L’incorporation d’atomes de tritium radioactifs au sein de molécules est de première importance :
– Dans le domaine médical où les candidats médicaments tritiés sont utilisés lors des études préliminaires permettant de connaître leur devenir in vivo dans l’organisme ;
– Dans le domaine des matériaux où des études d’absorption/désorption du tritium sont cruciales pour le développement de nouveaux réacteurs de fusion (tokamaks) tel ITER.
Lors du marquage isotopique (manipulation d’incorporation d’atomes de tritium) le gaz utilisé est susceptible d’être dilué par des échanges isotopiques tritium/hydrogène (T/H) avec le milieu réactionnel. Cette dilution est préjudiciable pour l’obtention de molécules ou de matériaux marqués isotopiquement.
Les tokamaks utilisent de manière routinière des systèmes permettant la détermination du rapport isotopique hydrogène/deutérium/tritium afin de connaître de manière précise la composition du gaz injecté. Ainsi ce système de détection est utilisé dans les tokamaks JET, WEST et a été sélectionné par ITER.
Une collaboration entre l’IRFM et le Service de chimie bioorganique et de marquage (SCBM) a permis d’adapter le système exploité dans les tokamaks à une application en boîte à gants. Le premier prototype a été installé au mois de juin 2018 dans le bâtiment 547 afin de déterminer avec précision le ratio isotopique tritium/hydrogène du gaz. Ce nouveau système permet un fonctionnement optimal du système Penning en respectant les conditions de travail et de sécurité imposées par la manipulation de tritium radioactif.
Le principe de la mesure du rapport isotopique tritium/hydrogène repose sur l’introduction du gaz à analyser à faible pression dans une sonde de mesure de pression type Penning (voir schéma ci-dessus). Un plasma est alors généré dans la sonde et une émission de lumière est observée. Ce signal lumineux est transmis par fibre optique à un spectromètre visible pour analyse spectroscopique. Chaque isotope de l’hydrogène (hydrogène, deutérium et tritium) possède une signature spectroscopique précise dans le visible émettant de la lumière à 6560,4 Å pour le tritium, à 6561,03 Å pour le deutérium et à 6562,79 Å pour l’hydrogène. Ces raies spectrales sont appelés les raies de Balmer Hα, Dα, Tα. La détermination du ratio isotopique (RI) est alors rendue possible en effectuant le rapport des raies d’intérêt (Tα/Hα pour le RI tritium/hydrogène), l’intensité des raies spectrales étant proportionnelle aux pressions partielles des gaz respectifs.
Les premiers résultats obtenus sont très encourageants et ont permis de déterminer pour la première fois en dehors des installations de fusion nucléaires un rapport isotopique hydrogène/deutérium/tritium. Ces mesures seront mises à profit pour les applications dans le domaine de la santé et également pour les études menées par l’IRFM et le SCBM sur les mesures de cinétique d’absorption/désorption du tritium dans des matériaux ITER pertinents. Cette technique permet aussi de déterminer d’autres proportion de mélange gazeux comme celui hélium/tritium.
