Scintillating Metal Organic Frameworks (MOFs) for radioactive gas detection - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2023

Scintillating Metal Organic Frameworks (MOFs) for radioactive gas detection

Metal organic frameworks (MOF) scintillant pour la détection de gaz radioactifs

Résumé

The online detection of radioactive gases is of the utmost importance in the field of radioprotection. They represent a considerable challenge compared to solid or liquid sources of radioactivity due to their volatile nature. The radioactive gases under scrutiny here are Radon-222, Krypton-85 and Tritium. Due to the volatility of those gases as well as the low energy of its ionising radiation some of them produce (only 5.7 keV on average for Tritium), the detection of those gases via conventional detectors such as plastic scintillators are ineffective. We propose here to explore a new class of porous hybrid organic-inorganic scintillators, Metal Organic Frameworks or MOFs. These materials are known for their outstanding porosity and specific surface area making them ideal candidates for interaction with radioactive gases. Past research have demonstrated the possibility of synthesising fluorescent MOFs as well as their use as scintillators for the detection of X-rays and solid sources of radioactivity. With that in mind, we propose combining the porous and scintillant nature of these materials to detect the aforementioned radioactive gases. These MOFs will be synthesised, structurally and photophysically characterised to then be tested for online radioactive gas detection using a unique homemade gas bench fitted with a Triple-to-Double Coincidence Ratio (TDCR) metrological device which allows for photon counting.
La détection en ligne des gaz radioactifs est l'un des objectifs principaux pour la radioprotection. Ces gaz représentent un défi considérable en comparaison avec les solides ou les liquides radioactifs de par leur nature volatile. Les gaz radioactifs étudiés dans ce manuscrit sont le Radon222, le Krypton-85 et le Tritium. La volatilité de ces gaz ainsi que l'énergie d'ionisation faible que certains produisent (seulement 5,7 keV en moyenne pour le Tritium) rendent leur détection par des moyens conventionnels comme les scintillateurs plastiques inefficace. Nous proposons dans cette thèse l'exploration d'une nouvelle classe de scintillateurs hybrides organiques-inorganiques poreux, les Metal Organic Frameworks (MOF). Ces matériaux sont reconnus pour leur porosité exceptionnelle et leur surface spécifique, ce qui en fait des candidats idéaux pour des interactions avec des gaz radioactifs. De précédents travaux de recherche ont montré que la synthèse de MOFs fluorescents ainsi que leur utilisation comme scintillateurs pour la détection de rayons X et de sources solides de radioactivité était possible. En se basant sur ces travaux, nous proposons de combiner les natures poreuses et scintillantes de ces matériaux pour détecter les gaz radioactifs susmentionnés. Ces MOFs seront synthétisés, caractérisés structurellement et photophysiquement, puis testés pour la détection en ligne de gaz radioactifs sur un banc d'essai unique, couplé à un système de détection métrologique basé sur la méthode du Rapport des Coïncidences Triples à Doubles (RCTD) permettant de compter les photons de lumière.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04586535 , version 1 (24-05-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04586535 , version 1

Citer

Sharvanee Mauree. Scintillating Metal Organic Frameworks (MOFs) for radioactive gas detection. Instrumentation and Detectors [physics.ins-det]. Université Paris-Saclay, 2023. English. ⟨NNT : 2023UPAST151⟩. ⟨tel-04586535⟩
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