Dosimétrie des rayonnements

Détecteurs Cherenkov

Un détecteur Cherenkov est un détecteur de particules, qui est basé sur la détection du rayonnement Cherenkov (lumière visible ou photons UV). Contrairement à un compteur à scintillation, la production de lumière est instantanée. Les détecteurs à scintillateur typiques ont un temps de décroissance mesuré en microsecondes tandis que le rayonnement de Cherenkov est presque instantané et avec un équipement de traitement d’impulsion rapide peut être mesuré en picosecondes. Les compteurs Cherenkov sont principalement utilisés pour l’ identification des particules , c’est-à-dire pour la détermination des masses de particules. Les compteurs Cherenkov contiennent deux éléments principaux:

• un radiateur à travers lequel passe la particule chargée,
• un photodétecteur (par exemple un tube photomultiplicateur – PMT ).

Le rayonnement Cherenkov, qui est produit dans le radiateur, est un rayonnement électromagnétique émis lorsqu’une particule chargée (comme un électron) se déplace à travers un milieu diélectrique plus rapidement que la vitesse de phase de la lumière dans ce milieu . Les particules dépassant la vitesse de phase de la lumière entraînent une polarisation le long de l’axe de mouvement créant un champ dipolaire. Lorsque ce champ s’effondre, une impulsion électromagnétique (rayonnement Cherenkov) est émise vers l’avant.

Le rayonnement de Cherenkov est généralement produit dans les matériaux diélectriques par le biais d’électrons Compton ou d’électrons et de positons à production par paire. L’intensité de la lumière produite par ce processus est bien inférieure à celle de la luminescence (la base du fonctionnement du détecteur à scintillation) nécessitant un équipement de détection optique de photons plus sensible tel que des tubes photo-multiplicateurs à faible luminosité (PMT). Les compteurs de Cherenkov peuvent être classés en types d’ imagerie ou de seuil , selon qu’ils utilisent ou non les informations d’angle de Cherenkov (θ). Dans le cas simple d’un détecteur de seuill’énergie seuil dépendant de la masse permet la discrimination entre une particule plus légère (qui rayonne) et une particule plus lourde (qui ne rayonne pas) de la même énergie ou impulsion. Des compteurs d’imagerie peuvent être utilisés pour suivre les particules et les identifier. Bien que les dispositifs utilisant le rayonnement Cherenkov soient souvent considérés comme des détecteurs d’identification de particules (PID), en pratique, ils sont largement utilisés dans une gamme d’applications beaucoup plus large; comprenant:

• compteurs de particules rapides
• identification des particules hadroniques
• détecteurs de poursuite effectuant une reconstruction complète de l’événement.

Les détecteurs Cherenkov peuvent être classés en types d’ imagerie ou de type seuil , selon qu’ils utilisent ou non les informations d’angle Cherenkov (θ). Dans le cas simple d’un détecteur de seuil, l’énergie de seuil dépendante de la masse permet la discrimination entre une particule plus légère (qui rayonne) et une particule plus lourde (qui ne rayonne pas) de la même énergie ou impulsion. Des compteurs d’imagerie peuvent être utilisés pour suivre les particules et les identifier. Bien que les dispositifs utilisant le rayonnement Cherenkov soient souvent considérés comme des détecteurs d’identification de particules (PID), en pratique, ils sont largement utilisés dans une gamme d’applications beaucoup plus large; comprenant:

• compteurs de particules rapides
• identification des particules hadroniques
• détecteurs de poursuite effectuant une reconstruction complète de l’événement.

Types de détecteurs Cherenkov – Exemples

• RICHES. Les détecteurs Cherenkov d’imagerie en anneau multipistes pratiques (appelés génériquement compteurs RICH) sont un développement plus récent. Dans un détecteur RICH, un cône de lumière Cherenkov est produit lorsqu’une particule chargée à grande vitesse traverse un milieu approprié, souvent appelé radiateur. Ce cône lumineux est détecté sur un détecteur de photons planaires sensible à la position, ce qui permet de reconstruire un anneau ou un disque dont le rayon est une mesure de l’angle d’émission de Cherenkov. Par exemple, l’expérience LHCb sur le grand collisionneur de hadrons utilise deux détecteurs RICH pour différencier les pions des kaons.
• Super-Kamiokande. Super-Kamiokande est un observatoire souterrain des neutrinos, qui utilise de grands compteurs d’eau Cherenkov pour détecter les neutrinos de haute énergie pour rechercher la désintégration des protons, étudier les neutrinos solaires et atmosphériques et surveiller les supernovae dans la galaxie de la voie lactée. Il se compose d’un réservoir cylindrique en acier inoxydable d’environ 40 m (131 pi) de hauteur et de diamètre contenant 50 000 tonnes d’eau ultrapure. Sur une superstructure intérieure sont montés environ 13 000 tubes photomultiplicateurs qui détectent la lumière du rayonnement Cherenkov.

Un détecteur Tcherenkov est un détecteur de particules, qui est basé sur la détection du rayonnement Tcherenkov (lumière visible ou photons UV). Contrairement à un compteur à scintillation, la production de lumière est instantanée. Les détecteurs à scintillateur typiques ont un temps de décroissance mesuré en microsecondes tandis que le rayonnement de Tcherenkov est presque instantané et avec un équipement de traitement d’impulsion rapide peut être mesuré en picosecondes. Les compteurs Tcherenkov sont principalement utilisés pour l’ identification des particules , c’est-à-dire pour la détermination des masses de particules. Les compteurs Tcherenkov contiennent deux éléments principaux:

• un radiateur à travers lequel passe la particule chargée,
• un photodétecteur (par exemple un tube photomultiplicateur – PMT ).

Le rayonnement Tcherenkov, qui est produit dans le radiateur, est un rayonnement électromagnétique émis lorsqu’une particule chargée (comme un électron) se déplace à travers un milieu diélectrique plus rapidement que la vitesse de phase de la lumière dans ce milieu . Les particules dépassant la vitesse de phase de la lumière entraînent une polarisation le long de l’axe de mouvement créant un champ dipolaire. Lorsque ce champ s’effondre, une impulsion électromagnétique (rayonnement Tcherenkov) est émise vers l’avant. Elle est similaire à la vague d’étrave produite par un bateau voyageant plus vite que la vitesse des vagues d’eau. Le rayonnement Tcherenkov ne se produit que si la vitesse des particules est supérieure à la vitesse de phase de la lumière dans le matériau. Même à haute énergie, l’ énergie perdue par Tcherenkov, le rayonnement est bien inférieur à celui des autres mécanismes (collisions, bremsstrahlung). Il est nommé d’après le physicien soviétique Pavel Alekseyevich Cherenkov , qui a partagé le prix Nobel de physique en 1958 avec Ilya Frank et Igor Tamm pour la découverte du rayonnement Tcherenkov, faite en 1934.

Le rayonnement de Tcherenkov est généralement produit dans les matériaux diélectriques par le biais d’électrons Compton ou d’électrons et de positons à production par paire. L’intensité de la lumière produite par ce processus est bien inférieure à celle de la luminescence (la base du fonctionnement du détecteur à scintillation) nécessitant un équipement de détection optique de photons plus sensible tel que des tubes photo-multiplicateurs à faible luminosité (PMT). Les compteurs de Tcherenkov peuvent être classés en types d’ imagerie ou de seuil , selon qu’ils utilisent ou non les informations d’angle de Tcherenkov (θ). Dans le cas simple d’un détecteur de seuill’énergie seuil dépendant de la masse permet la discrimination entre une particule plus légère (qui rayonne) et une particule plus lourde (qui ne rayonne pas) de la même énergie ou impulsion. Des compteurs d’imagerie peuvent être utilisés pour suivre les particules et les identifier. Bien que les dispositifs utilisant le rayonnement Tcherenkov soient souvent considérés comme des détecteurs d’identification de particules (PID), en pratique, ils sont largement utilisés dans une gamme d’applications beaucoup plus large; comprenant:

• compteurs de particules rapides
• identification des particules hadroniques
• détecteurs de poursuite effectuant une reconstruction complète de l’événement.

Types de détecteurs Tcherenkov – Exemples

• RICHES. Les détecteurs Tcherenkov d’imagerie en anneau multipistes pratiques (appelés génériquement compteurs RICH) sont un développement plus récent. Dans un détecteur RICH, un cône de lumière Cherenkov est produit lorsqu’une particule chargée à grande vitesse traverse un milieu approprié, souvent appelé radiateur. Ce cône lumineux est détecté sur un détecteur de photons planaires sensible à la position, ce qui permet de reconstruire un anneau ou un disque dont le rayon est une mesure de l’angle d’émission de Cherenkov. Par exemple, l’expérience LHCb sur le grand collisionneur de hadrons utilise deux détecteurs RICH pour différencier les pions des kaons.
• Super-Kamiokande. Super-Kamiokande est un observatoire souterrain des neutrinos, qui utilise de grands compteurs d’eau Tcherenkov pour détecter les neutrinos de haute énergie pour rechercher la désintégration des protons, étudier les neutrinos solaires et atmosphériques et surveiller les supernovae dans la galaxie de la voie lactée. Il se compose d’un réservoir cylindrique en acier inoxydable d’environ 40 m (131 pi) de hauteur et de diamètre contenant 50 000 tonnes d’eau ultrapure. Sur une superstructure intérieure sont montés environ 13 000 tubes photomultiplicateurs qui détectent la lumière du rayonnement Cherenkov.

La détection des rayons X  est très spécifique, car les photons de haute énergie interagissent différemment avec la matière. Les photons à haute énergie peuvent parcourir des milliers de pieds dans l’air et peuvent facilement traverser divers matériaux. De plus, les photons de haute énergie peuvent ioniser les atomes indirectement et directement (malgré leur neutralité électrique) par l’ effet photoélectrique et l’ effet Compton . Mais l’ionisation secondaire (indirecte) est beaucoup plus importante.

Afin de décrire les principes de détection des photons de haute énergie, nous devons comprendre l’ interaction du rayonnement avec la matière . Chaque type de particule interagit de manière différente, nous devons donc décrire séparément les interactions des photons de haute énergie (rayonnement sous forme de flux de ces rayons).

Voir aussi: Rayons X

Interaction des rayons X avec la matière

Bien qu’un grand nombre d’interactions possibles soient connues, il existe trois mécanismes d’interaction clés avec la matière. La force de ces interactions dépend de l’  énergie des rayons X  et de la composition élémentaire du matériau, mais pas beaucoup des propriétés chimiques, car l’énergie photonique des rayons X est beaucoup plus élevée que les énergies de liaison chimique. L’absorption photoélectrique domine  aux basses énergies de rayons X,  tandis que la diffusion Compton domine aux énergies plus élevées.

• Effet photoélectrique
• Diffusion de Compton
• Diffusion de Rayleigh

Le photon est complètement absorbé par effet photoélectrique, tandis que seule une énergie partielle est déposée dans une diffusion Compton donnée. La probabilité d’absorption photoélectrique (domine aux énergies de rayons X inférieures) par unité de masse est approximativement proportionnelle à:

τ (photoélectrique) = constante x Z ^N / E ^3,5

où Z est le numéro atomique, l’exposant n varie entre 4 et 5. E est l’énergie du photon incident. La probabilité de diffusion Compton par interaction avec un atome augmente linéairement avec le numéro atomique Z, car elle dépend du nombre d’électrons disponibles pour la diffusion dans l’atome cible.

Détecteurs de rayons X

Les détecteurs peuvent également être classés en fonction de matériaux et de méthodes sensibles qui peuvent être utilisés pour effectuer une mesure:

• Détecteurs d’ionisation gazeuse
• Détecteurs à scintillation
• Détecteurs semi-conducteurs

Détection des rayons X à l’aide d’une chambre d’ionisation

Les rayons gamma  ont très peu de mal à pénétrer les parois métalliques de la chambre. Par conséquent, des chambres d’ionisation peuvent être utilisées pour détecter le rayonnement gamma et les rayons X collectivement appelés photons, et pour cela le tube sans fenêtre est utilisé. Les chambres d’ionisation ont une bonne réponse uniforme au rayonnement sur une large gamme d’énergies et sont le moyen préféré de mesurer des niveaux élevés de rayonnement gamma. Certains problèmes sont causés par le fait que les particules alpha sont plus ionisantes que les particules bêta et que les rayons gamma, donc plus de courant est produit dans la région de la chambre d’ionisation par alpha que bêta et gamma. Les rayons gamma déposent une quantité d’énergie considérablement plus faible dans le détecteur que les autres particules.

Détection des rayons X à l’aide du compteur Geiger

Le compteur Geiger  peut détecter les rayonnements ionisants tels que  les particules alpha  et  bêta , les  neutrons , les rayons X et  les rayons gamma en  utilisant l’effet d’ionisation produit dans un tube Geiger – Müller, qui donne son nom à l’instrument. La tension du détecteur est ajustée pour que les conditions correspondent à la région  Geiger-Mueller .

Le  facteur d’amplification élevé  du compteur Geiger est l’avantage majeur par rapport à la chambre d’ionisation. Le compteur Geiger est donc un appareil beaucoup plus sensible que les autres chambres. Il est souvent utilisé dans la détection des rayons gamma de bas niveau et des particules bêta pour cette raison.

Type sans fenêtre

Les rayons gamma  ont très peu de mal à pénétrer les parois métalliques de la chambre. Par conséquent, les compteurs Geiger peuvent être utilisés pour détecter le rayonnement gamma et les  rayons X  (tubes à paroi mince) collectivement appelés photons, et pour cela, le tube sans fenêtre est utilisé.

• Un  tube à paroi épaisse  est utilisé pour la détection de rayonnement gamma au-dessus d’énergies d’environ 25 KeV, ce type a généralement une épaisseur de paroi globale d’environ 1 à 2 mm d’acier au chrome.
• Un  tube à paroi mince  est utilisé pour les photons de basse énergie (rayons X ou rayons gamma) et les particules bêta de haute énergie. La transition de la conception à parois minces aux parois épaisses se fait aux niveaux d’énergie de 300 à 400 keV. Au-dessus de ces niveaux, des conceptions à parois épaisses sont utilisées, et en dessous de ces niveaux, l’effet d’ionisation directe des gaz est prédominant.

Détection des rayons X 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 appareils de mesure de rayonnement portatifs, 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 rayons alpha ,  bêta , les rayons X et les  rayons gamma . Ils peuvent également être utilisés pour la  détection de neutrons . À ces fins, différents scintillateurs sont utilisés.

• X-Rays .  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 ^-6 seconde). 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.

Détection des rayons X à l’aide de semi-conducteurs – Détecteurs HPGe

Les détecteurs au germanium de haute pureté  ( détecteurs HPGe ) sont la meilleure solution pour une spectroscopie gamma et aux rayons X précise .

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 supérieurs à 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 . Si une  résolution énergétique parfaite  est requise, nous devons utiliser un  détecteur à base de germanium , tel que le  détecteur HPGe. Détecteurs semi – conducteurs à base de germanium sont les plus couramment utilisés où une très bonne résolution d’énergie est nécessaire, en particulier pour  spectroscopie gamma , ainsi que  la spectroscopie par 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.

La détection du rayonnement gamma est très spécifique, car les rayons gamma interagissent différemment avec la matière. Les rayons gamma peuvent parcourir des milliers de pieds dans l’air et peuvent facilement traverser divers matériaux. De plus, les rayons gamma peuvent ioniser les atomes indirectement et directement (bien qu’ils soient électriquement neutres) par l’ effet photoélectrique et l’ effet Compton . Mais l’ionisation secondaire (indirecte) est beaucoup plus importante.

Afin de décrire les principes de détection du rayonnement gamma, nous devons comprendre l’ interaction du rayonnement avec la matière . Chaque type de particule interagit de manière différente, nous devons donc décrire séparément les interactions des rayons gamma (rayonnement sous forme de flux de ces rayons).

Interaction du rayonnement gamma avec la matière

Les rayons gamma sont constitués de photons de haute énergie . Ces photons sont des particules / ondes (dualité onde-particule) sans masse au repos ni charge électrique. Ils peuvent parcourir 10 mètres ou plus dans les airs. Il s’agit d’une longue distance par rapport aux particules alpha ou bêta. Cependant, les rayons gamma déposent moins d’énergie le long de leurs trajectoires. Le plomb, l’eau et le béton arrêtent le rayonnement gamma. Les photons (rayons gamma et rayons X) peuvent ioniser les atomes directement par l’effet photoélectrique et l’effet Compton, où l’électron relativement énergétique est produit. L’électron secondaire continuera à produire de multiples événements d’ ionisation , donc l’ionisation secondaire (indirecte) est beaucoup plus importante.

Bien qu’un grand nombre d’interactions possibles soient connues, il existe trois mécanismes d’interaction clés avec la matière.

• Effet photoélectrique
• Diffusion de Compton
• Production de paires

Le photon est complètement absorbé par l’effet photoélectrique et la production de paires, tandis que seule une énergie partielle est déposée dans une diffusion Compton donnée. La probabilité d’absorption photoélectrique (domine aux énergies de rayons gamma inférieures) par unité de masse est approximativement proportionnelle à:

τ (photoélectrique) = constante x Z ^N / E ^3,5

où Z est le numéro atomique, l’exposant n varie entre 4 et 5. E est l’énergie du photon incident. La probabilité de diffusion Compton par interaction avec un atome augmente linéairement avec le numéro atomique Z, car elle dépend du nombre d’électrons disponibles pour la diffusion dans l’atome cible. La probabilité de production de paires (domine aux énergies de rayons gamma plus élevées), caractérisée par la section efficace, est une fonction très compliquée basée sur la mécanique quantique . En général, la section efficace augmente approximativement avec le carré du nombre atomique (σ p ~ Z ² ) et augmente avec l’énergie des photons, mais cette dépendance est beaucoup plus complexe.

En conséquence, un matériau sensible efficace pour la détection de rayonnement gamma est dans la plupart des cas basé sur l’utilisation de matériaux ayant deux propriétés de matériau suivantes:

• haute densité de matériau.
• nombre atomique élevé de matériaux  (matériaux Z élevés)

Détecteurs de rayonnement gamma

Les détecteurs peuvent également être classés en fonction de matériaux et de méthodes sensibles qui peuvent être utilisés pour effectuer une mesure:

• Détecteurs d’ionisation gazeuse
• Détecteurs à scintillation
• Détecteurs semi-conducteurs

Détection de rayonnement gamma à l’aide d’une chambre d’ionisation

Les rayons gamma  ont très peu de mal à pénétrer les parois métalliques de la chambre. Par conséquent, des chambres d’ionisation peuvent être utilisées pour détecter le rayonnement gamma et les rayons X collectivement appelés photons, et pour cela le tube sans fenêtre est utilisé. Les chambres d’ionisation ont une bonne réponse uniforme au rayonnement sur une large gamme d’énergies et sont le moyen préféré de mesurer des niveaux élevés de rayonnement gamma. Certains problèmes sont causés par le fait que les particules alpha sont plus ionisantes que les particules bêta et que les rayons gamma, donc plus de courant est produit dans la région de la chambre d’ionisation par alpha que bêta et gamma. 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. En règle générale, une pression de 8 à 10 atmosphères peut être utilisée et divers gaz nobles sont utilisés. Par exemple,  les chambres d’ionisation au xénon à haute pression (HPXe)  sont idéales pour une utilisation dans des environnements non contrôlés, car la réponse d’un détecteur s’est avérée uniforme sur de grandes plages de températures (20-170 ° C). La pression plus élevée entraîne une plus grande densité de gaz et donc une plus grande chance de collision avec le gaz de remplissage et la création de paires d’ions par rayonnement gamma incident. En raison de l’épaisseur de paroi accrue requise pour résister à cette haute pression, seul le rayonnement gamma peut être détecté. Ces détecteurs sont utilisés dans  les compteurs d’arpentage  et pour la surveillance de l’environnement.

Détection de rayonnement gamma à l’aide du compteur Geiger

Le compteur Geiger  peut détecter les rayonnements ionisants tels que  les particules alpha  et  bêta , les  neutrons et  les rayons gamma en  utilisant l’effet d’ionisation produit dans un tube Geiger – Müller, qui donne son nom à l’instrument. La tension du détecteur est ajustée pour que les conditions correspondent à la région  Geiger-Mueller .

Le  facteur d’amplification élevé  du compteur Geiger est l’avantage majeur par rapport à la chambre d’ionisation. Le compteur Geiger est donc un appareil beaucoup plus sensible que les autres chambres. Il est souvent utilisé dans la détection des rayons gamma de bas niveau et des particules bêta pour cette raison.

Détection de rayonnement gamma 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 appareils de mesure de rayonnement portatifs, 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.

• 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 ^-6 seconde). 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.

Détection de rayonnement gamma à l’aide de semi-conducteurs – Détecteurs HPGe

Les détecteurs au germanium de haute pureté  ( détecteurs HPGe ) sont la meilleure solution pour une spectroscopie gamma et aux rayons X précise .

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 supérieurs à 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 . Si une  résolution énergétique parfaite  est requise, nous devons utiliser un  détecteur à base de germanium , tel que le  détecteur HPGe. Détecteurs semi – conducteurs à base de germanium sont les plus couramment utilisés où une très bonne résolution d’énergie est nécessaire, en particulier pour  spectroscopie gamma , ainsi que  la spectroscopie par 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.

La détection du rayonnement bêta est très spécifique, car les particules bêta sont plus pénétrantes que les particules alpha. En revanche, une fine plaque d’aluminium peut les arrêter.

Afin de décrire les principes de détection du rayonnement bêta, nous devons comprendre l’ interaction du rayonnement avec la matière . Chaque type de particule interagit de manière différente, nous devons donc décrire séparément l’interaction des particules bêta (rayonnement sous forme de flux de ces particules).

Interaction des particules bêta avec la matière

Le rayonnement bêta se compose d’ électrons libres ou de positrons à des vitesses relativistes. Les particules bêta (électrons) sont beaucoup plus petites que les particules alpha. Ils portent une seule charge négative. Ils sont plus pénétrants que les particules alpha, mais une fine plaque d’aluminium peut les arrêter. Ils peuvent parcourir plusieurs mètres dans l’air mais déposent moins d’énergie à n’importe quel point de leur trajet que les particules alpha. De la même manière que pour les particules chargées lourdes, les particules bêta transfèrent l’énergie par:

• Excitation. La particule chargée peut transférer de l’énergie à l’atome, élevant les électrons à des niveaux d’énergie plus élevés.
• Ionisation. L’ionisation peut se produire lorsque les particules chargées ont suffisamment d’énergie pour retirer un électron. Il en résulte une création de paires d’ions dans la matière environnante.

En plus de ces interactions, les particules bêta perdent également de l’énergie par un processus radiatif connu sous le nom de bremsstrahlung . D’après la théorie classique, lorsqu’une particule chargée est accélérée ou décélérée, elle doit rayonner de l’énergie et le rayonnement de décélération est connu sous le nom de bremsstrahlung («rayonnement de freinage») .

Résumé des types d’interactions:

• Collisions inélastiques avec des électrons atomiques (excitation et ionisation)
• Diffusion élastique des noyaux
• Bremsstrahlung
• Rayonnement Cherenkov.
• Annihilation (uniquement les positrons)

La nature de l’interaction d’un rayonnement bêta avec la matière est différente du rayonnement alpha , malgré le fait que les particules bêta soient également des particules chargées. Par rapport aux particules alpha, les particules bêta ont une masse beaucoup plus faible et atteignent principalement des énergies relativistes . Leur masse est égale à la masse des électrons orbitaux avec lesquels ils interagissent et contrairement à la particule alpha, une fraction beaucoup plus importante de son énergie cinétique peut être perdue en une seule interaction. Étant donné que les particules bêta atteignent principalement les énergies relativistes, la formule non relativiste de Bethe ne peut pas être utilisée. Pour les électrons de haute énergie, une expression similaire a également été dérivée par Bethedécrire la perte d’énergie spécifique due à l’ excitation et à l’ionisation (les «pertes par collision»).

De plus, les particules bêta peuvent interagir via une interaction électron-nucléaire (diffusion élastique des noyaux), ce qui peut modifier considérablement la direction des particules bêta . Par conséquent, leur chemin n’est pas si simple. Les particules bêta suivent un chemin très zigzag à travers le matériau absorbant, ce chemin de particules résultant est plus long que la pénétration linéaire (plage) dans le matériau.

Détecteurs de rayonnement bêta

Les détecteurs peuvent également être classés en fonction de matériaux et de méthodes sensibles qui peuvent être utilisés pour effectuer une mesure:

• Détecteurs d’ionisation gazeuse
• Détecteurs à scintillation
• Détecteurs semi-conducteurs

Détection de rayonnement bêta à l’aide d’une chambre d’ionisation

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 .

La chambre d’ionisation peut être, par exemple, utilisée pour la mesure du tritium dans l’air. Ces appareils sont appelés moniteurs de tritium dans l’air. Le tritium  est un isotope radioactif, mais il émet une forme de rayonnement très faible, une particule bêta de faible énergie   semblable à un électron. Il s’agit d’un émetteur bêta pur (c’est-à-dire un émetteur bêta sans rayonnement gamma d’ accompagnement  ). L’énergie cinétique de l’électron varie, avec une moyenne de 5,7 keV, tandis que l’énergie restante est emportée par l’ antineutrino électronique presque indétectable . Une si faible énergie d’électrons provoque, que l’électron ne peut pas pénétrer la peau ou même ne voyage pas très loin dans l’air. Les particules bêta du tritium ne peuvent pénétrer que dans environ 6,0 mm d’air. Il est pratiquement impossible de concevoir un détecteur dont les parois peuvent pénétrer ces particules bêta. Au lieu de cela, le moniteur de tritium dans l’air pompe l’air contaminé par le tritium à travers une chambre d’ionisation, de sorte que toute l’énergie des particules bêta puisse être utilement convertie pour produire des paires d’ions à l’intérieur de la chambre.

Détection du rayonnement bêta 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 appareils de mesure de rayonnement portatifs, 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 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).

Détection de rayonnement bêta à l’aide de semi-conducteurs – Détecteurs à bande de silicium

Les détecteurs à base de silicium sont très bons pour suivre les particules chargées. Un détecteur de bande de silicium est un agencement d’implants en forme de bande agissant comme des électrodes de collecte de charge.

Détecteurs à bande de silicone 5 x 5 cm ²dans la zone sont assez courantes et sont utilisées en série (tout comme les plans de MWPC) pour déterminer les trajectoires des particules chargées à des précisions de position de l’ordre de plusieurs μm dans la direction transversale. Placés sur une tranche de silicium totalement appauvrie et faiblement dopée, ces implants forment un réseau unidimensionnel de diodes. En connectant chacune des bandes métallisées à un amplificateur sensible à la charge, un détecteur sensible à la position est construit. Des mesures de position bidimensionnelles peuvent être obtenues en appliquant une bande supplémentaire comme du dopage sur la face arrière de la plaquette en utilisant une technologie double face. De tels dispositifs peuvent être utilisés pour mesurer de petits paramètres d’impact et ainsi déterminer si une particule chargée provient d’une collision primaire ou était le produit de désintégration d’une particule primaire qui a parcouru une petite distance de l’interaction d’origine, puis s’est désintégrée.

Les rayonnements ionisants indirects sont constitués de particules électriquement neutres et n’ionisent donc pas directement la matière. La majeure partie des effets d’ionisation sont dus à des ionisations secondaires.

Détection de rayonnement gamma

La détection du rayonnement gamma est très spécifique, car les rayons gamma interagissent différemment avec la matière. Les rayons gamma peuvent parcourir des milliers de pieds dans l’air et peuvent facilement traverser divers matériaux. De plus, les rayons gamma peuvent ioniser les atomes indirectement et directement (bien qu’ils soient électriquement neutres) par l’ effet photoélectrique et l’ effet Compton . Mais l’ionisation secondaire (indirecte) est beaucoup plus importante.

Afin de décrire les principes de détection du rayonnement gamma, nous devons comprendre l’ interaction du rayonnement avec la matière . Chaque type de particule interagit de manière différente, nous devons donc décrire séparément les interactions des rayons gamma (rayonnement sous forme de flux de ces rayons).

Détection de rayonnement gamma à l’aide d’une chambre d’ionisation

Les rayons gamma  ont très peu de mal à pénétrer les parois métalliques de la chambre. Par conséquent, des chambres d’ionisation peuvent être utilisées pour détecter le rayonnement gamma et les rayons X collectivement appelés photons, et pour cela le tube sans fenêtre est utilisé. Les chambres d’ionisation ont une bonne réponse uniforme au rayonnement sur une large gamme d’énergies et sont le moyen préféré de mesurer des niveaux élevés de rayonnement gamma. Certains problèmes sont causés par le fait que les particules alpha sont plus ionisantes que les particules bêta et que les rayons gamma, donc plus de courant est produit dans la région de la chambre d’ionisation par alpha que bêta et gamma. 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. En règle générale, une pression de 8 à 10 atmosphères peut être utilisée et divers gaz nobles sont utilisés. Par exemple,  les chambres d’ionisation au xénon à haute pression (HPXe)  sont idéales pour une utilisation dans des environnements non contrôlés, car la réponse d’un détecteur s’est révélée uniforme sur de grandes plages de températures (20-170 ° C). La pression plus élevée entraîne une plus grande densité de gaz et donc une plus grande chance de collision avec le gaz de remplissage et la création de paires d’ions par rayonnement gamma incident. En raison de l’épaisseur de paroi accrue requise pour résister à cette haute pression, seul le rayonnement gamma peut être détecté. Ces détecteurs sont utilisés dans  les compteurs d’arpentage  et pour la surveillance de l’environnement.

La détection des neutrons  est très spécifique, car les neutrons sont  des particules électriquement neutres,  donc 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 semi-conducteur, etc.).

Détection de neutrons à l’aide d’une chambre d’ionisation

Les chambres d’ionisation  sont souvent utilisées comme dispositif de détection des particules chargées. 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 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 trifluorure de bore gazeux   (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. Il convient de noter que les  compteurs BF ₃ sont généralement utilisés dans la région proportionnelle.

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Les particules chargées ( noyaux atomiques, électrons, positrons, protons, muons, etc. ) peuvent ioniser les atomes directement par interaction fondamentale à travers la force de Coulomb si elle transporte suffisamment d’énergie cinétique. Ces particules doivent se déplacer à des vitesses relativistes pour atteindre l’énergie cinétique requise. Même les photons (rayons gamma et rayons X) peuvent ioniser les atomes directement (bien qu’ils soient électriquement neutres) grâce à l’effet photoélectrique et à l’effet Compton, mais l’ionisation secondaire (indirecte) est beaucoup plus importante.

Détection de particules alpha

La détection du rayonnement alpha est très spécifique, car les particules alpha ne parcourent que quelques centimètres dans l’air mais déposent toutes leurs énergies le long de leurs courts trajets, donc la quantité d’énergie transférée est très élevée.

Afin de décrire les principes de détection du rayonnement alpha, nous devons comprendre l’ interaction du rayonnement avec la matière . Chaque type de particule interagit de manière différente, nous devons donc décrire séparément l’interaction des particules alpha (rayonnement sous forme de flux de ces particules).

Détection d’Alpha à l’aide de semi-conducteurs – Détecteurs à bande de silicium

Les détecteurs à base de silicium sont très bons pour suivre les particules chargées. Un détecteur de bande de silicium est un agencement d’implants en forme de bande agissant comme des électrodes de collecte de charge.

Détecteurs à bande de silicone 5 x 5 cm ²dans la zone sont assez courantes et sont utilisées en série (tout comme les plans des MWPC) pour déterminer les trajectoires des particules chargées à des précisions de position de l’ordre de plusieurs μm dans la direction transversale. Placés sur une tranche de silicium entièrement appauvrie et faiblement dopée, ces implants forment un réseau unidimensionnel de diodes. En connectant chacune des bandes métallisées à un amplificateur sensible à la charge, un détecteur sensible à la position est construit. Des mesures de position bidimensionnelles peuvent être obtenues en appliquant une bande supplémentaire comme du dopage sur la face arrière de la plaquette en utilisant une technologie double face. De tels dispositifs peuvent être utilisés pour mesurer de petits paramètres d’impact et ainsi déterminer si une particule chargée provient d’une collision primaire ou était le produit de désintégration d’une particule primaire qui a parcouru une petite distance de l’interaction d’origine, puis s’est désintégrée.

Détection de particules bêta

La détection du rayonnement bêta  est très spécifique, car  les particules bêta  sont plus pénétrantes que les particules alpha. En revanche, une fine plaque d’aluminium peut les arrêter.

Afin de décrire les principes de détection du rayonnement bêta, nous devons comprendre l’  interaction du rayonnement avec la matière . Chaque type de particule interagit de manière différente, nous devons donc décrire séparément l’interaction des particules bêta (rayonnement sous forme de flux de ces particules).

Détection du rayonnement bêta 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 appareils de mesure de rayonnement portatifs, 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 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).

La détection du rayonnement alpha est très spécifique, car les particules alpha ne parcourent que quelques centimètres dans l’air mais déposent toutes leurs énergies le long de leurs courts trajets, donc la quantité d’énergie transférée est très élevée.

Afin de décrire les principes de détection du rayonnement alpha, nous devons comprendre l’ interaction du rayonnement avec la matière . Chaque type de particule interagit de manière différente, nous devons donc décrire séparément l’interaction des particules alpha (rayonnement sous forme de flux de ces particules).

Interaction des particules lourdes chargées avec la matière

Le rayonnement alpha est constitué de particules alpha à haute énergie / vitesse. La production de particules alpha est appelée désintégration alpha . Les particules alpha se composent de deux protons et de deux neutrons liés ensemble en une particule identique à un noyau d’hélium. Les particules alpha sont relativement grandes et portent une double charge positive. Ils ne sont pas très pénétrants et un morceau de papier peut les arrêter. En général, les particules lourdes chargées transfèrent l’énergie principalement par:

• Excitation. La particule chargée peut transférer de l’énergie à l’atome, élevant les électrons à des niveaux d’énergie plus élevés.
• Ionisation. L’ionisation peut se produire lorsque les particules chargées ont suffisamment d’énergie pour retirer un électron. Il en résulte une création de paires d’ions dans la matière environnante.

La distance requise pour amener la particule au repos est appelée sa portée. La gamme de particules lourdes chargées dans les solides ne s’élève qu’à quelques microns, et donc la majeure partie de l’énergie de ces particules est convertie en chaleur très près du point de sa création. Dans le cas des gaz, la portée augmente à quelques centimètres en fonction des paramètres du gaz (densité, type de gaz, etc.). Cette distance est très importante pour les détecteurs et détermine de manière significative la conception de tous les détecteurs. Dans les matériaux, la trajectoire des particules lourdes chargées n’est pas très affectée, car elles interagissent principalement avec les électrons atomiques légers. D’autres particules chargées, comme les protons, se comportent de manière similaire à une exception près – pour les particules chargées plus légères, les plages sont un peu plus longues.

Une variable pratique qui décrit les propriétés d’ionisation du milieu environnant est le pouvoir d’arrêt . L’expression classique qui décrit la perte d’énergie spécifique est connue sous le nom de formule de Bethe. Pour les particules alpha et les particules plus lourdes, le pouvoir d’arrêt de la plupart des matériaux est très élevé pour les particules chargées lourdes et ces particules ont des portées très courtes. Par exemple, la plage d’une particule alpha de 5 MeV est d’environ 0,002 cm environ en alliage d’aluminium. La plupart des particules alpha peuvent être arrêtées par une feuille de papier ordinaire ou un tissu vivant.

Détecteurs de rayonnement alpha

Les détecteurs peuvent également être classés en fonction de matériaux sensibles et de méthodes pouvant être utilisées pour effectuer une mesure:

• Détecteurs d’ionisation gazeuse
• Détecteurs à scintillation
• Détecteurs semi-conducteurs

Détection du rayonnement alpha à l’aide d’une chambre d’ionisation

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 . Mais cela ne signifie pas que le rayonnement alpha ne peut pas être détecté par une chambre d’ionisation.

Par exemple, dans certains types de détecteurs de fumée, vous pouvez rencontrer des radionucléides artificiels tels que l’ américium-241, qui est une source de particules alpha. Le détecteur de fumée possède deux chambres d’ionisation, l’une ouverte à l’air, et une chambre de référence qui ne permet pas l’entrée de particules. La source radioactive émet des particules alpha dans les deux chambres, ce qui ionise certaines molécules d’air. La chambre à air libre permet l’entrée de particules de fumée dans le volume sensible et de changer l’atténuation des particules alpha. Si des particules de fumée pénètrent dans la chambre à air libre, certains des ions se fixeront aux particules et ne seront pas disponibles pour transporter le courant dans cette chambre. Un circuit électronique détecte qu’une différence de courant s’est développée entre les chambres ouvertes et scellées et déclenche l’alarme.

Détection du rayonnement alpha à l’aide du compteur Geiger-Mueller

Les compteurs Geiger sont principalement utilisés pour l’instrumentation portable en raison de sa sensibilité, de son circuit de comptage simple et de sa capacité à détecter les rayonnements de faible intensité. Bien que l’utilisation principale des compteurs Geiger soit probablement dans la détection de particules individuelles, ils se trouvent également dans les compteurs gamma. Ils sont capables de détecter presque tous les types de rayonnement, mais il existe de légères différences dans le tube Geiger-Mueller. Cependant, le tube Geiger-Müller produit une sortie d’impulsion qui est de la même amplitude pour tous les rayonnements détectés, donc un compteur Geiger avec un tube de fenêtre d’extrémité ne peut pas distinguer les particules alpha et bêta.

Type de fenêtre d’extrémité

Pour que les particules alpha et bêta soient détectées par les compteurs Geiger , elles doivent être dotées 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 pour permettre aux particules bêta de faible énergie (par exemple du carbone 14) d’entrer dans le détecteur. La réduction de l’efficacité de l’alpha est due à l’effet d’atténuation de la fenêtre d’extrémité, bien que la distance de la surface à contrôler ait également un effet significatif, et idéalement une source de rayonnement alpha devrait être inférieure à 10 mm du détecteur en raison de l’atténuation dans l’air.

Détection d’Alpha 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 appareils de mesure de rayonnement portatifs, 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 les 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.

Détection d’Alpha à l’aide de semi-conducteurs – Détecteurs à bande de silicium

Les détecteurs à base de silicium sont très bons pour suivre les particules chargées. Un détecteur de bande de silicium est un agencement d’implants en forme de bande agissant comme des électrodes de collecte de charge.

Détecteurs à bande de silicone 5 x 5 cm ²dans la zone sont assez courantes et sont utilisées en série (tout comme les plans de MWPC) pour déterminer les trajectoires des particules chargées à des précisions de position de l’ordre de plusieurs μm dans la direction transversale. Placés sur une tranche de silicium totalement appauvrie et faiblement dopée, ces implants forment un réseau unidimensionnel de diodes. En connectant chacune des bandes métallisées à un amplificateur sensible à la charge, un détecteur sensible à la position est construit. Des mesures de position bidimensionnelles peuvent être obtenues en appliquant une bande supplémentaire comme du dopage sur la face arrière de la plaquette en utilisant une technologie double face. De tels dispositifs peuvent être utilisés pour mesurer de petits paramètres d’impact et ainsi déterminer si une particule chargée provient d’une collision primaire ou était le produit de désintégration d’une particule primaire qui a parcouru une petite distance de l’interaction d’origine, puis s’est désintégrée.

L’un des trois principaux types de détecteurs, qui enregistrent différents types de signaux, est un compteur . L’activité ou l’intensité du rayonnement est mesurée en coups par seconde ( cps ), qui exprime un taux de coups par unité de temps enregistré par un instrument de surveillance du rayonnement. En général, les quantités couramment utilisées sont:

• comptes par minute (cpm)
• comptes par seconde (cps) 

Le compteur le plus connu est le compteur Geiger-Müller. Dans les compteurs de rayonnement, le signal généré par le rayonnement incident est créé par le comptage du nombre d’interactions se produisant au volume sensible du détecteur.

L’unité de comptage par seconde , détectée par un appareil, est en quelque sorte proportionnelle à l’ activité d’un échantillon mesuré. Mais notez que cette proportionnalité est également déterminée par la distance entre le détecteur et l’échantillon et également par l’efficacité de détection.

Qu’est-ce qu’un chef d’accusation

Supposons des détecteurs à ionisation gazeuse . Le détecteur d’ionisation gazeuse de base se compose d’une chambrequi est rempli d’un milieu approprié (air ou gaz de remplissage spécial) qui peut être facilement ionisé. En règle générale, le fil central est l’électrode positive (anode) et le cylindre extérieur est l’électrode négative (cathode), de sorte que les électrons (négatifs) sont attirés par le fil central et les ions positifs sont attirés par le cylindre extérieur. L’anode est à une tension positive par rapport à la paroi du détecteur. Lorsque le rayonnement ionisant pénètre dans le gaz entre les électrodes, un nombre fini de paires d’ions se forme. Sous l’influence du champ électrique, les ions positifs se déplaceront vers l’électrode chargée négativement (cylindre extérieur) et les ions négatifs (électrons) migreront vers l’électrode positive (fil central). La collecte de ces ions produira une charge sur les électrodes et unimpulsion électrique à travers le circuit de détection . Cependant, il s’agit d’un petit signal, ce signal peut être amplifié , puis enregistré en  tant que compte .