Qu’est-ce que la détection des radiations – Définition

Des connaissances détaillées sur la détection des rayonnements sont très importantes dans de nombreuses branches de l’ingénierie, y compris la radioprotection. Détection de rayonnement – Détection de rayonnement d’ionisation
rayonnement gamma - source
Source de rayonnement gamma. Le danger des rayonnements ionisants réside dans le fait que les rayonnements sont invisibles et non directement détectables par les sens humains.

Le danger des rayonnements ionisants réside dans le fait que les rayonnements sont invisibles et non directement détectables par les sens humains. Les gens ne peuvent ni voir ni ressentir le rayonnement, mais il dépose de l’énergie dans les molécules de matière. L’énergie est transférée en petites quantités pour chaque interaction entre le rayonnement et une molécule et il existe généralement de nombreux types d’interactions . Par conséquent, la seule façon de détecter et de mesurer le rayonnement est d’utiliser des instruments ( détecteurs de rayonnement ionisant ).

Des connaissances détaillées sur la détection des rayonnements sont très importantes dans de nombreuses branches de l’ingénierie, y compris la radioprotection. La plupart des expériences nucléaires ou de particules modernes utilisent une variété de détecteurs sophistiqués pour mesurer et détecter les particules subatomiques . Pour être détectée, une particule doit laisser une trace de sa présence dans un détecteur. Les particules déposent principalement de l’ énergie le long de leur trajet. La connaissance de cette interaction, de la façon dont différentes particules déposent de l’énergie dans la matière et de la quantité d’énergie que les particules déposent, est fondamentale pour notre compréhension de nombreux problèmes. Ce chapitre vous donnera une compréhension de base du fonctionnement de ces détecteurs et de certaines de leurs limites.

Principes de base des détecteurs

Détecteur de rayonnement ionisant - schéma de base
Les détecteurs de rayonnement ionisant se composent de deux parties qui sont généralement connectées. La première partie est constituée d’un matériau sensible, constitué d’un composé qui subit des changements lorsqu’il est exposé aux rayonnements. L’autre composant est un appareil qui convertit ces changements en signaux mesurables.

Dans leurs principes de fonctionnement de base, la plupart des détecteurs de rayonnement ionisant suivent des caractéristiques similaires. Les détecteurs de rayonnement ionisant se composent de deux parties qui sont généralement connectées. La première partie est constituée d’un matériau sensible , constitué d’un composé qui subit des changements lorsqu’il est exposé aux rayonnements. L’autre composant est un appareil qui convertit ces changements en signaux mesurables. Tous les détecteurs exigent que le rayonnement dépose une partie de son énergie dans un matériau sensible qui fait partie de l’instrument. Le rayonnement pénètre dans le détecteur, interagit avec les atomes du matériau du détecteur et dépose de l’énergie sur le matériau sensible. Chaque événement peut générer un signal, qui peut être une impulsion, un trou, un signal lumineux, des paires d’ions dans un gaz et bien d’autres. La tâche principale est de générer un signal suffisant, de l’amplifier et de l’enregistrer.

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 une impulsion électrique à travers le circuit de détection.amplifié , puis enregistré en utilisant l’électronique standard.

Classification des détecteurs de rayonnement – Objectif

Détecteur HPGe - Germanium
Détecteur HPGe avec cryostat LN2 Source: canberra.com

Généralement, les détecteurs de rayonnement ionisant peuvent être classés en fonction de leur fonction. Leur fonction est étroitement liée au signal généré dans le détecteur. Il existe trois principaux types de détecteurs, qui enregistrent différents types de signaux.

  • Compteur . L’ activité ou l’intensité du rayonnement est mesurée en coups 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.
  • Spectromètre de rayonnement . Les spectromètres sont des appareils 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.
  • Dosimètre . Un dosimètre de rayonnement est un appareil qui mesure l’exposition aux rayonnements ionisants. Les dosimètres enregistrent généralement une dose, qui est l’énergie de rayonnement absorbée mesurée en gris (Gy) de la dose équivalente mesurée en sieverts (Sv) Un dosimètre personnel est un dosimètre, qui est porté à la surface du corps par la personne surveillée, et il enregistre la dose de rayonnement reçue.

Classification des détecteurs de rayonnement – Type de rayonnement

Les principes et méthodes de détection des rayonnements ionisants dépendent de nombreux facteurs. Le type de rayonnement mesuré et détecté est un facteur clé, et différents types de détecteurs dans différents états physiques (solide, liquide ou gaz) sont utilisés pour mesurer des types sélectifs de rayonnement ionisant. Il est important de distinguer les particules alpha ou bêta , les rayons X ou les rayons γ et les neutrons. Étant donné que chaque rayonnement interagit différemment avec la matière, nous ne pouvons pas utiliser, par exemple, un détecteur de neutrons pour détecter le rayonnement bêta. Parfois, les détecteurs peuvent détecter divers types de rayonnement, par exemple, les détecteurs de neutrons sont également capables de détecter un rayonnement gamma. Habituellement, cette caractéristique n’est pas souhaitable et les détecteurs doivent compenser la composante indésirable du rayonnement.

Afin de décrire la classification des détecteurs de rayonnement par type de rayonnement, nous devons comprendre les interactions du rayonnement avec la matière . Chaque type de particule interagit de manière différente , c’est pourquoi nous devons décrire l’interaction des particules (rayonnement comme un flux de ces particules) séparément. Par exemple, des particules chargées de hautes énergies peuvent directement ioniser les atomes. D’autre part, les particules électriquement neutres n’interagissent qu’indirectement, mais peuvent également transférer une partie ou la totalité de leurs énergies à la matière. C’est la caractéristique clé de la catégorisation des détecteurs de rayonnement. Simplement, nous ne pouvons pas utiliser un détecteur de rayons gamma pour détecter le rayonnement alpha. Les détecteurs peuvent être classés en deux types généraux comme suit:

  • Détection des rayonnements directement ionisants
    • Rayonnement alpha
    • Rayonnement bêta
  • Détection des rayonnements indirectement ionisants
    • Rayonnement gamma
    • Rayonnement neutronique
    • Les neutrinos

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