CACAO Chimie des Actinides et Cibles radioactives à Orsay Un laboratoire pour la fabrication et la caractérisation de couches minces radioactives Ch.O.Bacri, V.Petitbon, J.Mottier CNRS/IN2P3/IPN Orsay Contexte Les besoins de coordination La fabrication différentes techniques pour différentes utilisations La caractérisation Quelques contraintes Le point sur CACAO 1

Un laboratoire de cibles radioactives... pour faire de la physique Données nucléaires pour l aval du cycle Structure nucléaire: étude des noyaux riches en neutrons Production des noyaux par fission d actinide Astrophysique: Etude du processus s: mesures de σ (n,γ) Etude des supernovae de type II: σ de 59,60 Fe(n,γ) Production et étude des noyaux superlourds: Utilisation de la fusion chaude au Ganil: 48 Ca+actinides Chaque communauté possède son propre réseau Mettre en commun les compétences et les installations 2

Un laboratoire de cibles radioactives... dans un contexte international Ce qui existe à l étranger IRMM, GSI, Mayence, Argonne, Berkeley, Oak-Ridge, Russie,... FZK (radiochimie) Accès conditionné par l implication dans des collaborations scientifiques Ce qui existe en France un service de fabrication de couches minces stables à l IPNO supports des cibles (backing) maitrise des techniques de dépôts minces un groupe de radiochimie à l IPNO savoir-faire sur la chimie des actinides des installations pour caractériser des couches minces radioactives Ce qui va exister en France : CACAO un laboratoire pour la fabrication et la caractérisation de couches minces radioactives en lien avec un réseau international de compétences 3

Une coordination pour... être un nœud n actif dans un réseaur Soutien pour... trouver l isotope... sous la bonne forme chimique et isotopique laboratoires, industriels, CEA, AREVA,...fabrication par réacteur identifier le laboratoire qui possède la bonne technique et les bonnes installations fabrication par CACAO guider et accompagner vers un réseau de compétences et de fabricants INTDS (INternational Target Development Society) caractériser les dépôts posséder le savoir-faire et identifier les installations transporter les cibles 4

Un laboratoire de cibles radioactives... pour fabriquer les cibles Couches minces radioactives boites à gants en zone contrôlée Evaporation par effet Joule sous vide Electrodéposition Anode (Platine) substrat creuset chauffé par effet Joule HT Cathode 5

Un laboratoire de cibles radioactives... pour caractériser riser les cibles Caractérisation : homogénéité, épaisseur, composition chimique et isotopique Pourquoi caractériser? avoir une cible compatible avec l expérience ( contaminants) interpréter les données (la physique) réduire les incertitudes Comment caractériser? spectroscopie α, β, γ, X (homogénéité, épaisseur, composition) RBS (composition) analyse par activation neutronique (composition),... Quels instruments pour caractériser? Tandem/Alto de l IPNO (RBS pour cibles pas trop actives) Laboratoire Pierre Süe CEA/CNRS à Saclay (RBS sur ligne chaude) OSIRIS (réacteur à Saclay activation neutronique) 3 10 18 n m -2 s -1 for E<0,625 ev et 4.5 10 18 n m -2 s -1 for E>0.1 MeV autoradiographe (homogénéité α, β) 6

Quelques contraintes Trouver les isotopes!... Cerca Lea, ISOTRAK, Isotopes products,... U238 pur ( > 99.5 %), Cm, Am, Pu,... GEDEPEON: un lieu privilégié pour identifier les fournisseurs? la règlementation (gestion des déchets, autorisations (cacao et demandeur,...) détention / transformation / importation / exportation délais! manipulation d un seul isotope à la fois quantités manipulables d isotopes Différentes techniques pour différentes caractéristiques de cibles techniques backing + dépôt R&D Ne pas négliger les difficultés administratives... 7

Les autorisations actuelles de CACAO (détention transformation) Isotope (demi vie) Activité massique (Bq/g) 6 C14 (5 700 y) 1,65 10 11 Bq/g 13 Al26 (7.17 10 5 y) 7,07 10 8 Bq/g 26 Fe60 (1.5 10 6 y) 1.47 10 8 Bq/g 28 Ni63 (100 y) 2,10 10 12 Bq/g 34 Se79 (3.5 10 5 y) 2,58 10 9 Bq/g 40 Zr93 (1.53 10 6 y) 9,3 10 7 Bq/g 55 Cs135 (2.3 10 6 y) 4,26 10 7 Bq/g 90 Th232 (1.405 10 10 y) 4.07 10 3 Bq/g 91 Pa231 (3.276 10 4 y) + 1.59 10 10 Bq/g 92 U233 (1.592 10 5 y) 3.57 10 8 Bq/g 92 U234 (2.455 10 5 y) 2.32 10 8 Bq/g Max manipulable en boite à gants et en zone contrôlée (Bq et mg) 5,00 10 9 Bq 3,03 10 1 mg 5,90 10 8 Bq 8,35 10 2 mg 1.54 10 8 Bq 1.04 10 3 mg 4,70 10 10 Bq 2,24 10 1 mg 5. 10 9 Bq 1,94 10 3 mg 2.2 10 9 Bq 2.37 10 4 mg 2.82 10 10 Bq 6.6 10 5 mg 9.1 10 6 Bq 2.24 10 6 mg 1.9 10 6 Bq 1.19 10-1 mg 3.2 10 8 Bq 8.96 10 2 mg 3.3 10 8 Bq 1.42 10 3 mg Max utilisé par CACAO (Bq et mg) 5,00 10 9 Bq 3,03 10 1 mg 5,90 10 8 Bq 8,35 10 2 mg 1.47 10 8 Bq 10 3 mg 4,70 10 10 Bq 2,24 10 1 mg 2,58 10 9 Bq 9,3 10 3 mg 9,3 10 7 Bq 10 3 mg 4,26 10 7 Bq 10 3 mg 4.07 10 3 Bq 10 3 mg 1.9 10 6 Bq 1.19 10-1 mg 3.2 10 8 Bq 8.96 10 2 mg 2.32 10 8 Bq 10 3 mg Max manipulable en Isotope Max utilisé par boite à gants et en (demi vie) CACAO zone contrôlée Activité massique (Bq/g) (Bq et mg) (Bq et mg) 92 U235 3.4 10 8 Bq 1.6 10 5 Bq (7.04 10 8 y) 1.6 10 5 Bq/g 2.13 10 6 mg 10 3 mg 92 U236 3.4 10 8 Bq 2.39 10 6 Bq (2.342 10 7 y) 2.39 10 6 Bq/g 1.42 10 5 mg 10 3 mg 92 U238 3.2 10 8 Bq 3.72 10 4 Bq (4.468 10 9 y) + 3.72 10 4 Bq/g 8,6 10 6 mg 10 3 mg 93 Np237 9.9 10 6 Bq 9.9 10 6 Bq (2.14 10 6 y) 5.22 10 7 Bq/g 1.9 10 2 mg 1.9 10 2 mg 94 Pu239 4.4 10 6 Bq 4.4 10 6 Bq (2.4 10 4 y) 2.3 10 9 Bq/g 1.91 mg 1.91 mg 94 Pu240 4.4 10 6 Bq 4.4 10 6 Bq (6 561 y) 8.4 10 9 Bq/g 0.52 mg 0.52 mg 94 Pu242 4.55 10 6 Bq 4.55 10 6 Bq (3.73 10 5 y) 1,47 10 8 Bq/g 31,5 mg 31,5 mg 94 Pu244 4.54 10 6 Bq 6,78 10 5 Bq (8. 10 7 y) 6,78 10 5 Bq/g 6.69 10 3 mg 10 3 mg 95 Am243 5.3 10 6 Bq 5.3 10 6 Bq (7 370 y) 1.48 10 10 Bq/g 3.58 10-1 mg 3.58 10-1 mg 96 Cm245 5 10 6 Bq 5 10 6 Bq (8 480 y) 6,37 10 9 Bq/g 7,84 10-1 mg 7,84 10-1 mg 96 Cm247 5,56 10 6 Bq 3,44 10 6 Bq (1.56 10 7 y) 3,44 10 6 Bq/g 1,62 10 3 mg 10 3 mg 96 Paris, 1.43 10 5 Bq 1.43 10 5 Bq (3.48 10 5 y) 1,53 Novembre 10 8 Bq/g 2009 9,3 CACAO 10-1 mg Ch.O.Bacri 9,3 10-1 mg 8

Le point sur CACAO Juillet 2009: budget «acquis» et feu vert officiel pour lancer les travaux Les «infrastructures» Les partenaires du projet : IN2P3, GANIL, CEA/DIF Accès privilégié et prix préférentiels Planning de réalisation décontamination du local réfection de la toiture (décembre 2009) Jusqu en Février 2010: cahier des charges des travaux jusqu en Juillet 2010: travaux Jusqu en Décembre 2010: aménagement du local et autorisation ASN de fonctionnement CACAO pleinement opérationnel: fin 2010 La R&D en cours pas de laboratoires chauds à disposition tests sur des analogues chimiques stables dépôts «peu actifs» ( nat U, 238 U) tests de fabrication de polyimide (backing) 9

Pour conclure Beaucoup de difficultés ont été surmontées partenaires identifiés pour le projet financement trouvé bâtiment pour CACAO identifié accord des tutelles pour démarrer les travaux... Mais beaucoup de travail reste à faire organiser un réseau pour trouver les isotopes consolider un réseau de compétences pour la fabrication mettre en commun des installations déjà existantes développer et utiliser les outils de caractérisation réaliser les travaux de réhabilitation du bâtiment résoudre les problèmes administratifs... Bon espoir de mener à terme CACAO... dans des délais raisonnables 10

Quelques collaborations en cours Groupe de Bordeaux: 233 U :100 µg/cm 2, support C 40 µg/cm 2, φ: 6mm Geel 236, 238 U: 100 µg/cm 2, support C 40 µg/cm 2, φ: 6mm Munich, (GSI?) 243 Am, 242 Pu, 237 Np CEA/DIF: 235 U 100-500 µg/cm 2, support polyimide (kapton) 50 µg/cm 2 + C 5 µg/cm 2, φ: 20-30mm IFIN-HH (Roumanie) 233,235,238 U 50-120 µg/cm 2, support C (20 µg/cm 2 ), Al (20-50 µg/cm 2 ), ou (Ni 50 µg/cm 2 ), φ: 5-10mm ntof IPNO 232 Th 300 µg/cm 2, support mylar (200 µg/cm 2 ) + Al (20 µg/cm 2 ), φ: 110x80mm Berkeley 237 Np, 235, 238 U Wadworth center Grenoble ILL -... 233 U ILL S3 (super-lourds) 232 Th, 248 Cm, 241,243 Am, 239,242,244 Pu 250-400 µg/cm 2, sandwich C, φ: 110x15/30 mm 2 Mayence, GSI, GANIL 11