Apport de l’imagerie SIMS et AL-ICPMS en radioprotection et sûreté nucléaire

International audienceLa plateforme PATERSON, créée en 2018 à l’IRSN, regroupe des équipements analytiques de spectrométrie demasse de haute technologie. Celle-ci dispose en autre de deux équipements permettant de réaliser de l’imagerieélémentaire et isotopique : la microscopie ionique analytique SIMS et la technique d’ablation laser couplée à laspectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (AL-ICP-MS). Des applications variées seront présentéesdans le domaine de la radioprotection et de la sûreté nucléaire. Ces techniques d’imagerie sont utiles pour lacompréhension des mécanismes de transfert et d’accumulation des radionucléides chez l’animal et dansl’environnement. En sûreté nucléaire, le SIMS permet par exemple d’aider à mieux appréhender la tenue desgaines de combustible à l’irradiation. Par ailleurs, la complémentarité de ces techniques d’imagerie sera discutéenotamment au travers d’études sur la distribution de l’uranium dans le tissu rénal

Apport de l’imagerie SIMS et AL-ICPMS en radioprotection et sûreté nucléaire

International audienceLa plateforme PATERSON, créée en 2018 à l’IRSN, regroupe des équipements analytiques de spectrométrie demasse de haute technologie. Celle-ci dispose en autre de deux équipements permettant de réaliser de l’imagerieélémentaire et isotopique : la microscopie ionique analytique SIMS et la technique d’ablation laser couplée à laspectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (AL-ICP-MS). Des applications variées seront présentéesdans le domaine de la radioprotection et de la sûreté nucléaire. Ces techniques d’imagerie sont utiles pour lacompréhension des mécanismes de transfert et d’accumulation des radionucléides chez l’animal et dansl’environnement. En sûreté nucléaire, le SIMS permet par exemple d’aider à mieux appréhender la tenue desgaines de combustible à l’irradiation. Par ailleurs, la complémentarité de ces techniques d’imagerie sera discutéenotamment au travers d’études sur la distribution de l’uranium dans le tissu rénal

DEVELOPPEMENT D’UNE TECHNIQUE DE CALIBRATION POUR L’IMAGERIE QUANTITATIVE D'ECHANTILLONS BIOLOGIQUES PAR ABLATION AU LASER COMPATIBLE AVEC L’ANALYSE SIMS : APPLICATION A LA LOCALISATION DE L'URANIUM DANS LE TISSU RENAL

International audienceLa spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif par ablation laser a évolué pour devenir une technique analytique performante pour l'analyse quantitative in situ d'échantillons solides. Cependant, les progrès dans les applications des sciences biologiques sont toujours dépendants de la disponibilité d’étalons externes et internes appropriés. En outre, il serait intéressant que les échantillons et les étalons soient compatibles entre différentes techniques d'imagerie. Le but de ce travail est donc de trouver une méthodologie de préparation d’échantillons / étalons compatible avec les analyses par LA-ICP-MS et SIMS afin de rendre ces deux techniques complémentaires pour l’étude de la distribution de l’uranium dans les reins. D'une part, des étalons solides internes ont été préparés à partir d'homogénat de rein enrichi d'uranium. D’autre part, une nouvelle approche basée sur une résine dopée au nitrate d’uranyle (en poudre) a également été testée. De plus un standard interne (thulium) est incorporé directement dans la résine dopée. L'homogénéité de l'étalon interne et de l’uranium a été évaluée. Les avantages de cette méthodologie sont 1) pas besoin des homogénats, 2) une préparation d’échantillon compatible avec plusieurs techniques d’imagerie, 3) la facilité de préparation et 4) la conservation des étalons à température ambiante

PATERSON la plateforme analytique de spectrométrie de masse de haute technologie de l’IRSN

International audienceCréée en 2018, PATERSON est une plateforme analytique de spectrométrie de masse de haute technologie issue d’une mutualisation d’équipements entre les pôles de l’Environnement et de la Santé de l’IRSN. Cette plateforme a ainsi permis de renforcer les échanges de savoir-faire de différents services et laboratoires non seulement au sein de l’IRSN mais également au travers de collaborations externes.PATERSON regroupe trois spectromètres de masse à source plasma (ICP-MS), une micro-sonde ionique (SIMS), un système d’ablation laser, un système de microdissection laser, ainsi que des appareils de chromatographie pouvant être couplés aux ICP-MS. Cette plateforme permet des études approfondies en analyse isotopique et élémentaire, spéciation et imagerie appliquées aussi bien au vivant, à l’environnement et aux matériaux. Parmi les 3 spectromètres de masse, cette plateforme regroupe notamment : -un ICP-MS Element XR (Thermo Scientific), spectromètre à secteur magnétique de haute résolution en masse et de haute sensibilité et dont les principaux atouts sont ses limites de détection très basses (parmi les plus basses des ICP-MS).-un ICP-MS triple quadripôle 8800 (Agilent). Cet appareil dispose de deux filtres de masse de type quadripolaire, de part et d’autre de la cellule de collision-réaction, permettant ainsi un meilleur contrôle et la suppression des interférences spectrales. -un ICAP Q (Thermo Scientific), simple quadripode disposant d’une cellule de collision réaction.La microsonde ionique SIMS 4FE7 (Cameca) permet d’obtenir une cartographie des rapports isotopiques et une imagerie élémentaire de tout matériau (biologique, géologique) à une résolution de 0,5-1 μm. Un système d’ablation laser Excite Excimer 193nm (Teledyne) couplé aux ICP-MS permet une imagerie élémentaire quantitative avec une résolution de 5 à 10µm ainsi qu’une cartographie réalisable sur l’organe entier.Un micro-dissecteur laser (LEICA) permet la découpe d’échantillons à l’échelle 5-10 μm pour des analyses élémentaires ou biologiques.Depuis sa création, PATERSON a cosigné dix publications scientifiques et de nombreux abstracts pour des congrès internationaux, dont deux ont gagné le premier prix du poster

DEVELOPPEMENT D’UNE TECHNIQUE DE CALIBRATION POUR L’IMAGERIE QUANTITATIVE D'ECHANTILLONS BIOLOGIQUES PAR ABLATION AU LASER COMPATIBLE AVEC L’ANALYSE SIMS : APPLICATION A LA LOCALISATION DE L'URANIUM DANS LE TISSU RENAL

International audienceLa spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif par ablation laser a évolué pour devenir une technique analytique performante pour l'analyse quantitative in situ d'échantillons solides. Cependant, les progrès dans les applications des sciences biologiques sont toujours dépendants de la disponibilité d’étalons externes et internes appropriés. En outre, il serait intéressant que les échantillons et les étalons soient compatibles entre différentes techniques d'imagerie. Le but de ce travail est donc de trouver une méthodologie de préparation d’échantillons / étalons compatible avec les analyses par LA-ICP-MS et SIMS afin de rendre ces deux techniques complémentaires pour l’étude de la distribution de l’uranium dans les reins. D'une part, des étalons solides internes ont été préparés à partir d'homogénat de rein enrichi d'uranium. D’autre part, une nouvelle approche basée sur une résine dopée au nitrate d’uranyle (en poudre) a également été testée. De plus un standard interne (thulium) est incorporé directement dans la résine dopée. L'homogénéité de l'étalon interne et de l’uranium a été évaluée. Les avantages de cette méthodologie sont 1) pas besoin des homogénats, 2) une préparation d’échantillon compatible avec plusieurs techniques d’imagerie, 3) la facilité de préparation et 4) la conservation des étalons à température ambiante

Applications de l’imagerie SIMSau sein de la plateforme PATERSON de l’IRSN

International audienceLa microscopie ionique analytique SIMS, permet l’analyse élémentaire et isotopique d’une surface solide par faisceau d’ions couplée à un spectromètre de masse. Le principe consiste à bombarder l’échantillon à étudier à l’aide d’un faisceau de particules chargées (dizaine de kV). Ce faisceau d’ions primaires rentre en collision avec l’échantillon cible provoquant l’éjection de particules provenant des couches superficielles de l’échantillon. Une fraction de ces particules est spontanément ionisée. Ces ions dit secondaires, sont ensuite accélérés et dirigés à l’entrée d’un spectromètre de masse. L’analyse de ces ions secondaires permet ainsi de caractériser et d’imager la composition chimique élémentaire et isotopique de la surface de l’échantillon.Cette technique est d’un apport essentiel dans le domaine du nucléaire notamment pour l’étude de la distribution d’éléments stables ou de radio-isotopes aussi bien dans des matrices biologiques par des études de micro localisation de l’uranium dans des tissus rénaux contaminés que géologiques avec mise en évidence de la signature radiogénique en plomb de phase uranifère issue de résidu de traitement de minerai d’Uranium . Ainsi l’équipement SIMS 4FE7 implanté au sein de la plateforme PATERSON de l’IRSN est utilisé dans le domaine de la radioprotection pour améliorer la compréhension des mécanismes de transport ainsi que d’accumulations des radionucléides. Dans le domaine de la sûreté nucléaire, il permet également d’aider à la compréhension de la tenue des gaines de combustible à l’irradiation en cartographiant les éléments hydrogène et oxygène

PATERSON la plateforme analytique de spectrométrie de masse de haute technologie de l’IRSN

International audienceCréée en 2018, PATERSON est une plateforme analytique de spectrométrie de masse de haute technologie issue d’une mutualisation d’équipements entre les pôles de l’Environnement et de la Santé de l’IRSN. Cette plateforme a ainsi permis de renforcer les échanges de savoir-faire de différents services et laboratoires non seulement au sein de l’IRSN mais également au travers de collaborations externes.PATERSON regroupe trois spectromètres de masse à source plasma (ICP-MS), une micro-sonde ionique (SIMS), un système d’ablation laser, un système de microdissection laser, ainsi que des appareils de chromatographie pouvant être couplés aux ICP-MS. Cette plateforme permet des études approfondies en analyse isotopique et élémentaire, spéciation et imagerie appliquées aussi bien au vivant, à l’environnement et aux matériaux. Parmi les 3 spectromètres de masse, cette plateforme regroupe notamment : -un ICP-MS Element XR (Thermo Scientific), spectromètre à secteur magnétique de haute résolution en masse et de haute sensibilité et dont les principaux atouts sont ses limites de détection très basses (parmi les plus basses des ICP-MS).-un ICP-MS triple quadripôle 8800 (Agilent). Cet appareil dispose de deux filtres de masse de type quadripolaire, de part et d’autre de la cellule de collision-réaction, permettant ainsi un meilleur contrôle et la suppression des interférences spectrales. -un ICAP Q (Thermo Scientific), simple quadripode disposant d’une cellule de collision réaction.La microsonde ionique SIMS 4FE7 (Cameca) permet d’obtenir une cartographie des rapports isotopiques et une imagerie élémentaire de tout matériau (biologique, géologique) à une résolution de 0,5-1 μm. Un système d’ablation laser Excite Excimer 193nm (Teledyne) couplé aux ICP-MS permet une imagerie élémentaire quantitative avec une résolution de 5 à 10µm ainsi qu’une cartographie réalisable sur l’organe entier.Un micro-dissecteur laser (LEICA) permet la découpe d’échantillons à l’échelle 5-10 μm pour des analyses élémentaires ou biologiques.Depuis sa création, PATERSON a cosigné dix publications scientifiques et de nombreux abstracts pour des congrès internationaux, dont deux ont gagné le premier prix du poster

Combined U-Pb isotopic signatures of U mill tailings from France and Gabon: A new potential tracer to assess their fingerprint on the environment

International audienceUranium milling activities have produced high volumes of long-lived radioactive processed wastes stored worldwide in near surface environment. The aim of this study is to highlight relevant tracers that can be used for environmental impact assessment studies involving U mill tailings. A multi-tracer study involving elemental content, 238 U decay products disequilibria and stable Pb isotopes was performed in different types of U mill tailings (alkaline, acid, neutralized acid) collected from five Tailings Management Facilities in France (Le Bosc, L'Ecarpière, Le Bernardan, and Bellezane) and Gabon (Mounana). Our results showed that U and Pb concentrations range between 30-594 ppm and 66-805 ppm, respectively. These tailings have a strong disequilibrium of (234 U/ 238 U) and (230 Th/ 238 U) activity ratios (1.27-1.87 and 6-65, respectively), as well as higher 206 Pb/ 207 Pb (1.86-7.15) and lower 208 Pb/ 207 Pb (0.22-2.39) compared to geochemical background ((234 U/ 238 U) and (230 Th/ 238 U) equal to unity; 206 Pb/ 207 Pb = 1.20; 208 Pb/ 207 Pb = 2.47). In situ analyses (SEM, SIMS) showed that Pb-bearing phases with high 206 Pb/ 207 Pb are related to remaining U-rich phases, S-rich phases and potentially clay minerals or oxyhydroxides. We suggest that the combination of the 206 Pb/ 207 Pb with the (234 U/ 238 U) ratio is a relevant tool for the fingerprinting of the impact of U milling activities on the environment

Applications de l’imagerie SIMSau sein de la plateforme PATERSON de l’IRSN

International audienceLa microscopie ionique analytique SIMS, permet l’analyse élémentaire et isotopique d’une surface solide par faisceau d’ions couplée à un spectromètre de masse. Le principe consiste à bombarder l’échantillon à étudier à l’aide d’un faisceau de particules chargées (dizaine de kV). Ce faisceau d’ions primaires rentre en collision avec l’échantillon cible provoquant l’éjection de particules provenant des couches superficielles de l’échantillon. Une fraction de ces particules est spontanément ionisée. Ces ions dit secondaires, sont ensuite accélérés et dirigés à l’entrée d’un spectromètre de masse. L’analyse de ces ions secondaires permet ainsi de caractériser et d’imager la composition chimique élémentaire et isotopique de la surface de l’échantillon.Cette technique est d’un apport essentiel dans le domaine du nucléaire notamment pour l’étude de la distribution d’éléments stables ou de radio-isotopes aussi bien dans des matrices biologiques par des études de micro localisation de l’uranium dans des tissus rénaux contaminés que géologiques avec mise en évidence de la signature radiogénique en plomb de phase uranifère issue de résidu de traitement de minerai d’Uranium . Ainsi l’équipement SIMS 4FE7 implanté au sein de la plateforme PATERSON de l’IRSN est utilisé dans le domaine de la radioprotection pour améliorer la compréhension des mécanismes de transport ainsi que d’accumulations des radionucléides. Dans le domaine de la sûreté nucléaire, il permet également d’aider à la compréhension de la tenue des gaines de combustible à l’irradiation en cartographiant les éléments hydrogène et oxygène