FR3135087A1 - Scintillator material and manufacturing process - Google Patents
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Abstract
Matériau scintillateur et procédé de fabrication Matériau scintillateur (3) comportant des points de carbone quantiques à cœur graphitique dispersés dans une matrice, ledit matériau comprenant des motifs aromatiques aptes à émettre un rayonnement UV en réponse à une irradiation, notamment de type beta, ce rayonnement UV provoquant une luminescence des points de carbone et l’émission par ceux-ci d’un rayonnement dans le domaine visible Figure pour l’abrégé : Fig. 1Scintillator material and manufacturing method Scintillator material (3) comprising quantum carbon dots with a graphitic core dispersed in a matrix, said material comprising aromatic units capable of emitting UV radiation in response to irradiation, in particular of the beta type, this radiation UV causing luminescence of the carbon points and the emission by them of radiation in the visible range Figure for the abstract: Fig. 1
Description
La présente invention concerne les scintillateurs capables d’émettre des photons lumineux sous l’effet d’un rayonnement d’origine nucléaire, notamment un rayonnement β.The present invention relates to scintillators capable of emitting light photons under the effect of radiation of nuclear origin, in particular β radiation.
La détection d’émissions sous forme d’ondes tels que les rayons gamma ou X, ou bien de particules tels que les rayons béta ou neutrons, représente un défi de plus en plus actuel, à mesure que les chantiers de démantèlement des installations nucléaires de premières générations s’opèrent. Il y a fort à penser que ces besoins vont s’accentuer avec l’augmentation du nombre de chantiers de démantèlement.The detection of emissions in the form of waves such as gamma or first generations take place. There is every reason to believe that these needs will increase with the increase in the number of dismantling sites.
Des matériaux scintillateurs présentant des limites de détection de plus en plus faibles seront nécessaires à l’avenir afin d’assurer au mieux la radioprotection des opérateurs du démantèlement.Scintillation materials with increasingly lower detection limits will be necessary in the future to best ensure the radiation protection of dismantling operators.
Si les scintillateurs gamma actuels couvrent relativement bien les besoins de radioprotection, les retours d’expérience des personnels en charge d’opérations de démantèlement montrent qu’il reste des progrès à faire concernant la détection alpha ou béta. Ceci est essentiellement dû à la faible énergie mise en jeu, qui rend ces rayonnements difficiles à détecter.If current gamma scintillators cover radiation protection needs relatively well, feedback from personnel in charge of dismantling operations shows that there is still progress to be made regarding alpha or beta detection. This is essentially due to the low energy involved, which makes this radiation difficult to detect.
Les scintillateurs béta existants utilisent généralement des cristaux inorganiques (CsI, GaO, CaF2) ou bien des matrices plastiques (POPOP, dérivés benzéniques) comme agents luminescents capables de transformer les particules incidentes (électrons ou positons pour β-ou β+) en photons lumineux.Existing beta scintillators generally use inorganic crystals (CsI, GaO, CaF 2 ) or plastic matrices (POPOP, benzene derivatives) as luminescent agents capable of transforming incident particles (electrons or positrons for β - or β + ) into photons luminous.
Ils sont relativement complexes à produire et demandent l’utilisation de ressources épuisables dans le cas de certains cristaux inorganiques comme ceux à base de gallium par exemple.They are relatively complex to produce and require the use of exhaustible resources in the case of certain inorganic crystals such as those based on gallium for example.
Il existe par conséquent un besoin pour disposer d’un matériau scintillateur relativement simple à produire, permettant d’éviter le recours si on le souhaite à des composés inorganiques rares, et présentant une bonne sensibilité de détection au rayonnement beta notamment.There is therefore a need to have a scintillator material that is relatively simple to produce, making it possible to avoid the use of rare inorganic compounds if desired, and having good detection sensitivity to beta radiation in particular.
L’invention vise à répondre à ce besoin et elle y parvient grâce à un matériau scintillateur comportant des points de carbone quantiques à cœur graphitique dispersés dans une matrice, ledit matériau comprenant des motifs aromatiques aptes à émettre un rayonnement UV en réponse à une irradiation, notamment de type beta, ce rayonnement UV provoquant une luminescence des points de carbone et l’émission par ces derniers d’un rayonnement dans le domaine visible.The invention aims to meet this need and it achieves this thanks to a scintillator material comprising quantum carbon dots with a graphitic core dispersed in a matrix, said material comprising aromatic patterns capable of emitting UV radiation in response to irradiation, in particular of the beta type, this UV radiation causing luminescence of the carbon points and the emission by the latter of radiation in the visible range.
Un tel matériau ne requiert pas l’emploi de composés inorganiques rares et présente une bonne sensibilité à la détection du rayonnement beta notamment.Such a material does not require the use of rare inorganic compounds and has good sensitivity to the detection of beta radiation in particular.
L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de détection d’un rayonnement provenant d’une source radioactive, notamment un rayonnement beta, dans lequel on expose audit rayonnement un matériau scintillateur selon l’invention, et l’on détecte une émission de photons lumineux par ledit matériau, en réponse à cette exposition.The invention also relates, according to another of its aspects, to a method of detecting radiation coming from a radioactive source, in particular beta radiation, in which a scintillator material according to the invention is exposed to said radiation, and an emission of light photons is detected by said material, in response to this exposure.
L’invention a encore pour objet un détecteur de rayonnement, notamment béta, comportant un matériau scintillateur selon l’invention, disposé de manière à pouvoir être exposé audit rayonnement, et au moins un capteur de photons lumineux émis par ledit matériau scintillateur en réponse à cette exposition.The invention also relates to a radiation detector, in particular beta, comprising a scintillator material according to the invention, arranged so as to be able to be exposed to said radiation, and at least one light photon sensor emitted by said scintillator material in response to this exhibition.
La matrice peut être thermoplastique ou thermodurcissable. Elle peut notamment être coulée ou injectée à l’état fluide dans un moule, puis démoulée après refroidissement.The matrix can be thermoplastic or thermosetting. It can in particular be cast or injected in the fluid state into a mold, then unmolded after cooling.
La matrice peut présenter une forme quelconque, notamment polyédrique, par exemple cubique ou parallélépipédique, cylindrique pleine ou évidée, conique, torique, entre autres possibilités. Elle peut être usinée le cas échéant, à la forme souhaitée.The matrix can have any shape, in particular polyhedral, for example cubic or parallelepiped, full or hollow cylindrical, conical, toric, among other possibilities. It can be machined, if necessary, to the desired shape.
La matrice peut encore se présenter sous forme d’une couche servant de liant aux points de carbone.The matrix can also be in the form of a layer serving as a binder for the carbon points.
La matrice est de préférence transparente, mais peut être translucide.The matrix is preferably transparent, but may be translucent.
La matrice peut être incolore et le matériau présenter une couleur brune due à la présence des points carbone.The matrix may be colorless and the material may have a brown color due to the presence of carbon dots.
La matrice peut encore inclure un ou plusieurs colorants.The matrix may further include one or more dyes.
Elle peut intégrer un élément collecteur de lumière, le cas échéant, ou former un guide de lumière.It can integrate a light collecting element, if necessary, or form a light guide.
La matrice occupe tout volume approprié aux conditions d’utilisation. Son épaisseur va par exemple de 1mm à 100mm.The matrix occupies any volume appropriate to the conditions of use. Its thickness ranges for example from 1mm to 100mm.
Notamment lorsqu’elle est polymérique, le polymère de la matrice peut présenter les motifs aromatiques précités.Particularly when it is polymeric, the polymer of the matrix can present the aforementioned aromatic motifs.
La matrice peut notamment être un polymère styrénique, notamment le polystyrène (PS), l’acrylonitrile butadiène styrène (ABS) ou le méthylméthacrylate butadiène styrène (MBS), ou être choisi parmi les polyéthers aromatiques (PAE), notamment le poly(oxyde de phénylène) (PPO), le polyvinyltoluène (PVT) ou un mélange de ceux-ci. La matrice peut notamment comporter du polystyrène ou être constituée de polystyrène, ce polymère permet l’obtention de bons résultats.The matrix may in particular be a styrenic polymer, in particular polystyrene (PS), acrylonitrile butadiene styrene (ABS) or methylmethacrylate butadiene styrene (MBS), or be chosen from aromatic polyethers (PAE), in particular poly(styrene oxide). phenylene) (PPO), polyvinyltoluene (PVT) or a mixture thereof. The matrix may in particular include polystyrene or be made of polystyrene, this polymer allows good results to be obtained.
La matrice peut être polymérique. Le polymère peut être un homopolymère ou un copolymère.The matrix may be polymeric. The polymer may be a homopolymer or a copolymer.
Les motifs aromatiques peuvent être des cycles phényliques, mais tout motif aromatique permettant de générer une émission UV sous l’action du rayonnement incident à détecter, puis par transfert, notamment radiatif, une émission de lumière visible par les points carbone, peut convenir.The aromatic units can be phenyl rings, but any aromatic unit making it possible to generate a UV emission under the action of the incident radiation to be detected, then by transfer, in particular radiative, an emission of visible light by the carbon points, may be suitable.
Les motifs aromatiques peuvent ainsi être des cycles autres que phényliques, par exemple.The aromatic units can thus be rings other than phenyl, for example.
Les motifs aromatiques peuvent être présents au sein de la matrice. La matrice peut ainsi être une matière plastique présentant des motifs aromatiques, comme mentionné ci-dessus.Aromatic motifs may be present within the matrix. The matrix can thus be a plastic material having aromatic patterns, as mentioned above.
Les motifs aromatiques peuvent comporter un ou plusieurs hétéroatomes, le cas échéant, et/ou être condensés sous la forme de composés polycycliques aromatiques. The aromatic units may comprise one or more heteroatoms, where appropriate, and/or be condensed in the form of polycyclic aromatic compounds .
Les points de carbone sont encore connus sous la désignation anglo-saxonne « Carbon Dots » ou « CD ».Carbon dots are still known by the Anglo-Saxon designation “Carbon Dots” or “CD”.
Ils se présentent sous la forme de nanoparticules luminescentes à cœur graphitique, dont la taille est inférieure ou égale à 50nm, et de préférence inférieure ou égale à 10nm.They are in the form of luminescent nanoparticles with a graphitic core, the size of which is less than or equal to 50nm, and preferably less than or equal to 10nm.
Les points de carbone sont de préférence hydrophobes, ce qui peut faciliter leur dispersion dans le précurseur de polymérisation de la matrice.The carbon dots are preferably hydrophobic, which can facilitate their dispersion in the polymerization precursor of the matrix.
Dans des exemples de réalisation, les points de carbone présentent des traces d’azote, qui proviennent du procédé de synthèse utilisé. Ces traces d’azote peuvent contribuer à améliorer le rendement d’émission des points carbone. En effet, les groupement azotés agissent comme de pièges à excitons, ce qui aboutit à l’augmentation du rendement quantique des points de carbone.In exemplary embodiments, the carbon points have traces of nitrogen, which come from the synthesis process used. These traces of nitrogen can help improve the emission efficiency of carbon points. Indeed, the nitrogen groups act as exciton traps, which leads to an increase in the quantum yield of the carbon dots.
Les points de carbone peuvent présenter une teneur non nulle en azote, notamment une teneur en % atomique en N1s comprise entre 10 et 15%.The carbon points may have a non-zero nitrogen content, in particular an atomic % content of N1s of between 10 and 15%.
Les points de carbone peuvent présenter une teneur non nulle en oxygène, notamment une teneur en % atomique en O1s comprise entre 15 et 20%.
Les points de carbone peuvent présenter une teneur en % atomique en C1s comprise entre 65 et 75%.The carbon points can have a non-zero oxygen content, in particular an atomic % content of O1s of between 15 and 20%.
The carbon points can have an atomic % C1s content of between 65 and 75%.
La teneur massique en points de carbone peut être comprise entre 0,01 % et 0,5 % par rapport au poids total du matériau de scintillateur (points de carbone plus matrice).The mass content of carbon dots can be between 0.01% and 0.5% relative to the total weight of the scintillator material (carbon dots plus matrix).
Les points de carbone peuvent être produits à partir de la dégradation (par exemple hydrothermale ou par micro-ondes) de molécules utilisées comme précurseurs. Ces molécules précurseurs sont de préférence extraites à partir de biomasse, ce qui constitue un avantage au regard du caractère inépuisable des ressources permettant de les produire.Carbon dots can be produced from the degradation (e.g. hydrothermal or microwave) of molecules used as precursors. These precursor molecules are preferably extracted from biomass, which constitutes an advantage given the inexhaustible nature of the resources allowing their production.
Les points de carbone résultent avantageusement d’un procédé de synthèse mettant en œuvre la décomposition du trinitropyrène, préalablement solubilisé dans un solvant organique, qui peut être du toluène, du dimethylformamide (DMF), ou mieux un mélange toluène/DMF. The carbon points advantageously result from a synthesis process involving the decomposition of trinitropyrene, previously dissolved in an organic solvent, which can be toluene, dimethylformamide (DMF), or better a toluene/DMF mixture.
La présence de DMF au sein d’un mélange DMF/toluène permet d’obtenir un meilleur rendement massique de points de carbone.The presence of DMF within a DMF/toluene mixture makes it possible to obtain a better mass yield of carbon points.
Procédé de fabricationL’invention a encore pour objet un procédé de fabrication du matériau de scintillateur selon l’invention, dans lequel on synthétise les points de carbone par la mise en œuvre du procédé de synthèse ci-dessus, notamment un procédé de synthèse dans lequel on procède à la décomposition du trinitropyrène, préalablement solubilisé dans un solvant organique, ce solvant organique comportant un mélange de toluène et de dimethylformamide (DMF). Manufacturing process The invention also relates to a process for manufacturing the scintillator material according to the invention, in which the carbon points are synthesized by implementing the synthesis process above, in particular a synthesis process in which involves the decomposition of trinitropyrene, previously dissolved in an organic solvent, this organic solvent comprising a mixture of toluene and dimethylformamide (DMF).
Comme mentionné ci-dessus, la matrice peut être polymérisée en présence des points de carbone. En variante, la matrice peut être dissoute dans une solution contenant les points de carbone en suspension dans un solvant organique, puis l’on procède à l’évaporation de ce solvant organique, cette évaporation ayant par exemple lieu dans un moule à la forme désirée.As mentioned above, the matrix can be polymerized in the presence of the carbon dots. Alternatively, the matrix can be dissolved in a solution containing the carbon points suspended in an organic solvent, then the evaporation of this organic solvent is carried out, this evaporation taking place for example in a mold with the desired shape. .
On peut ainsi préparer une suspension de points de carbone dans un solvant organique, notamment constitué de ou contenant du toluène, dissoudre du polystyrène avec cette solution puis évaporer le solvant.It is thus possible to prepare a suspension of carbon points in an organic solvent, in particular consisting of or containing toluene, dissolve polystyrene with this solution then evaporate the solvent.
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel :The invention can be better understood on reading the detailed description which follows, non-limiting examples of its implementation, and on examining the appended drawing, in which:
On a représenté à la
La caméra 4 est équipée d’un détecteur photosensible permettant de compter les photons dans une gamme spectrale couvrant le domaine UV-visible de la lumière (180-900 nm).Camera 4 is equipped with a photosensitive detector allowing photons to be counted in a spectral range covering the UV-visible range of light (180-900 nm).
La source radioactive 2 utilisée pour les tests est par exemple une source émettrice beta pure, telle qu’une source au90Sr délivrant une énergie de 546 keV et présentant une activité de 12 kBq, ou une source au14C délivrant une énergie de 156 keV et présentant une activité de 33 kBq.The radioactive source 2 used for the tests is for example a pure beta emitting source, such as a 90 Sr source delivering an energy of 546 keV and having an activity of 12 kBq, or a 14 C source delivering an energy of 156 keV and exhibiting an activity of 33 kBq.
Le matériau scintillateur 3 peut se présenter sous la forme d’un bloc solide, de forme parallélépipédique ou cylindrique, toute forme étant cependant possible.The scintillator material 3 can be in the form of a solid block, of parallelepiped or cylindrical shape, any shape being however possible.
La fabrication du matériau scintillateur 3 peut se faire en deux étapes.The manufacture of scintillator material 3 can be done in two stages.
Dans un premier temps, les points carbone sont synthétisés sous forme d’une poudre. Dans une seconde étape, cette poudre est dispersée dans un monomère liquide en présence d’un initiateur de polymérisation. Au terme d’un temps d’attente nécessaire à la polymérisation du monomère, les points carbone se retrouvent figés dans une matrice plastique transparente, par exemple du polystyrène.First, the carbon points are synthesized in the form of a powder. In a second step, this powder is dispersed in a liquid monomer in the presence of a polymerization initiator. At the end of a waiting time necessary for the polymerization of the monomer, the carbon points find themselves frozen in a transparent plastic matrix, for example polystyrene.
Il est aussi possible d’éviter le temps d’attente lié à la polymérisation du monomère. Dans ce cas, il suffit de préalablement préparer une suspension de points de carbone dans le toluène. 5g de polystyrène sont ensuite dissous dans 10mL de cette suspension. Enfin, le mélange est placé dans un moule de la forme désirée et laissé pour évaporation du toluène. Après 48 heures d’attente, un scintillateur de polystyrène chargé en points de carbone est obtenu.It is also possible to avoid the waiting time linked to the polymerization of the monomer. In this case, it is sufficient to first prepare a suspension of carbon points in toluene. 5g of polystyrene are then dissolved in 10mL of this suspension. Finally, the mixture is placed in a mold of the desired shape and left for the toluene to evaporate. After 48 hours of waiting, a polystyrene scintillator loaded with carbon points is obtained.
Les points de carbone peuvent être synthétisés à partir de trinitropyrène de formule suivante :Carbon points can be synthesized from trinitropyrene of the following formula:
Une solution de trinitropyrène est préparée par exemple à une concentration de 10 mg/mL dans le dimethylformamide (DMF). Cette solution peut ensuite être placée soit dans un four micro-ondes à 200°C pendant 1h, soit dans un autoclave à 200°C pendant 8h. En fin de réaction, une solution pourpre noirâtre est obtenue. Cette solution est évaporée lentement par exemple à 70°C pendant 72 heures. A la suite de l’étape d’évaporation, une poudre noire est récoltée. Cette poudre noire peut redispersée dans 5mL d’éthanol. Ces 5mL sont ensuite dialysés par exemple pendant 24h dans un tube spécifique à 1kDa pour éliminer les espèces qui n’ont pas réagi. La solution d’éthanol contenant les points carbone purifiés est ensuite évaporée, par exemple à 70°C pendant une nuit.A solution of trinitropyrene is prepared, for example, at a concentration of 10 mg/mL in dimethylformamide (DMF). This solution can then be placed either in a microwave oven at 200°C for 1 hour, or in an autoclave at 200°C for 8 hours. At the end of the reaction, a blackish purple solution is obtained. This solution is evaporated slowly, for example at 70°C for 72 hours. Following the evaporation stage, a black powder is collected. This black powder can be redispersed in 5mL of ethanol. These 5mL are then dialyzed for example for 24 hours in a specific 1kDa tube to eliminate the species which have not reacted. The ethanol solution containing the purified carbon points is then evaporated, for example at 70°C overnight.
Après cette dernière étape d’évaporation, une poudre noire de points carbone purifiés est obtenue. C’est cette poudre noire qui peut ensuite être utilisée pour la préparation du matériau de scintillateur.After this last evaporation step, a black powder of purified carbon dots is obtained. It is this black powder that can then be used for the preparation of scintillator material.
La synthèse se fait de préférence dans le DMF car il est préférable d’obtenir des points carbones hydrophobes, plus faciles à disperser ensuite dans le monomère qui sert de précurseur à la matrice plastique transparente.The synthesis is preferably carried out in DMF because it is preferable to obtain hydrophobic carbon points, which are easier to then disperse in the monomer which serves as a precursor to the transparent plastic matrix.
La
Pour réaliser le bloc de matériau scintillateur 3, une masse comprise par exemple entre 5mg et 15mg de points carbone est prélevée puis dispersée dans 20mL de styrène sous agitation. Ensuite, une masse d’un initiateur de polymérisation tel que du peroxyde de benzoyle, comprise par exemple entre 0 et 20mg, est ajoutée. Puis le liquide visqueux est placé dans un moule destiné à donner sa forme au matériau scintillateur, et laissé pour maturation à une température comprise par exemple entre 70°C et 110°C pendant un temps compris par exemple entre 5 et 25 jours.To produce the block of scintillator material 3, a mass of for example between 5 mg and 15 mg of carbon dots is taken and then dispersed in 20 mL of styrene with stirring. Then, a mass of a polymerization initiator such as benzoyl peroxide, for example between 0 and 20 mg, is added. Then the viscous liquid is placed in a mold intended to give its shape to the scintillator material, and left to mature at a temperature of, for example, between 70°C and 110°C for a time of, for example, between 5 and 25 days.
L’installation de la
La source radioactive 2 illumine le matériau scintillateur 3, qui se trouve dans un état énergétique excité. Lors de sa désexcitation, le matériau de scintillateur 3 émet un photon lumineux qui est capté par le détecteur de la caméra 4. Le signal récupéré par la caméra sous forme d’image est ensuite analysé par un ordinateur 7 exécutant un logiciel de traitement d’image pour obtenir une courbe permettant de comparer l’efficacité de chaque matériau de scintillateur.The radioactive source 2 illuminates the scintillator material 3, which is in an excited energy state. When it is de-excited, the scintillator material 3 emits a light photon which is captured by the detector of the camera 4. The signal recovered by the camera in the form of an image is then analyzed by a computer 7 running data processing software. image to obtain a curve to compare the effectiveness of each scintillator material.
La
On voit sur la
La
La
La
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d’être décrits.Of course, the invention is not limited to the embodiments which have just been described.
Par exemple, le matériau de scintillateur peut être utilisé pour la détection de rayonnements autres que le rayonnement beta, par exemple les rayonnement alpha ou gamma.For example, the scintillator material can be used for the detection of radiation other than beta radiation, for example alpha or gamma radiation.
La matrice peut être réalisée avec d’autre polymères, et les motifs aromatiques peuvent être présents sous une autre forme.The matrix can be made with other polymers, and the aromatic units can be present in another form.
Le matériau scintillateur peut être combiné à d’autres matériaux scintillateurs visant à détecter d’autres rayonnements, par exemple neutroniques.The scintillator material can be combined with other scintillator materials aimed at detecting other radiation, for example neutron.
Claims (14)
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Applications Claiming Priority (2)
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| FR2203922A FR3135087A1 (en) | 2022-04-27 | 2022-04-27 | Scintillator material and manufacturing process |
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Citations (2)
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| US20130299742A1 (en) * | 2010-12-21 | 2013-11-14 | Matthieu Hamel | Solid organic scintillator doped by one or more chemical elements |
| US20170096600A1 (en) * | 2013-05-02 | 2017-04-06 | William Marsh Rice University | Graphene quantum dot-polymer composites and methods of making the same |
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-
2023
- 2023-04-25 WO PCT/EP2023/060756 patent/WO2023208898A1/en unknown
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130299742A1 (en) * | 2010-12-21 | 2013-11-14 | Matthieu Hamel | Solid organic scintillator doped by one or more chemical elements |
| US20170096600A1 (en) * | 2013-05-02 | 2017-04-06 | William Marsh Rice University | Graphene quantum dot-polymer composites and methods of making the same |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ZHAN JING ET AL: "A solvent-engineered molecule fusion strategy for rational synthesis of carbon quantum dots with multicolor bandgap fluorescence", CARBON, ELSEVIER OXFORD, GB, vol. 130, 23 December 2017 (2017-12-23), pages 153 - 163, XP085346194, ISSN: 0008-6223, DOI: 10.1016/J.CARBON.2017.12.075 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023208898A1 (en) | 2023-11-02 |
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