Doctorant (H/F) en Chimie-Science des Matériaux : matériaux scintillateurs par impression 3D pour appli

Sujet de thèse :
Synthèse de scintillateurs poreux par impression 3D pour la détection environnementale de fluides radioactifs.
Les réacteurs nucléaires, les usines de retraitement et les opérations de démantèlement génèrent des rejets gazeux ou des aérosols contenant des radionucléides. La surveillance de ces émissions est essentielle pour la sécurité environnementale et radiologique. Malheureusement, les technologies actuelles ne permettent pas une détection en temps réel des radionucléides volatils de faible activité.
Pour répondre à ce défi, notre objectif est de développer des monolithes scintillateurs poreux, au travers desquels des gaz contenant des radioisotopes tels que le tritium 3H ou le krypton 85K pourront circuler. Lors de la circulation de ce gaz, les atomes radioactifs émettent un rayonnement beta qui déclenche l’émission d’un flash de lumière dans le matériau scintillateur.[1] Cette émission lumineuse peut ensuite être facilement convertie en signal électrique, offrant ainsi une méthode de détection rapide, continue et sensible des gaz radioactifs.
Le défi en chimie consistera à synthétiser un monolithe (= matériau en une pièce) qui possède les propriétés idéales suivantes :
- Une forte porosité pour la circulation de différents types de fluides radioactifs. Nous chercherons typiquement à réaliser un monolithe qui présente à la fois une structure macroporeuse (typiquement sous la forme de canaux de 0.2 à 1 mm de diamètre) et mésoporeuse (c’est-à-dire présentant une taille de pores inférieure à 100 nm).
- De bonnes propriétés de scintillation, c’est-à-dire notamment un fort rendement lumineux de radioluminescence.
- Une transparence maximale pour que les flashs de luminescence puissent être détectés en profondeur dans le monolithe.
Pour ce faire nous proposons de développer une synthèse originale de silicates d’yttrium dopés cérium (matériau scintillateur) par impression 3D. A l’ICGM, nous avons déjà mis au point une méthode d’impression 3D de monolithes de silice mésoporeuse, basé sur des encres de nanocages de silice photo-réticulables. L’impression est réalisée par Digital Light Processing (DLP): sous l’action d’une lumière UV, les encres sont polymérisées couche par couche, permettant la fabrication de monolithes selon des géométries variées et contrôlées. Nous avons également montré qu’il est possible d’incorporer des ions métalliques dans l’encre, et donc dans le monolithe final.[2] Dans ce projet de thèse, ces ions métalliques seront dse cations yttrium (Y³⁺) et cérium (Ce³⁺). Les monolithes imprimés seront ensuite soumis à un traitement thermique à haute température afin d’induire la cristallisation d’un silicate d’yttrium dopé au cérium (Y2Si2O7:Ce). Ce matériau est reconnu comme excellent scintillateur, émettant une luminescence bleue intense sous rayonnement ionisant. Nous veillerons à maintenir la porosité du monolithe après traitement thermique, afin de préserver la
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