WO2014009379A1 - Procede et dispositif d'analyse micro-fluidique, notamment d'uranium et de plutonium dans des echantillons radioactifs. - Google Patents

Procede et dispositif d'analyse micro-fluidique, notamment d'uranium et de plutonium dans des echantillons radioactifs. Download PDF

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uranium
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Clarisse MARIET
Florence Goutelard
Anthony Bruchet
Vincent Dugas
Velan TANIGA
Laurent Malaquin
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Institut Curie
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Institut Curie
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    • G01N30/62—Detectors specially adapted therefor
    • G01N2030/77—Detectors specially adapted therefor detecting radioactive properties

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for microfluidic analysis, especially uranium and plutonium, in radioactive samples. It applies in particular to the field of nuclear analysis, more specifically nuclear analysis at the micrometric scale.
  • a known technique for separating the aforementioned radioactive elements is called gravity chromatography, and is carried out by means of a chromatography column. This technique involves the consumption of a large quantity of reactive products, and consequently generates a large quantity of waste which is difficult to manage.
  • a known technique for the separation of radioelements such as uranium, plutonium and the fission products by gravity chromatography is implemented via the use of a resin in a hydrochloric medium.
  • the separation and isolation of a radioelement of interest in a pure fraction from a mixture comprising uranium, plutonium, fission products and trivalent actinides comprises several steps of gravitational chromatography carried out in a hydrochloric acid medium using columns whose diameter is of the order of 4 to 10 mm, a column containing a particulate stationary phase functionalized with a quaternary ammonium group.
  • This technique is described in the work of Jukka Lehto and Xiaolin Hou, entitled “Chemistry and Analysis of Radionuclides: Laboratory Techniques and Methodology” ISBN: 978-3-527-32658-7, published by Wiley Editions, in 2010.
  • the Phases stationary are of particulate type, with a particle diameter of the order of 50 ⁇ , and therefore the flows are slow.
  • the separations proceed sequentially by changing the composition of the liquid phase.
  • the fission products and the trivalent actinides are then eluted, then the plutonium after a change of elution medium, and finally the uranium after a last change of chemical medium.
  • the improvement of the radioelement analysis protocols requires a reduction of the quantities of reagents and irradiated samples used, as well as an optimization of the analysis protocols in terms of selectivity and speed.
  • An object of the present invention is to fulfill all the objectives listed above, and to overcome at least the aforementioned drawbacks of the known analysis techniques, by proposing an analysis device formed by a separation microsystem intended for the analysis of uranium and plutonium from a mixture of uranium, plutonium and fission products such as trivalent actinides.
  • the present invention proposes that the device be formed by a miniaturized system, of the type designated by the English name "lab-on-chip” or chip, allowing the implementation of a plurality of complex operations, typically on a wafer whose dimensions are of the order of a centimeter.
  • the reduction in the characteristic dimensions of the analysis device is reflected firstly by a decrease in the quantities of reagents and samples analyzed, typically by a factor of about 1000, with a consequent reduction in the risk incurred by the device. operator when handling hazardous products and secondly, by an increase in exchange kinetics and better flow control leading to increased efficiency and speed of separations.
  • the present invention makes it possible to parallelize the analysis devices and thus allows the management of a large flow of samples while reducing the time of the analysis and the handling time.
  • the subject of the invention is a device for analyzing radioelements in a radioactive sample, characterized in that it comprises at least one essentially flat microfluidic analysis cell comprising at least:
  • a reservoir configured to receive a predetermined quantity of a fluid to be analyzed containing a quantity of the sample to be analyzed
  • a separation column comprising an organic monolith, connected to the tank adapted for the separation of a radioelement of interest,
  • Displacement means adapted to move the fluid through the separation column
  • Means for receiving the fluid after passing through the separation column located downstream of the separation column, in the direction of flow of the fluid to be analyzed.
  • the displacement means can be driven by the centrifugal force.
  • the organic monolith can be functionalized with a quaternary ammonium group.
  • the organic monolith may be a monolith of the family of methacrylates, polystyrenes vinylbenzenes or acrylamides.
  • said at least one microfluidic analysis cell may be substantially synthesized in a cycloolefin copolymer microsystem.
  • the analysis device may comprise an essentially flat platform of circular shape, on which is disposed said at least one analysis cell.
  • the platform and said at least one analysis cell may be formed by a single physical part.
  • the platform and said at least one analysis cell can be formed by parts physically separate, the platform being equipped with hollow receptacles forming fingerprints of defined dimensions so as to receive said at least one analysis cell, each analysis cell being formed on a substantially rectangular plate.
  • each analysis cell may further comprise a bottleneck formed by a pipe in the extension of the separation column, the means for accommodating the fluid after passing through the column of separation being located downstream of the bottleneck.
  • each analysis cell may further comprise a vent formed by a pipe in fluid communication with said means for receiving the fluid.
  • the aforementioned vent may comprise a prolonged proximal portion by a distal portion, the proximal portion extending from said means for accommodating the fluid at an acute angle to the main axis of the spine. separation, and then curved so that the distal portion is substantially parallel to the separation column.
  • each analysis cell may further comprise at least one supply line for introducing the fluid to be analyzed into the analysis cell and the conduit of the fluid to the reservoir.
  • the present invention also relates to a method for analyzing radioelements in a radioactive sample from an analysis device according to one of the embodiments presented, adapted for the analysis of plutonium, characterized in that it comprises at least the following steps:
  • the present invention also relates to a method for analyzing radioelements in a radioactive sample from an analysis device according to one of the presented embodiments, adapted for the analysis of uranium, characterized in that it includes at least the following steps:
  • the present invention also relates to a method for analyzing radioelements in a radioactive sample from an analysis device according to one of the presented embodiments, adapted for the analysis of uranium, characterized in that it includes at least the following steps:
  • the present invention also relates to a method for analyzing radioelements in a radioactive sample from an analysis device according to one of the presented embodiments, suitable for the analysis of fission products and trivalent actinides characterized in that it comprises at least the following steps:
  • FIG. 1 a top view schematically illustrating a cell of an analysis device according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 2 a top view schematically illustrating an analysis device comprising a plurality of analysis cells, according to an exemplary embodiment of the invention.
  • an analysis device comprises at least one essentially planar analysis cell formed by a separation system on a chromatographic column made at a micrometric scale.
  • an analysis cell that is to say the choice of the materials used, its configuration and the dimensioning of the elements which compose it, makes it possible to obtain analytical performances at least equivalent to those obtained by above-mentioned known analysis techniques using gravity chromatography on particulate resin in a hydrochloric medium.
  • FIG. 1 is a top view schematically illustrating a cell of an analysis device according to an exemplary embodiment of the invention.
  • an analysis device may comprise one or a plurality of analysis cells 1 such as the analysis cell 1 described in detail below.
  • An analysis cell 1 may comprise a reservoir 101 intended to accommodate a determined volume of fluid to be analyzed including in particular radioelements to be analyzed contained in a chemical solution.
  • the tank 101 is cylindrical in shape with a circular section, of a given diameter and depth.
  • the reservoir 101 is in fluid communication with a first portion of a pipe forming a separation column 103.
  • the separation column 103 is extended by a second portion of a pipe, for example of smaller cross section, forming a bottleneck 105, the bottleneck 105 contributing to the kinetics of the separation of the radioelements interest.
  • the separation column 103 or the bottleneck 105 when the latter is present, is in fluid communication with a first receptacle 107, forming means for accommodating the fluid that has passed through the separation column 103.
  • the means for accommodating the fluid having Through the separation column 103 are thus located downstream of the separation column 103, and downstream of the bottleneck 105 if necessary, in the direction of flow of the fluid to be analyzed.
  • the first receptacle 107 is in fluid communication with a vent 109 formed by a pipe, the vent 109 generating an air leak from the first receptacle 107.
  • the vent 109 is formed by a proximal portion 109a starting from the first receptacle 107 at an acute angle with respect to the main axis of the separation column 103 and the bottleneck 105 and then curved so as to have a distal portion 109b substantially parallel to the separation column 103 and bottleneck 105, this particular configuration to ensure optimal compactness of the structure of the analysis cell 1.
  • the distal portion 109b of the vent 109 may be in fluid communication with a second receptacle January 11.
  • one or more feed lines 1 13 make it easier to introduce the fluid to be analyzed into the analysis cell 1 and the line thereof to the reservoir 101, for example by means of a dosing syringe.
  • a pair of supply lines 13 substantially parallel and parallel to the separation column 103 are in fluid communication with the tank 101, the communication being made at two points of intersection located on the circular section of the tank 101, on either side of the main axis of the separation column 103, an angle ⁇ separating the radius extending to a point of intersection of said main axis.
  • the separation column 103 makes it possible to ensure the chromatographic separation of a radioelement of interest among the various radioelements of interest included in the fluid to be analyzed. This ensures the synthesis of a stationary phase adapted to the microfluidic system forming the analysis cell 1.
  • the separation column 103 may comprise an organic monolith, for example methacrylate, which polymer may be synthesized in situ within the channels of microfluidic systems.
  • the monolithic phases are designed to resist the solvents but also to develop a particular chemical affinity for uranium, plutonium and tertiary fission / actinide products in order to separate and concentrate them.
  • the chemical affinity is provided to the monolith by means of functionalization with a quaternary ammonium group for example carried out by means of a photochemical process, a radical photochemical grafting process, commonly referred to as "photografting" or of an impregnation process.
  • the separation column 103 can comprise a monolith of the family of methacrylates, polystyrenes vinylbenzenes or acrylamides, the functionalization can be carried out by one of the methods described above, the functionality allowing the specific separation of radionuclides or elements in phase. aqueous by exploiting the chemical affinity provided by the appropriate functional groups: cationic or anionic exchangers, or neutral extractants such as malonamide, Octyl (Phenyl) -N, N-diisobutylcarbonoylmethylphosphine oxide or CMPO, calixarene, etc. .
  • the previously described stationary phase contained in the column 103 of the analysis cell 1, can be essentially synthesized in a microcoolefin copolymer microsystem, usually designated by the acronym COC, a thermoplastic material having in particular the advantage of resist concentrated hydrochloric acid.
  • COC microcoolefin copolymer microsystem
  • the COC microsystem can for example be produced using a technique of hot molding of polymer grains.
  • the analysis cell 1 presents various pipes (or channels) and reservoirs whose dimensions are optimized so as to allow the synthesis and the in situ functionalization of the stationary phase as well as the separation of the uranium or plutonium contained in a mixture including uranium, plutonium and trivalent fission / actinide products in specified proportions. Particularly suitable size choices are described in detail below, given by way of non-limiting examples of the present invention.
  • the fluid to be analyzed must be able to migrate at least along the separation column 103 according to a kinetics adapted to a good separation of the radioelement of interest considered.
  • the analysis cell can be subjected to the centrifugal force, ensuring the displacement of the fluid in the separation column. If the means for displacing the fluid are driven by the centrifugal force, these have the advantage that they can be physically produced outside the microsystem, without implying any possible problems related to the resistance of components to solvents or to radiation or well at risk of leaks.
  • an analysis cell may comprise displacement means formed by a plurality of electrodes on which specific electrical potentials are applied, so as to generate electric fields capable of promoting the displacement of ions contained in the fluid to be analyzed. .
  • the analysis cell 1 or a plurality of analysis cells 1, which may optionally have different configurations for as many radioelements of different interest, may be subjected to the centrifugation forces being arranged on a rotating platform, the analysis device then comprising at least one analysis cell 1 and appropriate rotation means.
  • the arrangement on a rotary platform of a plurality of analysis cells 1 allows the parallelization of several simultaneous analyzes, as well as facilitated automation of the analysis.
  • An example of an analysis device comprising a plurality of analysis cells 1 is illustrated in FIG. 2 described below.
  • FIG. 2 is a top view illustrating, in a simplified manner, an analysis device comprising a plurality of analysis cells, according to an exemplary embodiment of the invention.
  • 4 analysis cells 201a, 201b, 201c, 201d similar to the analysis cell 1 described previously with reference to FIG. 1, can be arranged substantially in the same plan, on a planar support forming a platform 200.
  • a greater or smaller number of analysis cells can be arranged on the platform 200.
  • the platform 200 may be circular in shape, and the analysis cells 201a, 201b, 201c, 201d may be arranged radially in a symmetry around the central axis of rotation of the platform 200.
  • Fixing means 203 for example formed by a circular orifice centered on the center of the platform 200 and in the example illustrated in Figure 2, provide the attachment of the platform 200 on a shaft driven by a rotational movement , not shown in the figure.
  • recesses 205a, 205b, 205c, 205d can be made between pairs of analysis cells.
  • the boundary conditions for use for a given analysis cell can be determined by taking into account the dimensions of the separation column 103, i.e., its height h, its width I and its length L.
  • the specifications dimensions of an analysis cell can be defined as follows:
  • the maximum total volume of the sample to be analyzed substantially corresponds to 7.5 times the dead volume of the separation column 103, this volume being decisive for the specification of the volume of the tank 101; the maximum total quantity of injectable ions corresponds substantially to 50% of the exchange capacity of the separation column 103, namely:
  • the total quantity of maximum injectable ions C corresponds to 50% of the exchange capacity of the separation column 103 (in mol), namely:
  • I, L and h respectively denoting the width, length and height of the separation column 103, V irij ected designating the injected sample volume and ⁇ Ci the total concentration of the elements contained in the sample.
  • the platform 200 and the analysis cells 1, 201a, 201b, 201c, 201d may for example be formed by physically distinct elements.
  • a platform 200 may be equipped with hollow receptacles forming imprints of defined dimensions so as to be able to receive analysis cells formed on essentially rectangular plates.
  • This embodiment has the advantage of being able to maintain a platform permanently, on which different analysis cells can be arranged at the discretion of the operator, according to his needs in terms of samples to be analyzed.
  • the platform 200 and the analysis cells 1, 201a, 201b, 201c, 201d can for example be formed by a single physical element, fully integrated.
  • Such an embodiment has the advantage of being able to provide the operator with ready-to-use analysis devices, the production of which is inexpensive, and these analysis devices can be discarded after use.
  • each analysis cell comprises its own sample inlet and its own outlet, this embodiment having the advantage of avoiding risks of contamination between samples. .
  • the assembly constituted by a rotating platform 200 and the analysis cells which are disposed thereon is similar to a separation microsystem of the type referred to as "lab on CD”, or "laboratory on compact disc”.
  • the rotation means for moving the platform 200 may for example be formed by a rotor driven by a servomotor, which can be sourced from suppliers of industry standard components.
  • an analysis device may further comprise means for producing acceleration ramps, deceleration ramps and bearings at a given rotational speed allowing the circulation of the fluid sample, and then the different reagents used.
  • rotational speeds of the order of 1500 to 2000 rpm are implemented for the circulation of 9.5 M HCl in the protocols for analyzing uranium or plutonium developed.
  • These means may for example be implemented by a servomotor appropriately configured.
  • the diameter of the tank 101 may be chosen to be equal to 13 mm; the height of the tank 101 may be chosen equal to 0.35 mm, the assembly defining a tank volume of 46.5 ⁇ ; the length L of the separation column 103 may be chosen to be equal to 25 mm, the width I of the separation column 103 may be chosen equal to 0.5 mm, and its height may be chosen to be equal to 0.2 mm; set defining a volume of the separation column 103 of 2.15 ⁇ ;
  • the length of the bottleneck 105 may be chosen equal to 5 mm, its width may be chosen equal to 0.25 mm, and its height may be chosen equal to 0.2 mm; the length of the proximal portion 109a of the vent 109 may be chosen equal to 4 mm, its width may be chosen equal to 0.5 mm, and its height may be chosen equal to 0.35 mm; the length of the proximal portion 109b of the vent 109 may be chosen to be equal to 15 mm, its width may be chosen equal to 0.5 mm, and its height may be chosen equal to 0.35 mm; the first and second receptacles 107, January 1 may be cylindrical in shape with a circular section, and present a chosen diameter equal to 4 mm, and a chosen height equal to 4 mm, the assembly defining a volume equal to 50.25 ⁇ ; the angle ⁇ introduced previously can be chosen equal to 45 °; the supply lines 1 13 may each be of a chosen length equal to 5 mm, a width equal to 0.5 mm and
  • An analysis cell may be in the form of a rectangular wafer whose total length is 70 mm, and the total width is
  • the analysis cells may be arranged radially on the platform 200, and the distance separating the center of rotation of the platform 200 and a cell width closest to the center of the platform 200 can be chosen equal to 30 mm.
  • the platform 200 may be substantially circular in shape and have a diameter of 200 mm.
  • the distance separating the edge of the platform and a cell width furthest from the center of the platform 200 may be chosen equal to 10 mm.
  • a process for separating plutonium from an analysis device may for example comprise the following operating steps:
  • a first method for separating uranium from an analysis device may for example comprise the following operating steps:
  • a second process for separating uranium from an analysis device may for example comprise the following operating steps: a first oxidation-reduction cycle transforming the plutonium into trivalent plutonium Pu (III);
  • a process for separating fission products and trivalent actinides from an analysis device may for example comprise the following operating steps:

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Description

PROCEDE ET DISPOSITIF D'ANALYSE MICRO-FLUIDIQUE, NOTAMMENT D'URANIUM ET DE PLUTONIUM DANS DES
ECHANTILLONS RADIOACTIFS
La présente invention concerne un dispositif et un procédé d'analyse micro-fluidique, notamment d'uranium et de plutonium, dans des échantillons radioactifs. Elle s'applique notamment au domaine de l'analyse nucléaire, plus précisément de l'analyse nucléaire à l'échelle micrométrique.
Dans le domaine nucléaire, il est nécessaire de pouvoir procéder à l'analyse de combustibles irradiés aux fins de garantir le bon déroulement des opérations de retraitements, d'assurer la maintenance d'installations et de garantir leur sécurité. Il est notamment nécessaire de pouvoir quantifier dans les combustibles irradiés la présence d'éléments tels que l'uranium U, le plutonium Pu et de produits de fission, habituellement désignés par le sigle PF. Une telle analyse requiert en premier lieu des étapes de séparation, permettant d'isoler les éléments précités des échantillons à analyser. Plus précisément, l'analyse de l'uranium et du plutonium nécessite plusieurs étapes de concentration, de séparation et de purification. Toutes les techniques connues pour la mise en œuvre des étapes précitées impliquent l'utilisation de réactifs chimiques. Par conséquent les opérations impliquées par ces étapes comportent des risques chimiques pour les opérateurs, au surplus des risques d'ordre radiologiques résultant de la nature des échantillons analysés.
En outre, ces opérations sont de mise en œuvre longue et difficile, notamment dans des dispositifs tels que des boîtes à gants. En raison de ces inconvénients, un opérateur ne peut traiter qu'un nombre limité d'échantillons à la fois, et les opérations précitées ne sont pas automatisables.
Une technique connue de séparation des éléments radioactifs précités est dite de chromatographie gravitaire, et est réalisée au moyen d'une colonne de chromatographie. Cette technique implique une consommation d'une grande quantité de produits réactifs, et génère par conséquent une grande quantité de déchets dont il est délicat d'assurer la gestion. Une technique connue de séparation des radioéléments tels que l'uranium, le plutonium et les produits de fission par chromatographie gravitaire est mise en œuvre via l'utilisation d'une résine dans un milieu chlorhydrique.
Plus précisément, la séparation et l'isolement d'un radioélément d'intérêt dans une fraction pure à partir d'un mélange comprenant de l'uranium, du plutonium, des produits de fission et des actinides trivalents comporte plusieurs étapes de chromatographie gravitaire réalisées en milieu acide chlorhydrique au moyen de colonnes dont le diamètre est de l'ordre de 4 à 10 mm, une colonne contenant une phase stationnaire particulaire fonctionnalisée par un groupement ammonium quaternaire. Cette technique est décrite dans l'ouvrage de Jukka Lehto et Xiaolin Hou, intitulé « Chemistry and Analysis of Radionuclides: Laboratory Techniques and Methodology » ISBN: 978-3-527-32658-7, paru aux éditions Wiley, en 2010. Les phases stationnaires sont de type particulaire, avec un diamètre de particules de l'ordre de 50 μιτι, et par conséquent les écoulements sont lents. Les séparations se déroulent séquentiellement par changement de la composition de la phase liquide. Les produits de fission et les actinides trivalents sont alors élués, puis le plutonium après un changement de milieu d'élution, et enfin l'uranium après un dernier changement de milieu chimique.
Ces étapes, longues et difficiles, génèrent une importante quantité de déchets, de l'ordre de plusieurs dizaines de ml, et conduisent à manipuler des réactifs dangereux, des quantités d'échantillons pouvant être fortement irradiantes. La présence de l'opérateur est indispensable car la séparation n'est pas entièrement automatisable et présente des risques de contamination des échantillons et de l'opérateur.
Ainsi, l'amélioration des protocoles d'analyse des radioéléments requiert une réduction des quantités de réactifs et d'échantillons irradiés utilisés, ainsi qu'une optimisation des protocoles d'analyse en termes de sélectivité et de rapidité.
II est par conséquent souhaitable de pouvoir :
- minimiser le temps de traitement d'un échantillon irradié, depuis son prélèvement jusqu'à l'obtention des résultats analytiques le concernant ;
- diminuer l'incertitude analytique en diminuant le nombre d'étapes de manipulation ; - diminuer la production de déchets, notamment de réactifs, mais également de produits consommables de laboratoire, de solution de décontamination, etc. ;
- automatiser des opérations unitaires de procédé chimique, notamment dans le but d'augmenter les rendements horaires des opérateurs ;
- diminuer l'exposition radiologique et chimique des personnels ;
- minimiser le nombre d'échantillons stockés en attente d'analyse afin de prévenir tout changement par rapport à leur état initial, dû par exemple à des phénomènes d'évaporation, de décroissance, de déplacement d'équilibres chimiques, etc.
Un but de la présente invention est de remplir tous les objectifs énumérés ci-dessus, et de pallier au moins les inconvénients précités des techniques d'analyse connues, en proposant un dispositif d'analyse formé par un microsystème séparatif destiné à l'analyse de l'uranium et du plutonium à partir d'un mélange d'uranium, de plutonium et de produits de fission tels que des actinides trivalents.
La présente invention propose que le dispositif soit formé par un système miniaturisé, du type désigné sous l'appellation anglaise "lab-on- chip" ou puce, permettant la mise en œuvre d'une pluralité d'opérations complexes, typiquement sur une plaquette dont les dimensions sont de l'ordre du centimètre.
La diminution des dimensions caractéristiques du dispositif d'analyse se traduit d'une part par une diminution des quantités de réactifs et d'échantillons analysés, typiquement par un facteur de l'ordre de 1000, avec pour corollaire une diminution du risque encouru par l'opérateur en cas de manipulation de produits dangereux et d'autre part, par une augmentation des cinétiques d'échange et un meilleur contrôle des écoulements conduisant à une efficacité et une rapidité accrues des séparations. En outre, la présente invention permet de paralléliser les dispositifs d'analyse et permet ainsi la gestion d'un flux important d'échantillons tout en réduisant le temps de l'analyse et le temps de manipulation. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'analyse de radioéléments dans un échantillon radioactif, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une cellule d'analyse micro-fluidique essentiellement plane comprenant au moins :
« un réservoir configuré pour accueillir une quantité prédéterminée d'un fluide à analyser contenant une quantité de l'échantillon à analyser,
• une colonne de séparation comprenant un monolithe organique, reliée au réservoir adaptée pour la séparation d'un radioélément d'intérêt,
• des moyens de déplacement adaptés pour faire déplacer le fluide à travers la colonne de séparation,
• des moyens pour accueillir le fluide après passage à travers la colonne de séparation situés en aval de la colonne de séparation, dans le sens de l'écoulement du fluide à analyser.
Dans un mode de réalisation de l'invention, les moyens de déplacement peuvent être animés par la force centrifuge.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le monolithe organique peut être fonctionnalisé par un groupement ammonium quaternaire.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le monolithe organique peut être un monolithe de la famille des méthacrylates, des polystyrènes vinylbenzènes ou acrylamides.
Dans un mode de réalisation de l'invention, ladite au moins une cellule d'analyse micro-fluidique peut être essentiellement synthétisée dans un microsystème en copolymère cyclo-oléfine.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'analyse peut comprendre une plateforme essentiellement plane et de forme circulaire, sur laquelle est disposée ladite au moins une cellule d'analyse.
Dans un mode de réalisation de l'invention, la plateforme et ladite au moins une cellule d'analyse peuvent être formées par une unique pièce physique.
Dans un mode de réalisation de l'invention, la plateforme et ladite au moins une cellule d'analyse peuvent être formées par des pièces physiquement distinctes, la plateforme étant équipée de réceptacles creux formant des empreintes de dimensions définies de manière à pouvoir recevoir ladite au moins une cellule d'analyse, chaque cellule d'analyse étant formée sur une plaque essentiellement rectangulaire.
Dans un mode de réalisation de l'invention, chaque cellule d'analyse peut comprendre en outre un goulet d'étranglement formé par une conduite dans le prolongement de la colonne de séparation, les moyens pour accueillir le fluide après passage à travers la colonne de séparation étant situés en aval du goulet d'étranglement.
Dans un mode de réalisation de l'invention, chaque cellule d'analyse peut comprendre en outre un évent formé par une conduite en communication fluide avec lesdits moyens pour accueillir le fluide.
Dans un mode de réalisation de l'invention, l'évent précité peut comprendre une portion proximale prolongée par une portion distale, la portion proximale partant desdits moyens pour accueillir le fluide suivant un angle aigu par rapport à l'axe principal de la colonne de séparation, puis incurvée de manière à ce que la portion distale soit sensiblement parallèle à la colonne de séparation.
Dans un mode de réalisation de l'invention, chaque cellule d'analyse peut comprendre en outre au moins une conduite d'alimentation pour l'introduction du fluide à analyser dans la cellule d'analyse et la conduite du fluide vers le réservoir.
La présente invention a également pour objet un procédé d'analyse de radioéléments dans un échantillon radioactif à partir d'un dispositif d'analyse selon l'un des modes de réalisation présentés, adapté pour l'analyse du plutonium, caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes suivantes :
• un premier cycle d'oxydoréduction transformant le plutonium en plutonium à la valence IV ;
· dépôt de l'échantillon dans une solution d'acide chlorhydrique d'une concentration égale à 9,5 mol. 1 , l'éluat obtenu comprenant alors des produits de fission et les actinides trivalents ;
• élution des produits de fission, des actinides trivalents et de l'uranium par une solution d'acide chlorhydrique d'une concentration égale à 9,5 mol. 1 , l'éluat obtenu comprenant alors les produits de fission, les actinides trivalents et l'uranium ;
• élution du plutonium à la valence IV par une solution d'acide chlorhydrique d'une concentration égale à 1 mol.l"1, l'éluat obtenu comprenant alors le plutonium.
La présente invention a également pour objet un procédé d'analyse de radioéléments dans un échantillon radioactif à partir d'un dispositif d'analyse selon l'un des modes de réalisation présentés, adapté pour l'analyse de l'uranium, caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes suivantes :
un premier cycle d'oxydoréduction transformant le plutonium en plutonium à la valence IV ;
dépôt de l'échantillon dans une solution d'acide chlorhydrique d'une concentration égale à 9,5 mol.l"1, l'éluat obtenu comprenant alors des produits de fission et les actinides trivalents ;
élution des produits de fission dans une solution d'acide chlorhydrique d'une concentration égale à 9,5 mol.l"1, l'éluat obtenu comprenant alors des produits de fission et les actinides trivalents ;
élution de l'uranium par une solution d'acide chlorhydrique d'une concentration égale à 9,5 mol.l"1, l'éluat obtenu comprenant alors l'uranium.
La présente invention a également pour objet un procédé d'analyse de radioéléments dans un échantillon radioactif à partir d'un dispositif d'analyse selon l'un des modes de réalisation présentés, adapté pour l'analyse de l'uranium, caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes suivantes :
- un premier cycle d'oxydoréduction transformant le plutonium en plutonium trivalent ;
dépôt de l'échantillon en milieu acide chlorhydrique d'une concentration égale à 9,5 mol.l"1 , l'éluat obtenu comprenant alors des produits de fission et des actinides trivalents dont le plutonium trivalent ;
élution des produits de fission et des actinides trivalents dont le plutonium trivalent par une solution d'acide chlorhydrique d'une concentration égale à 9,5 mol. 1, l'éluat obtenu comprenant alors des produits de fission et des actinides trivalents dont le plutonium trivalent ;
élution de l'uranium par une solution d'acide chlorhydrique d'une concentration égale à 1 mol.l"1 , l'éluat obtenu comprenant alors de l'uranium.
La présente invention a également pour objet un procédé d'analyse de radioéléments dans un échantillon radioactif à partir d'un dispositif d'analyse selon l'un des modes de réalisation présentés, adapté pour l'analyse des produits de fission et des actinides trivalents, caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes suivantes :
un premier cycle d'oxydoréduction transformant le plutonium en plutonium à la valence IV ;
dépôt de l'échantillon dans une solution d'acide chlorhydrique d'une concentration égale à 9,5 mol.l"1, l'éluat obtenu comprenant alors des produits de fission et des actinides trivalents ;
élution des produits de fission et des actinides trivalents par une solution d'acide chlorhydrique d'une concentration égale à 9,5 mol.l"1, l'éluat obtenu comprenant alors des produits de fission et des actinides trivalents.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description, donnée à titre d'exemple, faite en regard des dessins annexés qui représentent : la figure 1 , une vue de dessus illustrant de manière simplifiée une cellule d'un dispositif d'analyse selon un exemple de réalisation de l'invention ; la figure 2, une vue de dessus illustrant de manière simplifiée un dispositif d'analyse comprenant une pluralité de cellules d'analyse, selon un exemple de réalisation de l'invention. Selon la présente invention, un dispositif d'analyse comprend au moins une cellule d'analyse essentiellement plane formée par un système séparatif sur une colonne chromatographique réalisée à une échelle micrométrique. La conception d'une cellule d'analyse, c'est-à-dire le choix des matériaux utilisés, sa configuration et le dimensionnement des éléments qui la composent, permet d'obtenir des performances d'analyse au moins équivalentes à celles obtenues par des techniques d'analyse connues précitées mettant en œuvre la chromatographie gravitaire sur résine particulaire en milieu chlorhydrique.
La figure 1 présente une vue de dessus illustrant de manière simplifiée une cellule d'un dispositif d'analyse selon un exemple de réalisation de l'invention.
Selon une spécificité de la présente invention, un dispositif d'analyse peut comprendre une ou une pluralité de cellules d'analyse 1 telles que la cellule d'analyse 1 décrite en détails ci-après.
Une cellule d'analyse 1 peut comprendre un réservoir 101 destiné à accueillir un volume déterminé de fluide à analyser comprenant notamment des radioéléments à analyser contenus dans une solution chimique. Dans l'exemple illustré par la figure, le réservoir 101 est de forme cylindrique à section circulaire, d'un diamètre et d'une profondeur déterminés. Le réservoir 101 est en communication fluide avec une première portion d'une conduite formant une colonne de séparation 103.
Avantageusement, la colonne de séparation 103 est prolongée par une deuxième portion d'une conduite, par exemple de section transversale de dimensions moindres, formant un goulet d'étranglement 105, le goulet d'étranglement 105 contribuant à la cinétique de la séparation des radioéléments d'intérêt.
La colonne de séparation 103 ou le goulet d'étranglement 105 lorsque ce dernier est présent, est en communication fluide avec un premier réceptacle 107, formant des moyens pour accueillir le fluide ayant traversé la colonne de séparation 103. Les moyens pour accueillir le fluide ayant traversé la colonne de séparation 103 sont ainsi situés en aval de la colonne de séparation 103, et en aval du goulet d'étranglement 105 le cas échéant, dans le sens de l'écoulement du fluide à analyser.
Avantageusement, le premier réceptacle 107 est en communication fluide avec un évent 109 formé par une conduite, l'évent 109 générant une fuite d'air depuis le premier réceptacle 107. Dans l'exemple illustré par la figure 1 , l'évent 109 est formé par une portion proximale 109a partant du premier réceptacle 107 suivant un angle aigu par rapport à l'axe principal de la colonne de séparation 103 et du goulet d'étranglement 105, puis incurvée de manière à présenter une portion distale 109b sensiblement parallèle à la colonne de séparation 103 et au goulet d'étranglement 105, cette configuration particulière permettant de garantir une compacité optimale de la structure de la cellule d'analyse 1 . La portion distale 109b de l'évent 109 peut être en communication fluide avec un second réceptacle 1 1 1 .
Avantageusement, une ou plusieurs conduites d'alimentation 1 13 permettent de faciliter l'introduction du fluide à analyser dans la cellule d'analyse 1 et la conduite de celui-ci vers le réservoir 101 , par exemple au moyen d'une seringue doseuse. Dans l'exemple illustré par la figure, une paire de conduites d'alimentation 1 13 sensiblement parallèles et parallèles à la colonne de séparation 103 sont en communication fluide avec le réservoir 101 , la communication étant réalisée en deux points d'intersection situés sur la section circulaire du réservoir 101 , de part et d'autre de l'axe principal de la colonne de séparation 103, un angle Θ séparant le rayon s'étendant jusqu'à un point d'intersection dudit axe principal.
La colonne de séparation 103 permet d'assurer la séparation chromatographique d'un radioélément d'intérêt parmi les divers radioéléments d'intérêt compris dans le fluide à analyser. Celle-ci assure la synthèse d'une phase stationnaire adaptée au système micro-fluidique formant la cellule d'analyse 1 . La colonne de séparation 103 peut comprendre un monolithe organique, par exemple en méthacrylate, ce polymère pouvant être synthétisé in-situ à l'intérieur des canaux de systèmes micro-fluidiques.
En outre, les phases monolithiques sont conçues de manière à résister aux solvants mais aussi développer une affinité chimique particulière pour l'uranium, le plutonium et les produits de fission / actinides tertiaires afin de les séparer et les concentrer. L'affinité chimique est apportée au monolithe au moyen d'une fonctionnalisation par un groupement ammonium quaternaire par exemple réalisée au moyen d'un procédé de photochimie, d'un procédé de greffage photochimique radicalaire, communément désigné suivant la dénomination anglaise « photografting » ou d'un procédé d'imprégnation. Ces deux dernières techniques de fonctionnalisation présentent l'avantage de permettre, le cas échéant, de diversifier les groupements fonctionnels utilisables et étendre ainsi la technique de séparation à la séparation d'autres types d'éléments.
Plus généralement, la colonne de séparation 103 peut comprendre un monolithe de la famille des méthacrylates, des polystyrènes vinylbenzènes ou acrylamides, la fonctionnalisation pouvant être réalisée par un des procédés décrits ci-dessus, la fonctionnalité permettant la séparation spécifique de radionucléides ou éléments en phase aqueuse par l'exploitation de l'affinité chimique apportée par les groupements fonctionnels adaptés : échangeurs cationiques ou anioniques, ou des extractants neutres tels que malonamide, Oxyde de Octyl(Phényl)-N,N- Diisobutylcarbonoylméthyl-Phosphine ou CMPO, calixarène, etc.
Avantageusement, la phase stationnaire précédemment décrite, contenue dans la colonne 103 de la cellule d'analyse 1 , peut être essentiellement synthétisée dans un microsystème en copolymère cyclo- oléfine, habituellement désigné par l'acronyme COC, matériau thermoplastique présentant notamment l'avantage de résister à l'acide chlorhydrique concentré.
Le microsystème COC peut par exemple être réalisé selon une technique de moulage à chaud de grains de polymère. La cellule d'analyse 1 présente différentes conduites (ou canaux) et réservoirs dont les dimensions sont optimisées de façon à permettre la synthèse et la fonctionnalisation in situ de la phase stationnaire ainsi que la séparation de l'uranium ou du plutonium contenus dans un mélange comprenant de l'uranium, du plutonium et des produits de fission / actinides trivalents dans des proportions données. Des choix de dimensions particulièrement adaptés sont décrits en détails ci- après, donnés à titre d'exemples non limitatifs de la présente invention. Dans la cellule d'analyse 1 , le fluide à analyser doit pouvoir migrer au moins le long de la colonne de séparation 103 suivant une cinétique adaptée à une bonne séparation du radioélément d'intérêt considéré. A cet effet, la cellule d'analyse peut être soumise à la force centrifuge, assurant le déplacement du fluide dans la colonne de séparation. Si les moyens de déplacement du fluide sont animés par la force centrifuge, ceux-ci présentent l'avantage de pouvoir être matériellement réalisés à l'extérieur du microsystème, sans impliquer de possibles problèmes liés à la résistance de composants aux solvants ou aux rayonnements ou bien à des risques de fuites.
D'autres moyens de déplacement peuvent être envisagés. Par exemple une cellule d'analyse peut comprendre des moyens de déplacement formés par une pluralité d'électrodes sur lesquelles sont appliqués des potentiels électriques déterminés, de manière à générer des champs électriques aptes à favoriser le déplacement d'ions contenus dans le fluide à analyser.
Ainsi que cela est décrit plus en détails ci-après, la cellule d'analyse 1 ou une pluralité de cellules d'analyse 1 , celles-ci pouvant le cas échéant présenter des configurations différentes pour autant de radioéléments d'intérêt différent, peuvent être soumises aux forces de centrifugation en étant disposées sur une plateforme rotative, le dispositif d'analyse comprenant alors au moins une cellule d'analyse 1 et des moyens de rotation appropriés.
La disposition sur une plateforme rotative d'une pluralité de cellules d'analyse 1 permet la parallélisation de plusieurs analyses simultanées, ainsi qu'une automatisation facilitée de l'analyse. Un exemple de dispositif d'analyse comprenant une pluralité de cellules d'analyse 1 est illustré par la figure 2 décrite ci-après.
La figure 2 présente une vue de dessus illustrant de manière simplifiée un dispositif d'analyse comprenant une pluralité de cellules d'analyse, selon un exemple de réalisation de l'invention. Dans l'exemple illustré par la figure 2, 4 cellules d'analyse 201 a, 201 b, 201 c, 201 d similaires à la cellule d'analyse 1 décrite précédemment en référence à la figure 1 , peuvent être disposées sensiblement dans un même plan, sur un support planaire formant une plateforme 200. Bien sûr, un plus ou moins grand nombre de cellules d'analyse peuvent être disposées sur la plateforme 200.
La plateforme 200 peut être de forme circulaire, et les cellules d'analyse 201 a, 201 b, 201 c, 201 d peuvent être disposées radialement suivant une symétrie autour de l'axe central de rotation de la plateforme 200.
Des moyens de fixation 203, par exemple formé par un orifice circulaire centré sur le centre de la plateforme 200 ainsi que dans l'exemple illustré par la figure 2, assurent la fixation de la plateforme 200 sur un arbre animé d'un mouvement de rotation, non représenté sur la figure.
Avantageusement, dans un souci de réduction de la masse de la plateforme 200, des évidements 205a, 205b, 205c, 205d peuvent être réalisés entre des paires de cellules d'analyse.
Ci-après sont détaillées des données de dimensionnement et des paramètres de conception d'une cellule d'analyse et d'une plateforme selon des modes de réalisation avantageux de l'invention. Il est bien entendu que les données présentées ci-après sont fournies à titre d'exemples non limitatifs de la présente invention, des dimensions plus grandes ou plus petites que les dimensions indiquées pouvant être choisies en proportion les unes des autres de manière à assurer l'analyse respectivement de plus grands ou plus petits volumes de liquide.
Les conditions limites d'utilisation pour une cellule d'analyse donnée peuvent être déterminées en prenant en considération les dimensions de la colonne de séparation 103, c'est-à-dire sa hauteur h, sa largeur I et sa longueur L. Les spécifications dimensionnelles d'une cellule d'analyse peuvent être définies de la manière suivante :
- le volume total maximum de l'échantillon à analyser correspond sensiblement à 7,5 fois le volume mort de la colonne de séparation 103, ce volume étant déterminant pour la spécification du volume du réservoir 101 ; - la quantité totale maximale d'ions injectable correspond sensiblement à 50% de la capacité d'échange de la colonne de séparation 103, soit :
- la quantité totale d'ions maximale injectable C correspond à 50 % de la capacité d'échange de la colonne de séparation 103 (en mol), soit :
Qmax = 50% x [(I x L x h) x 100.10"9) = Vinjecté x∑Ci ;
I , L et h désignant respectivement les largeur, longueur et la hauteur de la colonne de séparation 103, Virijecté désignant le volume d'échantillon injecté et ∑Ci la concentration totale des éléments contenus dans l'échantillon.
La plateforme 200 et les cellules d'analyse 1 , 201 a, 201 b, 201 c, 201 d peuvent par exemple être formées par des éléments physiquement distincts. Par exemple, une plateforme 200 peut être équipée de réceptacles creux formant des empreintes de dimensions définies de manière à pouvoir recevoir des cellules d'analyse formées sur des plaques essentiellement rectangulaires. Ce mode de réalisation présente l'avantage de pouvoir maintenir à demeure une plateforme, sur laquelle différentes cellules d'analyse peuvent être disposées au gré de l'opérateur, en fonction de ses besoins en terme d'échantillons à analyser.
Dans un mode de réalisation alternatif, la plateforme 200 et les cellules d'analyse 1 , 201 a, 201 b, 201 c, 201 d peuvent par exemple être formées par un unique élément physique, totalement intégré. Un tel mode de réalisation présente l'avantage de pouvoir mettre à la disposition de l'opérateur des dispositifs d'analyse prêts à l'emploi, dont la réalisation est peu coûteuse, ces dispositifs d'analyse pouvant être jetés après usage.
Dans une plateforme 200 sur laquelle sont disposées une pluralité de cellules d'analyse, chaque cellule d'analyse comprend sa propre entrée d'échantillon et sa propre sortie, ce mode de réalisation présentant l'avantage d'éviter des risques de contamination entre échantillons.
L'ensemble constitué par une plateforme 200 rotative et les cellules d'analyse qui y sont disposée s'assimile à un microsystème séparatif du type désigné sous l'appellation « lab on CD », ou « laboratoire sur disque compact ».
Les moyens de rotation permettant de mettre en mouvement la plateforme 200 peuvent par exemple être formés par un rotor piloté par un servomoteur, ces éléments pouvant être approvisionnés auprès de fournisseurs de composants standards de l'industrie.
Avantageusement, un dispositif d'analyse peut en outre comprendre des moyens pour réaliser des rampes d'accélération, de décélération et des paliers à une vitesse de rotation donnée permettant la circulation de l'échantillon fluide, puis des différents réactifs utilisés. Par exemple, des vitesses de rotation de l'ordre de1500 à 2000 tr / minute sont mises en œuvre pour la circulation de HCL 9,5 M dans les protocoles d'analyse de l'uranium ou du plutonium développés. Ces moyens peuvent par exemple être mis en œuvre par un servomoteur configuré de manière appropriée.
A nouveau en référence à la figure 1 et à la cellule d'analyse y décrite, les dimensions principales des différents éléments la constituant peuvent être choisis de la manière suivante, cet exemple n'étant pas limitatif de la présente invention :
- le diamètre du réservoir 101 peut être choisi égal à 13 mm ; la hauteur du réservoir 101 peut être choisi égal à 0,35 mm, l'ensemble définissant un volume de réservoir de 46,5 μΙ ; la longueur L de la colonne de séparation 103 peut être choisie égale à 25 mm, la largeur I de la colonne de séparation 103 peut être choisie égale à 0,5 mm, et sa hauteur peut être choisie égale à 0,2 mm, l'ensemble définissant un volume de la colonne de séparation 103 de 2,15 μΙ ;
la longueur du goulet d'étranglement 105 peut être choisie égale à 5 mm, sa largeur peut être choisie égale à 0,25 mm, et sa hauteur peut être choisie égale à 0,2 mm ; la longueur de la portion proximale 109a de l'évent 109 peut être choisie égale à 4 mm, sa largeur peut être choisie égale à 0,5 mm, et sa hauteur peut être choisie égale à 0,35 mm ; la longueur de la portion proximale 109b de l'évent 109 peut être choisie égale à 15 mm, sa largeur peut être choisie égale à 0,5 mm, et sa hauteur peut être choisie égale à 0,35 mm ; les premier et second réceptacles 107, 1 1 1 peuvent être de forme cylindrique à section circulaire, et présenter un diamètre choisi égal à 4 mm, et une hauteur choisie égale à 4 mm, l'ensemble définissant un volume égal à 50,25 μΙ ; l'angle Θ introduit précédemment peut être choisi égal à 45°; les conduites d'alimentation 1 13 peuvent être chacune d'une longueur choisie égale à 5 mm, d'une largeur égale à 0,5 mm et d'une hauteur égale à 0,35 mm.
Une cellule d'analyse peut se présenter sous la forme d'une plaquette rectangulaire dont la longueur totale est de 70 mm, et la largeur totale est de
20 mm.
Maintenant en référence à la figure 2 décrite précédemment, les cellules d'analyse peuvent être disposées radialement sur la plateforme 200, et la distance séparant le centre de rotation de la plateforme 200 et une largeur de cellule la plus proche du centre de la plateforme 200 peut être choisie égale à 30 mm.
La plateforme 200 peut être de forme essentiellement circulaire, et présenter un diamètre de 200 mm. La distance séparant le bord de la plateforme et une largeur de cellule la plus éloignée du centre de la plateforme 200 peut être choisie égale à 10 mm.
Au lieu de procéder à une élution successive des produits de fission / actinides trivalents, du plutonium et de l'uranium, il est proposé par la présente invention d'utiliser un dispositif d'analyse selon l'un des modes de réalisation décrits ci-dessus, pour la purification spécifique de l'uranium, du plutonium ou des produits de fission / actinides tertiaire selon un procédé avantageux décrit ci-après, chaque type de radioélément étant associé à des paramètres spécifiques. Des séparations d'un radioélément déterminé dans des échantillons différents ou la répétition d'une même séparation du même radioélément provenant du même échantillon peuvent être menées en parallèle.
Un procédé de séparation du plutonium à partir d'un dispositif d'analyse suivant la présente invention peut par exemple comprendre les étapes opératoires suivantes :
un premier cycle d'oxydoréduction transformant le plutonium en plutonium à la valence IV, Pu(IV); dépôt de l'échantillon dans une solution d'acide chlorhydhque d'une concentration égale à 9,5 mol. I"1, l'éluat obtenu comprenant alors des produits de fission et les actinides trivalents ;
élution des produits de fission, des actinides trivalents et de l'uranium par une solution d'acide chlorhydhque d'une concentration égale à 9,5 mol. 1 , l'éluat obtenu comprenant alors les produits de fission, les actinides trivalents et l'uranium ;
élution du plutonium IV par une solution d'acide chlorhydrique d'une concentration égale à 1 mol.l"1 , l'éluat obtenu comprenant alors le plutonium, radioélément d'intérêt pour ce procédé.
D'une manière similaire, un premier procédé de séparation de l'uranium à partir d'un dispositif d'analyse suivant la présente invention peut par exemple comprendre les étapes opératoires suivantes :
un premier cycle d'oxydoréduction transformant le plutonium en plutonium à la valence IV, Pu(IV);
dépôt de l'échantillon dans une solution d'acide chlorhydrique d'une concentration égale à 9,5 mol.l"1, l'éluat obtenu comprenant alors des produits de fission et les actinides trivalents ;
élution des produits de fission dans une solution d'acide chlorhydrique d'une concentration égale à 9,5 mol.l"1, l'éluat obtenu comprenant alors des produits de fission et les actinides trivalents ;
élution de l'uranium par une solution d'acide chlorhydrique d'une concentration égale à 9,5 mol.l"1, l'éluat obtenu comprenant alors l'uranium, radioélément d'intérêt pour ce procédé.
D'une manière alternative, un second procédé de séparation de l'uranium à partir d'un dispositif d'analyse suivant la présente invention peut par exemple comprendre les étapes opératoires suivantes : un premier cycle d'oxydoréduction transformant le plutonium en plutonium trivalent Pu(lll);
dépôt de l'échantillon en milieu acide chlorhydrique d'une concentration égale à 9,5 mol. 1 , l'éluat obtenu comprenant alors des produits de fission et des actinides trivalents dont le plutonium Pu(lll);
élution des produits de fission et des actinides trivalents dont le plutonium Pu(lll) par une solution d'acide chlorhydrique d'une concentration égale à 9,5 mol. 1, l'éluat obtenu comprenant alors des produits de fission et des actinides trivalents dont le plutonium Pu(lll);
élution de l'uranium par une solution d'acide chlorhydrique d'une concentration égale à 1 mol.l"1 , l'éluat obtenu comprenant alors de l'uranium, radioélément d'intérêt pour ce procédé.
D'une manière alternative, un procédé de séparation de produits de fission et des actinides trivalents à partir d'un dispositif d'analyse suivant la présente invention peut par exemple comprendre les étapes opératoires suivantes :
un premier cycle d'oxydoréduction transformant le plutonium en plutonium à la valence IV, Pu(IV);
dépôt de l'échantillon dans une solution d'acide chlorhydrique d'une concentration égale à 9,5 mol.l"1, l'éluat obtenu comprenant alors des produits de fission et des actinides trivalents ;
élution des produits de fission et des actinides trivalents par une solution d'acide chlorhydrique d'une concentration égale à 9,5 mol.l"1 , l'éluat obtenu comprenant alors des produits de fission et des actinides trivalents ; radioéléments d'intérêt pour ce procédé.

Claims

REVENDICATIONS
- Dispositif d'analyse de radioéléments dans un échantillon radioactif, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une cellule d'analyse micro- fluidique (1 ) essentiellement plane comprenant au moins :
• un réservoir (101 ) configuré pour accueillir une quantité prédéterminée d'un fluide à analyser contenant une quantité de l'échantillon à analyser,
• une colonne de séparation (103) comprenant un monolithe organique, reliée au réservoir (101 ) adaptée pour la séparation d'un radioélément d'intérêt, parmi l'uranium (U), le plutonium (Pu) et des produits de fission (PF)
• des moyens de déplacement adaptés pour faire déplacer le fluide à travers la colonne de séparation (103),
• des moyens pour accueillir le fluide (107) après passage à travers la colonne de séparation (103) situés en aval de la colonne de séparation (103), dans le sens de l'écoulement du fluide à analyser.
2- Dispositif d'analyse selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les moyens de déplacement sont animés par la force centrifuge.
3- Dispositif d'analyse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le monolithe organique est fonctionnalisé par un groupement ammonium quaternaire.
4- Dispositif d'analyse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le monolithe organique est un monolithe de la famille des méthacrylates, des polystyrènes vinylbenzènes ou acrylamides.
5- Dispositif d'analyse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite au moins une cellule d'analyse micro-fluidique (1 ) est essentiellement synthétisée dans un microsystème en copolymère cyclo-oléfine.
6- Dispositif d'analyse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une plateforme (200) essentiellement plane et de forme circulaire, sur laquelle est disposée ladite au moins une cellule d'analyse (1 , 201 a, 201 b, 201 c, 201d).
7- Dispositif d'analyse selon la revendication 6, caractérisé en ce que la plateforme (200) et ladite au moins une cellule d'analyse (1 , 201 a, 201 b, 201 c, 201 d) sont formées par une unique pièce physique.
8- Dispositif d'analyse selon la revendication 6, caractérisé en ce que la plateforme (200) et ladite au moins une cellule d'analyse (1 , 201 a, 201 b, 201 c, 201 d) sont formées par des pièces physiquement distinctes, la plateforme (200) étant équipée de réceptacles creux formant des empreintes de dimensions définies de manière à pouvoir recevoir ladite au moins une cellule d'analyse (1 , 201 a, 201 b, 201 c, 201d), chaque cellule d'analyse étant formée sur une plaque essentiellement rectangulaire.
9- Dispositif d'analyse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque cellule d'analyse (1 ) comprend en outre un goulet d'étranglement (105) formé par une conduite dans le prolongement de la colonne de séparation (103), les moyens pour accueillir le fluide après passage à travers la colonne de séparation étant situés en aval du goulet d'étranglement (105). 10- Dispositif d'analyse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque cellule d'analyse (1 ) comprend en outre un évent (109) formé par une conduite en communication fluide avec lesdits moyens pour accueillir le fluide (107). 1 1 - Dispositif d'analyse selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'évent (109) comprend une portion proximale (109a) prolongée par une portion distale (109b), la portion proximale (109a) partant desdits moyens pour accueillir le fluide (107) suivant un angle aigu par rapport à l'axe principal de la colonne de séparation (103), puis incurvée de manière à ce que la portion distale (109b) soit sensiblement parallèle à la colonne de séparation (103).
12- Dispositif d'analyse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque cellule d'analyse (1 ) comprend en outre au moins une conduite d'alimentation (1 13) pour l'introduction du fluide à analyser dans la cellule d'analyse (1 ) et la conduite du fluide vers le réservoir (101 ).
13- Procédé d'analyse de radioéléments dans un échantillon radioactif à partir d'un dispositif d'analyse selon l'une quelconque des revendications précédentes, adapté pour l'analyse du plutonium, caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes suivantes :
• un premier cycle d'oxydoréduction transformant le plutonium en plutonium à la valence IV (Pu(IV));
• dépôt de l'échantillon dans une solution d'acide chlorhydrique d'une concentration égale à 9,5 mol. 1 , l'éluat obtenu comprenant alors des produits de fission et les actinides trivalents ;
• élution des produits de fission, des actinides trivalents et de l'uranium par une solution d'acide chlorhydrique d'une concentration égale à 9,5 mol. 1 , l'éluat obtenu comprenant alors les produits de fission, les actinides trivalents et l'uranium ;
• élution du plutonium à la valence IV (Pu(IV)) par une solution d'acide chlorhydrique d'une concentration égale à 1 mol.l"1, l'éluat obtenu comprenant alors le plutonium. 14- Procédé d'analyse de radioéléments dans un échantillon radioactif à partir d'un dispositif d'analyse selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, adapté pour l'analyse de l'uranium, caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes suivantes :
un premier cycle d'oxydoréduction transformant le plutonium en plutonium à la valence IV (Pu(IV));
dépôt de l'échantillon dans une solution d'acide chlorhydrique d'une concentration égale à 9,5 mol. 1, l'éluat obtenu comprenant alors des produits de fission et les actinides trivalents ;
élution des produits de fission dans une solution d'acide chlorhydrique d'une concentration égale à 9,5 mol. I"1, l'éluat obtenu comprenant alors des produits de fission et les actinides trivalents ;
élution de l'uranium par une solution d'acide chlorhydrique d'une concentration égale à 9,5 mol. 1, l'éluat obtenu comprenant alors l'uranium.
15- Procédé d'analyse de radioéléments dans un échantillon radioactif à partir d'un dispositif d'analyse selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, adapté pour l'analyse de l'uranium, caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes suivantes :
un premier cycle d'oxydoréduction transformant le plutonium en plutonium trivalent (Pu(lll));
dépôt de l'échantillon en milieu acide chlorhydrique d'une concentration égale à 9,5 mol. 1 , l'éluat obtenu comprenant alors des produits de fission et des actinides trivalents dont le plutonium trivalent (Pu(lll));
élution des produits de fission et des actinides trivalents dont le plutonium trivalent (Pu(lll)) par une solution d'acide chlorhydrique d'une concentration égale à 9,5 mol. 1, l'éluat obtenu comprenant alors des produits de fission et des actinides trivalents dont le plutonium trivalent (Pu(lll)); élution de l'uranium par une solution d'acide chlorhydrique d'une concentration égale à 1 mol.l"1 , l'éluat obtenu comprenant alors de l'uranium.
16- Procédé d'analyse de radioéléments dans un échantillon radioactif à partir d'un dispositif d'analyse selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, adapté pour l'analyse des produits de fission et des actinides trivalents, caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes suivantes :
un premier cycle d'oxydoréduction transformant le plutonium en plutonium à la valence IV (Pu(IV));
dépôt de l'échantillon dans une solution d'acide chlorhydrique d'une concentration égale à 9,5 mol.l"1, l'éluat obtenu comprenant alors des produits de fission et des actinides trivalents ;
élution des produits de fission et des actinides trivalents par une solution d'acide chlorhydrique d'une concentration égale à 9,5 mol.l"1 , l'éluat obtenu comprenant alors des produits de fission et des actinides trivalents.
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