Détection de gaz radioactifs par MOF poreux scintillants
Titre : Detection of radioactive gases using scintillating porous MOFs
Christophe Dujardin et Pavlo Mai (équipe Luminescence), en collaboration avec des collègues de L’Université de Milan Bicocca, du CEA-LNHB ont publié un article intitulé "Efficient radioactive gas detection by scintillating porous metal-oragnics frameworks" dans la revue Nature Photonics
Christophe Dujardin and Pavlo Mai (Luminescence group), in collaboration with colleagues from the University of Milano Bicocca and CEA-LNHB have published a paper entitled "Efficient radioactive gas detection by scintillating porous metal-oragnics frameworks" in the journal Nature Photonics
Les radionucléides gazeux naturels et anthropiques tels que les isotopes du radon, du xénon, de l'hydrogène et du krypton doivent être surveillés pour être gérés comme des agents pathogènes, des agents de diagnostic radioactifs ou des indicateurs d'activité nucléaire. Les détecteurs de pointe basés sur des scintillateurs liquides souffrent d'une préparation laborieuse et d'une solubilité limitée pour les gaz, ce qui affecte la précision des mesures. Dans le cadre du programme européen EIC-Pathfinder SPARTE, les auteurs ont développé des matériaux scintillants solides à base de MOF (Metel Organic Framework) capables simultanément de concentrer les gaz radioactifs et de produire une scintillation efficace lors de chaque désintégration radioactive. Ces MOF à base d’Hafnium présentent une scintillation rapide, un rendement de fluorescence de ∼40% et une porosité accessible convenant à la capture d'atomes et d'ions de gaz rares. L'adsorption et la détection des radionucléides 85Kr, 222Rn et 3H ont été étudiées, et ces matériaux ont démontré une sensibilité très améliorée, avec une réponse linéaire jusqu'à une valeur de radioactivité inférieure à 1 kBq m-3 pour le 85Kr, ce qui est plus performant que les dispositifs commerciaux. Ces résultats confirment la possibilité d'utiliser des MOF poreux scintillants pour fabriquer des détecteurs sensibles de radionucléides naturels et anthropiques.
Natural and anthropogenic gaseous radionuclides such as radon, xenon, hydrogen, and krypton isotopes must be monitored for management as pathogens, radioactive diagnostic agents, or indicators of nuclear activity. Advanced liquid scintillator-based detectors suffer from laborious preparation and limited solubility for gases, which affects measurement accuracy. In the framework of the European EIC-Pathfinder SPARTE program, the authors have developed solid scintillator materials based on MOFs (Metal Organic Framework) capable of simultaneously concentrating the radioactive gases and producing an efficient scintillation during each radioactive decay. These Hafnium-based MOFs exhibit fast scintillation, ∼40% fluorescence efficiency, and accessible porosity suitable for the capture of noble gas atoms and ions. Adsorption and detection of the radionuclides 85Kr, 222Rn, and 3H were studied, and these materials demonstrated greatly improved sensitivity, with a linear response down to a radioactivity value of less than 1 kBq m-3 for 85Kr, which outperforms commercial devices. These results confirm the possibility of using scintillating porous MOFs to fabricate sensitive detectors for natural and anthropogenic radionuclides.
