Study and development of microporous organic compounds for radon adsorption and his application in particle physics
Étude et développement de substrats microporeux pour l'adsorption du radon et son application en physique du neutrino
Résumé
The neutrino is one of the twelve elementary particles from the standard model. It is characterize by a neutral electrical charge and an extremely low mass. Many experiments have been set up in order to study the properties of neutrino. Despite scientific breakthrough, the nature of this particle is still unknown up to now. The NEMO collaboration is studying the neutrinoless double beta decay, a very rare radioactive process, to find out the nature of neutrino and to know if the neutrino is equivalent to the antineutrino.
Today, the NEMO collaboration is building a new detector called SuperNEMO. The gas inside the detector need to have a concentration in radon below 100 μBq/m3, to minimize the radioactive background. The purification of this gas is achieved from the adsorption of radon by microporous material.
In this work, we have developed in CPPM a bench test to measure the radon adsorption by various materials, in order to propose an adsorption model, and to reach the purity condition needed for SuperNEMO.
Along with the study on adsorbents available and to better understand the radon adsorption, we synthetized and studied at CINaM star-shape polyaromatic hydrocarbons and branched or dendritic aromatic polymers, incorporating sulfur, to adsorb radon.
Le neutrino est l’une des douze particules élémentaires du modèle standard. Il se caractérise par une charge électrique nulle et une masse extrêmement petite. De nombreuses expériences ont été conçues afin d’étudier les propriétés des neutrinos. Malgré les avancées effectuées jusqu’à présent, la nature du neutrino est, encore aujourd’hui, inconnue. La collaboration NEMO (Neutrino Ettore Majorana Observatory) étudie la double désintégration bêta sans émission de neutrino, phénomène radioactif très rare, afin de découvrir la nature du neutrino et de déterminer s’il est, ou non, identique à son antiparticule.
Aujourd’hui, la collaboration NEMO construit un nouveau détecteur baptisé SuperNEMO. Le gaz présent dans le détecteur requiert une concentration en radon inférieur à 100 μBq/m3, afin de minimiser le bruit de fond radioactif. La purification du gaz est réalisée grâce l’adsorption du radon par des matériaux microporeux.
Dans ce travail, nous avons développé au CPPM (Centre de Physique des Particules de Marseille) un banc de mesures pour quantifier l’adsorption du radon par divers matériaux, afin d’en tirer un modèle, et atteindre les conditions de pureté requise pour SuperNEMO.
En parallèle avec l’étude d’adsorbants disponibles, et de manière à mieux explorer la problématique de l’adsorption du radon, nous avons synthétisé et étudié au CINaM (Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille) des composés polyaromatiques hydrocarbonés étoilés et des polymères aromatiques branchés ou dendritiques, incorporant du soufre, pour adsorber le radon.
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