Apresentamos os aspectos mais relevantes para se realizar um chafariz a átomos frios de 133Cs, para operá-lo como um padrão primário de tempo e freqüência para realizar a definição do segundo. O objetivo principal desse trabalho foi a otimização do sistema experimental do chafariz de átomos em duas partes críticas: a região de interação e o sistema de detecção. Além disso, otimizamos as diversas fases da manipulação óptica que fazem parte do ciclo de operação de um chafariz com o intuito de aumentar a relação sinal ruído na região de detecção. Quando os átomos são lançados com uma velocidade de 3,39ms-1, atingem o ápice a 60cm acima da região de captura e passam 360ms na região de vôo livre. A temperatura dos átomos na região de detecção não ultrapassa 15,5K e a diferença de população observada através das Franjas de Ramsey, que são a assinatura característica de um padrão de freqüência atômico, tem a largura a meia altura de 1,4Hz. A largura de linha e a relação sinal ruído da franja implicam em uma estabilidade a curto prazo de 5,18×1012. Alguns causadores de deslocamentos de freqüência como a radiação de corpo negro, o efeito Doppler de segunda ordem, o efeito gravitacional e o efeito Zeeman de segunda ordem foram avaliados. / We present some relevant aspects for the realization of a 133Cs fountain, intended to operate as a primary frequency standard to realize the definition of the second. The main goal of this work is the optimization of the experimental setup of the atomic fountain in its most critical parts: the interaction region and the detection system. Furthermore, the several phases of the optical manipulation which concern the operation cycle of an atomic fountain were also optimized. These procedures allowed us to increase the signal to noise ratio in the detection signal. When the launching velocity is about 3.39 m/s, the atoms reach the apogee about 60 cm above the capture region and spend 360 ms in the free flight zone. The atomic ensemble temperature in the detection region is about 15.5K and the population difference between the two fundamental level is measured through the Ramsey fringe with a linewidth of 1.4 Hz. This linewidth, allied to the obtained S/N resulted in the measured short-term stability of 5.18×1012. Some frequency shift as the black body radiation shift, gravitational shift, second order Doppler shift and second order Zeeman shift were measured.

Ce travail s’inscrit dans la continuité des études menées au Laboratoire de Chimie des Substances Naturelles sur la bioremédiation des éléments-traces, et vise à utiliser les écorces de sapin de Douglas pour éliminer l’arsenic et le césium des eaux. Des tests effectués en bain agité ont permis d’établir des isothermes d’adsorption. Leur traduction par le modèle mathématique de Langmuir a démontré que les écorces brutes possèdent de bonnes propriétés intrinsèques pour la biosorption des éléments étudiés. Afin d’augmenter ces propriétés pour le césium, l’écorce a été oxydée pour faire apparaître des fonctions acide carboxylique et/ou imprégnée par l’hexacyanoferrate de nickel. Pour améliorer la biosorption de l’As(V), des fonctions ammonium ont été intégrées à la structure de l’écorce grâce au greffage de la bétaïne et de polyéthylèneimine méthylée. En parallèle, des fonctions thiol ont été introduites via la fixation del’acide lipoïque et de la N-acétylhomocystéine thiolactone, pour accroître l’adsorption de l’As(III). Les modifications entreprises pour la biosorption du césium et de l’As(III) permettent de conserver l’affinité des écorces pour ces éléments tout en augmentant significativement leur capacité d’adsorption. Enfin, les propriétés de biosorption du césium par Biosorb, un biosorbant à base d’écorce développé et commercialisé par la société Pe@rl, ont été confirmées, y compris en colonne à lit fixe. Les données recueillies lors de ces expériences sont cohérentes avec celles issues du logiciel de simulation OPTIPUR, ce qui permet d’envisager l’industrialisation du procédé. / This work follows several studies conducted in the “Laboratoire de Chimie des Substances Naturelles” about bioremediation of trace elements, and aims to use Douglas fir bark to remove arsenic and cesium from water. Tests carried out in batch allowed the establishment of adsorption isotherms. Their interpretation following Langmuir adsorption model showed that crude Douglas fir bark has good intrinsic properties for biosorption of studied elements. In order to improve these properties for cesium sorption, bark was oxidised to form carboxylic acid functional groups and/or impregnated with nickel hexacyanoferrate. So as to increase As(V) biosorption, ammonium functional groups were incorporated in the bark structure by grafting of betaine and methylated polyethyleneimine. In parallel, thiol functional groups were introduced through the fixation of lipoic acid and N-acetylhomocysteine thiolactone, in order to enhance As(III) sorption. Chemical modifications carried out for cesium and As(III) biosorption led to keep the bark affinity for these elements while increasing significantly their adsorption capacity. Finally, the biosorption properties of cesium onto Biosorb, a bark-based biosorbant developed and marketed by Pe@rl society, were confirmed, including in fixed-bed column. Data collected during these experiments are consistent with those from OPTIPUR simulation software, making possible the process industrialisation.

Poröse Kohlenstoffe sind aufgrund ihrer großen Oberfläche, ihrer anpassbaren Porengröße und -zusammensetzung, ihrer guten Leitfähigkeit und Stabilität für die kapazitive Energiespeicherung unverzichtbar. Die effiziente Synthese von porösen Kohlenstoffen mit großer Oberfläche und hoher Ausbeute ist für Anwendungen im großen Maßstab von entscheidender Bedeutung. Herkömmliche Aktivierung und Templatisierung sind aufgrund aggressiver Chemikalien und komplexer Prozesse unbefriedigend. Die Selbsttemplatisierung durch direkte Pyrolyse metallischer organischer Salze bietet eine vielversprechende Alternative, führt jedoch zu geringen Ausbeuten (< 4 %) und begrenzten Oberflächen (< 2000 m²/g). Diese Arbeit untersucht Cäsiumsalze von Carbonsäuren als selbsttemplatierende Vorläufer, um sowohl Ausbeute als auch Oberfläche von porösen Kohlenstoffen zu erhöhen. Die Verwendung von Cäsiumacetat als einzigem Vorläufer führt zu porösen Kohlenstoffen mit großen Oberflächen von bis zu 3000 m²/g und Porenvolumen von bis zu 2 cm³/g. Cäsiummaleate erhöhen die Ausbeute weiter auf 25 %, während Oberflächen von etwa 3000 m²/g erhalten bleiben. Die Interkalation von Cäsiumionen ist der primäre Aktivierungsmechanismus. Durch Anpassen des Massenverhältnisses von Harnsäure zu Cäsiumacetat entstehen poröse Kohlenstoffe mit unterschiedlichen Porengrößen, wobei Zusammensetzung und Oberfläche ähnlich bleiben. Diese porösen Kohlenstoffe weisen eine hohe Kapazität und Zyklenstabilität in Superkondensatoren, Zn-Ionen- oder Na-Ionen-Kondensatoren auf. Supermikroporen sind für eine hohe Kapazität entscheidend, während Mesoporen die Ratenleistung und Zyklenstabilität verbessern. Insgesamt zeigt diese Arbeit, wie Cäsium die Kohlenstoffwissenschaft revolutioniert hat, indem es einen einfachen Syntheseprozess, niedrigere Temperaturen, große Oberflächen und anpassbare Porositäten bietet. / Porous carbons are essential for capacitive energy storage due to their large surface area, tunable pore size and composition, good conductivity, and stability. Efficient synthesis of high surface-area porous carbons with high yield is crucial for large-scale applications. Traditional activation and templating are unsatisfactory due to harsh chemicals and complex processes. Self-templating via direct pyrolysis of metallic organic salts offers a promising alternative, but results in low yields (< 4%) and limited surface areas (< 2000 m²/g). This thesis explores cesium salts of carboxylic acids as self-templating precursors to enhance both yield and surface area of porous carbons. Using cesium acetate as the sole precursor results in porous carbons with high surface areas up to 3000 m²/g and pore volume up to 2 cm³/g. Cesium maleates further increase yields to 25% while maintaining surface areas around 3000 m²/g. Cesium ion intercalation is the primary activation mechanism. Adjusting the mass ratio of uric acid to cesium acetate yields porous carbons with varying pore sizes, maintaining similar compositions and surface areas. These porous carbons exhibit high capacity and cycling stability in supercapacitor, Zn-ion, or Na-ion capacitors. Supermicropores are crucial for high capacity, while mesopores improve rate performance and cycling stability. Overall, this thesis shows how cesium revolutionize carbon science, offering a facile synthesis process, lower temperatures, large surface areas, and tunable porosities.

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Este trabalho relata o desenvolvimento de todo o aparato experimental para a realização de aprisionamento de césio através de uma armadilha magneto-óptica. As fontes de luz neste processo foram os lasers de diodo e todo seu sistema para operação, estabilização e redução da largura de linha foi construído. As medidas das constantes de mola e amortecimento foram realizadas como função dos parâmetros característicos das armadilhas de césio e de sódio. Também realizamos outros experimentos com átomos aprisionados de sódio na presença de duas freqüências, linha D1 e D2. A primeira medida constitui na obtenção da taxa de colisões entre átomos aprisionados na linha D1 e depois foi realizado observações de uma nova estrutura operando neste regime. / This thesis describes the development of a complete experimental setup for trapping cesium by a magneto-optical trap (MOT). In this work we have employed diode lasers as light sources and built the entire system for their operation, stabilization and linewidth reduction. We have measured the MOT spring and damping constants as functions of the characteristic parameters of the cesium and sodium traps. We have also carried out two other experiments on trapped sodium atoms operating in the simultaneous presence of the D1 and D2 line frequencies. The first experiment has established the collision rate of trapped atoms in the D1 line MOT and the second has allowed us to observe a new structure operating in this two-frequency regime.

Made available in DSpace on 2016-08-10T10:38:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Emilia Oliveira Alves Costa.pdf: 2624347 bytes, checksum: 633de56159a2dded5fb51871dbe9fd21 (MD5) Previous issue date: 2010-01-12 / The Brazilian radiological accident that occurred in 1987, in Goiânia, it was a terrible radiation episode. As a consequence, hundreds of people were contaminated due to the Cesium-137 radiation. Recently, many studies had shown that genome instabilities, such as, mutations, chromosomal aberrations, micronuclei formation and microsatellite instability and a delay on cellular death are usually reported on mammal cells exposed to ionizing radiation, being considered as a manly risk to humans. Mutations can be spontaneous, and the occurrence is dependent on the organism, or, induced, being associated to mutagenic exposition. Ionizing radiations are an example of physical and mutagenic agents that could harm the cell repair and could cause the development of many types of cancer. The evaluation of the biological effects of the ionizing radiation, in somatic and germline cells, with a consequent determination of the radio-induced mutations, it is extremely important to estimate the genetic risks, manly in population exposed to radiation. The analyses of repetitive DNA sequences have been demonstrated that such sequences are prone to high rates of spontaneous mutations. The minisatellites and microsatellites have been used to demonstrate the induction of germline mutation rates on mouse, humans, among others organisms. The aim of the present study was to analyze the frequency of microsatellite alterations to determine the mutation rates occurred in germ cells of the parents exposed to the ionizing radiation of the Cesium-137. The studied group was constitute of 10 families of individuals accidentally exposed to Cesium-137 and by the control group constituted by 645 healthy individuals who carried out paternity tests on 2009. We found only one mutation of paternal origin in the D8S1179 locus on the exposed group, being the mutation rate of 0.003. In the control group, we found 01 mutation on D16S539 loci and on D3S1358; 02 mutations on Penta E locus; 04 mutations on D21S11 locus and 03 mutations on FGA locus, comprising a total of 11 mutations and a mutation rate of 0.0009. In such context, we did not find significant differences (p= 0.15), indicating a possible exposure effect on the mutation rates of the STR loci, in the group accidentally exposed to Cesium-137. / O acidente radiológico de Goiânia em 1987 foi um grave episódio de contaminação por radioatividade ocorrido no Brasil. Como conseqüência foram contaminadas centenas de pessoas através das radiações emitidas pelo césio 137. Recentemente, vários estudos têm mostrado que instabilidade no genoma, como por exemplo, mutações, aberrações cromossômicas, formação de micronúcleos, instabilidade de microssatélites e atraso na morte celular são comumente relatadas em células de mamíferos expostos à radiação ionizante, sendo consideradas como o principal fator de risco em humanos para o câncer. As mutações podem ser espontâneas, sendo a freqüência de ocorrência dependente do organismo, ou ainda, induzida, podendo ser ocasionadas pela exposição a agentes mutagênicos. As radiações ionizantes são exemplos de agentes físicos e mutagênicos que podem levar ao comprometimento dos mecanismos de reparo celular e ao desenvolvimento de diversos tipos de câncer. Avaliar os efeitos biológicos da radiação ionizante, em células somáticas e germinativas, com conseqüente determinação da taxa de mutações radioinduzidas, é extremamente importante para a estimativa de riscos genéticos, principalmente em populações expostas à radiação. Análises de seqüências repetitivas de DNA têm demonstrado que estas seqüências são sujeitas a altas taxas de mutações espontâneas. As seqüências minissatélites e microssatélites têm sido usadas para demonstrar satisfatoriamente a indução de mutação germinativa em camundongos, humanos, dentre outros organismos. O objetivo do presente estudo foi analisar a freqüência de alterações em microssatélites para determimar a taxa de mutações ocorridas em células de linhagem germinativa dos progenitores expostos à radiação ionizante do Césio-137. O grupo exposto foi constituído por 10 famílias do grupo 2 e o grupo controle por 645 indivíduos provenientes de exames de vínculo genético realizados em 2010. Foi encontrada um mutação de origem paterna no locus D8S1179 com uma taxa de mutação de 0,003. No grupo controle, foram encontradas 01 mutação no loci D16S539 e no loci D3S1358; 02 mutações no locus Penta E; 04 mutações no locus D21S11 e 03 mutações no locus FGA, compreendendo um total de 11 mutações e uma taxa de mutação de 0,0009. Nesse contexto, não foram encontradas diferenças estatisticamente significativas (p= 0,15) indicando o efeito da exposição e taxa de mutação em locos STR no grupo acidentalmente exposto ao Césio-137.

Cette étude a pour objectif d’élaborer des mousses de géopolymère à macroporosité connectée pour le traitement des effluents liquides radioactifs. La première partie de ce travail a consisté à synthétiser des monolithes de géopolymères par moussage direct en utilisant le peroxyde d’hydrogène (H2O2) comme agent porogène. Celui-ci se décompose en milieu basique pour produire de l’oxygène et ainsi produire la mousse de géopolymère par nucléation/croissance de bulles d’oxygène jusqu’à épuisement du terme source et/ou prise du matériau. Pour stabiliser les bulles de gaz générées, l’ajout d’un tensioactif est nécessaire pour limiter les phénomènes de coalescence. L’influence de la concentration en H2O2, de la nature chimique du tensioactif et de la viscosité de la pâte sur la cinétique de production et sur les propriétés finales de la mousse ainsi produite a été étudiée. Les résultats montrent classiquement qu’une forte concentration initiale de H2O2 produit des mousses de forte porosité, avec des tailles de pores élevées et des propriétés mécaniques moindres. Par contre, le choix de la nature chimique du tensioactif a une très forte influence d’une part de la rhéologie de la pâte de géopolymère et d’autre part sur les propriétés du réseau poreux. En effet, par un choix approprié du tensioactif, il est possible d’obtenir des mousses de géopolymères à macroporosité fermée ou ouverte, avec des distributions en taille de pores plus ou moins étalées et de bonnes propriétés mécaniques. A l’issue de cette première étape, un monolithe de géopolymère à porosité ouverte a été fonctionnalisé par précipitation des particules d’hexacyanoferrate de cuivre connues pour être très sélectives vis-à-vis du césium. Les essais ont été réalisés en mode batch dans différents milieux (eau pure, eau douce et eau douce chargée de cations compétiteurs de charge en concentration importante). Les cinétiques et les isothermes d’adsorption du césium ont été déterminées sur une large gamme de concentration en césium (de l’état de trace jusqu’à 1000 ppm) et la mousse de géopolymère fonctionnalisée a montré des performances remarquables pour le piégeage sélectif du césium par rapport à une mousse non fonctionnalisée. En effet, les essais en milieu radioactif (trace de césium dans l’eau douce) ont montré que la valeur du coefficient de distribution (Kd) pour la mousse fonctionnalisée est de l’ordre 5.5 105 ml.g-1. / This study aims to develop geopolymer foams with connected macroporosity for the treatment of radioactive liquid wastes. The first part of this work was to synthesize geopolymer monoliths by direct foaming using hydrogen peroxide (H2O2) as blowing agent. It decomposes in a basic medium to produce oxygen and thus produces the geopolymer foam by nucleation and growth of oxygen bubbles until exhaustion of the source term and/or setting of the material. To stabilize the generated gas bubbles, the addition of a surfactant is necessary to limit coalescence phenomena. The influence of the H2O2 concentration, the chemical nature of the surfactant and the viscosity of the paste on the kinetics of production and on the final properties of the foam thus produced, was studied. The results conventionally show that a high initial concentration of H2O2 produces high porous foams, with high pore sizes and less mechanical properties. On the other hand, the choice of the chemical nature of the surfactant has a very strong influence on the one hand on the rheology of the geopolymer paste and on the other hand on the properties of the porous network. Indeed, by an appropriate choice of the surfactant, it is possible to obtain geopolymer foams with closed or open macroporosity, with pore size distributions more or less spread and with good mechanical properties. At the end of this first step, a well-connected geopolymer monolith was functionalized by precipitation of copper hexacyanoferrate particles known to be very selective with respect to cesium. The tests were performed in batch mode in different media (pure water, fresh water and fresh water loaded with competitor cations in high concentration). The kinetic and adsorption isotherms of cesium were determined over a wide range of cesium concentration (from trace to 1000 ppm) and the functionalized geopolymer foam showed remarkable performance for selective entrapment of cesium as compared to an unfunctionalized foam. Indeed, the tests in radioactive medium (trace of cesium in fresh water) have shown that the value of the distribution coefficient (Kd) for the functionalized foam is around 5.5 105 ml.g-1.

Le projet de thèse s’inscrit dans le Projet Investissement d’Avenir (PIA) DEMETERRES, dont l’objectif est le développement de méthodes et de technologies pour la décontamination et la remédiation des sols et effluents contaminés après un accident nucléaire. L’objectif de cette thèse est de mieux appréhender les interactions de 137Cs et 90Sr avec les différentes composantes des terres agricoles et ainsi être capable de prédire l’état chimique dans lequel ces éléments se trouveraient dans les sols en cas d’accident nucléaire. Une base de données dans le formalisme des échangeurs d’ions multi-sites a été mise en place, représentant les comportements d’adsorption de Cs+ et Sr2+ dans les illites et smectites (deux des principaux minéraux argileux) vis-à-vis des cations majeurs environnementaux H+, Na+ et Ca2+. Cette base de données a par la suite été utilisée pour tenter de prédire le comportement d’adsorption de Cs+ et Sr2+ dans des échantillons de sols agricoles français (Pusignan, Etoile-sur-Rhône et Herqueville). De bonnes simulations du comportement d’adsorption de Cs+ et Sr2+ ont été obtenues sur Pusignan et Etoile-sur-Rhône. Dans le cas d’Herqueville, la suppression de la MON n’a pas amélioré l’accord entre les simulations et les expériences, tandis que l’élimination de l’aluminium échangeable a lui permis une meilleure simulation de l’adsorption de Sr2+, mais pas de Cs+. Ces travaux permettent de simuler efficacement le comportement d’adsorption de Cs et Sr dans des sols et ainsi d’appuyer les stratégies de décontamination et remédiation après un accident nucléaire / This study is part of the DEMETERRES project, which aims to develop new methods and technologies in the field of decontamination and remediation of contaminated soils and effluents after a nuclear accident. The objective of this PhD is to obtain a better knowledge of 137Cs and 90Sr interactions onto agricultural soils and to better predict the chemical state of these elements in soils after a nuclear accident. A database in the multi-sites ion exchanger formalism has been built, reflecting the adsorption behaviours of Cs+ and Sr2+ onto illite and smectite (two major clay minerals) with regards to major environmental cations: i.e. H+, Na+, and Ca2+. It was used to predict the adsorption of Cs+ and Sr2+ onto French agricultural soil samples (Pusignan, Etoile-sur-Rhône and Herqueville). Good simulations of the adsorption of Cs+ and Sr2+ onto Pusignan and Etoile-sur-Rhône are obtained. In the case of Herqueville, the removal of NOM does not improve the agreement between experimental results and simulations, but the removal of exchangeable aluminum allows a better representation of the adsorption results of Sr2+ onto Herqueville, but not for Cs+. This work allows efficiently simulating the adsorption of Cs and Sr onto soils and support decontamination and remediation strategies after a nuclear accident

Une mémoire quantique réversible permettant de stocker et relire de l'information quantique est une composante majeure dans la mise en œuvre de nombreux protocoles d'information quantique. Comme la lumière est un porteur de l'information quantique fiable sur des longues distances, et comme les atomes offrent la possibilité d'obtenir de longues durées de stockage, le recherche actuelle sur la création d'une mémoire quantique se concentre sur la transfert des fluctuations quantiques de la lumière sur des cohérences atomiques. Le travail réalisé durant cette thèse porte sur le développement d'une mémoire quantique pour la lumière comprimée, utilisant un ensemble d'atomes froids de Césium stock'es dans un piege magnéto-optique. Nos deux principaux objectifs étaient le développement d'une source de lumière non-classique, et le développement d'un milieu atomique pour le stockage de celle-ci. Tout d'abord, nous commençons par présenter la construction d'un oscillateur paramétrique optique qui utilise un cristal non-linéaire de PPKTP. Cet OPO fonctionne comme source d'états de vide comprime résonant avec la raie D2 du Césium. Nous caractérisons ces états grâce à une reconstruction par tomographie quantique, en utilisant une approche de vraisemblance maximale. Ensuite, nous examinons une nouvelle expérience qui nous permet d'utiliser comme milieu de stockage des atomes froids de Césium dans un piège magneto-optique récemment développé. Car cette expérience exige l'utilisation de nouveaux outils et techniques, nous discutons le développement de ceux-ci, et comment ils ont contribue à notre progression vers le stockage des états quantiques dans nos atomes des Césium, et finalement vers l'intrication de deux ensembles atomiques.