1. Introduction
1. Mode de fonctionnement
2. Paramètres caractéristiques d’un détecteur 2. Les appareils utilisant l’ionisation des gaz
1. Principe
2. Différents détecteurs à gaz
1. La chambre d’ionisation 2. Le compteur proportionnel 3. Le compteur Geiger-Muller
3. Les détecteurs a scintillations 1. Principe
4. Le dosimètre photographique 5. Conclusions
L'émission de rayonnements est toujours associée à la radioactivité . Aucun des sens dont dispose l'être humain n'est sensible aux
rayonnements émis par les substances radioactives.
On ne peut détecter ces rayonnements donc déceler la radioactivité qu'en utilisant deux des types d'interaction entre les rayonnements ionisants et la matière : l'ionisation et l'excitation
1. Détection des rayonnements
1. Introduction
1. Mode de fonctionnement
2. Paramètres caractéristiques d’un détecteur 2. Les appareils utilisant l’ionisation des gaz
1. Principe
2. Différents détecteurs à gaz
1. La chambre d’ionisation 2. Le compteur proportionnel 3. Le compteur Geiger-Muller
3. Les détecteurs a scintillations 1. Principe
4. Le dosimètre photographique 5. Conclusions
Quel que soit le mode de fonctionnement d'un détecteur et donc le principe sur lequel s'appuie la détection des rayonnements, il est toujours constitué des mêmes éléments:
•un capteur au niveau duquel le rayonnement interagit avec la mat ière
•un système d'amplification qui met en forme et amplifie le si gnal produit par la sonde
•éventuellement un système de traitement du signal
•un système d'affichage qui indique :
• un flux de particules : le compteur
• l'énergie des particules : le spectromètre
• la dose absorbée ou le débit de dose absorbée : le dosimètre ou le débitmètre.
1. Détection des rayonnements
1. Introduction
1. Mode de fonctionnement
2. Paramètres caractéristiques d’un détecteur 2. Les appareils utilisant l’ionisation des gaz
1. Principe
2. Différents détecteurs à gaz
1. La chambre d’ionisation 2. Le compteur proportionnel 3. Le compteur Geiger-Muller
3. Les détecteurs a scintillations 1. Principe
4. Le dosimètre photographique 5. Conclusions
l'efficacité de détection : c'est le rapport du nombre de particules détectées au nombre de particules reçues par le détecteur. L'efficacité dépend donc de la nature et de l'énergie du rayonnement
le temps mort : c'est le plus petit intervalle de temps entre deux informations pour que chacune d'entre elles soit prise en compte par le système
le mouvement propre : c'est le taux de comptage (notion définie plus loin) enregistré en absence de toute source de rayonnement
les caractéristiques géométriques : elles définissent la forme du détecteur, l'importance de sa surface sensible et sa directivité.
1. Détection des rayonnements
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1. Mode de fonctionnement
2. Paramètres caractéristiques d’un détecteur
2. Les appareils utilisant l’ionisation des gaz
1. Principe
2. Différents détecteurs à gaz
1. La chambre d’ionisation 2. Le compteur proportionnel 3. Le compteur Geiger-Muller
3. Les détecteurs a scintillations 1. Principe
4. Le dosimètre photographique 5. Conclusions
les rayonnements d'une source vont ioniser et/ou exciter les atomes du gaz dans l'enceinte du détecteur. On applique une différence de
potentiel entre deux électrodes :
• si une particule ionisante pénètre dans l'enceinte, elle crée sur son passage un grand nombre de paires d'ions et d’électrons.
• Sous l'action du champs électrique, les électrons vont migrer vers la cathode et les atomes ionisés vers l'anode qui est la paroi
extérieure du détecteur
• Le signal exploité est la collection des électrons. Ce signal varie en fonction de la tension appliquée.
• Région 1 : les ions se recombinent totalement avant d'atteindre l'électrode et l'amplitude de l'impulsion est nulle.
• Région 2 : la recombinaison est négligeable et tous les électrons sont collectés. Pour une particule donnée, l'amplitude collectée est constante et indépendante de la différence de potentiel appliquée entre les électrodes, mais elle dépend de l'énergie de la particule.
Les détecteurs qui fonctionnent dans cette région sont les chambres d'ionisation.
• Région 3 : les ions crées par le rayonnement ionisant sont
suffisamment accélérés par le champs électrique pour provoquer des
ionisations secondaires s'ajoutant à l'ionisation primaire
• Région 4 : chaque ionisation primaire
entraîne une avalanche d'ions secondaires et le nombre d'ions collectés devient
indépendant du nombre d'ions primaires. Ce sont les compteurs de GEIGER - MÜLLER.
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1. Détection des rayonnements
1. Introduction
1. Mode de fonctionnement
2. Paramètres caractéristiques d’un détecteur 2. Les appareils utilisant l’ionisation des gaz
1. Principe
2. Différents détecteurs à gaz
1. La chambre d’ionisation 2. Le compteur proportionnel 3. Le compteur Geiger-Muller
3. Les détecteurs a scintillations 1. Principe
4. Le dosimètre photographique 5. Conclusions
Un compteur capable de fonctionner indifféremment dans les trois
régimes (chambre d'ionisation, compteur proportionnel et compteur de Geiger - Müller) n’existe pas en raison des spécificités technologiques
nécessaires pour un fonctionnement performant dans chacun des régimes.
1. Détection des rayonnements
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1. Mode de fonctionnement
2. Paramètres caractéristiques d’un détecteur 2. Les appareils utilisant l’ionisation des gaz
1. Principe
2. Différents détecteurs à gaz
1. La chambre d’ionisation 2. Le compteur proportionnel 3. Le compteur Geiger-Muller
3. Les détecteurs a scintillations 1. Principe
4. Le dosimètre photographique 5. Conclusions
ce type de détecteur contient une substance que l'on appelle le scintillateur et un photomultiplicateur couplé à ce scintillateur. Les électrons des molécules du scintillateur passent dans un état excité sous l'action des rayonnements ionisants. La désexcitation des molécules du scintillateur s'effectue par émission de photons de fluorescence ou de phosphorescence.
fluorescence : transition permise entre un état singulet excité S1 et l'état singulet fondamental S0 phosphorescence : transition
interdite entre un état triplet excité T1 et l'état singulet fondamental, S0 fluorescence retardée : transition entre un état singulet excité S1 , peuplé à partir d'un état triplet T1 , et l'état singulet fondamental, S0 .
Structure des détecteurs à scintillation.
Scintillateurs Nal(TI) encapsulés et ensembles complets
source Amcrys-H/Detec
Photomultiplicateur (conversion photon-électron + multiplication).
Les photons en provenance du scintillateur sont absorbés dans la photocathode et transfèrent leur énergie aux électrons qui s’échappent dans le vide. En pratique, l’efficacité quantique des photocathodes est de l’ordre de 25 % (nombre d’électrons générés/photons absorbés)entre 300 et 450 nm. Ces électrons sont ensuite focalisés, accélérés et projetés sur la première dynode qui est portée à un potentiel positif (la
différence de potentiel entre deux dynodes est d’environ 100 V). Les électrons, en transférant leur énergie,
éjectent une quantité plus grande d’électrons, dits secondaires, vers la seconde dynode. On observe ainsi un phénomène de multiplication à chaque étage du PM jusqu’à collection complète des électrons sur l’anode.
Typiquement les PM ont de 8 à 12 dynodes. Le gain obtenu est généralement compris entre 103 et 108.