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Pour en savoir plus sur les recherches récemment menées au André E. Lalonde Laboratoire SMA.
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Niveau pré-nucléaire de 129I dans l'environnement (sous-surface, eaux souterraines et minéraux)
Hamed Mozafarishamsi
L'iode est un anion et est mobilisé à partir des déchets nucléaires en milieu aqueux. Parmi tous les isotopes de l'iode, le 129I as la plus longue demi-vie. L'objectif de cette recherche sera la détermination de l'abondance naturelle du 129I dans quatre environnements différents.
Site géologique à fond élevé (Cigar Lake Natural Analog): La détermination du I129 dans les analogues naturels est importante car elle peut réduire l'incertitude des prévisions à long terme sur la mobilité de I129 dans un système de dépôt géologique profond (DGP). La Commission canadienne de sûreté nucléaire (CCSN) s'intéresse à Cigar Lake pour étudier la mobilité de I129 dans un site géologique à fond élevé. Le lac Cigar est considéré comme un site à fond élevé en raison des fortes concentrations d'uranium (jusqu'à 662 000 ppm). I129 est en équilibre séculaire avec son parent (238U). En tant que tel, la valeur mesurée sera comparée aux valeurs prévues d'équilibre séculaire afin d'interpréter les résultats de la mesure du 129I.
Site géologique à faible fond (site de Bruce): Le site nucléaire de Bruce (Kindardine, ON) est l'une des zones où Ontario Power Generation (OPG) envisage de construire un DGP pour stocker des déchets radioactifs de faible et moyenne activité. Ce site nous permet d'explorer des niveaux de fond de 129I dans un environnement vierge. Par rapport à Cigar Lake, le site de Bruce est considéré comme un site géologique à faible fond, car les concentrations d'uranium dans cette zone varient de 1 à 5 ppm.
Site de surface à faible fond (flux artésiens d'Elmvale): Les puits artésiens Elmvale sont considérés comme un site de surface à faible fond pour trouver le niveau de fond de 129I dans l'environnement. La concentration de tritium dans ce flux artésien est nulle et ce site est donc un bon candidat pour mesurer les niveaux prénucléaires de 129I. De plus, nous utiliserons également le 129I comme traceur pour comprendre l'hydrologie régionale.
Minéraux riches en iode (iodargyrie et marshite): Les minéraux riches en iode comme l'iodargyrite (AgI) et la marshite (CuI) peuvent être utilisés pour mesurer le 129I lorsque le minerai s'est formé. Nous pouvons mesurer le niveau de fond de 129I dans ces minéraux avec le moins de préparation chimique possible (réduisant ainsi la contamination potentielle) directement avec la SMA.
Hamed est un étudiant au doctorat en sciences de la terre et de l'environnement sous la supervision du Dr Ian Clark et du Dr Matthew Herod de l'Université d'Ottawa. Il a terminé sa maîtrise en ingénierie environnementale à l'Université de Téhéran en 2013.
Séparation isobare pour les anions en spectrométrie de masse par accélérateur
Erin Flannigan
La présence d'isobares indésirables (éléments de même poids atomique) dans la spectrométrie de masse par accélérateur (SMA) limite sa sensibilité. Des sources d'ions négatifs sont utilisées pour éliminer les isobares atomiques contenant des ions négatifs instables (par exemple 14N dans les mesures de 14C) et un stripage à gaz situé à l'extrémité de l'accélérateur dissocie les isobares moléculaires (par exemple 12CH2 ou 13CH dans les mesures de 14C). Dans les systèmes SMA à haute énergie, des feuilles, un stripage complet ou des aimants remplis de gaz peuvent être utilisés pour éliminer les isobares d'éléments légers additionnels. Cependant, pour les systèmes SMA plus petits, tels que l'accélérateur Lalonde, la séparation de nombreux isobares atomiques abondants reste un défi.
Mon travail consistera à intégrer le séparateur d'isobares pour les anions (SIA), un système de cellules de réaction quadripolaires à radiofréquence, dans une deuxième ligne d'injection du système SMA. Cette méthode innovante de séparation des isobares fournira aux laboratoires SMA un moyen compact et abordable de mesurer une plus grande variété de radio-isotopes en réduisant ou en éliminant l'interférence des isobares abondants. Pour ce faire, on utilise une cellule remplie de gaz, dans laquelle le gaz est soigneusement choisi pour réagir de préférence avec l'isobare interférent. En utilisant le logiciel de simulation d'optique ionique, SIMION, pour guider le choix des champs appliqués le long du trajet des ions, j'optimise les caractéristiques du faisceau et je produis ainsi la transmission d'ions la plus élevée à travers le SIA.
Une fois que le faisceau aura été caractérisé expérimentalement et que la transmission aura été optimisée, le SIA sera utilisé pour la mesure de nombreux isotopes qui n'avaient pas été étudiés auparavant au laboratoire Lalonde-SMA, y compris, mais sans s'y limiter, le 36Cl, le 90Sr et le 135,137Cs. Le 36Cl est un isotope important pour la détermination de l'âge, les études paléoclimatiques et les études des météorites ou des matériaux lunaires, tandis que le 90Sr et le 135,137Cs sont des isotopes trouvés dans les retombées des essais d'armes nucléaires ou des accidents nucléaires.
Erin est une doctorante de deuxième année qui étudie la physique à l'Université d'Ottawa sous la supervision du Dr William Kieser. Elle a précédemment obtenu une licence en physique chimique et une maîtrise en physique à l'université de Guelph.
Sourcerie d’ion: Quand on compte les atomes, chaque atome compte!
Collin Tiessen
L'origine de la spectrométrie de masse par accélérateur (SMA) et son succès en tant que méthode de datation du 14C (et d'autres isotopes) remonte à la découverte que son isobare omniprésent, le 14N, ne produit pas d'ions négatifs stables. Depuis lors, la source d'ions de césium par pulvérisation cathodique est la méthode de choix pour extraire ces ions négatifs. Des échantillons du monde entier, utilisés pour toutes sortes de recherches, sont préparés chimiquement et pressés en cibles identiques qui sont injectées individuellement dans la source d'ions pour être extraites dans l'accélérateur. À l'intérieur de la source d'ions, les ions de césium chargés positivement sont accélérés par une différence de potentiel électrique jusqu'à ce qu'ils entrent en collision avec l'échantillon. Les atomes de carbone contenus dans l'échantillon sont libérés et obtiennent un électron supplémentaire lorsqu'ils traversent une fine couche de césium à la surface de la cible. Le faisceau d'ions négatifs qui en résulte est accéléré par la même différence de potentiel et injecté dans l'accélérateur.
Les ions du faisceau qui s'éloignent trop de l'axe du faisceau sur leur chemin vers le détecteur entrent en collision avec les parois de l'accélérateur et sont perdus. Pour ma thèse, j'utilise le logiciel de simulation de la trajectoire des ions (Logiciel Integrated Engineering Lorentz 2E) pour simuler les faisceaux d'ions positifs et négatifs, y compris les effets de charge spatiale de chaque faisceau sur l'autre. Cela permet de mieux comprendre l'électrodynamique de la source d'ions et de concevoir, construire et tester un modèle amélioré. Une source optimisée permettrait d'augmenter le débit d'échantillons et d'améliorer potentiellement l'efficacité de l'utilisation des échantillons précieux.
Collin est un doctorant en physique à l'Université d'Ottawa, spécialisé dans le développement de sources d'ions négatifs avec le Dr William Kieser. Pendant ses études, il a effectué trois stages d'été : un au Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, en Californie, aux États-Unis, et deux au laboratoire de spectrométrie de masse par accélérateur de Dresde, au Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf à Dresde, en Allemagne.
Mesures isotopiques du radiocarbone et du carbone stable du carbone inorganique dissous (CID) dans la baie de Baffin
Sara Zeidan
Les océans stockent environ la moitié du dioxyde de carbone (CO2) émis dans l'atmosphère par les combustibles fossiles sous forme de carbone inorganique dissous (CID), contenant ~38 000 GtC , y faisant le plus grand réservoir de carbone marin. L'océan Arctique est une région qui est à la fois chimiquement et écologiquement sensible, et on sait peu de choses sur les impacts du changement climatique sur le cycle du carbone marin de cette région et sur le CO2 atmosphérique). La baie de Baffin est un bassin océanique qui alimente la mer du Labrador en eau douce et froide de surface, essentielle à la formation des eaux profondes et au "moteur" de la circulation océanique profonde mondiale. Le temps de séjour de l'eau dans la baie de Baffin reste un sujet de débat scientifique, avec des temps de ventilation estimés entre 77 et 1 450 ans.
Les échantillons de DIC collectés dans toute la baie de Baffin seront mesurés pour le 14C et le 13C, deux outils puissants utilisés pour contraindre les paramètres océanographiques physiques et mieux comprendre le cycle du carbone marin. Sur la base de ces mesures, nous émettons l'hypothèse que 1) Le temps de séjour estimé des eaux profondes de la baie de Baffin sera inférieur à 1,450 2) Des signatures de bombes et de 14C anthropiques auront pénétré dans ces eaux les plus profondes de la baie de Baffin 3) Une approche de double traceur 14C, 13C permettra de quantifier les contributions des membres finaux des eaux de l'Atlantique, de l'Arctique et du Pacifique aux eaux profondes de la baie de Baffin. Des échantillons d'eau de mer ont été recueillis par un système de rosette CTD sur le NGCC Amundsen en juillet 2019 dans toute la baie de Baffin. Les échantillons ont été empoisonnés avec du HgCl2 saturé, et seront extraits et analysés par spectrométrie de masse par accélérateur (SMA) à l'Université d'Ottawa. Ce travail permettra de mieux comprendre le cycle du carbone marin de l'Arctique, de limiter davantage la circulation physique dans la baie de Baffin et de quantifier la quantité de carbone anthropique séquestré.
Sara est actuellement en première année d'études supérieures à l'Université d'Ottawa, où elle étudie les sciences de la terre avec une spécialisation en toxicologie chimique et environnementale sous la direction du Dr Brett Walker.
Source et âge des émissions de CO2 dans la zone riveraine adjacente aux champs agricoles
David Zal
Le cycle du carbone est composé de trois principaux réservoirs : l'atmosphère, les océans et la biosphère terrestre, dans lesquels le carbone circule. Cette étude examine la contribution de la respiration du sol au cycle du carbone. Les carottes de sol ont été prélevées en dehors d'Ottawa dans des champs agricoles et dans la zone riveraine adjacente. L'atmosphère contient actuellement environ 800 gigatonnes de carbone, ce qui équivaut à environ 400 ppm de CO2. Il est crucial de comprendre la respiration du carbone séquestré qui est libéré sous forme de CO2 dans l'atmosphère. Cela permet de calculer la vitesse à laquelle le carbone séquestré est libéré sous forme de CO2 par la respiration.
“J'aime vraiment faire de la recherche, car il y a tant de questions que l'on peut se poser et tant de possibilités d'y répondre, tout en apprenant quelque chose de nouveau chaque jour.”
Les objectifs de ce projet sont de 1) déterminer l'âge du CO2 libéré dans l'atmosphère par les sols agricoles, 2) déterminer l'impact du dragage de la zone riveraine sur les émissions de CO2 du sol et 3) déterminer si le dragage de la zone riveraine libère du CO2 plus ancien. Il est prévu que les sites qui n'ont pas été perturbés libèrent moins de CO2 et du CO2 plus jeune par rapport aux sites perturbés. Les profils de profondeur d'incubation du microcosme des formes de sol montrent la respiration du carbone séquestré avant et après 1963, avec le CO2 respiré des carottes de sol devenant plus vieux avec la profondeur. L'isotope stable, le 13C, démontre que tout ce carbone provient de la végétation C3. Des recherches supplémentaires permettront de mieux définir l'âge des émissions du sol et la source du CO2 respiré.
David est un récent diplômé de l'Université d'Ottawa, titulaire d'un baccalauréat spécialisé en sciences de l'environnement. Il travaille actuellement comme assistant de recherche pour le professeur Ian Clark, et prévoit de poursuivre ses études de Maîtrise en sciences de la terre.
