Nous avons déjà étudié les paramètres d’influence sur la mesure du radon dans l’air. Comme nous l’avons présenté au Chapitre 2 et au Chapitre 3, les descendants du radon et du thoron sont immédiatement capturés après leur création dans le dispositif. Leur temps de séjour étant très bref, ils n’ont pas le temps de se neutraliser. Nous avons montré qu’avec le 222Rn, une variation
d’humidité ou de pression n’avait pas d’impact sur le taux de capture des descendants. Sachant que ces paramètres ont été bien étudiés dans le dispositif pour le 222Rn (Sabot, et al., 2015b), il
n’est pas nécessaire de réaliser à nouveau ces études pour le 220Rn.
Le seul paramètre pouvant influencer la mesure du thoron est le débit de circulation dans le dispositif. En effet, du fait de la très courte période du thoron (55,8 (3) s), le débit peut avoir une influence sur la quantité de ce gaz arrivant dans le système de mesure et sur sa distribution dans le volume de mesure. Nous avons vu dans le Chapitre 3 que le débit choisi de 1 L.min-1 est
suffisant pour obtenir une concentration homogène en 220Rn dans le dispositif, il est cependant
nécessaire de vérifier expérimentalement ce résultat.
Nous utilisons ici le montage présenté en Figure 5-1. Une circulation d’air sec constante de 1 L.min-1 dans la source de 228Th permet de produire une atmosphère d’activité volumique en 220Rn constante (cf. § 5.4) dans le volume de dilution de 400 mL. Cette atmosphère est prélevée
par une seconde boucle indépendante qui circule dans le dispositif de mesure. Le débit de circulation dans le dispositif de mesure peut ainsi varier de 0 à 2 L.min-1. Une régulation, assurée
par un débitmètre massique, permet d’assurer un débit stable avec une grande précision tout au long de la mesure du 220Rn.
Cette expérience est réalisée pour plusieurs débits de circulation dans le dispositif de mesure. Les paramètres expérimentaux sont enregistrés au cours du temps ; l’ensemble des données sont présentées dans le Tableau 5-2.
Tableau 5-2 : Synthèse des conditions expérimentales.
Débit (L.min-1) Pression (hPa) Humidité relative (% RH) Température (°C)
0,401 (5) 995,8 (3) 1 (1) 23 (1)
0,600 (5) 1 002,2 (6) 1 (1) 25 (1)
0,800 (5) 1 004,9 (4) 1 (1) 23 (1)
1,001 (5) 1 003,2 (5) 3 (1) 22 (1)
2,000 (5) 997,3 (6) 1 (1) 23 (1)
Note : les valeurs correspondent ici à la moyenne des mesures pendant la durée de l’exposition, l’incertitude correspond à l’écart-type des résultats si celui-ci est plus grand que l’incertitude sur l’étalonnage de l’appareil de mesure.
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L’analyse des spectres obtenus est réalisée en utilisant les régions d’intérêt présentées en Figure 5-12. L’équation (5.5) est utilisée pour déterminer le comptage lié au pic du 220Rn en le
corrigeant de la présence du 212Bi.
Dans le dispositif expérimental, la distance de 50 cm entre le volume de prélèvement et le dispositif de mesure n’est pas négligeable. En effet, suivant le débit utilisé, l’activité volumique thoron peut décroître avant d’atteindre le volume de mesure, ce qui provoquerait un biais dans la mesure.
L’activité volumique mesurée doit donc être corrigée en tenant compte de la décroissance du
220Rn, du volume du tube entre le point de prélèvement et le volume de mesure ainsi que le débit
de circulation. La décroissance du thoron dans le tube se traduit par l’équation (5.7).
𝑁220𝑅𝑛= 𝑁220𝑅𝑛(0) 𝑒(− 𝜆220𝑅𝑛 𝑉𝑡 𝑄 )= 𝑁
𝑅𝑛
220 (0) × 𝐹𝑡𝑢𝑏𝑒 (5.7)
où 𝑁220𝑅𝑛 représente le comptage lié à la région d’intérêt du pic du 220Rn dans le dispositif de mesure, 𝑁220𝑅𝑛(0) est le comptage lié à la région d’intérêt du pic du 220Rn au point de prélèvement, Vt correspond au volume du tube entre le point de prélèvement et le volume de mesure, Q correspond au débit de circulation dans le tube et 𝐹𝑡𝑢𝑏𝑒 le facteur de correction lié à la décroissance du thoron entre le point de prélèvement et le point de mesure.
Les variables étant indépendantes, l’équation (4.10) permet de calculer l’incertitude associée à Ftube soit : 𝑢2(𝐹 𝑡𝑢𝑏𝑒) = (− 𝑉𝑡 𝑄𝑒 (− 𝜆220𝑅𝑛𝑉𝑄 )𝑡 ) 2 𝑢2(𝜆 𝑅𝑛 220 ) + ( − 𝜆220𝑅𝑛 𝑄 𝑒 (− 𝜆220𝑅𝑛𝑉𝑄 )𝑡 ) 2 𝑢2(𝑉 𝑡) + (𝜆220𝑅𝑛𝑉𝑡 𝑄2 𝑒 (− 𝜆220𝑅𝑛𝑉𝑄 )𝑡 ) 2 𝑢2(𝑄), (5.8)
où u(X) représente l’incertitude absolue de la valeur X. L’incertitude-type relative s’écrit aussi :
𝑢(𝐹𝑡𝑢𝑏𝑒) 𝐹𝑡𝑢𝑏𝑒 = √(− 𝑉𝑡 𝑄) 2 𝑢2(𝜆 𝑅𝑛 220 ) + ( − 𝜆220𝑅𝑛 𝑄 ) 2 𝑢2(𝑉 𝑡) + ( 𝜆220𝑅𝑛𝑉𝑡 𝑄2 ) 2 𝑢2(𝑄) . (5.9)
Les mesures ont été réalisées avec des temps d’acquisition différents ; afin de comparer les résultats, les comptages sont divisés par leur temps d’acquisition tm soit :
𝜏220𝑅𝑛=
𝑁220𝑅𝑛
𝑡𝑚 𝐹𝑡𝑢𝑏𝑒, (5.10)
avec 𝜏220𝑅𝑛 le taux de comptage corrigé du 220Rn, prenant en compte les corrections de décroissance dans le tube et le comptage provenant du pic du 212Bi.
L’incertitude-type relative associée au taux de comptage provenant du 220Rn est calculée en
utilisant la racine carrée de la somme quadratique des incertitudes-type relatives de chacune des variables :
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𝑢(𝜏220𝑅𝑛) 𝜏220𝑅𝑛 = √( 𝑢 (𝑁220𝑅𝑛) 𝑁220𝑅𝑛 ) 2 + (𝑢(𝑡𝑡 𝑚) 𝑚 ) 2 + (𝑢(𝐹𝐹𝑡𝑢𝑏𝑒) 𝑡𝑢𝑏𝑒 ) 2 . (5.11)Dans le cas du pic du 216Po, le taux de comptage est calculé comme suit :
𝜏216𝑃𝑜=
𝑁216𝑃𝑜
𝑡𝑚 𝐹𝑡𝑢𝑏𝑒, (5.12)
avec 𝑁216𝑃𝑜 le comptage provenant de la région d’intérêt du pic du 216Po.
Dans nos conditions expérimentales, le volume séparant le point de prélèvement et la chambre de mesure est évalué à 25 (1) cm3 ; les taux de comptage sont calculés en tenant
compte des données du 220Rn présentés en Annexe A. Le facteur de correction dû à la
décroissance du thoron entre le point de prélèvement et le point de mesure varie de 0,954 pour un débit de 0,4 L.min-1 à 0,991 pour un débit de 2 L.min-1. L’ensemble des résultats avec leurs
incertitudes élargies à k = 2 sont synthétisés en Figure 5-16.
Figure 5-16 : Représentation des taux de comptage du 220Rn et du 216Po corrigés en fonction du débit de circulation dans le dispositif de mesure.
L’incertitude-type relative sur les résultats varie de 0,5 % à 0,9 % pour le taux de comptage provenant du pic du 220Rn et de 0,5 % à 0,8 % pour le taux de comptage provenant du pic du 216Po.
Dans le cas du 220Rn et du 216Po, le taux de comptage augmente avec le débit même avec la
correction due à la décroissance du thoron dans le tube. Les résultats sont compatibles pour des débits supérieurs à 0,8 L.min-1. Ceci montre qu’au-dessus de ce débit, le taux de renouvellement
dans le dispositif est assez grand pour réaliser une mesure dans les meilleures conditions, comme nous l’avons montré en Chapitre 3. La distribution du 220Rn dans le dispositif devient
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Le 216Po suit le même comportement que le 220Rn en fonction du débit. En effet, en calculant le
rapport de comptage, en tenant compte de leur incertitude élargie à k = 2, l’ensemble des résultats sont compatibles comme le montre la Figure 5-17.
Figure 5-17 : Résultats du rapport des taux de comptage entre le 216Po et le 220Rn.
Le choix du débit de 1 L.min-1 est donc tout à fait justifié dans le cas des mesures du 220Rn, ce
débit étant suffisant pour assurer l’homogénéité du 220Rn dans le dispositif de mesure. Ce débit
peut être augmenté jusqu’à 2 L.min-1, ce qui permet de limiter la décroissance du 220Rn entre le
volume de prélèvement et le volume de sortie. La Figure 5-18 représente l’évolution de Ftube en fonction de la longueur du tube séparant le point de prélèvement du volume de mesure.
Figure 5-18 : Représentation du facteur de correction Ftube en fonction de la longueur d’un tube de 8 mm de diamètre intérieur.
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Cette correction est proche de 1, mais n’est pas négligeable dans le cas où la longueur du tube est de quelques dizaines de centimètres. En utilisant un autre type de débitmètre, il serait possible d’étendre l’étude pour voir jusqu’à quel débit cette mesure est possible. Pour des débits très élevés, la limite serait principalement liée à la capture du 216Po ; dans le cas où le débit est
trop important, les descendants ne seraient pas captés à la surface du détecteur.