Academic literature on the topic 'Actinides'

Les propriétés physicochimiques des actinides (An) en solution restent difficiles à interpréter et plus particulièrement la différence de comportement entre An(III) et Ln(III). L'étude du comportement paramagnétique des cations actinide peut constituer une méthode « simple » et particulièrement intéressante qui permet de sonder les propriétés électroniques de ces éléments et obtenir des informations sur la nature de l'interaction ligand-actinide. L'objectif de ce travail de thèse est d'appréhender les propriétés paramagnétiques de ces éléments par des mesures de susceptibilité magnétique d'une part et l'étude des déplacements chimiques d'autre part.L'apport d'informations sur les propriétés électroniques des ions actinide pour une variété de degrés d'oxydation (+III, +IV, +V et +VI) a été réalisé par des mesures de susceptibilité magnétique en solution selon la méthode d'Evans. Contrairement aux éléments Ln(III), il n'existe aucun modèle spécifique décrivant clairement les propriétés magnétiques de ces ions en solution. L'acquisition de données de bonnes qualités étant nécessaires, l'influence des dispositifs expérimentaux et de la radioactivité de ces éléments a été analysée. Afin de décrire la structure des états électroniques de faible énergie pour ces cations, les résultats expérimentaux ont été confrontés à des calculs de chimie quantique à partir desquels l'influence du champ des ligands a été étudiée. Ces interprétations ont ensuite été appliquées à la variation des propriétés magnétiques des cations actinide lors de la complexation avec les anions chlorure et nitrate. Les informations sur les liaisons ligand-actinide peuvent être déduites de l'étude directe par RMN des déplacements chimiques de complexes d'actinide. En effet, la présence d'un ion paramagnétique au sein d'un complexe induit des modifications spectrales pouvant être séparées en deux composantes. L'une reliée au degré de covalence des liaisons de coordination et l'autre à la structure tridimensionnelle des complexes en solution. Le problème majeur de ce type d'étude réside dans la difficulté de distinguer les deux contributions. Afin de réaliser une telle étude, nous avons choisi de travailler avec les complexes d'actinide de l'acide dipicolinique (DPA). Dans un premier temps, une étude structurale (par DRX monocristal puis EXAFS) a été menée sur ces complexes formés avec les cations actinide aux degrés d'oxydation +III, +IV, +V et +VI pour caractériser avec précision leurs paramètres structuraux. Ensuite, les différentes méthodes de séparation des deux contributions mettant en jeu la spectroscopie RMN et éprouvées lors de l'étude des complexes de lanthanide (III) ont ensuite été appliquées aux éléments actinide. L'étude des déplacements paramagnétiques associée aux calculs de chimie quantique a permis de caractériser les propriétés magnétiques de ces cations. Contrairement aux études réalisées sur les ions Ln(III), une contribution de contact importante participe au déplacement paramagnétique des complexes d'An(III) et d'An(IV). A l'inverse, pour les cations actinyle, le déplacement paramagnétique des signaux RMN 1H est caractérisé par l'absence de contribution de contact. Cette particularité associée à la géométrie de ces ions a permis de caractériser précisément leurs propriétés magnétiques. Une application de ces résultats à l'étude de complexes formés avec le ligand TEDGA a pu être réalisée. Il apparait de cette étude que les informations obtenues par la description du comportement magnétique des actinides apportent une meilleure compréhension des propriétés physicochimiques de ces ions en solution<br>The physiochemical properties of actinide (An) solutions are still difficult to explain, particularly the behavioral differences between An(III) and Ln(III). The study of actinide paramagnetic behavior may be a “simple” method to analyze the electronic properties of actinide elements and to obtain information on the ligand-actinide interaction. The objective of this PhD thesis is to understand the paramagnetic properties of these elements by magnetic susceptibility measurements and chemical shift studies.Studies on actinide electronic properties at various oxidation states in solution were carried out by magnetic susceptibility measurements in solution according to the Evans method. Unlike Ln(III) elements, there is no specific theory describing the magnetic properties of these ions in solution. To obtain accurate data, the influence of experimental measurement technique and radioactivity of these elements was analyzed. Then, to describe the electronic structure of their low-energy states, the experimental results were complemented with quantum chemical calculations from which the influence of the ligand field was studied. Finally, these interpretations were applied to better understand the variations in the magnetic properties of actinide cations in chloride and nitrate media.Information about ligand-actinide interactions may be determined from an NMR chemical shift study of actinide complexes. Indeed, modifications induced by a paramagnetic complex can be separated into two components. The first component, a Fermi contact contribution (δc) is related to the degree of covalency in coordination bonds with the actinide ions and the second, a dipolar contribution (δpc) is related to the structure of the complex. The paramagnetic induced shift can be used only if we can isolate these two terms. To achieve this study on actinide elements, we chose to work with the complexes of dipicolinic acid (DPA).Firstly, to characterize the geometrical parameters, a structural study (by monocrystal XRD and EXAFS) was performed on these complexes with the actinide cations at various oxidation states +III, +IV, +V et +VI. Secondly, various methods for separating the two contributions involving NMR spectroscopy were checked with Ln(III) complexes and applied to actinide elements. The paramagnetic induced shift associated with quantum chemical calculations allowed us to characterize the magnetic properties of these cations. Unlike studies on Ln(III) ions, the An(III) and An(IV) paramagnetic induced shifts suggest a major Fermi contact contribution (δc). On the contrary, for actinyle cations, the paramagnetic induced shifts on 1H NMR signals show no Fermi contact contribution (δc). This characteristic, related to the geometry of these ions, allowed for their magnetic properties to be accurately described. An application of these results to the study of complexes with the TEDGA ligand has been performed.It is apparent from this study that the additional information gained on the description of actinide paramagnetic behavior has led to an improved understanding of the physiochemical properties of these ions in solution

Les transitions de phases structurales observees dans les actinides sont expliquees en termes de mecanismes de deplacement atomiques. Trois types de situations sont observees dans les actinides: * transition ferroelastique transformant la structure bcc en structure fcc (deformation de bain). Cette transition est associee a une phase intermediaire quadratique. * transitions displacives dont le mecanisme conduit au collapse de certains plans atomiques. * transitions displacives par glissement de plans cristallins parallelement les uns aux autres. Les plans subissant un tel glissement sont les plans (110)#b#c#c. Ces mecanismes sont tous rattaches a un nombre restreint de direction du reseau reciproque de la structure bcc, consideree comme phase mere des autres phases. Ces mecanismes sont expliques theoriquement a l'aide d'une generalisation de la theorie de landau aux transitions reconstructives

The surface reactivity of thorium, uranium, neptunium and americium has been investigated under UHV conditions using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and ultra violet photoelectron spectroscopy (UPS). Oxygen, nitric oxide, nitrogen dioxide and nitrous oxide adsorption on a polycrystalline thorium surface has been investigated at 298 K. 02 dissociatively adsorbs on the surface resulting in the growth of Th02. All three of the nitrogen oxides adsorb dissociatively with both oxygen and nitrogen adsorbed on the thorium surface. The formation of thorium oxynitride (ThOxNy) is proposed. Reaction of NO, NO2 and N20 with a polycrystalline uranium surface has also been investigated at 298 K. N2O adsorbs dissociatively leaving only oxygen adsorbed on the uranium surface. NO and N2O also adsorb dissociatively but in these cases both oxygen and nitrogen remain on the surface. The formation of uranium oxynitride (UOxNy) is proposed. For exposures >350 L the rate of reaction of NO with the oxynitride surface decreases significantly. In contrast, NO2 continues to react with the surface and a further increase in surface oxygen concentration is observed. Adsorption of O2, NO and CO on thin films of neptunium metal has been studied at 80 and 300K. Following exposure to 02 at 80 and 300K, an intermediate surface oxide of Np is formed which is unstable with respect to the formation of Np02. This intermediate oxide is proposed to be associated with the chemisorption phase, NpO(chem). Dissociative adsorption of CO and NO is observed at 80 and 300K. A surface oxidic compound is formed which is not a simple neptunium oxide. NpO(chem) states are proposed to be stabilized by the presence of carbon/nitrogen as neptunium oxycarbide and oxynitride respectively. The interaction of O2 and NO with americium thin films has also been investigated. The formation of A1TI2O3 is proposed and it was found that it is not thermodynamically viable to produce a higher oxidation state of americium via gas dosing (at 300 K under UHV). Adsorption of NO on the surface results in the dissociative adsorption of N and O, and in the formation of a surface compound.

Les actinides sont des radioéléments couramment manipulés par les travailleurs de l'industrie nucléaire et font partie de la menace NRBC (nucléaire, radiologique, biologique, chimique). La contamination cutanée représente une voie d'exposition majeure de ces agents radiologiques. La décontamination de la peau est donc cruciale pour empêcher une dispersion de la contamination et l'absorption systémique du contaminant par la peau. Ce travail s'est attaché à évaluer les profils de pénétration cutanée de deux actinides : l'américium et le plutonium, sous différentes formes, dans un modèle d'étude ex vivo, la peau d'oreille de porc. L'efficacité de décontamination de différents produits usuels a également été testée sur ce modèle, mais aussi sur un modèle in vitro de poudre de couche cornée bovine. Pour compléter l'étude de la décontamination, l'efficacité d'une formulation d'hydrogel de DTPA a également été testée. La détermination de la distribution de la contamination dans la peau a été réalisée à l'aide de différentes techniques d'imagerie : l'autoradiographie par émulsion, le TASTRAK ou encore l'iQID camera. Les résultats ont montré une grande différence dans les profils de pénétration et de rétention des actinides lorsqu'ils sont en solution aqueuse modérément soluble ou en solution organique dans un mélange de solvant. De plus, cette dernière forme modifie fortement la structure cutanée, menant à une forte augmentation de la pénétration cutanée. Les résultats des protocoles de décontamination montrent une efficacité égale du savon (Trait rouge®) comparé au DTPA, qui est le traitement décorporant utilisé également en décontamination. La formulation en hydrogel présente une efficacité supérieure pour le traitement de solutions organiques et met en évidence l'intérêt de développer d'autres formulations galéniques<br>Actinides are alpha-emitting radioactive elements handled by nuclear industry workers and are part of the NRBC threat (nuclear, radiological, biological, and chemical). Skin contamination represents a major exposure route for these radioelements. Skin decontamination is therefore essential to prevent any dispersion of contamination and systemic absorption through the skin. This work focused the evaluation of skin penetration behavior of two actinides: americium and plutonium, in different forms, in an ex vivo model, pig ear skin. The decontamination efficacy of various products was tested on this model as well as an in vitro model of bovine hide powder. The efficacy of a new DTPA hydrogel formulation was also tested. The localization of in different skin layers was carried out using various imaging techniques: emulsion autoradiography, solid track autoradiography, TASTRAK or iQID camera. Data showed differences in penetration, retention and localization profiles of the different actinides used in moderately soluble aqueous solution or in a solvent mixture. In addition, the latter modifies skin structure that is associated with an increase in skin penetration. Radioactivity activity measurements in skin layers agreed well with distribution as shown by the different autoradiography techniques. The results of decontamination protocols showed an equal efficacy of the soap (Trait rouge®) as compared to DTPA, that is used for decorporation therapy and also for decontamination. The hydrogel formulation showed a superior efficacy for the treatment of organic solutions and demonstrates the interest for development of other pharmaceutical formulations

Le paramagnétisme des actinides en solution a été caractérisé par RMN selon deux approches, l'une macroscopique et l'autre moléculaire. Dans la première approche, les susceptibilités magnétiques des ions les plus stables en solution de l'uranium au californium, et ce pour différents degrés d'oxydation (U(IV)-U(VI), Np(IV)-Np(V)-Np(VI), Pu(III)-Pu(IV)-Pu(VI), Am(III), Cm(III) et Cf(III)), ont été mesurées par RMN à l'aide de la méthode d'Evans. En milieu perchlorique, l'étude ducomportement paramagnétique des cations actinide a montré des déviations significatives par rapport à celui des lanthanides, particulièrement pour les ions actinide aux degré d'oxydation +III et +IV. En milieux chlorhydrique et nitrique, il a été observé que les comportements magnétiques des actinides suivaient l'ordre M(IV) &gt; M(VI) &gt; M(III) &gt; M(V), correspondant à l'ordre généralement admis concernant le pouvoir complexant des ions actinide en solution aqueuse. Il a été démontré que la présence d'ions chlorure et nitrate en solution pouvait avoir un impact important sur le comportement magnétique de ces cations. Dans la deuxième approche, les déplacements chimiques des complexes paramagnétiques actinide(IV)-dipicolinate ont été étudiés et analysés en milieu diméthylformamide. Dans ces conditions expérimentales, il a été vérifié que le degré d'oxydation +IV des actinides en solution était stable en présence ou non de ligand ainsi que sur l'échelle de temps des analyses RMN. Les déplacements chimiques paramagnétiques des complexes limites 1 : 3 ont été étudiés à différentes températures. Les méthodes de séparation des contributions de contact et dipolaire habituellement utilisées pour les complexes de lanthanide(III) se sont avérées inapplicables dans le cas des complexes d'actinide(IV)<br>Paramagnetism of actinides in solution was characterized by NMR according to two approaches, a macroscopic one and a molecular one. In the first approach, magnetic susceptibilities of the most stable ions in solution from uranium to californium, for various oxidation states (U(IV)-U(VI), Np(IV)-Np(V)-Np(VI), Pu(III)-Pu(IV)-Pu(VI), Am(III), Cm(III) et Cf(III)), were measured by NMR by using the Evans' method. In perchloric medium, the paramagnetic behavior of actinide cations showed significant deviations compared with lanthanides, particularly for cations at oxidation state +III and +IV. In hydrochloric and nitric media, it was observed that actinide magnetic behaviors followed the order M(IV) &gt; M(VI) &gt; M(III) &gt; M(V), corresponding to the generally admitted order concerning the complexing power of actinide cations. It was demonstrated that the presence of chloride and nitrate in solution could have an large impact on the magnetic behavior of these cations. In the second approach, chemical shifts of actinide(IV)-dipicolinate paramagnetic complexes were studied and analyzed in dimethylformamide. In these experimental conditions, the only presence of the oxidation state +IV in solution as well as the stability of the latter on the NMR analysis timescale were verified, in presence or not of the ligand. Paramagneticchemical shifts of the 1 : 3 limit complex were studied at various temperatures. Themethod of separation of the contact and dipolar contributions usually used for lanthanide(III) complexes have proved not applicable in the case of actinide(IV) complexes

La contamination des espèces vivantes par les éléments actinides est une source de toxicité radiologique et chimique conduisant à des séquelles graves pour l'organisme contaminé. La plupart des données disponibles sur l'interaction des actinides avec les systèmes biologiques sont basées sur des mesures macroscopiques physiologiques et fournissent très peu d'informations structurales et mécanistiques. Du fait de la complexité des systèmes impliqués dans ces processus, il est difficile de décrire la formation des complexes par des méthodes de biochimie. Notre stratégie a donc été d'approcher cette question par des systèmes biomimétiques très simplifiés que sont les peptides, en étudiant les mécanismes intramoléculaires affectés ou induits par l'interaction cation – ligand. Un pentapeptide carboxylique Ac-DDPDD-NH2 nous a servi de molécule de référence et de point de départ pour évaluer l'influence de la nature du peptide sur la topologie des complexes correspondants. Pour ce faire, différents analogues linéaires (permutations Asp/Ala, peptoïdes) et cycliques ont été synthétisés. De plus, dans le but d'incorporer des fonctions hydroxamates (très affines du Fe(III)) dans le pentapetide de référence, l'étude de la desferrioxamine et de l'acide acetohydroxamique a également été entreprise. Cependant, des difficultés de synthèse ne nous ont pas permis de tester ces dérivés. Trois cations actinides au degré d'oxydation +IV ont été sélectionnés (Th, Np, Pu) et comparés au cation Fe(III) souvent considéré comme analogue biologique du Pu(IV). L'agencement spatial du ligand autour du cation dans les complexes en solution aqueuse tamponnée a été étudié par spectrophotométrie et par Spectroscopie d'Absorption des rayons X. Les données spectroscopiques et l'ajustement des spectres EXAFS nous ont permis de rationaliser la topologie des complexes formés en fonction du peptide considéré : complexes mixtes hydroxy polynucléaires pour les séquences linéaires et cycliques, complexes mononucléaires pour la desferrioxamine. D'autre part, des différences notables sont apparues entre le Fe(III) et les actinides(IV), ce qui traduit une différence de réactivité en solution aqueuse<br>The contamination of living organisms by actinide elements is at the origin of both radiological and chemical toxicity that may lead to severe dysfunction. Most of the data available on the actinide interaction with biological systems are macroscopic physiological measurements and are lacking a molecular description of the systems. Because of the intricacy of these systems, classical biochemical methods are difficult to implement. Our strategy consisted in designing simplified biomimetic peptides, and describing the corresponding intramolecular interactions with actinides. A carboxylic pentapeptide of the form DDPDD has been at the starting point of this work in order to further assess the influence of the peptide sequence on the topology of the complexes. To do so, various linear (Asp/Ala permutations, peptoïds) and cyclic analogues have been synthesized. Furthermore, in order to include the hydroxamic function (with a high affinity for Fe(III)) in the peptide, both desferrioxamine and acetohydroxamic acid have been investigated. However because of difficulties in synthesis, we have not been able to test these peptides. Three actinide cations have been considered at oxidation state +IV (Th, Np, Pu) and compared to Fe(III), often considered as a biological surrogate of Pu(IV). The spatial arrangement of the peptide around the cation has been probed by spectrophotometry and X-ray Absorption Spectroscopy. The spectroscopic data and EXAFS data adjustment lead us to rationalize the topology of the complexes as a function of the peptide sequence : mix hydroxy polynuclear species for linear and cyclic peptides, mononuclear for the desferrioxamine complexes. Furthermore, significant differences have appeared between Fe(III) and actinide(IV), related to differences of reactivity in aqueous medium