Qu’est-ce que la chambre d’ionisation et le détecteur à semi-conducteur – Définition

Chambres d’ionisation

La chambre d’ionisation , également connue sous le nom de  chambre d’ions , est un appareil électrique qui détecte différents types de  rayonnements ionisants . La tension du détecteur est ajustée pour que les conditions correspondent à la  région d’ionisation . La tension n’est pas suffisamment élevée pour produire une amplification de gaz (ionisation secondaire). 

Avantages des chambres d’ionisation

• Mode actuel. Les chambres d’ionisation  sont préférées  pour les débits de dose de rayonnement élevés  car elles n’ont pas de «temps mort», un phénomène qui affecte la précision du tube Geiger-Mueller à des débits de dose élevés. Cela est dû au fait qu’il n’y a pas d’amplification inhérente du signal dans le milieu de fonctionnement et donc ces types de compteurs ne nécessitent pas beaucoup de temps pour se remettre de grands courants. De plus, comme il n’y a pas d’amplification, ils offrent une excellente résolution énergétique, qui est principalement limitée par le bruit électronique. Les chambres d’ionisation peuvent fonctionner en  mode courant ou impulsion. En revanche, les compteurs proportionnels ou les compteurs Geiger sont presque toujours utilisés en mode impulsion. Les détecteurs de rayonnement ionisant peuvent être utilisés à la fois pour les mesures d’activité ainsi que pour la mesure de dose. En connaissant l’énergie nécessaire pour former une paire d’ions, la dose peut être obtenue. La  conception de la plaque plate est préférée  car elle a un volume actif bien défini et garantit que les ions ne s’accumuleront pas sur les isolateurs et provoqueront une distorsion du champ électrique.
• Simplicité . Le courant de sortie est indépendant de la tension de fonctionnement du détecteur. Observez la zone plate de la courbe dans la zone de la chambre ionique. En conséquence, des alimentations moins régulées et donc moins chères et plus portables peuvent être utilisées avec des instruments à chambre ionique, tout en offrant une réponse raisonnablement précise.
• Détection de neutrons . Dans les réacteurs nucléaires, les chambres d’ionisation en mode courant sont souvent utilisées pour détecter les neutrons et appartiennent au Neutron Instrumentation System (NIS). Par exemple, si la surface intérieure de la chambre d’ionisation est recouverte d’une fine couche de bore, la réaction (n, alpha) peut avoir lieu. La plupart des réactions (n, alpha) des neutrons thermiques sont des réactions  10B (n, alpha) 7Li  accompagnées d’ une émission gamma de 0,48 MeV  . De plus, l’isotope bore-10 a une section efficace de réaction (n, alpha) élevée sur tout  le spectre d’énergie neutronique . La particule alpha provoque l’ionisation à l’intérieur de la chambre et les électrons éjectés provoquent d’autres ionisations secondaires. Une autre méthode pour détecter les neutrons à l’aide d’une chambre d’ionisation consiste à utiliser le gaz du trifluorure de bore  (BF ₃ ) au lieu de l’air dans la chambre. Les neutrons entrants produisent des particules alpha lorsqu’ils réagissent avec les atomes de bore dans le gaz détecteur. L’une ou l’autre méthode peut être utilisée pour détecter des neutrons dans un réacteur nucléaire.

Inconvénients des chambres d’ionisation

• Aucune amplification de charge . Les détecteurs dans la région d’ionisation fonctionnent à une intensité de champ électrique faible, sélectionnée de manière à ce qu’aucune multiplication de gaz n’ait lieu. La charge collectée (signal de sortie) est indépendante de la tension appliquée et pour les particules uniques à ionisation minimale a tendance à être assez petite et nécessite généralement des amplificateurs spéciaux à faible bruit pour atteindre des performances de fonctionnement efficaces. Dans l’air, l’énergie moyenne nécessaire pour produire un ion est d’environ 34 eV, donc un rayonnement de 1 MeV complètement absorbé dans le détecteur produit environ  3 x 10 ⁴  paires d’ions . Cependant, il s’agit d’un petit signal, ce signal peut être considérablement amplifié à l’aide d’une électronique standard. Un courant de 1 micro-ampère se compose d’environ 10 ¹²  électrons par seconde.
• Faible densité . Les rayons gamma déposent une quantité d’énergie considérablement plus faible dans le détecteur que les autres particules. L’efficacité de la chambre peut être encore augmentée par l’utilisation d’un gaz à haute pression.
• Pour   que les particules alpha et  bêta  soient détectées par les chambres d’ionisation, elles doivent être pourvues d’une  fenêtre mince . Cette «fenêtre d’extrémité» doit être suffisamment mince pour que les particules alpha et bêta puissent pénétrer. Cependant, une fenêtre de presque n’importe quelle épaisseur empêchera une particule alpha d’entrer dans la chambre. La fenêtre est généralement en mica avec une densité d’environ 1,5 à 2,0 mg / cm ² .