Institute for Radiation Protection and Nuclear Safety (IRSN)
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Drying in nanoporous media with Kelvin effect: Capillary imbibition against evaporation by smoothed particle hydrodynamics method
No full textInternational audienceUnderstanding drying processes in nanoporous media is of great importance in many technological and industrial situations. To better understand how gas moves through clayey rocks, of interest for underground disposal of radioactive wastes, we propose using pore-scale direct numerical simulations. In this study, we use the Smoothed Particle Hydrodynamics method, which has proved to be an effective approach for simulating complex fluid dynamics within porous media at the nanoscale. Our simulations consider capillary-dominated two-phase flow with evaporation and condensation at liquid–gas interfaces, coupled to the diffusion of water vapor in the gas phase, as well as the Kelvin effect, which is a specific feature of nanopores. Our evaporation-condensation model is validated against analytical solutions. The size of the compact support of kernel function and the particle density required to obtain accurate and stable results of capillary pressure are investigated. Drying regimes, capillary-driven and evaporated-driven, are explored. A specific effort is made to highlight the influence of the Kelvin effect on desaturation and the creation of preferential paths for gas flow as well as its impact on drying rate. The role of condensation due to local vapor concentration conditions is also emphasized
Ratiometric fiber optic fluorescent pH sensor for hydroxide diffusion measurements in concrete
No full textInternational audienceThis article delineates the development of an advanced ratiometric pH optode designed for protracted monitoring of pH dynamics in cementitious materials—a crucial aspect of structural management. The optode features a dual-layer Hydromed™ D4 polymer pellet incorporating a pH-sensitive Naphth-AlkyneOMe fluorescent probe (pKa ≈ 12) and CdSe quantum dots as an internal reference. The polymer matrix, optimized with diamond powder and carbon black, enhances the signal while minimizing light artifacts. Demonstrating a robust response to pH fluctuations, the optode, utilizing ratiometric measurements, enables steadfast monitoring for up to 75 days.The experimental setup includes a Delrin® sample compartment housing a glass slide with the optode connected to an optical fiber via an SMA connector. HydroMed™ D4 films, forming the pH-sensitive layer, are deposited on the glass slide and secured. The optode configuration is fine-tuned to optimize signal intensity by reducing its length. For optode-detector coupling, a 1000 µm core diameter optical fiber links the optode, and a 405 nm LED illuminates the sensing film. The emission signal is collected through the optical fiber, and signals are processed using computer-controlled lock-in amplifiers.In the investigation of hydroxide ion diffusion through a concrete sample, the optode's efficacy was validated, aligning with pH electrode measurements. Addressing long-term stability, a degradation model uncovered leisurely kinetics with commendable stability. Slow degradation kinetics, with a reaction rate coefficient of 1.6 × 10⁻⁷ s⁻¹ and a half-life of 1180 h, exceeded expectations.This pH optode, showcasing an accurate and resilient response to pH variations within the 10 to 12.5 range, stands as a promising tool for monitoring pH dynamics in low-pH cementitious materials. The incorporation of a degradation model underscores fidelity over prolonged durations and offers a blueprint for enduring surveillance of concrete structures
Development of microfluidic chips to immobilize living organisms for irradiation with a proton microbeam
No full textInternational audienceSince their first use on cells, either individual cells or on cell populations, ion microbeams have proven their interest in exploring the effects of ionizing radiation. With the growing interest to go towards irradiating multicellular organisms, the need to immobilize the samples to allow a fast, precise, and reproducible irradiation represents a non-negligible technical challenge. Although the use of anesthetics can be efficient to transiently stop the movements of some models, it can induce bias, and is not ideal to study phenomena such as motor function.Microfluidics is a technology that has appeared in the 90’s. It is quickly developing, with the use of new materials and fabrication techniques. With the development of bio-compatible materials, it can be applied to many biology domains, such as radiation biology. The versatility and precision of the fabrication techniques allows the design of microfluidics chips adapted to microbeam experiments, thus significantly improving the variety of biological samples that can be studied.Two types of microfluidic chips have been developed for proton microbeam irradiation on the MIRCOM facility, based in Cadarache (France). The first one is dedicated to the irradiation of the nematode Caenorhabditis elegans, a reference model in biology. It has been designed to immobilize adult nematodes, allowing head irradiation to study the effects of proton irradiation on the central nervous system. The second one is dedicated to the irradiation of sea bass (Dicentrarchus labrax) and zebrafish (Danio rerio) embryos. It has been designed to immobilize embryos, allowing their irradiation with protons to reproduce the radiative environment of an Earth-Moon travel, to study the feasibility of space aquaculture on the Moon, in the framework of the Lunar Hatch project.In addition to the chips themselves, we will present the first validation studies of both designs, and the first results obtained during recent experimental campaigns
Microstructural Examination of Gas Migration Influence in Heterogeneous Pellet/Powder Bentonite Mixtures Using X-ray Computed Micro-Tomography
No full textInternational audienceBentonite pellets and powder mixtures are commonly considered in the composition of Engineered Barriers (EB) and sealing plugs in deep geological disposals of radioactive waste. The mixture provides notable advantages during placement, streamlining installation procedures and achieving optimal dry densities with minimal compaction effort. However, it exhibits a highly complex hydromechanical behavior, which is primarily influenced by the significant initial structural heterogeneity of the mixture [1]. In [2], [3] it is shown that these initial structural heterogeneities might result in a persistent heterogenous distribution of bentonite density after full saturation
Approches hiérarchiques bayésiennes pour l'estimation d'un risque sanitaire induit par l'exposome professionnel (co-expositions radiologiques à faibles doses sujettes à des erreurs de mesure) : Application à la cohorte française des mineurs d'uranium
No full textThe population of uranium miners is a reference population for studying the health effects of chronic exposure to various sources of ionising radiation (IR): radon, gamma rays and uranium dust. However, two statistical problems arise in these studies: 1) the miners' exposures measures are error-prone; 2) the exposures to the three sources of IR are highly correlated. In radiation epidemiology, measurement errors in exposures are often ignored and health risks are estimated source by source, ignoring the synergistic or antagonistic effects of simultaneous exposures. The aim of this work, which is divided into two parts, is to promote the use of hierarchical Bayesian models to address the two problems raised above. All the statistical methods proposed in this work are applied to estimate a health risk from survival data in the French cohort of uranium miners.A model is proposed for estimating a health risk while considering complex measurement errors on radon exposures. These measurement errors depend on the miner's workplace and its work habits which change little over time. These errors are therefore spatially and temporally correlated. They are also heteroscedastic: their variances decrease over time as methods for assessing radon exposure improve. The proposed models are used account for measurement errors in radon exposure when estimating the risk of death by lung cancer, kidney cancer, brain and central nervous system cancer and leukaemia. The correction of the measurement errors and the estimation of the health risk are carried out simultaneously so that the estimation of the risk coefficient account for the uncertainty in the exposures. An MCMC algorithm was implemented in Python 3.8 to infer the model within a Bayesian framework. A simulations study is then carried out to estimate the impact of model misspecification on risk estimates.The three exposures to IRs are considered simultaneously when assessing a health risk by using profil regressions mixture (PRM) models. These models are used to create groups of miners with similar exposure profiles and similar health risks. As before, the inference of groups and the estimation of health risk are carried out simultaneously so that the uncertainty in the grouping is accounted in the estimation of risk. The number of groups in the model is infinite, but only a finite number of groups are non-empty. This assumption, which implies that the number of model parameters is infinite, introduces a difficulty in inferring the model. In addition, the output of the inference algorithm cannot be interpreted directly: post-processing must be carried out in order to form the different groups of individuals. While the choice of post-processing used has an impact on the grouping of individuals, there are only few guidelines on this in the scientific literature. This work proposes a Python implementation of a time-efficient MCMC algorithm for inferring PRM models. This algorithm is used to estimate the risk of death from lung cancer in the French cohort of uranium miners associated with simultaneous exposure to radon, gamma rays and uranium dust. Finally, a simulation study is carried out to compare different post-treatment procedures and provide guidelines on their use.La population des mineurs d'uranium est une population de référence pour étudier l'effet sanitaire d'une exposition chronique à différentes sources de rayonnements ionisants (RI) : le radon, les rayonnements gamma et les poussières d'uranium. Cependant lors de ces études deux problèmes statistiques se posent : 1) les expositions des mineurs sont mesurées à une erreur près ; 2) les expositions aux trois sources de RIs sont fortement corrélées entre elles. En épidémiologie des RIs, les erreurs de mesure sur les expositions sont souvent ignorées et les risques sanitaires sont estimés source par source, ignorant les effets synergiques ou antagonistes des expositions simultanées. Ce travail, se découpant en deux parties, vise à promouvoir l'utilisation de modèles hiérarchiques bayésiens, permettant de répondre aux deux problèmes posés précédemment. L'ensemble des méthodes statistiques proposées est appliqué lors de l'estimation d'un risque sanitaire à partir de données de survie dans la cohorte française des mineurs d'uranium.Un modèle est proposé permettant d'estimer un risque sanitaire associé à une exposition chronique au radon en considérant des erreurs de mesure complexes sur ces expositions au radon. En effet, les erreurs de mesure considérées dépendent du lieu de travail du mineur ainsi que de ses habitudes de travail qui changent peu au cours du temps. Ces erreurs sont donc corrélées spatialement et temporellement. De plus, elles sont hétéroscédastiques : leurs variances décroissent au cours du temps en même temps que les méthodes d'évaluation des expositions au radon se perfectionnent. Les modèles proposés sont utilisés afin de considérer les erreurs de mesure sur les expositions au radon lors de l'estimation du risque de décès par cancer du poumon, cancer du rein, cancer du cerveau et du système nerveux central et leucémie. La correction des erreurs de mesure et l'estimation du risque sanitaire sont faites simultanément afin que l'estimation du coefficient de risque tienne compte de l'incertitude sur les expositions. Un algorithme MCMC est implémenté en Python 3.8 afin de mener l'inférence du modèle dans un cadre bayésien. Une étude par simulations est ensuite menée afin d'estimer l'impact d'une mauvaise spécification du modèle sur les estimations de risques.La prise en compte simultanée des trois expositions aux RIs est réalisée à l'aide des modèles de mélange de régressions sur profil d'expositions (PRM). Ces modèles permettent de créer des groupes de mineurs ayant un profil d'expositions similaire et un risque sanitaire similaire. Comme précédemment, l'inférence des groupes et l'estimation du risque sanitaire sont effectuées simultanément afin que l'incertitude sur le regroupement soit prise en compte dans l'estimation du risque. Le nombre de groupes dans le modèle est infini mais seulement un nombre fini de groupes sont non vides. Cette particularité, impliquant que le nombre de paramètre du modèle soit infini, introduit une difficulté dans l'inférence du modèle. De plus, les sorties de l'algorithme d'inférence ne sont pas interprétables directement : un travail de post-traitement doit être effectué afin de former les différents groupes d'individus. Tandis que le choix du post-traitement utilisé a un impact sur le regroupement des individus, les recommandations quant à celui-ci sont quasi inexistantes dans la littérature. Ce travail propose une implémentation en Python d'un algorithme MCMC peu coûteux en temps permettant d'inférer les modèles PRM. Cet algorithme est utilisé afin d'estimer le risque de décès par cancer du poumon dans la cohorte française des mineurs d'uranium associé à des expositions simultanées au radon, aux rayonnements gamma et aux poussières d'uranium. Enfin une étude par simulations est menée afin de comparer les différentes procédures de post-traitement et émettre des recommandations quant à l'utilisation de ces dernières
Avis de l'Anses relatif à l’évaluation du phosphite de tris(4-nonylphényle, ramifié) et sonidentification en tant que substance extrêmement préoccupante (SVHC) dans le cadre de REACH
No full textCitation suggérée: Anses. (2024). Avis de l'Anses relatif à l’évaluation du phosphite de tris(4-nonylphényle, ramifié) et son identification en tant que substance extrêmement préoccupante (SVHC) dans le cadre de REACH, 15 p.Dans le cadre de la procédure d’évaluation des substances prévue par le Règlement REACH n°1907/2006 (articles 44 à 48), les Etats Membres de l’Union européenne et des pays de l’Espace économique européen (à savoir la Norvège, l’Islande et le Liechtenstein ) évaluent chaque année des substances jugées prioritaires, dans le but de clarifier une ou des préoccupation(s) émanant de la fabrication et/ou de l’utilisation de ces substances et quipourrai(en)t entraîner un risque pour la santé humaine et/ou pour l’environnement. Ces substances sont inscrites sur le plan d’action continu communautaire (CoRAP), publié sur le site internet de l’Agence européenne des produits chimiques (ECHA) avec une courte description des préoccupations initialement identifiées pour chacune des substances. Dans la majorité des cas, ces préoccupations initiales sont liées aux propriétés de danger, en combinaison avec une utilisation susceptible de conduire à une dispersion environnementale ou des usages générant une exposition pour les consommateurs.Les États membres peuvent cibler leur évaluation sur la préoccupation initiale, mais peuvent aussi l’élargir à tout ou partie des autres propriétés de la substance. A l’issue des 12 mois d'évaluation par l’État membre évaluateur deux situations peuvent se présenter : a) des informations supplémentaires peuvent être demandées aux déclarants des substances, si ces données additionnelles sont jugées nécessaires pour lever un doute sur un danger suspecté. Dans ce cas, un projet de décision est discuté au sein du Comité des Etats-membres (CEM) de l’Agence européenne des produits chimiques (ECHA) ; b) il peut être conclu qu'aucune donnée supplémentaire n'est nécessaire. Dans ce cas, un document de conclusion est rédigé. Ce document inclut le rapport d’évaluation, les conclusions de chaque section du danger évalué et les actions règlementaires envisagées telles que l’identification de la substance en tant que SVHC, une proposition de restriction ou de classification harmonisée. Par ailleurs, le règlement REACH prévoit que les substances chimiques ayant des propriétés de perturbation endocrinienne puissent être identifiées comme extrêmement préoccupantes (SVHC) en conformité avec son article 57(f). Pour cela, l’article 57(f) précise également que la substance doit présenter un niveau de préoccupation équivalent aux autres critères d’identification SVHC (CMR , PBT, vPvB ) en raison de ses propriétés de perturbation endocrinienne.Une identification SVHC a pour conséquence directe une obligation pour l’industrie de notifier à l’ECHA la présence de la substance dans les articles fabriqués ou importés contenant la substance à plus de 0,1% (tel que défini à l’art. 7 de REACH) et d’informer le destinataire d’un article de la présence de la substance (tel que défini à l’art. 33). Elle ouvre la possibilité d’une mise à l’autorisation (Annexe XIV du règlement) qui limiterait les usages de la substance en les conditionnant à l’octroi d’une autorisation temporaire et renouvelable. L’objectif de l’autorisation est d’aboutir à terme à une substitution des usages concernés de la substance. Dès l’identification SVHC, on peut néanmoins espérer un effort de substitution : il s’agit pour les filières de s’adapter en amont des limitations d’usages et pour les metteurs sur le marché de préserver leur image de marque. Le phosphite de tris(nonylphényl) (numéro CAS 26523-78-4) a été évalué pour la première fois dans le cadre du règlement sur les substances existantes (ESR, règlement (CEE) n° 793/93 du Conseil). Un rapport transitoire au titre de l'annexe XV et un rapport d'évaluation des risques ont été élaborés par la France et publiés en 2008. La substance a été incluse par la France dans le plan continu communautaire (CoRAP) de REACH pour l'évaluation des substances en 2013 pour les motifs de préoccupation initiaux concernant l'environnement : - propriétés PBT potentielles (persistance, bioaccumulation et toxicité)- utilisation par les consommateurs ;- exposition aux population sensibles ;- tonnage élevé (agrégé);- usages dispersifs ;- ratio de risque (RCR) élevé.Le phosphite de tris(nonylphényl) a été initialement enregistré dans REACH en tant que monoconstituant. Toutefois, au cours du processus d'évaluation de la substance, l'ECHA a estimé que l'identité de la substance devait être adaptée pour refléter de manière appropriée l'identité et la composition de la substance enregistrée. A cet égard, une décision a été adressée aux déclarants demandant des informations pour clarifier l'identité et la composition de la substance. En conséquence, l'identité et la composition ont été clarifiées et les numéros d'identification ont été modifiés en mars 2016. Les identifiants du phosphite de tris(nonylphényl) ont été modifiés comme suit: phosphite de tris(4-nonylphényle, ramifié) avec le numéro de liste 701-028-2 et sans numéro CAS spécifique. La procédure d’évaluation dans REACH porte spécifiquement sur cette substance. Au cours de l'évaluation de la substance, une préoccupation supplémentaire a été identifiée concernant les propriétés de perturbation endocrinien par i) la présence de l'impureté 4- nonylphénol ramifié ≥ 0,1% dans certaines formes commerciales de la substance et ii) la dégradation potentielle de la substance en 4-nonylphénol ramifié. Le 4-nonylphénol linéaire etramifié est un groupe des substances identifiées comme extrêmement préoccupantes (SVHC) en raison de leur propriété de perturbateur endocrinien pour l’environnement. Par conséquent, en juillet 2019, la substance, sous ses formes commerciales contenant du 4- nonylphénol ramifié ≥ 0,1 % w/w en tant qu'impureté a été identifiée comme une substance extrêmement préoccupante (SVHC).Afin de clarifier la formation de 4-nonylphénol ramifié par la dégradation du phosphite de tris(4- 4-nonylphényle, ramifié) ainsi que la persistance de la substance, une décision SEV-D2114516891-47-01/F a été adressée aux déclarants de la substance en septembre 2020, demandant une étude d'hydrolyse (méthode d'essai : EU C.7/OECD TG 111) avec détection du 4-nonylphénol ramifié total et, si nécessaire, une étude de simulation sur la dégradationultime dans les eaux de surface (minéralisation aérobie dans les eaux de surface - méthode d'essai EU C.25/OECD TG 309). A l’aune de l’ensemble des données disponibles examinées après réception de la réponse à cette demande, les données apparaissent suffisantes pour statuer sur la caractérisation de la substance au regard du danger PE. Aussi, et en conformité avec les procédures de l’ECHA, un document de conclusion de l’évaluation a été préparé, qui sera rendu public sur le site Internet de l’ECHA. Le présent avis a pour objet de présenter les conclusions de l’analyse de cette substance évaluée par l’Anses et la proposition d’identification SVHC issue de cette expertise
Study of chromium doped UO2 as advanced technology fuels by means of a new variable-charge interatomic potential
No full textInternational audienceThe development of chromium-doped UO2 as advanced technology fuels aims toenhance the safety and performance of nuclear power plants in accident conditionslike loss-of-coolant accidents, while preserving effective operational characteristicsduring normal conditions. This paper presents preliminary results from an ongoingcomprehensive investigation into the diffusion behavior of fission products (FPs) inchromium-doped nuclear fuel. Theoretical studies have suggestedthat these FPs such as Mo and Cs are incorporated into defects containing uraniumvacancies within the fuel matrix. Consequently, in this initial phase, we specificallyexamine the impact of chromium doping on uranium diffusion, as it may significantlyinfluence the behavior and distribution of most FPs within the fuel structure. Theanalysis is carried out at the atomic level using molecular dynamics simulationsusing the LAMMPS software, which requires the refinement of interatomic potentials.To accurately represent the behaviour of chromium-doped UO2 an improved versionof the SMTB-Q potential, now called SMTB-QB (Second-Moment Tight-Binding QeqBond), was developed to ensure local electroneutrality instead of global one. First,the new SMTB-QB model was validated on undoped UO2 by comparing itspredictions with experimental results and density functional theory (DFT) studies,focusing on heat capacity variations with temperature and the analysis of chargeddefects in both stoichiometric and non-stoichiometric UO2. We then compared thediffusion behaviour of oxygen and uranium in both undoped and chromium-dopedUO2. Our calculations indicate that uranium diffusion is accelerated in chromium-doped UO2, which could have possible consequences on fission product mobility
Criticality safety of fuel assemblies with missing fuel rods
No full textInternational audienceThe present work is concerned with the problem of determining the reactivity of an assembly from which an unknown number of fuel pins are removed at random locations. Because it is usually designed to be under-moderated, the reactivity of an incomplete assembly will pass by an optimum when the number and position of the missing rods vary. Estimating this maximal reactivity is paramount for criticality safety but is difficult to achieve in practice, because of a prohibitive combinatorial factor, that forbids any direct approach of the problem. It is shown that the maximum reactivity of an isolated PWR assembly with missing fuel rods can be estimated with very few calls on time expensive computer simulations. Drawing a parallel with the field of neutron transport in random geometries, it is indeed shown that the problem can be reduced to an optimum search in an appropriate bounded, bi-dimensional space
Ruthenium behavior in the reactor cooling system in case of a PWR severe accident: study of oxidative conditions with stainless steel tube
No full textInternational audienceIn the research field on severe accidents in nuclear power plant, a specific scenario correspond to accident with oxidative conditions for which damaged fuel can be highly oxidised with significant releases of ruthenium oxides. Ruthenium chemistry is complex, and the current knowledge has to be deepened to better assess ruthenium source term with potential radioactive releases to the environment as volatile ruthenium tetroxide. In this work, experimental studies are focused on ruthenium behaviour along a stainless-steel thermal gradient tube, with maximum temperature of 1200 °C, simulating the reactor cooling system in oxidizing conditions with mainly steam/air gas mixtures. Results showed that few % of ruthenium oxides (< 10% with SS tube) can reach low temperature, representative of containment temperature, even with low oxygen content in the carrier gas. The ruthenium revaporization process from the Ru deposits along the tube on mid-term was studied. Influence of carrier gas composition (steam %), flow rate and NOx feed are discussed
Cancer mortality after low dose ionizing radiation exposure among workers in France, the United Kingdom, and the United States (INWORKS)
No full textInternational audienceBACKGROUND AND AIMCurrently, the study of Japanese atomic bomb survivors serves as the primary basis for the quantitative risk estimates used in occupational and environmental radiation protection. A cohort study of nuclear workers was undertaken to provide a large-scale international assessment of mortality risks from protracted low-dose, low dose-rate ionizing radiation exposure.METHODA cohort study of 309,932 nuclear industry workers in the United Kingdom, France, and the United States of America with individual monitoring data for external exposure to ionising radiation and a total follow-up of 10.7 million person-years was conducted. Poisson regression models were fitted to estimate the excess relative rate per gray (Gy) of radiation dose for mortality from cancer.RESULTSThe study included 103,553 deaths, of which 28,089 were due to solid cancers. The estimated rate of solid cancer mortality increased with cumulative dose by 52% per Gy (90% confidence interval: 27% to 77%), lagged by 10 years. Restricting the analysis to the low cumulative dose range (0-100 mGy) approximately doubled the estimate of association (and increased the width of its confidence interval), as did restricting the analysis to workers hired in the more recent years of operations. Exclusion of deaths from lung cancer and pleural cancer had modest impact on the estimated magnitude of association providing indirect evidence that the association was not substantially confounded by smoking or occupational asbestos exposure.CONCLUSIONSINWORKS provides a direct estimate of the association between protracted low dose exposure to ionising radiation and solid cancer mortality based on some of the world’s most informative cohorts of radiation workers. The summary estimate of excess relative rate solid cancer mortality per Gy is larger than estimates currently informing radiation protection