA/CNRS SIS2M, Laboratoire de Radiolyse, F-91191 Gif-sur-Yvette

2Institut Nel, Dept MCMF, F-38042 Grenoble, France

3CEA-CNRS-Universit de Caen, IRAMIS, CIMAP Caen, France

4Universit de Paris-Sud, Laboratoire de Chimie Physique F-91405 Orsay, France

Le but de ltude est dexaminer la chimie sous rayonnement dans des conditions

supercritiques (cas de leau : T > 374 C, P > 22 MPa). Lintrt est den apprendre

davantage sur les ractions chimiques dues au rayonnement ionisant afin de dmontrer la

faisabilit dun concept de futurs racteurs utilisant leau supercritique comme caloporteur [1].

Les expriences menes ont port sur le rendement radiolytique du radical hydroxyle HO.

dans des solutions concentres dacide bromhydrique lchelle picoseconde/nanoseconde.

Les rsultats obtenus nous donnent lopportunit de travailler dans un milieu supercritique.

De plus, la modification des conditions de temprature et de pression donne accs la

dynamique des radicaux de leau dans les fluides supercritiques. Les expriences ont pu tre

ralises faible Transfert dEnergie Linique (Rayons X de 13-18 keV, lectrons de 10

MeV) et haut TEL (ions carbone de 900 MeV).

La formation in situ de lion tribromure Br3- a t mise en avant. Lutilisation dune cellule

HTHP circulation[2] a rcemment permis de montrer que loxydation des ions bromure

conduit la formation de cette espce. Il a t galement observ que lion tribromure reste

stable dans des conditions supercritiques. Loxydation de Br- en solution aqueuse et sous

irradiation implique plusieurs ractions [3]. De plus, il existe un quilibre entre Br3- and Br2 (K =

16,1 dm3.mol-1). Il a t galement constat que le maximum de la bande dabsorption de

Br3- se trouve 266 nm ((Br3

-) = 40900 400 M-1.cm-1 [4]).

Lirradiation de ces solutions vise tudier leffet de la concentration initiale en ions bromure

sur le mcanisme doxydation de Br-. Ensuite, il a t possible de dterminer la valeur du

rendement radiolytique de lion tribromure form et par consquent den dduire la valeur de

celui du radical hydroxyle. Ces solutions ont t irradies diffrents valeurs de TEL et sous

diffrentes atmosphres (N2, N2O)[5] dans le but de mieux comprendre les processus qui

contrlent loxydation. Le rendement de formation de Br3- a t dtermin en utilisant la

radiolyse pulse ou stationnaire [6] et en analysant lvolution temporelle de labsorption du

spectre lors dirradiations temps court (quelques secondes).

[1] Mukohara, T., Koshizuka, S., Oka, Y., 1999. Core design of a high-temperature fast reactor cooled by

supercritical light water, Annals of Nuclear Energy, 26, 1423-1436.

[2] Baldacchino, G. et al., 2006. Hydrated electron decay measurements with picosecond pulse radiolysis at

elevated temperatures up to 350 C, Chem. Phys. Lett. 424, 7781.

[3] Mamou, A., Rabani, J., Behar, D., 1977. On the oxidation of aqueous Br- by OH radicals, studied by pulse

radiolysis. J. Phys. Chem. 81, 14471448.

[4] Beckwith, R.C., Wang, T.X., Margerum, D.W., 1996. Equilibrium and kinetics of bromine hydrolysis. Inorg.

Chem. 35, 9951000.

[5] Matheson, M.S., Mulac, W.A., Weeks, J.L., Rabani, J., 1966. The pulse radiolysis of deaerated aqueous

bromide solutions. J. Phys. Chem. 70, 20922099.

[6] Mirdamadi-Esfahani, M., Lampre, I., Marignier, J.L., DeWaele, V., Mostafavi, M., 2009. Radiolytic formation of

tribromine ion Br3- in aqueous solutions, a system for steady-state dosimetry. Rad. Phys. Chem. 78,106111.

http://dx.doi.org/10.1016/S0306-4549(99)00032-8http://dx.doi.org/10.1016/S0306-4549(99)00032-8

21

Une nouvelle source impulsionnelle picoseconde de particules de

TEL lev

E. Atinault*,a, V. Floqueta, T. Ceccottia, P. Monota, Ph. Martina, J.-P. Renaultb, G. Baldacchinob

CEA Saclay IRAMIS SPAM Bt 522a / SCM Bt 546b - 91191 - Gif sur Yvette France

Atteindre lchelle de temps picoseconde est primordiale puisquelle permettrait de

comprendre les phnomnes primaires impliqus lors de la radiolyse par des particules

lourdes et donc de mieux matriser le comportement des matriaux exposs aux

rayonnements. Les donnes exprimentales nexistent pas cause de la limite temporelle

des systmes actuels.

Une nouvelle source de particules (H+, C+, C2+, ) haut Transfert dEnergie

Linique (TEL) est actuellement tudie dans le cadre dune collaboration entre deux

services du CEA : le laboratoire de Radiolyse et le groupe de Physique Haute Intensit.

Son principe repose sur linteraction entre un laser de trs haute intensit (2,4 J dlivrs en

25 fs) et des cibles solides ultraminces lorigine de lapparition dun champ lectrostatique

sur la face arrire de la cible acclrant les ions sous forme de paquets [1]. Les expriences

se droulent sur les installations du centre dinteraction laser de Saclay et en particulier, le

laser de lUnit Haute Intensit UHI100 dlivrant des impulsions ultracourtes (25 fs) de 100

TW un taux de rptition de 10 Hz. La gnration de ces impulsions est base sur la

technique damplification de frquences (ou Chirped Pulse Amplification, CPA) oprant une

longueur donde de 790 nm, longueur donde dun laser Ti-Saphir. [2] Le faisceau dions

obtenu par linteraction de ce laser avec des cibles ultraminces daluminium se caractrise

par un spectre en nergie continue avec comme maximum, 3 MeV, un flux compris entre 108

et 1012 particules par tir et une dure de lordre de la picoseconde. Ce dernier est galement

laminaire et possde une divergence de 20.

Ces caractristiques offrent une nouvelle opportunit quant des expriences de

radiolyse impulsionnelle temps courts initie par des particules TEL lev. En effet, cette

impulsion dions est gnre par le biais dune impulsion laser, de ce fait synchronises, ce

qui permettrait llaboration dun dispositif pompe sonde pour sonder la matire irradie

des temps de lordre de la picoseconde.

References:

[2] A. Lvy et al., Opt. Lett., 2007, 32, 310 [1] T. Ceccotti et al., Phys. Rev. Lett., 2007, 99, 185002

23

Session 3

Biochimie radicalaire

25

I-3

Protines et radicaux oxydants: quels types de dommages pour quelles consquences?

Ccile Sicard-Roselli

Laboratoire de Chimie Physique, CNRS UMR 8000, Universit Paris-Sud 11

91405 Orsay Cedex

cecile.sicard@u-psud.fr

Les radicaux oxydants sont produits de faon continue dans les systmes biologiques, que

ce soit de faon endogne par activation enzymatique ou par laction dagents extrieurs,

exposition un rayonnement ou une pollution chimique par exemple. Parmi les diffrents

constituants cellulaires, les protines en sont une des cibles majeures de part leur

abondance et leurs constantes de raction leves. Les sites dattaque et les modifications

induites par ces radicaux sont varis ; ont t mis en vidence des modifications de la

chane latrale, des coupures de la chane peptidique et de nombreux produits de

dgradation stables. Nous illustrerons leffet de ces radicaux oxydants sur les protines par

diffrents exemples afin de comprendre ce qui peut gouverner le schma doxydation dune

protine et nous examinerons les consquences fonctionnelles engendres par ces radicaux

sur les fonctions biologiques.

Transferts de radicaux carbo-centrs entre acides amins

Q. Raffy*, , D. Buisson+, J.-C. Cintrat+, B. Rousseau+, Y. Blouquit, S. Pin*, J. P. Renault*

* DSM / IRAMIS / SIS2M-Laboratoire Claude Frjacques, URA 331, + DSV / iBiTec-S /

SCBM, CEA Saclay

Institut Curie / Inserm U759 IPHC, UMR 7178, 67037 Strasbourg (Adresse actuelle)

Nous avons tudi les phnomnes de transfert entre acides amins de radicaux

carbo-centrs, forms sous irradiation. Pour ce faire, nous avons choisi dutiliser un acide

amin deutr la leucine d10 comme sonde permettant lobservation et la quantification

de ces transferts. Le radical hydroxyle, gnr par radiolyse de leau, ragit avec la leucine

par arrachement dun atome de deutrium (cf. Figure).

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Glyc

ine

Srin

e

Aspa

ragine

Alan

ine

Gluta

mine

Acide

Glut

amiqu

e

Proli

ne

N-Ac

tyl le

ucine

Leuc

ine H

10

Figure : Schma : transfert de radical. Histogramme : Efficacit du transfert datome H la leucine d10,

irradie en prsence de divers acides amins.

Nous avons montr quune proportion non ngligeable des radicaux carbo-centrs

forms pouvait tre transfre un acide amin hydrogn, aboutissant lincorporation

dun hydrogne par la leucine deutre, observable par spectromtrie de masse.

Simultanment, un enrichissement en deutrium de lacide amin est observ, dans des

proportions comparables. Des constantes de vitesse de transfert de radical carbo-centr ont

pu tre estimes pour plusieurs acides amins, toutes de lordre de 105 M-1.s-1.

Il sagit notre connaissance de la premire observation de transferts de ce type

entre acides amins, qui pourrait prsenter un grand intrt pour la comprhension de

mcanismes enzymatiques radicalaires ou de la propagation des dgts dus au stress

oxydant dans les protines.

% d

e ra

dic

aux

tran

sfr

s

par

rap

po

rt

[H

O]

CD2

+D3N

OCD

D3C

D3C

O-D

CD2

+D3N

OCD

D3C

D2C

O-D

CD2

+D3N

OCD

D3C

HD2C

O-D

+D3N O

O-(HC)R

+D3N O

O-(C)R

D2O

DO

Leucine D10

Acide aminhydrogn

Radiolyse de l'eau

27

Modulation du statut redox endogne comme vecteur de la

radiosensibilisation de tumeurs suite l'irradiation par Rayons X et

ions Carbone.

Mat HANOT1, Cline MALESYS1, Anthony BOIVIN1, Nicolas FORAY2, Dominique

ARDAIL1, Claire RODRIGUEZ-LAFRASSE1

1Laboratoire de radiobiogie cellulaire et molculaire, EA3738, facult de mdecine Lyon-Sub

BP12 69921 Oullins cedex, France. 2INSERM U836, Groupe de radiobiologie, Lyon, France.

La radiosensibilisation de tumeurs reste un challenge majeur en mdecine, le but tant de

diminuer les checs de traitement en radiothrapie. Les mcanismes de radiorsistance

impliquent diffrents facteurs tels que le taux endogne de glutathion et la capacit de

rparation des dommages lADN. Nous avons dvelopp une stratgie sensibilisante

base sur la modulation des dfenses antioxydantes endognes, en association

lirradiation. Notre approche pharmacologique permet une dpltion transitoire du GSH juste

avant lirradiation. Le taux de GSH endogne dans les cellules radiorsistance SQ20B

dpltes est alors identique celui observ dans la ligne radiosensible SCC61.

Ce traitement associ lirradiation par rayons X ou par ions carbone permet de rtablir

lapoptose radio-induite dans les cellules SQ20B. Les lignes sont irradies dose

quivalente, pour observer lincidence de la complexit des lsions de lADN sur la rponse

cellulaire in vitro.

La capacit de rparation des cassures doubles brin de lADN (CDB) est affecte par la

modulation du GSH. Laugmentation des dommages oxydatifs mis en vidences par le test

des comtes augmente la complexit des lsions, conduisant la persistance de CDB

rsiduelles, puis lapoptose. Le processus de rparation des lsions intervenant juste aprs

irradiation diffre aprs rayons X ou Carbone. Cependant, le taux de cassures rsiduelles

ainsi que la priode darrt en phase G2 du cycle, sont identiques aprs irradiation par

rayons X et carbone et ce dans les SQ20B dpltes et les SCC61. Contrairement

lirradiation par rayons X induisant une apoptose post-mitotique des SQ20B, lapoptose

intervenant aprs irradiation par ions carbone est interphasique (pr-mitotique).

Finalement, la modulation du stress oxydant affecte la rponse cellulaire aussi bien aprs

irradiation par rayons X que par ions carbone. Le taux de cassures non rpares est

dfinitivement le point clef dinduction de mort cellulaire et la complexit des lsions

influence uniquement lapoptose pr ou post mitotique. Ces rsultats prliminaires sont donc

en faveur de lhadronthrapie pour les tumeurs rsistantes. De futurs travaux viendront

complter ces rsultats quant aux taux dinduction de mutations et rarrangement

chromosomiques pouvant jouer un rle dans la rcidive de cancer.

Dautre part, des rsultats prliminaires relatifs des tests in vivo (xnogreffes de SQ20B

sur souris nude) accentuent la pertinence, dans le cadre dessais essais cliniques, dune

stratgie de modulation du statut redox afin daugmenter leffet cytotoxique de la

radiothrapie.

I-4

Modlisation des dommages radio-induits dans les complexes

ADN-protine.

M. Davdkov1, V. tsov1, S. Goffinont2, M. Spotheim-Maurizot2

1Dept. de Dosimetrie des Rayonnements, Institut de Physique Nuclaire, Na Truhlce

39/64, 180 86, Prague 8, Rpublique Tchque, davidkova@ujf.cas.cz

2Centre de Biophysique Molculaire CNRS, rue Charles Sadron, 45100 Orlans Cedex 2,

France

Puisque la matire vivante contient une grande proportion d'eau, les effets du

rayonnement ionisant sont majoritairement induits par les espces ractives produites par la

radiolyse de leau. Des modles thoriques peuvent tre utilises pour calculer des

rendements et des distributions des dommages radioinduits dans les cibles cellulaires au

niveau molculaire. Le modle stochastique RADACK permet de prdire des probabilits

des dommages induits par l'attaque de OH, H et/ou eaq- dans diffrentes biomolecules [1].

Les calculs peuvent fournir une estimation de l'effet de la squence, la structure secondaire

et les ligands sur les lsions de l'ADN (les coupures de chane et les dommages aux bases),

dans les protines (les coupures de chane peptidique et les modifications des chanes

latrales des acides amins) et leurs complexes [2-5].

RADACK, un modle thorique de lattaque radiolytique, bas sur la technique de

Monte-Carlo sera dcrit et appliqu pour les complexes spcifiques de l'ADN avec des

protines impliqus dans le rglement d'expression de gne (le complexe entre loprateur et

le rpresseur lactose de E. Coli), dans la transduction de signal d'un hormone (le complexe

entre lADN portant un lment de rponse aux estrognes et le rcepteur protinique des

estrognes humain) ou dans la rparation de lsions oxydative d'ADN (le complexe entre un

ADN portant un analogue dun site abasique avec la protine Fpg de Lactoccocus Lactis).

Les probabilits des dommages prdits sont en accord avec les distributions

exprimentalement observes de lsions dans les deux partenaires du complexe (ADN et

protine). La modulation de dommage dans les molcules sera discute du point de vue de

la protection rciproque des partenaires dans les complexes et de modifications structurales

induits par linteraction entre les biomolecules.

Rfrences

[1] M. Bgusov et al. 2001, J. Biomol. Struct. Dyn., 2001, 19, 141.

[2] M. Bgusov et al. Radiat. Phys. Chem. 2005, 72, 265.

[3] M. Davdkov et al. Radiat. Prot. Dosim., 2006, 122(1-4), 100.

[4] M. Davdkov, M. Spotheim-Maurizot, Chapter 18: Predicting radiation damage

distribution in biomolecules. Book Radiation Chemistry. From basics to applications in

material and life sciences. Eds: M. Spotheim-Maurizot, M. Mostafavi, T. Douki, J. Belloni,

EDP Sciences, 2007.

[5] N. Gillard et al. Biochem. J., 2007 403, 463.

mailto:davidkova@ujf.cas.cz

29

Dstabilisation radio-induite dun complexe ADN-protine

S. Aci-Sche, S. Goffinont, D. Genest, N. Garnier, M. Genest, M. Davidkova* and M. Spotheim-Maurizot

Centre de Biophysique Molculaire, CNRS, rue Charles-Sadron, 45071 Orlans, *Dept. of

Radiation Dosimetry, Nuclear Physics Institute AS CR, Na Truhlce 39/64, 18086, Prague 8, Czech Republic

Le mtabolisme du lactose chez E.coli est ngativement rgul par lopron lactose: la

fixation spcifique du rpresseur Lac, une protine ttramrique, sa squence

prfrentielle dADN, loprateur lac, inhibe lexpression des gnes codant pour les enzymes

impliques dans ce mtabolisme. Nous avons pu mettre en vidence la dstabilisation du

complexe ADN-rpresseur et montr que elle est d principalement la dgradation de la

protine.

Pour expliquer la perte de la capacit du rpresseur fixer lADN, nous nous sommes

intresss dabord aux effets de lirradiation sur le domaine de fixation du rpresseur lADN

(headpiece). Des expriences de dichrosme circulaire ont montr que lirradiation de la

headpiece modifiait sa conformation et diminuait sa stabilit thermique.

Afin didentifier les dommages induites par lirradiation, nous avons ralis des cartes

peptidiques de la headpiece avant et aprs irradiation: le peptide a t protolys puis

analys par spectromtrie de masse MALDI-TOF. Cela a permis de suivre loxydation des

diffrents peptides de clivage. Les analyses de spectromtrie de masse ont t mises en

relation avec les rsultats des calculs des probabilits de raction de chaque acide amin

avec les radicaux OH. radio-induits avec notre modle RADACK sur une structure accessible

en PDB Databank (1LQC). Cela a permis de dsigner les acides amins endommags par

lirradiation : les Tyr 7, 12, 17, 47 et la Met 42.

Des simulations de dynamique molculaire de headpieces portant entre une et quatre 3,4-

dihydroxyphenylalanine-s (DOPA, le principal produit doxydation de la Tyr) la place des

tyrosines ont mis en vidence des modifications structurales (dpliement, changement du

contenu en hlices alpha, de la taille de ces hlices et de leur position relative), en bon

accord avec les rsultats de dichrosme circulaire sur la headpiece irradie. Dautre part, des

simulations de dynamique molculaire dun complexe contenant deux headpieces avec

DOPA-s et un fragment dADN portant loprateur ont mis en vidence une augmentation de

la flexibilit du complexe et de la courbure dADN, des changements du rseau des liaisons

H, une diminution du potentiel lectrostatique positif la surface de la protine et une

diminution de lnergie dinteraction globale ADN-protine. Ces effets peuvent tre au moins

partialement responsables de la dstabilisation radio-induite du complexe.

Ensuite nous avons pu montrer que paralllement aux dommages sur les headpieces,

lirradiation induit lclatement du represseur ttramrique en deux dimres endommags

mais toujours actifs. Les calculs RADACK montrent que les leucines sont en effet de bonnes

cibles ractionnelles et peuvent donc tre endommages lors de lirradiation. Lintgrit des

rsidus leucine tant indispensable la stabilit du domaine de ttramrisation il est tout

fait possible que leur oxydation conduise la transition ttramre-dimre observe. Un tel

changement de ltat doligomrisation pourrait survenir galement pour dautres protines

multimriques possdant un domaine doligomrisation contenant des acides amins

radiosensibles et avoir ainsi des consquences critiques pour leur fonction.

Modlisation des effets biologiques des radiations avec loutil de simulation Monte-Carlo Geant4 : le projet Geant4-DNA

G. Baldacchinoa, P. Barberetb, M. Bernalc, R. Caprad, C. Champione, Z. Francisf, P. Guyeg, S. Incertib, A. Ivanchenkob, V. Ivanchenkoe,h, H. Kurashigei, A. Manteroj, M. Karamitrosb, B.

Mascialinok, P. Morettob, P. Nieminenl, G. Santinl, H. Seznecb, H. Tranb, C. Villagrasaf and C. Zacharatoum (la collaboration Geant4-DNA)

a CEA, DSM, IRAMIS, SCM, Laboratoire de Radiolyse, Saclay, France

b Universit Bordeaux 1, CNRS/IN2P3, CENBG, Gradignan, France c Department of Physics, Simon Bolivar University, Caracas, Venezuela

d Savona, Italy e Universit Paul Verlaine-Metz, Laboratoire de Physique Molculaire et des Collisions, Metz, France

f IRSN, Institut de Radioprotection et de suret Nuclaire, Fontenay-aux-Roses, France g Hampton University, Hampton VA, USA

h Ecoanalytica, Moscow State University, Moscow, Russia i Kobe University, Japan

j INFN Genova, Italy k Karolinska Institutet, Stockholm, Sweden l ESA-ESTEC, Noordwjik, The Netherlands

m Niels Bohr Institute, Copenhagen, Denmark

Modliser les interactions entre particules ionisantes et la matire biologique pour prdire les

dommages biologiques rsultants lchelle de lADN reste lun des challenges de la

radiobiologie contemporaine. Plusieurs outils de simulation bass sur des techniques Monte

Carlo et dterministes (par exemple, Partrac, SimulRad, et plus rcemment les approches

dveloppes par D. Djamai et al.) permettent aujourdhui destimer le nombre de cassures

simples et doubles brin de la molcule dADN aprs irradiation, quantits observables

exprimentalement, par exemple laide de dispositifs dirradiation cellulaire cible par

microfaisceau, disponible au Centre dEtudes Nuclaires de Bordeaux-Gradignan

(CNRS/IN2P3/Universit Bordeaux 1).

Le travail prsent propose dtendre loutil de simulation Monte Carlo gnraliste Geant4

pour simuler les effets biologiques des radiations lchelle de lADN, au sein du projet

Geant4-DNA. Geant4 est une suite de librairies open-source en accs libre, ddies la

simulation du transport des particules travers la matire. Dvelopp dans le cadre dune

collaboration internationale, Geant4 est aujourdhui utilis dans de nombreux domaines

dapplication, de la physique des hautes nergies lexploration spatiale, en passant par la

physique mdicale. Le projet Geant4-DNA a t initi par lAgence Spatiale Europenne et il

est galement soutenu par lAgence Nationale pour la Recherche. A terme, il proposera

ses utilisateurs un ensemble de modles pour simuler les effets biologiques des radiations

incluant :

une description des interactions physiques des radiations jusqu trs basse nergie (sub-

eV) dans les milieux biologiques,

la radiolyse de leau, la diffusion et les interactions mutuelles entre espces molculaires,

des gomtries dtailles de cellules biologiques lchelle de lADN.

Les applications envisages pourront stendre de la radioprotection pour lexploration

spatiale de longue dure jusqu la radiothrapie.

Le contexte et les objectifs du projet Geant4-DNA seront prsents ainsi que les rcents

dveloppements de Geant4 pour modliser la chimie des radiations dans leau liquide.

31

Session 6

Radiolyse de molcules spcifiques

33

I-5

Impact de la radiolyse sur les systmes extractants : consquences

sur la composition du solvant et ses performances

Laurence Berthon, Batrice Cames, Isabelle Bisel

CEA, DEN, DRCP, SCPS, F-30207 Bagnols-sur-Cze

Actuellement en France, le traitement des combustibles nuclaires uss est mis en uvre

par hydromtallurgie ; cette opration permet de transfrer un (ou plusieurs) soluts

initialement prsents dans une phase aqueuse vers une phase organique constitue

gnralement dune molcule extractante dans un diluant. Lapplication des procds

hydromtallurgiques au domaine nuclaire impose la prsence de soluts acides et

radioactifs. Ainsi, chaque tape du procd, le solvant est expos diverses agressions

chimiques, mais galement radiolytiques conduisant sa dgradation. Il en rsulte une

modification de la composition du solvant (disparition de lextractant et formation de produits

de dgradation), une altration de ses proprits physico-chimiques (densit, viscosit,

tension interfaciale, hydrodynamique) ou chimique (efficacit dextraction et slectivit), ou

parfois une modification de la cintique dextraction (due la formation de prcipit, de

tensioactifs)

Lors du dveloppement de nouveaux procds, il est donc impratif de prendre en compte la

stabilit des molcules extractantes et dintgrer des tudes de dgradation pour vrifier la

robustesse du solvant particulirement en termes defficacit et de slectivit. Cette

prsentation illustre les tudes menes dans le cadre du dveloppement de nouveaux

extractants pour la sparation des actinides mineurs. Limpact de la radiolyse sur lvolution

de la composition chimique du systme extractant (identification et quantification des

produits de dgradation) et sur ses performances (proprits physico chimiques et pouvoir

extractant) sera expos. Linfluence des conditions exprimentales (irradiation, paramtres

physiques et composition chimique) sera prsente.

Lyophilisation et irradiation : Techniques combines pour la

strilisation des produits pharmaceutiques

Florent Kuntz

AERIAL Illkirch

Le besoin de strilit existe dans de nombreuses branches de lindustrie comme la

microlectronique, la mdecine et videmment la pharmacie. Parmi les produits

pharmaceutiques, les produits lyophiliss doivent tre striles. Le procd habituel pour

atteindre cet objectif est de mettre en uvre une solution strilise (par filtration en gnral),

puis deffectuer le processus de lyophilisation dans des conditions aseptiques. Si

techniquement ces oprations sont matrises, dans des environnements trs contraignants

et coteux en ralisation et fonctionnement, il nest malheureusement pas possible

datteindre des niveaux dassurance de strilit (NAS) trs levs.

L'objectif de cette prsentation est de proposer une solution alternative pour la production de

produits pharmaceutiques striles permettant datteindre des NAS quivalents aux dispositifs

mdicaux radio striliss.

Aprs lyophilisation dans des environnements propres, les flacons entirement protgs par

bouchage et scellage sont striliss par irradiation l\'aide de rayons gamma ou encore par

faisceau d\'lectrons issus d'un acclrateur ou mme par rayons X.

Les avantages, tels que le contrle paramtrique de la strilit et les limites, telles que

linteraction du rayonnement avec les flacons de verre et les principes actifs (API) sur la

consquence en termes dactivit thrapeutique sont dtaills travers un exemple de radio

strilisation dune protine lyophilise.

35

Irradiation par faisceau dlectrons dacides carboxyliques en

solutions aqueuses - Effet du persulfate

Justine CRIQUET et Nathalie KARPEL VEL LEITNER

Universit de Poitiers UMR CNRS 6008 Laboratoire de Chimie et Microbiologie de lEau

ENSIP 40, avenue du Recteur Pineau 86022 POITIERS.

justine.criquet@univ-poitiers.fr ; nathalie.karpel@univ-poitiers.fr.

Tel : 05.49.45.39.16 ; Fax : 05.49.45.37.68.

Les procds doxydation avance gnrateurs de radicaux hydroxyles sont utiliss

pour llimination de composs organiques dans diffrents types deffluents. Cependant,

malgr la grande ractivit des radicaux hydroxyles, certaines classes de composs sont

rfractaires ou peuvent conduire la formation de composs toxiques. La minralisation

totale est rarement possible ; les acides carboxyliques constituent souvent les produits

terminaux doxydation.

Lirradiation par faisceau dlectrons se prsente comme un procd doxydation avance

dans le traitement de leau. Lintrt de laddition dions persulfate dans le systme

radiolytique pour lamlioration des performances du procd a t examin. Le persulfate

est introduit afin dinitier la raction de cet ion avec llectron hydrat (espce rductrice)

dans le but de former le radical sulfate et ainsi amliorer les capacits oxydantes du

procd.

S2O82- + e-aq SO4

- + SO42-

Le radical sulfate (SO4-) est une espce trs oxydante, son potentiel de rduction (E = 2,46

V) est proche de celui du radical hydroxyle (E = 2,7 V). Il a t montr que laddition dions

persulfate amliore fortement la dgradation de lacide citrique (rduction par 3 des doses

ncessaires llimination) ; la minralisation de la molcule est galement fortement

amliore. Cependant lintrt de laddition de persulfate dpend du pH de la solution et de

lacide carboxylique considr.

Enfin, la dgradation de lacide p-hydroxybenzoque a t tudie en prsence et en

absence de persulfate. Il a t montr que laddition de persulfate lors de lirradiation de

solutions aqueuses dacide p-hydroxybenzoque conduit une modification des mcanismes

ractionnels et des sous-produits forms. La ractivit particulire du radical sulfate vis--vis

des acides carboxyliques a t mise en vidence.

Dgradation radiolytique dacetovanillone dans les solutions

aqueuses

(Radiolytic degradation of acetovanillone in aqueous solutions)

Rita Melo

Portugal

Acetovanillone [Ethanone, 1-(4-hydroxy-3-metoxyphenyl)] is one of the main phenolic

pollutants which is present in the wastewater produced during the boiling process in cork

industry. The biological treatment processes are used concerning economical reasons.

However, in some cases, the presence of biorecalcitrant compounds blocks the biological

processes. Acetovanillone as a biorecalcitrant compound leads to the increase of organic

load in the discharged treated wastewater. Radiolytic degradation of acetovanillone will be

investigated as a potential technology to improve wastewater treatment. The free-radical

(e.g.: OH radical) reactions produced during water radiolysis will be studied by Pulse

Radiolysis technique leading to a better understanding of the reaction pathways of

acetovanillone radiolytic degradation. The analysis of stable by-products will be also carried

out by chromatographic techniques. The improved knowledge obtained by these techniques

should allowthe establishment of a reasonable mechanism of radiolytic degradation of

acetovanillone.

LAcetovanillone [Ethanone, 1-(4-hydroxy-3-metoxyphenyl)] est lun des principaux polluants

phnoliques prsent dans les effluents produits dans les procds .

37

Session 7

Nanosciences, nanotechnologie

39

I-6

A multi-electron-beam-induced deposition tool for nano-

prototyping.

C.W. Hagen, W.F. van Dorp, A. Mohammadi-Gheidari, I. Lazic, P.C. Post, P. Kruit

Delft University of technology, Faculty of Applied Sciences, Charged Particle Optics Group,

Lorentzweg 1, 2628 CJ Delft, The Netherlands, e-mail: c.w.hagen@tudelft.nl

It is quite a challenge to fabricate nano-structures with dimensions in the range between 1

and 10 nanometer. The smallest structures made using standard resist-based electron

beam lithography are of the order of 10 nm in size. Only when using ultra-thin resist layers 5

nm features can be achieved. Of course Scanning Probe Lithography allows for atomic

resolution, but has the disadvantage of being a very slow technique. Electron-beam-induced

deposition (EBID), however, is a patterning technique for single nanometer structures. In

EBID a focused electron beam exposes precursor molecules adsorbed onto a substrate. As

a result of the interaction process of the primary electrons with the precursor/substrate

system, the precursor molecules are dissociated such that a solid fragment is deposited and

the remaining parts of the molecules leave the substrate as volatile fragments. Fig. 1 shows

an example of the well-controlled deposition of 4.5 nm dots at a spacing of 11 nm. To

develop EBID into a widespread lithography technique several issues have to be adressed.

Among these are control over the deposited mass, also at the 1 nm level, the purity of the

deposits, the details of the dissociation process (in particular knowledge of the cross

sections), the details of the electron interaction with the precursor/substrate system, and the

speed of the process. The latter can be increased considerably when using a multi-electron-

beam source (fig. 2), consisting of 100 separate beamlets that can be switched on and off

individually. We use microfabrication techniques to fabricate the electron optical parts of this

source (fig. 3). In the talk I will address these issues, and try to sketch the outline of a multi-

electron-beam-induced deposition tool for nano-prototyping.

Fig. 1 Array of 4.5 nm

Carbon dots at 11 nm

pitch deposited using

EBID.

Fig. 2 Schematic drawing of a

multi-electron-beam source

with an aperture lens array

and a blanker array.

Fig. 3 Aperture lens array

fabricated using silicon

microfabrication techniques.

mailto:c.w.hagen@tudelft.nl

Nanobtonnets dor synthtiss par radiolyse en solution

et en msophase lamellaire.

Wafa Abidi, 1 Isabelle Lampre, 1 Marianne Imperor, 2 Brigitte Pansu, 2 Patricia Beaunier, 3

Hynd Remita1

1Laboratoire de Chimie-Physique,UMR 8000, bt 349, Universit Paris-Sud 11, Orsay,

France.

2Laboratoire de Physique des Solides, UMR 8502, Universit Paris-Sud11, Orsay, France.

3Laboratoire de Ractivit de Surface, UMR7197- CNRS, Universit Paris-VI, Paris,France.

Les nanomatriaux prsentant un facteur de forme lev (nanobtonnets, nanofils, lamelles,

etc) sont trs intressants en raison de leurs proprits optiques, lectriques, magntiques

et mcaniques, et pour leurs applications potentielles dans les systmes nanomtriques. Les

nanobtonnets dor continuent susciter un intrt considrable cause de leurs proprits

optiques. La radiolyse permet une synthse homogne de nanoparticules mtalliques en

solution ou en milieu htrogne. Nous rapportons ici la synthse radiolytique de

nanoparticules et de nanobtonnets d'or en solution et en milieu confin, savoir dans des

msophases lamellaires.

Nous avons tudi le mcanisme de formation des nanobtonnets dor en solution.

Les nanobtonnets ont t caractriss par microscopie lectronique transmission et par

spectroscopie UV-Visible et les msophases dopes par les nanoparticules ont t

essentiellement caractrises par SAXS (Small Angle X ray Scattering).

Nanobtonnets dor induits par radiolyse

Schma montrant des nanoparticules

confines dans une msophase lamellaire.

41

I-7

Le potentiel de la lithographie lectronique Du CMOS l exotisme de la lithographie traversante

L. Pain

CEA-LETI, MINATEC 17 rue des Martyrs F-38054 GRENOBLE cedex9, France

La lithographie par faisceau dlectrons est une solution technologique reconnue,

mature et trs utilise dans les laboratoires et universits de part le monde. Elle permet de

raliser des structures trs avances pour leurs nombreux et varis programmes de

recherche. Cependant, du fait de sa lenteur dcriture, la lithographie criture directe nest

jamais apparue et na jamais t reconnue comme une solution industrielle crdible,

excepte pour la ralisation des masques optiques. Pour ce faire, deux types dquipement

faisceau gaussien ou form sont disponibles et couvrent les besoins actuels du march.

Dans un premier temps, cette prsentation dressera un tat des lieux confirmant lattrait de

cette technique de lithographie et sa capacit sintgrer dans les schmas industriels les

plus complexes.

Rcemment, avec laccroissement exponentiel des cots de la lithographie optique

lis lutilisation de masque et de systme dexposition de plus en plus complexe, elle

prsente nouveau un intrt conomique pour le march des semi-conducteurs. En effet,

la perspective de dveloppement de machine fort dbit (10 100 plaques par heure)

comme le proposent les compagnies MAPPER (Pays Bas), IMS Nanofabrication (Autriche)

et KLA TENCOR (Etats-Unis), offre une perspective conomique intressante pour cette

industrie trs sensible ses cots de production. Cet expos prsentera les progrs raliss

autour des ces dveloppements technologiques. Il sattardera montrer quels efforts ont t

raliss et doivent tre encore mis en place pour laider atteindre sa maturit industrielle.

Dans ce cadre-l, le CEA-LETI, par le biais du programme Europen MAGIC quil pilote

(http://www.MAGIC-FP7.eu) et du programme industriel ouvert IMAGINE, joue un rle

international majeur pour supporter cet essor vers les units de production.

Ces rcents dveloppements remettent ainsi sur le devant de la scne cette

technique trop marginalise par lindustrie du fait de sa faible vitesse dcriture. Cependant

son cot de mise en uvre, sa flexibilit et ses capacits de rsolution restent ses cartes

matresses. Cet expos conclura sur ces opportunits classiques et nouvelles qui

entretiennent ce renouveau.

Domaines dapplication couverts par les diffrentes techniques de lithographie lectronique

The research leading to these results has received funding from the European Community's Seventh

Framework Programme (FP7/2007-2013) under grant agreement n 214945 - MAGIC

http://www.magic-fp7.eu/

43

Session 8

Dosimtrie, effets directs

45

Dosimtrie des rayonnements alphas : bilan et perspectives

C. Costa, J. Vandenborre, G. Blain, F. Crumire, R. Essehli, M. Fattahi, B. Grambow

Laboratoire SUBATECH UMR CNRS 6457, Ecole des Mines de Nantes

Le dveloppement du nuclaire et de ses applications dans les domaines du cycle du

combustible ainsi quen mdecine nuclaire ncessite en pralable de mieux comprendre les

mcanismes fondamentaux de la radiolyse en milieux aqueux.

Lutilisation conjointe du cyclotron du CEMHTI dOrlans ainsi que du cyclotron

ARRONAX de Nantes offre une occasion unique dtudier les mcanismes fondamentaux de

la radiolyse alpha de leau en fonction des conditions dirradiation (nergie et intensit du

faisceau).

Ltude des mcanismes fondamentaux de la radiolyse alpha ncessite en pralable

dvaluer prcisment la dose dpose par le rayonnement dans le milieu de propagation.

De nombreux systmes, reposant sur des principes physiques (chambre dionisation, cage

de Faraday, films radiochromiques, thermoluminescence, spectroscopie par Rsonnance

Paramagntique Electronique) ou chimiques (dosimtrie de Fricke, crium, dichromate),

sont disponibles dans la littrature. Lapplicabilit de ces diffrentes mthodes dosimtriques

pour les rayonnements alphas est parfois discutable. Aussi, nous dresserons ici un tat de

lart sur ces diffrents systmes ainsi que sur leur application potentielle dans le cas dun

rayonnement alpha. Une tude comparative des diffrents dosimtres sera prsente.

Linfluence de certains paramtres (nergie et lintensit du faisceau) sur la rponse de

ces systmes dosimtriques sera galement discute en lien avec nos applications.

Leffet direct du rayonnement ionisation sur les solutions aqueuses

de NaBr de forte concentration

Anna Balcerzyk

Laboratoire de Chimie-Physique, Universit de Paris 11, Orsay

Les ractions en solutions aqueuses de fortes concentrations induites par les

rayonnements ionisants prsentent un grand intrt en termes dexigences pratiques, en

particulier dans la technologie nuclaire, le traitement et le stockage des dchets, la

radiothrapie et la radiobiologie. Les expriences de radiolyse des solutions de fortes

concentrations nous aident dterminer quel est qualitativement et quantitativement leffet

direct du rayonnement ionisant sur les solutions. En fait, leffet du rayonnement ionisant sur

le solvant pur ou de faible concentration est bien connu. Dans le cas des solutions dilues,

l'nergie gnre par les irradiations est majoritairement absorbe par les molcules d'eau,

les fractions absorbes par les soluts peuvent tre ngliges cependant quand le solut se

trouve en forte concentration, leffet global de lirradiation est modifi et un effet direct de

radiations sur ces soluts doit tre pris en considration.

Lobjectif de notre travail est de dterminer le rendement radiolytique de formation de

Br3- dans des solutions contenants 2, 4 ou 6 M NaBr irradies par des rayons gamma (60Co).

Nous avons tudi linfluence des conditions exprimentales telles que la concentration de

NaBr, la dose, et le dbit de dose. Loxydation de Br- par le radical OH. forme BrOH-. qui

aprs une srie de ractions se transforme en Br3- . En connaissant la valeur du coefficient

dextinction molaire de Br3- du maximum de la bande dabsorption situ 266 nm (40900

400 M-1 cm-1), il a t possible de dterminer le rendement doxydation radiolytique de Br- en

prsence de O2.

1. Wang, T. X. Kelley, M. D.; Cooper J.N.; Beckwith, R.C.; Margerum, D. W.; Equilibrium, kinetic

and UV- spectral characteristic of aqueous bromine chloride, bromine and chlorine species. Inorganic

chemistry 1994, 33 (25) 5872-5878

2. Mirdamadi-Esfahani M.; Lampre I.; Marignier J. L.; de Waele V. ; Mostafavi M.; Radiolytic

formation of tribromine ion Br3- in aqueous solutions, a system for steady-state dosimetry. Radiation

and Physic Chemistry 78(2009)106-111.

47

Session 9

Entreposage / stockage

49

I-8

La chimie sous rayonnement et le stockage direct du combustible us en couche gologique profonde : questions et opportunits

B. Pastina1 et K. Spahiu2

1Saanio & Riekkola Oy, Laulukuja 4, FI-00420 Helsinki (Finlande)

2SKB (Svensk Krnbrnslehantering AB), Box 250 SE-101 24 Stockholm (Sude)

La Finlande et la Sude ont choisi le stockage direct comme stratgie de gestion du

combustible nuclaire us. Posiva Oy (en Finlande) et SKB (en Sude) sont les socits

responsables de la gestion du combustible us. La mthode de ralisation du stockage

direct slectionne par Posiva et SKB est la mthode KBS-3 , dans laquelle les

assemblages de combustible sont enferms dans un insert en fonte ductile recouvert par

une enveloppe de cuivre de haute puret. Les conteneurs sont ainsi placs dans des puits

de stockage creuss dans la roche granitique. Les conteneurs sont entours par de largile

gonflante (bentonite) qui protge mcaniquement, hydrauliquement et chimiquement les

conteneurs. Le milieu gologique est le granite et les conditions sont rductrices dans les

deux sites proposs pour le stockage : Olkiluoto en Finlande et Forsmark en Sude. Posiva

et SKB prparent actuellement la demande dautorisation pour la construction du dpt de

stockage, prsenter aux Gouvernements des pays respectifs en 2012. Une pice

essentielle de cette demande dautorisation est le dossier de sret du dpt de stockage.

Dans le cadre du dossier de sret sur le long terme, on a besoin de connaitre le taux de

relchement des radionuclides depuis la matrice UO2 (ou UO2/PuO2 pour le combustible

MOX sudois) une fois en contact avec leau souterraine. La valeur couramment utilise est

10-7/an, base sur des rsultats exprimentaux en milieu rducteur. Les rsultats

exprimentaux montrent aussi que le taux de dgradation de la matrice UO2 est un

phnomne seuil en fonction de la dose et que lhydrogne produit par la corrosion des

structures en fer/acier dans le conteneur ralentit le taux de (ou supprime la) dgradation de

la matrice. Par contre, on ne comprend pas exactement le mcanisme de relchement de

radionuclides et linfluence de la chimie sous rayonnement proximit de la surface du

combustible. Il sen suit que lon narrive pas (ou pas compltement) modliser les rsultats

exprimentaux et on ne peut pas prvoir avec certitude lvolution du taux de relchement

des radionuclides dans le long terme.

Les questions ouvertes sont nombreuses : par exemple, quel est leffet des diffrents types

de rayonnement (et leur distribution en fonction du temps et de la distance du combustible)

sur la vitesse de relchement des radionuclides ? Quel est leffet de la composition des

eaux souterraines ainsi que du fer et ses produits de corrosion sur la radiolyse de leau ?

Quel est leffet de la prsence dhydrogne sur le taux de relchement ? Quelles sont les

espces radiolytiques qui ont un rle dans la dissolution de la matrice du combustible ? Quel

est leur rendement radiolytique en milieu hautement htrogne ? Compte tenu de ces

questions, de nombreuses opportunits pour les laboratoires de chimie sous rayonnement

se profilent pour aider les analystes de sret comprendre le/les mcanisme(s) de

relchement des radionuclides du combustible ainsi que les incertitudes. Cette prsentation

fournit des exemples concrets dtudes en chimie sous rayonnement qui pourrait avancer

ltat des connaissances.

Lixiviation de pastilles de UO2 dopes en metteurs alpha (238/239Pu)

dans une eau synthtique reprsentative dune eau souterraine

argileuse de type Bure

M. Tribet, C. Jgou, V. Broudic, C. Marques, P. Rigaux et A. Gavazzi

Commissariat lEnergie Atomique, DTCD/SECM/LMPA,

Centre de Marcoule, BP 17171, 30207 Bagnols-sur-Cze Cedex, France

Dans le cadre du projet PRECCI, on tudie la possibilit de stocker directement certains

combustibles uss en site gologique profond. Ainsi, la ractivit dune surface de UO2

polycristalline a t tudie dans une eau environnementale et sous auto-irradiation alpha.

Deux lots dchantillons de UO2 dops au plutonium (prsentant une activit spcifique alpha

de 18 et 385 MBq.g-1UO2) ont t lixivis 25 C dans une eau synthtique reprsentative de

leau argileuse du site de Bure, en conditions anoxiques (Ar/CO2 3 000 ppm 3,5 bar),

dans le but dvaluer limpact de la radiolyse alpha dune telle solution et les proprits

complexantes des ions constitutifs sur la dissolution de luranium. Cette tude fait suite aux

travaux de thse de B. Muzeau mens en milieu eau pure ou en milieu carbonat1.

Premirement, des dveloppements techniques ont t ncessaires pour analyser leau

environnementale du fait de sa forte teneur en sels : dans cette optique, les mesures de

traces duranium et de H2O2 (radiolytiquement form) ont t optimises, et les limites de

quantification associes ont t dtermines dans un tel milieu.

Deuximement, tant donne la forte ractivit de ces chantillons lair et de faon

minimiser toute oxydation pralable de la surface de lchantillon, un protocole exprimental

prcis a t suivi avant chaque exprience, bas sur un recuit des chantillons 1100 C

sous Ar/H2 4%, suivi de cycles de prlixiviation. Chaque lot de pastilles a ensuite t lixivi

en conditions statiques pendant des dures allant de 30 jours plusieurs mois, en conditions

anoxiques et dans une eau synthtique de type Bure. Les rsultats concernant lvolution

des relchements en uranium dans la solution sont prsents. Pour la plus faible activit

alpha (18 MBq.g-1UO2), les relchements en uranium dans leau denvironnement au cours du

premier mois, sont infrieurs 2.10-8 mol.L-1 (limite infrieure de quantification de la mthode

employe). Sur de plus longues dures, on observe une augmentation linaire des

relchements en fonction du temps. En ce qui concerne le lot de pastilles prsentant la plus

forte activit alpha (385 MBq.g-1UO2), les relchements en uranium deviennent quantifiables

ds 14 jours de lixiviation et prsentent une augmentation en fonction du temps similaire (sur

30 jours dexprience) ce qui avait t observ prcdemment dans des solutions

carbonates1.

[1] Muzeau B., Jegou C., Delaunay F., Broudic V., Brevet A., Catalette H., Simoni E. and

Corbel C. 2009 J. Alloys Compd. 467 578

51

Session 10

Polymres, liquides ioniques

53

I-9

Polymres sous irradiation : analyse de produits de dgradation hydrosolubles

S. Boughattasb, F. Casanovab, A. Dannoux-Papinb, S. Esnoufa, C. Lamouroux-Lucasb,

T. Vercouterb

aCEA/DSM/IRAMIS/SIS2M/Laboratoire de Radiolyse, CEA Saclay, 91191 Gif/Yvette bCEA/DEN/DANS/DPC/SECR/LSRM, CEA Saclay, 91191 Gif/Yvette

Les produits de dgradation radiolytique non gazeux, issus des diffrents matriaux

organiques irradis rsultant des modifications physico-chimiques des polymres induites

par lirradiation, peuvent conduire la formation et la libration de produits de dgradation

hydrosolubles (PDH). Ces PDH peuvent prsenter des proprits complexantes vis--vis de

cations mtalliques, et en particulier de certains actinides, pouvant entraner un effet sur la

mobilit de ces derniers par, notamment, laugmentation de leur solubilit Afin dvaluer

laccroissement ventuel de solubilit des radionuclides, il est ncessaire :

- de caractriser et de quantifier au mieux les principaux PDH forms dans les conditions

envisages pour le stockage des dchets organiques,

- de dterminer leffet des PDH sur la solubilit de radionuclides choisis via la formation de

complexes solubles Les objectifs de cette tude sont d'une part, d'tudier la cintique du

relchement des PDH et de proposer une modlisation prenant en compte les phnomnes

de rticulations et scissions de chanes, la diffusion des PDH et la dgradation hydrolytique

du matriau. D'autre part, cette tude permet galement de prciser l'influence :

- du vieillissement du matriau, soit l'effet de la dose,

- du type de vieillissement : irradiation gamma / irradiation avec des ions lgers,

- du pH sur la formation et le relchement des PDH.

Plusieurs polymres industriels ainsi que des polymres modles ont subi des irradiations de

simulation par rayonnement gamma et avec des ions lgers tels que C, Ne, S diffrentes

doses de plusieurs MGy sous atmosphre oxydante. Afin de connatre l'impact de l'hydrolyse

des matriaux irradis, la cintique d'extraction par lixiviation des PDH est suivie dans deux

milieux : l'eau dminralise et l'eau cimentaire pH = 13,2 reprsentative de leau du site

de stockage ayant percol travers une paisseur importante de bton. La caractrisation

des solutions de lixiviation est ralise par diffrentes mthodes analytiques. Notamment,

quatre acides carboxyliques lgers ont t tudis :

- l'acide actique reprsentatif des acides monocarboxyliques relchs par le

polythylne (PE),

- lacide glutarique, reprsentatif des diacides carboxyliques relchs par le PE,

- lacide phtalique, issu de lhydrolyse des plastifiants majeurs du polychlorure de

vinyle (PVC),

- lacide adipique, issu de lhydrolyse dautres plastifiants du PVC ainsi que du

polyurthane segments souples de type polyesters.

Les rsultats obtenus pour trois types de matriaux seront prsents : des polyurthanes, le

polychlorure de vinyle et le copolymre d'thylne et de propylne. Des matriaux modles

seront tudis ainsi que des matriaux industriels afin de prciser l'influence des charges et

des additifs.

Enfin, l'effet des PDH sur la solubilit de radionuclides pourrait tre abord via des

expriences de solubilit.

Etude de la dgradation sous irradiation gamma de rsines

changeuses dions : Quantification des rendements de production

gazeux dans diffrentes conditions exprimentales

A. Traboulsi(1) ; V. Labed(1) ; N. Dupuy(2) ; C.Rebufa(2) ; M. Sergent(2) ; V. Dauvois(3)

(1) CEA/DEN/DTCD/SPDE/L2ED, BP 17171 30207 Bagnols sur cze cedex, France. (2) Institut des Sciences Molculaires de Marseille ; ISM2-UMR-CNRS-6263 ; Facult des Sciences et Techniques. Campus de St Jrme case 451. 13397 Marseille cedex 20. (3) CEA/DEN/DPC/SECR/LSRM 91191 Gif sur Yvette cedex, France. Les rsines changeuses dions (REI) sont utilises massivement dans le domaine

nuclaire, en particulier au niveau des circuits primaires des racteurs REP et des piscines

des installations de retraitement des dchets. Aprs leur phase dutilisation, elles sont

considres comme des dchets nuclaires faible ou moyenne activit. Toutefois, les

modalits de gestion de ces dchets sont, dans certains cas, encore ltude.

Dans leur phase dentreposage puis de stockage, ces dchets organiques vont subir des

facteurs dagression majeurs et en particulier lirradiation et dgradation radiolytique lis la

prsence de radiolments pigs dans la structure polymrique.

Daprs les donnes de la littrature, la radiolyse des REI sous rayonnements gamma se

traduit notamment par la rupture des groupements fonctionnels et le dgagement des

produits de radiolyse gazeux (H2, CH4, CO2, CO, SO2, NOx, TMA). Les REI anioniques se

dgradent des doses intgres plus faibles (0,1 MGy) que les REI cationiques (1 MGy). La

dgradation des REI en lit mlang reste modre jusqu' 1 MGy [1]. Des mcanismes de

dgradation sous irradiation des rsines synthtiques organiques sont proposs en se

basant sur la connaissance de la radiolyse des polymres synthtiques en prsence deau

[2-4]. Cependant, ces mcanismes sont encore mal connus.

Ltude porte sur la dgradation des REI en lit mlang (e.g. comportant des composantes

anioniques et cationiques) constitues dun squelette polystyrnique greff de groupements

ammonium quaternaire et de groupements sulfoniques sous irradiation gamma. Il sagit de

mieux apprhender dans diffrentes conditions opratoires dfinies sur la base de la

mthodologie de la recherche exprimentale, les mcanismes de dgradation de REI

soumises lirradiation gamma, travers notamment la quantification des dgagements

gazeux.

Les rsultats de lanalyse des gaz de radiolyse, issus de la dgradation de la REI en lit

mlang dans diffrentes conditions environnementales montre la prsence de lH2

(majoritaire en condition anarobie et anarobie en prsence deau), de CO2, de CO et de

traces de CH4. Il na pas t observ de composs gazeux soufrs ou azots. Les

expriences montrent quil ny a pas effet du dbit de dose (en conditions anarobies et

anarobies en prsence deau) sur le rendement de production dhydrogne G(H2). La

quantit dhydrogne produite est proportionnelle la dose intgre et augmente en

prsence deau.

1. SWYLER, K.J., DODGE, C.J., and DAYAL, R., Irradiation effects on the storage and disposal of radwaste containing organic ion-exchange media, U.S.N.R. Commission, Editor. 1983.

2. AHMED, M.T., CLAY, P.G., and HALL, G.R., Radiation-induced decomposition of ion exchange resins : Part II - The Mechanism of the deamination of anion exchange resins. J. Chem. Soc., 1966. B: p. 1155-1157.

3. EGOROV, E.V. and NOVIKOV, P.D., Action of Ionizing Radiations on Ion Exchange Materials. 1965-1967: Moscow. 4. PILLAY, K.K.S., Radiation effects on ion exchangers used in radioactive waste management, U.P. Pennsylvania state

university, Editor. 1980: PA.

55

I-10

Trace latente et fluorescence induites par des ions dans des

dtecteurs organiques solides

Rmi Barillon

IRES, Strasbourg

La fluorescence mise et/ou lenregistrement dune trace latente suite au passage

dun ion dans un solide organique trouvent de nombreuses applications dans les domaines

de la radioprotection, de la physique nuclaire, de la radiothrapie ou encore de la

fabrication de nouveaux matriaux.

La premire partie de cet expos sera consacre ltude des dgts chimiques

induits par des ions lgers (domaine nergtique 1-10 MeV/A) dans deux dtecteurs solides

de traces nuclaires; un nitrate de cellulose et un polycarbonate dallyle diglycol. Les

sections efficaces de modifications chimiques obtenues ont t simules partir de

lapproche propose par R. Katz base sur laction de la dose radiale dpose par les

lectrons secondaires crs par lion incident. Ces donnes permettront de faire un point sur

les mcanismes proposs dans la littrature pour lenregistrement dune trace latente dans

un polymre et de sa rvlation lors dune attaque chimique approprie.

Dans une deuxime partie nous prsenterons les rsultats obtenus sur la

radioluminescence de scintillateurs organiques solides et des potentialits de ce type de

dtecteurs pour raliser des tudes dosimtriques en hadronthrapie. Nous prsenterons en

particulier les rsultats obtenus sur un dtecteur base de polyvinyl-tolune. Ces rsultats

comprennent les rendements relatifs de scintillation obtenus au Himac (Heavy Ion Medical

Accelerator in Chiba) pour des faisceaux dions 4He, 12C et 20Ne, le suivi de la dgradation

chimique sous faisceaux dions 12C, 4He, 32S, ainsi que ltude temporelle ( lchelle ns) de

la radioluminescence sous faisceau dion 4He et 1H sur un domaine nergtique allant de 1

quelques centaines de MeV/A. Lensemble de ces donnes exprimentales permettra de

faire un point sur lutilisation des modles galement bases sur laction de la dose radiale

dpose par les lectrons secondaires pour dcrire la radioluminescence.

En conclusion nous insisterons sur limportance dtudier laspect temporel de la

radioluminescence afin de dvelopper de nouveaux dtecteurs pour des applications

spcifiques.

LAFM utilise en mode semi-contact pour ltude de la

polymrisation rticulante sous rayonnement de diacrylates

aromatiques

Mickal KRZEMINSKI

Universit de Reims Champagne Ardenne, Institut de Chimie Molculaire de Reims CNRS

UMR 6229

La polymrisation rticulante de monomres acrylates multifonctionnels amorce sous

rayonnement est suspecte de conduire la formation de rseaux htrognes, composs

de microgels trs rticuls inclus dans une matrice plus faiblement polymrise. Lexistence

de ces htrognits est gnralement mise en vidence de faon indirecte travers des

mthodes de sollicitation globale de lchantillon, telles que lanalyse thermomcanique, la

calorimtrie diffrentielle ou la spectroscopie dilectrique. La microscopie force atomique

(AFM) a t utilise en mode semi-contact pour sonder les matriaux aux chelles

submicromtriques et apporter une vision objective de la taille des htrognits et de leur

volution au cours de la polymrisation.

Les images de phase obtenues dans ce mode permettent de discriminer les zones les plus

rigides de lchantillon tudi des zones o la complaisance est plus importante. Dans notre

cas dtude, il est donc possible dtudier les htrognits de densit de rticulation.

Ltude a t mene sur des chantillons de conversion connue. Le caractre htrogne

des rseaux a t mis en vidence, puis analys par diffrents descripteurs. Lanalyse

dimage a permis de mettre en vidence la prsence de nanogels dune taille caractristique

de 20 nm pour les conversions les plus leves. Leur distribution aux diffrents stades

davancement de la polymrisation a t quantifie et le scnario de la polymrisation toff.

Diffrents facteurs tels que la nature du monomre prcurseur de rseau ou le mode

damorage (faisceau dlectrons ou rayonnement ultraviolet) ont t examins. Enfin, les

limitations de la reprsentation schmatique strictement binaire seront discutes.

57

Mcanismes de scintillation au sein de nouveaux dtecteurs

organiques base de liquides ioniques

Mlodie Munier a, Till Sohier a, Laure Herrmann a, Quentin Raffy a, Hubert Gress a, Jean-Marc

Jung a, Rmi Barillon a, Louise Stuttge a

Laurent Douce b, Alexandre Al-Abbas b, Ezeddine Bouajila b

a) Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien (IPHC), Dpartement de Recherches en

Subatomiques, 23 rue du Loess, BP 28, 67037 STRASBOURG Cedex 2 b) Institut de Physique et de Chimie des Matriaux de Strasbourg (IPCMS), 23 rue du Loess,

BP 43, 67034 STRASBOURG Cedex 2

Lutilisation de molcules organiques scintillantes, base de liquides ioniques, en vue

dapplications en dtection nuclaire, est actuellement en cours dexprimentation dans

notre laboratoire [1]. Outre les proprits des liquides ioniques, la ralisation de molcules

faon permet ces dtecteurs des applications diverses. Ceci peut tre obtenu en ajustant

lefficacit dinteraction avec le type de rayonnement, par exemple par ladjonction dun

atome lourd pour la dtection de photons, ou en augmentant le nombre datome dhydrogne

pour la dtection des neutrons. Lobjectif principal est une tude fondamentale des

proprits de scintillation de ces nouvelles molcules, ceci dans le but de mesurer leurs

rendements dexcitation et dionisation.

Les premiers rsultats ont t obtenus grce deux expriences originales qui seront

dcrites plus en dtail dans cette session par mon collgue T. Sohier [2]. Ces expriences

permettent de reconstituer, par concidence, et avec une rsolution temporelle nanoseconde,

les courbes de dclins de fluorescence des milieux tudis pour diffrentes sources de

rayonnements ionisants.

Au cours de lexpos, on prsentera les caractristiques physico-chimiques [3], ainsi

que les premiers dclins de fluorescence obtenus pour des scintillateurs comportant

diffrents cations et anions. Les rsultats seront analyss au regard des donnes connues et

publies dans le domaine. On accordera une attention particulire aux contributions de

lexcitation et de lionisation aux courbes de dclins.

[1] L. Stuttge. Neutromania ANR projet 2007

[2] T. Sohier, Etude temporelle de la fluorescence induite par divers rayonnements ionisants

au sein de matire organique dense. JECR 2010.

[3] G. Le Rouzo, C. Lamouroux, G. Moutiers, Dalton Trans., 2009, pp 6175 6184.

Produits primaires et finaux de la radiolyse des liquides ioniques et leurs ractivits

James Wishart

Dpartement de chimie Brookhaven National Laboratory

Upton, NY 11973, tats-Unis

et

Ilya A. Shkrob

Division des sciences et ingnierie chimiques Argonne National Laboratory

Argonne, IL, 60439, tats-Unis

Les liquides ioniques (LI) continuent d'attirer l'intrt de nombreux chercheurs en

raison de leurs proprits remarquables. Un rle potentiel important des liquides ioniques est

comme milieu pour le traitement des combustibles nuclaires irradis. Il est donc important

d'tudier la chimie sous rayonnement des liquides ioniques, non seulement de dterminer les

produits radiolytiques et les voies de dgradation des liquides ioniques, mais aussi de

dcrire comment la radiolyse interfre avec le processus de sparation. Nous sommes

intresss par la faon dont la composition et les proprits des liquides ioniques

dterminent la stabilit et la dure de vie des intermdiaires ractifs et donc comment elles

influencent les cours de ractions chimiques et les distributions des produits. L'acclrateur

LEAF nous permet d'observer des espces primaires radiolytiques et de suivre leur

ractivit. Cependant, cette technique ne peut pas dtecter de nombreux intermdiaires

importants qui n'ont pas les caractristiques d'absorption forte, en particulier les espces

drives des trous. C'est pourquoi nous utilisons la spectroscopie RPE des verres LI irradis

basse temprature afin d'identifier les radicaux forms par radiolyse. Nous allons dcrire

nos rsultats sur la chimie sous rayonnement d'une grande varit de liquides ioniques.

Ce travail a t financ par la Division des sciences chimiques, sciences de la terre, et

sciences biologiques, du Bureau des sciences de base de l'nergie du Dpartement de

l'nergie des .-U. par le biais des subventions DE-AC02-98CH10886 et DE-AC02-

06CH11357.

59

Session 11

Astro-radiolyse

61

Formation d'eau sur les grains interstellaires sous rayonnement UV er rayons cosmiques. Simulations Monte Carlo.

Vincent Cobut

Universit de Cergy

Contexte

H2O et O2 sont des constituants importants dans les gaz denses du milieu interstellaire.

Par ailleurs, sur les grains interstellaires, H2O est un constituant majeur du manteau de glace

dans lequel une chimie complexe se droule. Cette chimie a une influence sur la

composition de la phase gaz.

Notre but est dtudier la formation de molcules et de radicaux tels que OH, H2O, HO2, H2O2

et de leur forme deutre, ainsi que O2 et O3 pour dterminer comment la chimie diffre dun

milieu astrophysique un autre et comment