Dosimétrie des rayonnements

Un compteur à scintillation NaI (Tl)  est un détecteur de rayonnement qui utilise l’effet connu sous le nom de scintillation . La scintillation, qui se produit dans le  cristal NaI (Tl), est un éclair de lumière produit dans un matériau transparent par le passage d’une particule (un électron, une particule alpha, un ion ou un photon à haute énergie). La scintillation se produit dans le scintillateur, qui est un élément clé d’un détecteur de scintillation. En général, un détecteur à scintillation comprend:

• Scintillateur . Un scintillateur génère des photons en réponse au rayonnement incident.
• Photodétecteur . Un photodétecteur sensible (généralement un tube photomultiplicateur (PMT), une caméra à dispositif à couplage de charge (CCD) ou une photodiode), qui convertit la lumière en un signal électrique et électronique pour traiter ce signal.

Le principe de base du fonctionnement implique que le rayonnement réagit avec un scintillateur, ce qui produit une série d’éclairs d’intensité variable. L’intensité des éclairs est proportionnelle à l’énergie du rayonnement. Cette fonctionnalité est très importante. Ces compteurs sont adaptés pour mesurer l’énergie du rayonnement gamma ( spectroscopie gamma ) et, par conséquent, peuvent être utilisés pour identifier les isotopes émetteurs gamma.

Les compteurs à scintillation sont largement utilisés dans la radioprotection , le dosage des matériaux radioactifs et la recherche en physique car ils peuvent être fabriqués à peu de frais mais avec une bonne efficacité, et peuvent mesurer à la fois l’intensité et l’énergie du rayonnement incident. Les hôpitaux du monde entier ont des gamma caméras basées sur l’effet de scintillation et, par conséquent, elles sont aussi appelées caméras à scintillation.

Les avantages d’un compteur à scintillation sont son efficacité et la haute précision et les taux de comptage qui sont possibles. Ces derniers attributs sont la conséquence de la durée extrêmement courte des éclairs lumineux, d’environ 10 ^-9  (scintillateurs organiques) à 10 ^-6 (scintillateurs inorganiques) secondes. L’ intensité des flashs et l’amplitude de l’impulsion de tension de sortie sont proportionnelles à l’énergie du rayonnement . Par conséquent, les compteurs à scintillation peuvent être utilisés pour déterminer l’énergie, ainsi que le nombre, des particules excitantes (ou photons gamma). Pour la spectrométrie gamma, les détecteurs les plus courants comprennent les compteurs à scintillation à l’iodure de sodium (NaI) et les détecteurs au germanium de haute pureté.

Iodure de sodium dopé au thallium – scintillateurs NaI (Tl)

Le matériau de scintillation le plus utilisé est le NaI (Tl) (iodure de sodium dopé au thallium) . Le NaI (Tl) en tant que scintillateur est utilisé dans les détecteurs à scintillation, traditionnellement en médecine nucléaire, géophysique, physique nucléaire et mesures environnementales. L’iode fournit la plupart du pouvoir d’arrêt dans l’iodure de sodium (car il a un Z élevé = 53). Ces scintillateurs cristallins sont caractérisés par une densité élevée, un nombre atomique élevé et des temps de décroissance d’impulsion d’environ 1 microseconde (~ 10 ^-6 s). La longueur d’onde d’émission maximale est de 415 nm. La scintillation dans les cristaux inorganiques est généralement plus lente que dans les cristaux organiques. Ils présentent une efficacité élevée pour la détection des rayons gamma et sont capables de gérer des taux de comptage élevés. Les cristaux inorganiques peuvent être coupés à de petites tailles et disposés dans une configuration en réseau afin de fournir une sensibilité de position. Cette fonction est largement utilisée en imagerie médicale pour détecter les rayons X ou les rayons gamma. Les scintillateurs inorganiques détectent mieux les rayons gamma et les rayons X. Le scintillateur NaI (Tl) a une résolution d’énergie plus élevée qu’un compteur proportionnel, permettant des déterminations énergétiques plus précises. Cela est dû à leur haute densité et à leur numéro atomique qui donne une haute densité électronique. Un inconvénient de certains cristaux inorganiques, par exemple NaI, est leur hygroscopicité, une propriété qui exige qu’ils soient logés dans un récipient hermétique pour les protéger de l’humidité. Les cristaux sont généralement couplés à un tube photomultiplicateur, dans un ensemble hermétiquement scellé.

Tube photomultiplicateur

Les tubes photomultiplicateurs (PMT) sont un dispositif de détection de photons qui utilise l’effet photoélectrique combiné à une émission secondaire pour convertir la lumière en un signal électrique. Un photomultiplicateur absorbe la lumière émise par le scintillateur et la réémet sous forme d’électrons via l’ effet photoélectrique . Depuis lors, le PMT est le principal choix pour la détection de photons en raison de son efficacité quantique élevée et de son amplification élevée.

Composants du tube photomultiplicateur

L’appareil se compose de plusieurs composants et ces composants sont représentés sur la figure.

• Photocathode . Juste après une fenêtre d’entrée mince, se trouve une photocathode, qui est faite d’un matériau dans lequel les électrons de valence sont faiblement liés et ont une section efficace élevée pour convertir les photons en électrons via l’effet photoélectrique. Par exemple, du Cs ₃ Sb (césium-antimoine) peut être utilisé. En conséquence, la lumière créée dans le scintillateur frappe la photocathode d’un tube photomultiplicateur, libérant au plus un photoélectron par photon.
• Dynodes . En utilisant un potentiel de tension, ce groupe d’électrons primaires est accéléré et concentré électrostatiquement de sorte qu’ils frappent la première dynode avec suffisamment d’énergie pour libérer des électrons supplémentaires. Il existe une série («étapes») de dynodes en matériau de fonction de travail relativement faible. Ces électrodes fonctionnent à un potentiel toujours croissant (par exemple ~ 100-200 V entre les dynodes). Au niveau de la dynode, les électrons sont multipliés par émission secondaire. La prochaine dynode a une tension plus élevée, ce qui fait que les électrons libérés du premier accélèrent vers elle. A chaque dynode 3-4 électrons sont libérés pour chaque électron incident, et avec 6 à 14 dynodes le gain global, ou le facteur d’amplification d’électrons, seront dans la plage d’environ 10 ⁴ -10⁷ lorsqu’ils atteignent l’anode. Les tensions de fonctionnement typiques se situent dans la plage de 500 à 3000 V. Au niveau de la dynode finale, suffisamment d’électrons sont disponibles pour produire une impulsion d’une amplitude suffisante pour une amplification supplémentaire. Cette impulsion transporte des informations sur l’énergie du rayonnement incident d’origine. Le nombre de ces impulsions par unité de temps donne également des informations sur l’intensité du rayonnement.

En général, la spectroscopie est la science de l’étude de l’interaction entre la matière et l’énergie rayonnée tandis que la spectrométrie est la méthode utilisée pour acquérir une mesure quantitative du spectre. La spectroscopie (scopie signifie observation ) ne génère aucun résultat. C’est l’approche théorique de la science. La spectrométrie (métrie signifie mesure ) est l’application pratique où les résultats sont générés. Il s’agit de la mesure de l’intensité du rayonnement à l’aide d’un appareil électronique. Ces termes sont souvent utilisés de manière interchangeable, mais chaque spectrométrie n’est pas une spectroscopie (par exemple, spectrométrie de masse vsspectroscopie de masse).

Spectroscopie gamma

En général, la spectroscopie gamma est l’étude des spectres énergétiques des sources de rayons gamma, comme dans l’industrie nucléaire, la recherche géochimique et l’astrophysique. Les spectroscopes, ou spectromètres, sont des appareils sophistiqués conçus pour mesurer la distribution spectrale de puissance d’une source. Le rayonnement incident génère un signal qui permet de déterminer l’énergie de la particule incidente.

La plupart des sources radioactives produisent des rayons gamma , qui sont de différentes énergies et intensités. Les rayons gamma accompagnent fréquemment  l’émission  de  rayonnement alpha  et  bêta . Lorsque ces émissions sont détectées et analysées avec un système de spectroscopie, un spectre d’énergie gamma peut être produit. Rayons gamma de la désintégration radioactivesont dans la gamme d’énergie de quelques keV à ~ 8 MeV, correspondant aux niveaux d’énergie typiques dans les noyaux avec des durées de vie raisonnablement longues. Comme cela a été écrit, ils sont produits par la désintégration des noyaux lorsqu’ils passent d’un état de haute énergie à un état inférieur. Une analyse détaillée de ce spectre est généralement utilisée pour déterminer l’ identité et la quantité d’émetteurs gamma présents dans un échantillon, et est un outil essentiel dans l’analyse radiométrique. Le spectre gamma est caractéristique des nucléides émetteurs gamma contenus dans la source.

Voir aussi: Spectroscopie gamma

Spectroscopie aux rayons X

La spectroscopie aux rayons X est un terme général pour plusieurs techniques spectroscopiques pour la caractérisation des matériaux en utilisant l’excitation aux rayons X. Lorsqu’un électron de la coquille interne d’un atome est excité par l’énergie d’un photon, il se déplace vers un niveau d’énergie supérieur. Étant donné que le processus laisse une  vacance  dans le niveau d’énergie électronique d’où provient l’électron, les électrons externes de l’atome  descendent  pour remplir les niveaux atomiques inférieurs et un ou plusieurs  rayons X caractéristiques sont généralement émis. En conséquence, des pics d’intensité nets apparaissent dans le spectre à des longueurs d’onde qui sont une caractéristique du matériau à partir duquel la cible anodique est fabriquée. Les fréquences des rayons X caractéristiques peuvent être prédites à partir du modèle de Bohr. L’analyse du spectre d’émission de rayons X produit des résultats qualitatifs sur la composition élémentaire de l’échantillon.

Spectromètre à rayons gamma – Spectroscope à rayons gamma

Comme il a été écrit, l’étude et l’analyse des spectres de rayons gamma à des fins scientifiques et techniques sont appelées spectroscopie gamma, et les spectromètres à rayons gamma sont les instruments qui observent et collectent ces données. Un spectromètre à rayons gamma (GRS) est un appareil sophistiqué pour mesurer la distribution d’énergie du rayonnement gamma. Pour la mesure des rayons gamma au-dessus de plusieurs centaines de keV, il existe deux catégories de détecteurs d’importance majeure, les scintillateurs inorganiques comme le NaI (Tl) et les détecteurs semi – conducteurs. Dans les articles précédents, nous avons décrit la spectroscopie gamma à l’aide d’un détecteur à scintillation, qui se compose d’un cristal scintillateur approprié, d’un tube photomultiplicateur et d’un circuit de mesure de la hauteur des impulsions produites par le photomultiplicateur. Les avantages d’un compteur à scintillation sont son efficacité (grande taille et haute densité) et la haute précision et les taux de comptage possibles. En raison du nombre atomique élevé d’iode, un grand nombre de toutes les interactions entraîneront une absorption complète de l’énergie des rayons gamma, de sorte que la fraction photo sera élevée.

Mais si une résolution énergétique parfaite est requise, nous devons utiliser un détecteur à base de germanium , tel que le détecteur HPGe . Les détecteurs à semi-conducteur à base de germanium sont les plus couramment utilisés lorsqu’une très bonne résolution énergétique est requise, en particulier pour la spectroscopie gamma , ainsi que la spectroscopie aux rayons X. En spectroscopie gamma, le germanium est préféré en raison de son numéro atomique beaucoup plus élevé que le silicium et qui augmente la probabilité d’interaction des rayons gamma. De plus, le germanium a une énergie moyenne inférieure nécessaire pour créer une paire électron-trou, qui est de 3,6 eV pour le silicium et de 2,9 eV pour le germanium. Cela donne également à ce dernier une meilleure résolution en énergie. La FWHM (pleine largeur à moitié maximum) pour les détecteurs au germanium est fonction de l’énergie. Pour un photon de 1,3 MeV, la FWHM est de 2,1 keV, ce qui est très faible.

Le fonctionnement des compteurs à scintillation et des tubes photomultiplicateurs est résumé dans les points suivants:

• 

  Le rayonnement ionisant pénètre dans le scintillateur et interagit avec le matériau du scintillateur. Cela provoque la montée des électrons à un état excité .

  • Pour les particules chargées, la piste est le chemin de la particule elle-même.
  • Pour les rayons gamma (non chargés), leur énergie est convertie en un électron énergétique via l’ effet photoélectrique , la diffusion Compton ou la production de paires .
• Les atomes excités du matériau scintillateur se désexcitent et émettent rapidement un photon dans la gamme de lumière visible (ou presque visible). La quantité est proportionnelle à l’énergie déposée par la particule ionisante. Le matériau serait fluorescent.
• Trois classes de luminophores sont utilisées:
  • cristaux inorganiques,
  • cristaux organiques,
  • phosphores plastiques.
• La lumière créée dans le scintillateur frappe la photocathode d’un tube photomultiplicateur , libérant au plus un photoélectron par photon.
• En utilisant un potentiel de tension, ce groupe d’ électrons primaires est accéléré et concentré électrostatiquement de sorte qu’ils frappent la première dynode avec suffisamment d’énergie pour libérer des électrons supplémentaires.
• Ces électrons secondaires sont attirés et frappent une seconde dynode libérant plus d’électrons. Ce processus se produit dans le tube photomultiplicateur.
• Chaque impact de dynode suivant libère d’autres électrons, et il y a donc un effet d’amplification de courant à chaque étage de dynode. Chaque étage a un potentiel plus élevé que le précédent pour fournir le champ d’accélération.
• Le signal primaire est multiplié et cette amplification se poursuit sur 10 à 12 étages.
• À la dynode finale , suffisamment d’électrons sont disponibles pour produire une impulsion d’une amplitude suffisante pour une amplification supplémentaire. Cette impulsion transporte des informations sur l’énergie du rayonnement incident d’origine. Le nombre de ces impulsions par unité de temps donne également des informations sur l’intensité du rayonnement.

En général, un luminophore est une substance qui présente le phénomène de luminescence. Ces matériaux sont également utilisés dans les détecteurs à scintillation sous diverses formes. Le scintillateur se compose d’un cristal transparent, généralement un phosphore, un plastique ou un liquide organique qui émet une fluorescence lorsqu’il est frappé par un rayonnement ionisant. Le scintillateur doit également être transparent à ses propres émissions lumineuses et il doit avoir un temps de décroissance court car la transparence est importante pour une bonne transmission lumineuse pour atteindre l’électrode, et le temps de décroissance court permet une réponse rapide.

Phosphores inorganiques à scintillation

Les luminophores inorganiques à scintillation sont généralement des cristaux cultivés dans des fours à haute température. Ils comprennent l’iodure de lithium (LiI), l’iodure de sodium (NaI), l’iodure de césium (CsI) et le sulfure de zinc (ZnS). Le matériau de scintillation le plus utilisé est le NaI (Tl) (iodure de sodium dopé au thallium). L’iode fournit la plupart du pouvoir d’arrêt dans l’iodure de sodium (car il a un Z élevé = 53). Ces scintillateurs cristallins se caractérisent par une densité élevée, un nombre atomique élevé et des temps de décroissance d’impulsion d’environ 1 microseconde (~ 10 ^-6seconde). La scintillation dans les cristaux inorganiques est généralement plus lente que dans les cristaux organiques. Ils présentent une efficacité élevée pour la détection des rayons gamma et sont capables de gérer des taux de comptage élevés. Les cristaux inorganiques peuvent être coupés à de petites tailles et disposés dans une configuration en réseau afin de fournir une sensibilité de position. Cette fonction est largement utilisée en imagerie médicale pour détecter les rayons X ou les rayons gamma. Scintillateurs inorganiques sont mieux à détecter les rayons gamma et les rayons X . Cela est dû à leur haute densité et à leur numéro atomique qui donne une haute densité électronique. Un inconvénient de certains cristaux inorganiques, par exemple NaI, est leur hygroscopicité, une propriété qui exige qu’ils soient logés dans un récipient hermétique pour les protéger de l’humidité.

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Un compteur à scintillation ou un détecteur à scintillation est un détecteur de rayonnement qui utilise l’effet connu sous le nom de scintillation . La scintillation est un éclair de lumière produit dans un matériau transparent par le passage d’une particule (un électron, une particule alpha, un ion ou un photon à haute énergie). La scintillation se produit dans le scintillateur, qui est un élément clé d’un détecteur de scintillation. En général, un détecteur à scintillation comprend:

• Scintillateur . Un scintillateur génère des photons en réponse au rayonnement incident.
• Photodétecteur . Un photodétecteur sensible (généralement un tube photomultiplicateur (PMT), une caméra à dispositif à couplage de charge (CCD) ou une photodiode), qui convertit la lumière en un signal électrique et électronique pour traiter ce signal.

Le principe de base du fonctionnement implique que le rayonnement réagit avec un scintillateur, ce qui produit une série d’éclairs d’intensité variable. L’intensité des éclairs est proportionnelle à l’énergie du rayonnement. Cette fonctionnalité est très importante. Ces compteurs sont adaptés pour mesurer l’énergie du rayonnement gamma ( spectroscopie gamma ) et, par conséquent, peuvent être utilisés pour identifier les isotopes émetteurs gamma.

Les compteurs à scintillation sont largement utilisés dans la radioprotection , le dosage des matériaux radioactifs et la recherche en physique car ils peuvent être fabriqués à peu de frais mais avec une bonne efficacité, et peuvent mesurer à la fois l’intensité et l’énergie du rayonnement incident. Les hôpitaux du monde entier ont des gamma caméras basées sur l’effet de scintillation et, par conséquent, elles sont aussi appelées caméras à scintillation.

Les avantages et les inconvénients des compteurs à scintillation sont déterminés par le scintillateur. Les caractéristiques suivantes ne sont pas générales pour tous les scintillateurs.

Avantages des compteurs à scintillation

• L’efficacité . Les avantages d’un compteur à scintillation sont son efficacité et la haute précision et les taux de comptage qui sont possibles. Ces derniers attributs sont la conséquence de la durée extrêmement courte des éclairs lumineux, d’environ 10 ^-9  (scintillateurs organiques) à 10 ^-6 (scintillateurs inorganiques) secondes.
• Spectroscopie . L’ intensité des flashs et l’amplitude de l’impulsion de tension de sortie sont proportionnelles à l’énergie du rayonnement . Par conséquent, les compteurs à scintillation peuvent être utilisés pour déterminer l’énergie, ainsi que le nombre, des particules excitantes (ou photons gamma). Pour la spectrométrie gamma, les détecteurs les plus courants comprennent les compteurs à scintillation à l’iodure de sodium (NaI) et les détecteurs au germanium de haute pureté. Le scintillateur NaI (Tl) a une résolution d’énergie plus élevée qu’un compteur proportionnel, permettant des déterminations d’énergie plus précises. D’un autre côté, si une résolution énergétique parfaite est requise, nous devons utiliser un détecteur à base de germanium, tel que le détecteur HPGe.

Inconvénients des compteurs à scintillation

• Hygroscopicité . Un inconvénient de certains cristaux inorganiques, par exemple NaI, est leur hygroscopicité , une propriété qui exige qu’ils soient logés dans un récipient hermétique pour les protéger de l’humidité.
• NaI (Tl) n’a pas de réponse bêta ou alpha et une mauvaise réponse gamma à basse énergie.
• Les scintillateurs liquides sont relativement encombrants.

Un compteur à scintillation ou un détecteur à scintillation est un détecteur de rayonnement qui utilise l’effet connu sous le nom de scintillation . La scintillation est un éclair de lumière produit dans un matériau transparent par le passage d’une particule (un électron, une particule alpha, un ion ou un photon à haute énergie). La scintillation se produit dans le scintillateur, qui est un élément clé d’un détecteur de scintillation. En général, un détecteur à scintillation comprend:

• Scintillateur . Un scintillateur génère des photons en réponse au rayonnement incident.
• Photodétecteur . Un photodétecteur sensible (généralement un tube photomultiplicateur (PMT), une caméra à dispositif à couplage de charge (CCD) ou une photodiode), qui convertit la lumière en un signal électrique et électronique pour traiter ce signal.

Les compteurs à scintillation sont largement utilisés dans la radioprotection , le dosage des matériaux radioactifs et la recherche en physique car ils peuvent être fabriqués à peu de frais mais avec une bonne efficacité, et peuvent mesurer à la fois l’intensité et l’énergie du rayonnement incident. Les hôpitaux du monde entier ont des gamma caméras basées sur l’effet de scintillation et, par conséquent, elles sont aussi appelées caméras à scintillation.

Les avantages d’un compteur à scintillation sont son efficacité et la haute précision et les taux de comptage qui sont possibles. Ces derniers attributs sont la conséquence de la durée extrêmement courte des éclairs lumineux, d’environ 10 ^-9  (scintillateurs organiques) à 10 ^-6 (scintillateurs inorganiques) secondes. L’ intensité des flashs et l’amplitude de l’impulsion de tension de sortie sont proportionnelles à l’énergie du rayonnement . Par conséquent, les compteurs à scintillation peuvent être utilisés pour déterminer l’énergie, ainsi que le nombre, des particules excitantes (ou photons gamma). Pour la spectrométrie gamma, les détecteurs les plus courants comprennent les compteurs à scintillation à l’iodure de sodium (NaI) et les détecteurs au germanium de haute pureté.

Applications des compteurs à scintillation

Les compteurs à scintillation sont utilisés pour mesurer le rayonnement dans une variété d’applications, y compris les compteurs portatifs de rayonnement, la surveillance du personnel et de l’environnement pour la contamination radioactive , l’imagerie médicale, les tests radiométriques, la sécurité nucléaire et la sécurité des centrales nucléaires. Ils sont largement utilisés car ils peuvent être fabriqués à peu de frais mais avec une bonne efficacité, et peuvent mesurer à la fois l’intensité et l’énergie du rayonnement incident.

• Les compteurs à scintillation peuvent être utilisés pour détecter les rayonnements alpha , bêta et gamma . Ils peuvent également être utilisés pour la détection de neutrons . À ces fins, différents scintillateurs sont utilisés:

  • 

    Particules alpha et ions lourds . En raison du pouvoir ionisant très élevé des ions lourds, les compteurs à scintillation ne sont généralement pas idéaux pour la détection des ions lourds. À énergie égale, un proton produira 1/4 à 1/2 de la lumière d’un électron, tandis que les particules alpha ne produiront qu’environ 1/10 de la lumière. Le cas échéant, les cristaux inorganiques, par exemple CsI (Tl), ZnS (Ag) (généralement utilisés dans des feuilles minces comme moniteurs de particules α), devraient être préférés aux matériaux organiques. Pure CsI est un matériau scintillant rapide et dense avec un rendement lumineux relativement faible qui augmente considérablement avec le refroidissement. Les inconvénients du CsI sont un gradient de température élevé et une légère hygroscopicité.

  • Particules bêta . Pour la détection des particules bêta, des scintillateurs organiques peuvent être utilisés. Les cristaux organiques purs comprennent des cristaux d’anthracène, de stilbène et de naphtalène. Le temps de décroissance de ce type de luminophore est d’environ 10 nanosecondes. Ce type de cristal est fréquemment utilisé dans la détection des particules bêta. Les scintillateurs organiques , ayant un Z inférieur à celui des cristaux inorganiques, sont les mieux adaptés pour la détection de particules bêta de faible énergie (<10 MeV).
  • Rayons gamma . Les matériaux à haute teneur en Z conviennent mieux comme scintillateurs pour la détection des rayons gamma. Le matériau de scintillation le plus utilisé est le NaI (Tl) (iodure de sodium dopé au thallium). L’iode fournit la plupart du pouvoir d’arrêt dans l’iodure de sodium (car il a un Z élevé = 53). Ces scintillateurs cristallins se caractérisent par une densité élevée, un nombre atomique élevé et des temps de décroissance d’impulsion d’environ 1 microseconde (~ 10 ^-6seconde). La scintillation dans les cristaux inorganiques est généralement plus lente que dans les cristaux organiques. Ils présentent une grande efficacité pour la détection des rayons gamma et sont capables de gérer des taux de comptage élevés. Les cristaux inorganiques peuvent être coupés à de petites tailles et disposés dans une configuration en réseau afin de fournir une sensibilité de position. Cette fonction est largement utilisée en imagerie médicale pour détecter les rayons X ou les rayons gamma. Les scintillateurs inorganiques détectent mieux les rayons gamma et les rayons X. Cela est dû à leur densité élevée et à leur numéro atomique qui donne une densité électronique élevée.

Neutrons . Les neutrons étant des particules électriquement neutres, ils sont principalement soumis à de fortes forces nucléaires mais pas à des forces électriques. Par conséquent, les neutrons ne sont pas directement ionisants et ils doivent généralement être convertis en particules chargées avant de pouvoir être détectés. En général, chaque type de détecteur de neutrons doit être équipé d’un convertisseur (pour convertir le rayonnement neutronique en rayonnement commun détectable) et de l’un des détecteurs de rayonnement conventionnels (détecteur à scintillation, détecteur gazeux, détecteur à semi-conducteur, etc.).  Les neutrons rapides (> 0,5 MeV) dépendent principalement du proton de recul dans les réactions (n, p). Matériaux riches en hydrogène, par exemple scintillateurs plastiques, sont donc les mieux adaptés à leur détection. Les neutrons thermiques dépendent de réactions nucléaires telles que les réactions (n, γ) ou (n, α) pour produire l’ionisation. Les matériaux tels que LiI (Eu) ou les silicates de verre sont donc particulièrement bien adaptés à la détection des neutrons thermiques.

Un compteur à scintillation ou un détecteur à scintillation est un détecteur de rayonnement qui utilise l’effet connu sous le nom de scintillation . La scintillation est un éclair de lumière produit dans un matériau transparent par le passage d’une particule (un électron, une particule alpha, un ion ou un photon à haute énergie). La scintillation se produit dans le scintillateur, qui est un élément clé d’un détecteur de scintillation. En général, un détecteur à scintillation comprend:

• Scintillateur . Un scintillateur génère des photons en réponse au rayonnement incident.
• Photodétecteur . Un photodétecteur sensible (généralement un tube photomultiplicateur (PMT), une caméra à dispositif à couplage de charge (CCD) ou une photodiode), qui convertit la lumière en un signal électrique et électronique pour traiter ce signal.

Détection de neutrons à l’aide d’un compteur à scintillation

Les compteurs à scintillation sont utilisés pour mesurer le rayonnement dans une variété d’applications, y compris les compteurs portatifs de rayonnement, la surveillance du personnel et de l’environnement pour la contamination radioactive , l’imagerie médicale, les tests radiométriques, la sécurité nucléaire et la sécurité des centrales nucléaires. Ils sont largement utilisés car ils peuvent être fabriqués à peu de frais mais avec une bonne efficacité, et peuvent mesurer à la fois l’intensité et l’énergie du rayonnement incident.

Les compteurs à scintillation peuvent être utilisés pour détecter les rayonnements alpha , bêta et gamma . Ils peuvent également être utilisés pour la détection de neutrons . A cet effet, différents scintillateurs sont utilisés:

• Neutrons . Les neutrons étant des particules électriquement neutres, ils sont principalement soumis à de fortes forces nucléaires mais pas à des forces électriques. Par conséquent, les neutrons ne sont pas directement ionisants et ils doivent généralement être convertis en particules chargées avant de pouvoir être détectés. Généralement, chaque type de détecteur de neutrons doit être équipé d’un convertisseur (pour convertir le rayonnement neutronique en rayonnement commun détectable) et de l’un des détecteurs de rayonnement conventionnels (détecteur à scintillation, détecteur gazeux, détecteur semi-conducteur, etc.).  Les neutrons rapides (> 0,5 MeV) dépendent principalement du proton de recul dans les réactions (n, p). Matériaux riches en hydrogène, par exemple scintillateurs plastiques, sont donc les mieux adaptés à leur détection. Les neutrons thermiques dépendent de réactions nucléaires telles que les réactions (n, γ) ou (n, α) pour produire l’ionisation. Les matériaux tels que LiI (Eu) ou les silicates de verre sont donc particulièrement bien adaptés à la détection des neutrons thermiques.

La sensibilité d’une photocathode est généralement indiquée en termes d’ efficacité quantique . En général, le rendement quantique terme (QE) peut demander au photon incident à électrons converti ( IPCE ) rapport d’un dispositif photosensible. L’efficacité quantique de la photocathode est définie comme la probabilité de conversion de photons incidents en un signal électrique et est définie comme:

L’efficacité quantique de tout appareil photosensible est une fonction importante de la longueur d’onde de la lumière incidente, et un effort est fait pour adapter la réponse spectrale de la photocathode au spectre d’émission du scintillateur utilisé. Dans le tube photomultiplicateur, l’efficacité quantique est limitée à 20-30% , mais une efficacité quantique moyenne sur le spectre d’émission d’un scintillateur typique est d’environ 15-20% .

La norme de cotation est le nombre de photoélectrons par perte d’énergie keV par des électrons rapides dans un scintillateur NaI (Tl) . Pour l’efficacité quantique maximale, environ 8 à 10 photoélectrons sont produits pour chaque perte d’énergie keV. Par conséquent, la perte d’énergie moyenne requise pour créer un seul photoélectron est d’environ 100 eV, ce qui est beaucoup plus élevé que les valeurs des détecteurs remplis de gaz ou des détecteurs à semi-conducteur.

Depuis lors, le PMT est le principal choix pour la détection de photons en raison de son efficacité quantique élevée et de son amplification élevée. Dernièrement, cependant, les semi-conducteurs ont commencé à concurrencer le PMT, la photodiode par exemple, qui a une efficacité quantique plus élevée dans la gamme visible et au-dessus, une consommation d’énergie inférieure et une taille plus petite. L’efficacité quantique de la photodiode est élevée (60-80%) par rapport au PMT (20-30%) qui donne une résolution énergétique plus élevée.

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Cet article est basé sur la traduction automatique de l’article original en anglais. Pour plus d’informations, voir l’article en anglais. Pouvez vous nous aider Si vous souhaitez corriger la traduction, envoyez-la à l’adresse: translations@nuclear-power.com ou remplissez le formulaire de traduction en ligne. Nous apprécions votre aide, nous mettrons à jour la traduction le plus rapidement possible. Merci