La spectrométrie alpha permet de garder des limites de détection basses lorsque les temps de comptage sont supérieurs à 12 h, conduisant pour tous les actinides à des limites de détection qui correspondent aux limites proposées par la CIPR 78 (Fry et al., 1997). L’augmentation de la rapidité de l’analyse passe par l’amélioration de la séparation sur colonne et de la préparation de l’échantillon mais aussi par la diminution de temps de comptage. Cette diminution ne permet pas d’obtenir des résultats qui correspondent à la législation européenne qui limite la dose pour le public à 1 mSv pour tous les actinides. Cependant, en situation de crise ces limites de dose ne s’appliquent pas et sont remplacées par des critères de références et dans cette situation, ces méthodes peuvent permettre une réponse appropriée.
Les Etats-Unis ayant défini leur critère de référence à ce qu’ils appellent la limite de traitement médical de 100 mSv, le comptage par spectrométrie alpha peut être réduit, suivant les méthodes, à 4 heures, voire 1 heure. Cependant, ces méthodes sont souvent utilisées pour l’analyse du plutonium ou de l’américium qui ont de plus fortes activités spécifiques que l’uranium. Les limites de détection pour ce dernier pourraient être trop hautes si le temps de comptage était trop réduit.
Afin de comparer différentes études ayant pour objectif de proposer des systèmes utilisables en situation de crise Li et collaborateurs (Li et al., 2010) ont étudié différents paramètres tels que les limites de détection, la durée de l’analyse ou encore la transportabilité des différentes méthodes. Pour un certain nombre de ces méthodes rapides (notamment certaines utilisant la spectrométrie alpha en diminuant les temps de comptage) le critère de limite de dose américain (100 mSv) n’est pas respecté pour des actinides tels Pu. Par ailleurs, il n’existe aucune méthode de terrain pour la détection des émetteurs alpha. Pour 239Pu, la limite de détection nécessaire est atteinte avec un ICP-MS en 20 min mais pas par spectrométrie alpha pour des temps de comptage court.
VI.2.2.g. Conclusion
En situation de crise, les experts et les médecins ont besoin d’obtenir rapidement des résultats. L’accent est mis sur la capacité d’un laboratoire à rendre des résultats le plus rapidement possible avec des limites de détection basses qui ne sont pas fixées par la règlementation. Cependant, les résultats des différentes études présentées ici, résumés Tableau 9, montrent que la rapidité ne va pas toujours de pair avec des limites de détection basses. En effet, si la spectrométrie alpha est utilisée comme technique de mesure, le temps de comptage doit être diminué pour permettre une analyse en moins de 8 heures. Cependant, si le temps de comptage est réduit la limite de détection est dégradée. Malgré le fait qu’elle soit bien maîtrisée par les laboratoires de radiotoxicologie, il est donc difficile d’utiliser cette technique de mesure en situation de crise pour conserver des limites de détection qui correspondent à des doses respectant la législation française. En cas d’accident par contamination interne, des améliorations de la technique de mesure utilisée devront été apportées pour limiter l’augmentation des limites de détection. Il a été constaté que l’ICP-MS permettrait cette amélioration notamment pour le plutonium et l’uranium. Les études réalisées avec cette méthode seront détaillées ultérieurement.
Dans un premier temps, nous avons pu constater que le développement de protocoles d’analyse des actinides pour une utilisation en situation de crise nécessite d’optimiser l’étape préliminaire de minéralisation de l’urine. Au cours de ce travail de thèse, une étude à la fois théorique et expérimentale de l’étape de minéralisation sera réalisée avec pour objectif de l’adapter à l’utilisation ultérieure d’une colonne calix[6]arène pour la séparation des actinides. Par ailleurs, afin de réduire la durée de cette étape de minéralisation, une méthode de digestion du précipité contenant les actinides à l’aide d’un four à micro-ondes sera validée.
Dans un second temps, on peut noter que l’utilisation de la spectrométrie alpha lors de situations de crise permet aux laboratoires de s’appuyer sur des méthodes bien maîtrisées. En revanche, le gain de temps obtenu par diminution des temps de comptage entraîne une dégradation des limites de détection. Pour pouvoir améliorer ces limites de détection, particulièrement pour les actinides émetteurs alpha à vie les plus longues (T > 10 000 ans), d’autres équipes se sont intéressées à l’utilisation d’un ICP-MS avec ou sans préparation préalable de l’échantillon urinaire. C’est pourquoi lors de ces travaux, la mesure ICP-MS sera utilisée. Nous chercherons à abaisser les limites de détection des actinides à vie les plus courtes pour les rendre adaptées à une analyse radiotoxicologique.
Finalement, il est également possible de constater que le gain de temps nécessite de contrôler les débits des solutions sur les colonnes de chromatographie. L’objectif principal de cette étude étant de coupler la colonne de chromatographie à base de calix[6]arène choisie à l’ICP-MS, nous nous attacherons à vérifier l’impact de ces débits sur l’extraction des actinides.
Auteurs (Maxwell and Culligan, 2009)Maxwell et coll. (Dai and Kramer-Tremblay, 2011)Dai et coll. O’Hara et coll.
Actinides analysés U, Pu, Am, Np U, Pu, Am, Cm Am
Méthode de co-précipitation
utilisée Ca3PO4 HTiO N/A
Colonne de chromatographie TEVA TRU
DGA AGMP (Pu) U/TEVA (U) DGA (Am,Cm) Déposition sur de nano-particules Fe3O4 ou Fe-Mn-O Durée de l’analyse / durée de
comptage 3 à 4 h / 30 min à 2h 4 h/4 h ou 20 h 4 h/ 15 min à 12h
Prise d’essai 100 mL 200 mL 50 mL Limites de détection (temps de comptage) Activité totale. 65,3 mBq.L-1 (30 min) 16,3 mBq.L-1 (2h) 238Pu : 13 mBq.L-1 (4h)/10 mBq.L-1 (20h) 239Pu : 10 mBq.L-1 (4h)/4 mBq.L-1 (20 h) 234U : 10 mBq.L-1/ (4h)/10 mBq.L-1 (20 h) 235U : 10 mBq.L-1 (4h)/10 mBq.L-1 (20 h) 241Am : 17 mBq.L-1 (4h)/8 mBq.L-1 (20 h) 244Cm : 7 mBq.L-1 (4h)/5 mBq.L-1 (20 h) 241Am : cf. Figure 17