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Neutrino, Radioactivité et … Datation des Vins Double décroissance bêta masse et nature du neutrino (Expérience au LSM) Mesures dultra faibles taux de.

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1 Neutrino, Radioactivité et … Datation des Vins Double décroissance bêta masse et nature du neutrino (Expérience au LSM) Mesures dultra faibles taux de radioactivité spectrométrie gamma bas bruit de fond Transfert de technologie œnologie et datation des vins Ph. Hubert, CEN Bordeaux-Gradignan

2 Exemple : 100 Mo 100 Ru Dans la nature :radioactivité radioactivité Fission spontanée Emission ions lourds ( 12 C, 14 N,…) Emission double gamma Radioactivité double bêta : ( ) Radioactivités plus « exotiques » : Processus du second ordre de linteraction faible T 1/ ans Observée pour quelques noyaux : 100 Mo, 76 Ge, 82 Se, 116 Cd, 130 Te, 96 Zr, 48 Ca, etc… Radioactivités et Double Décroissance Bêta

3 Processus similaire, mais encore plus « exotique » 100 Mo 100 Ru + + Encore jamais observée, T 1/2 > ans Pour 10 kg de 100 Mo enrichi quelques evts/an Paradoxalement, le neutrino joue un rôle fondamental : n p + e - + L + n p + e - 2n 2p +2e - Possible si :, neutrino de Majorana m 0 Processus activement recherché depuis plus de 30 ans ! Désintégration double bêta sans émission de neutrino, (0 )

4 100 Mo 100 Ru Mo 100 Ru énergies cinétiques des seul paramètre accessible à lexpérience Collaboration NEMO constituée dès 1987 ! (France, Russie, USA, Tchéquie, Finlande, Angleterre, Japon) Comment mettre en évidence une telle radioactivité ?

5 Sources : 10 kg, 20 m 2 3m Le détecteur NEMO-3 Détecteur de type « physique des particules » mesure de lénergie mesure du temps de vol Scintillateurs plastiques + photomultiplicateurs Chambre à fils (régime Geiger) Traces des 2 électrons

6 Enrichissement des sources USA : 3000$ le gramme… NEMO-3/Russie : 2MF les 10 kg !!! (IN2P3 locataire) 7 kg Mo kg Se kg Cd kg Te g Nd g Zr 96 7 g Ca 48 1 kg Te nat 0.6 kg Cu Un très long cheminement… Enrichissement en Russie Mesure radiopureté à Modane Purification aux USA Mesure radiopureté à Modane Fabrication des bandes en Russie Mesure radiopureté et installation à Modane

7 E1+E2=1560 keV Désintégration 2

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10 Origine des bruits de fond 3 10 ~ 1-2 Energie (MeV) 0 Radioactivité naturelle 208 Tl et 214 Bi neutrons Rayons cosmiques Neutrons : blindage eau, bois, paraffine … Rayons cosmiques muons/m 2 /jour (>200 MeV) LSM : 4 muons/m 2 /jour !! Radioactivité naturelle 208 Tl et 214 Bi Activité du corps humain 5000 Bq ( 40 K) Détecteur NEMO Bq (200 tonnes) !!

11 Technique simple et rapide (>1000 échantillons) Technique non destructive (matériaux enrichis !) Pouvoir mesurer de grandes masses (~ 1 kg) et différentes géométries (poudres, feuilles,…) Facilité de préparation des échantillons Mesurer le maximum de noyaux radioactifs Mesurer le déséquilibre des chaînes U/Th/Ra Bonne résolution en énergie (identification) Efficacités de détection les plus grandes possibles Spectrométrie gamma avec détecteur Ge Nécessité de développer des spectromètres ultra bas bruit de fond ( En collaboration avec JL Reyss (LSCE) et Eurisys-Mesures ) Sélection et contrôle de la radioactivité des matériaux

12 Spectromètre Ge bas bruit de fond Site souterrain (LSM) Pas de cosmiques, flux de neutrons très faible Sélection des matériaux du cryostat (travail itératif) Dispositif antiradon : - Pas despace libre - Surpression dazote gaz - Etanchéité par feuilles dAl ou acier

13 Spectre de bruit de fond Ge 400 cm 3, LSM, 42 jours Sensibilité:1 mois de mesure 1 kg de poudre de 100 Mo 214 Bi < 0,2 mBq/kg 208 Tl < 0,06 mBq/kg ~ g/g U ~ g/g Th si équilibre Amélioration possible du BdF si nouveaux développements Th 40 K Ra (U)

14 Rayons cosmiques ~ 200 particules/m².s, e,, p, n p et n neutrons par spallation Veto scintillateurs plastiques Blindage neutrons Blindage gamma Pb romain en blindage rapproché Spectromètre Ge bas bruit de fond Au niveau de la mer

15 Sensibilité : échantillon de 100 g et 5 jours mBq/kg 226 Ra 137 Cs CENBG< 30< 20 Modane< 10< 8 Spectromètre Ge 100 cm 3 bas bruit de fond

16 Datation des Vins et Radioactivité Ph. Hubert, F. Hubert, CENBG, Université Bx I B. Médina, J. Gaye, DGCCRF Talence J.-M. Jouanneau, DGO, Université Bx 1 Question posée par B. Médina : Comment valider l'authenticité d'un millésime ? Même question traduite par un physicien : Peut-on mesurer l'année d'un vin ? Et de plus sans ouvrir la bouteille ?

17 Pour avoir la meilleure précision : Evaporation de la bouteille Calcination à 400 – 500 °C 1 – 2 g de cendres 40 K Il y en a partout ! 137 Cs Surprise, pas dans la nature, variable en fonction du millésime Etude sur 29 vins de 1950 à 2000 Millésimes « surs » : fournis par Mr Berrouet, maître de chais, Château Pétrus Quelle radioactivité gamma dans le vin ?

18 Environ 30 Bq/l 0,9 g/l de nat K Normal, un vin est saturé en acide tartrique Activité en 40 K (Bq/l)

19 1 Bq/l Retombées nucléaires Tchernobyl Activité 137 Cs (mBq/l)

20 Rapport 137 Cs / 40 K

21 Relation entre le dépôt annuel de 137 Cs (hémisphère Nord, 40-50°) lié aux essais atmosphériques pondéré par la période de décroissance du 137 Cs et lactivité moyenne en 137 Cs des vins de Bordeaux 137 Cs dans le vin et dépôt annuel sur le sol

22 1986 : Tchernobyl Activité 137 Cs (mBq/l)

23 Mesures non destructives 137 Cs photon de 661 keV peut facilement séchapper du vin peut facilement traverser le verre de la bouteille Pas de 137 Cs dans le verre Infimes traces de 137 Cs dans les bouchons ouf !

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25 Activité 137 Cs (total des mesures)

26 Conclusion sur la courbe 137 Cs La courbe demande à être affinée Campagne de mesures non destructives effectuée en 2004 pour les vins des années Approvisionnement de « vins vieux » (1950 à 1986) en cours Si ambiguïté ou réponse non suffisante Tritium, 14 C, 210 Pb, 90 Sr, 226, 228 Ra. Utilisée par la DGCCRF dans quelques cas

27 Tritium (Q = 17 keV) Utilisé dès 1954 par Kaufman et Libby [Phys. Rev 93(1954) 1337] Devenu compliqué après les essais atmosphériques et lavènement des centrales nucléaires Encore utilisé par Schönhofer (1993) en Autriche Peut être utilisé pour les alcools (Armagnac, Cognac, Calvados,…) comme le 14 C

28 14 C Utilisé dès les années 1970 par Martinière et al. sur vins et alcools (Laboratoire dœnologie Bordeaux) Actuellement : Groupe dAdélaïde (Australie) par AMS Technique marche bien, un peu lourde Ouverture de la bouteille, donc destructif Variation faible au delà de 1990 Problème si ajout de sucre, acide tartrique, …

29 210 Pb Origine du 210 Pb : décroissance du Rn de lair se dépose sur le sol, le raisin, …, avec les précipitations à Bordeaux ~ 80 Bq/m². an J.L. Reyss LSCE

30 Comme 14 C, tritium pur Q = 2,3 Mev Comme 137 Cs Produit de fission T = 28,5 ans ½ - Comportements différents dans la nature 137 Cs potassium 90 Srcalcium - Etude en Italie 137 Cs absorbé préférentiellement par les feuilles 90 Sr absorbé préférentiellement par les racines Etude à faire : Quelle courbe en 90 Sr en fonction du millésime ? 90 Sr

31 Isotopes de Ra 226 Ra (U), 228 Ra (Th), faibles ( < 50 mBq/l), présents dans beaucoup de vins, mais pas dans tous ! Test sur des St Emilion 1999, mesurés en 2003 : A( 226 Ra) = 20 mBq/l A( 228 Ra) ~ 10 mBq/l OK ! A( 228 Th) ~ 10 mBq/l OK ! Rappels : 226 Ra T 1/2 = 1600 ans 228 Ra T 1/2 = 5,7 ans ; 228 Th T 1/2 = 1,9 ans Pour un vin récent A( 226 Ra) = A( 228 Ra) A( 228 Th) = 0 Autre test (avec Ge puits) Sémillon 2003 (mesuré fin 2003) : A( 226 Ra) = 21(1) mBq/l A( 228 Ra) = 30(3) mBq/l A( 228 Th) / A( 228 Ra) = 0,25 8 mois OK

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33 Verre des bouteilles (en non destructif) Pas de 137 Cs, mais contient beaucoup de 40 K et U/Th/Ra Verre 40 K 226 Ra 228 Ra 1929~ 850 cph~ 300 cph > 1950~ 200 cph40 – 100 cph50 – 100 cph Important pour les vins très vieux ! Encore une étude à faire ! Radioactivité des verres

34 Expérience de physique fondamentale (neutrino, matière noire) Développements techniques Autres disciplines Œnologie + Spectrométrie gamma bas bruit de fond Datation non destructive par 137 Cs Utilisée par la DGCCRF Datation des vins « jeunes » par 137 Cs, 210 Pb, Ras Vieux rêve des œnologues : reconnaître le terroir ! Pourquoi pas en recherchant tous les isotopes radioactifs ? Pourquoi ne pas associer le vin, les pruneaux, le chocolat, le sel, etc...?Conclusion

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38 Critères de départ : Pouvoir « regarder » plusieurs kg démetteurs Pouvoir « regarder » différents isotopes Etudier evt/evt tracking des électrons Mesurer lénergie des calorimètre Détection des, études du BdF Réduction du BdF par sélection de matériaux « radiopures » par blindage, neutrons et radon par temps de vol des e - par champ magnétique (paires e +,e - )

39 100 Mo (6,9 kg) Q= 3,034 MeV N BdF = 0,2 evts/an*kg ( ) 0, Bi < 0, Tl < 0,04 T 1/2 > ans < 0,1 – 0,3 eV (90% C.L.) Conditions : 214 Bi < 0,3 mBq/kg 208 Tl < 0,02 mBq/kg 82 Se (0,93 kg) Q= 2,995 MeV N BdF = 0,02 evts/an*kg ( ) 0, Bi < 0, Tl < 0,01 T 1/2 > 1, ans < 0,45 – 1,2 eV (90% C.L.) Sensibilité en 5 ans de prise de données


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