Qu’est-ce que la détection des rayonnements alpha, bêta et gamma à l’aide d’un compteur proportionnel – Définition

Un  compteur proportionnel , également appelé détecteur proportionnel , est un appareil électrique qui détecte différents types de rayonnements ionisants. La tension du détecteur est ajustée pour que les conditions correspondent à la région proportionnelle . Dans cette région, la tension est suffisamment élevée pour fournir aux électrons primaires une accélération et une énergie suffisantes pour qu’ils puissent ioniser des atomes supplémentaires du milieu. Ces ions secondaires ( amplification de gaz ) formés sont également accélérés, provoquant un effet connu sous le nom d’ avalanches de Townsend , qui crée une seule impulsion électrique importante. Les compteurs proportionnels gazeux fonctionnent généralement dans des champs électriques élevés de l’ordre de 10 kV / cm et atteignentfacteurs d’amplification d’environ 10 ⁵ . Comme le facteur d’amplification dépend fortement de la tension appliquée, la charge collectée (signal de sortie) dépend également de la tension appliquée et les compteurs proportionnels nécessitent une tension constante.

Détection des rayonnements alpha, bêta et gamma à l’aide d’un compteur proportionnel

Les compteurs proportionnels sous forme de détecteurs plans de grande surface sont largement utilisés pour vérifier la contamination radioactivesur le personnel, les surfaces planes, les outils et les vêtements. Les compteurs proportionnels sont normalement utilisés pour détecter les particules alpha et bêta, et peuvent permettre une discrimination entre eux en fournissant une sortie d’impulsion proportionnelle à l’énergie déposée dans la chambre par chaque particule. Ils ont une efficacité élevée pour la bêta, mais inférieure pour l’alpha. Pour que les particules alpha et bêta soient détectées par des compteurs proportionnels, 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 de pénétrer 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) pour entrer dans le détecteur. La réduction de l’efficacité pour 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.

Les rayons gamma ont très peu de mal à pénétrer les parois métalliques de la chambre. Par conséquent, des compteurs proportionnels 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.

Le principal inconvénient de l’utilisation de compteurs proportionnels dans les instruments portables est qu’ils nécessitent une alimentation et un amplificateur très stables pour garantir des conditions de fonctionnement constantes (au milieu de la région proportionnelle). Ceci est difficile à fournir dans un instrument portable, et c’est pourquoi les compteurs proportionnels ont tendance à être davantage utilisés dans les instruments fixes ou de laboratoire.

Compteur proportionnel – Spectroscopie

En général, les spectroscopes 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.

Dans les compteurs proportionnels , le nombre d’électrons produits est proportionnel à l’énergie et au type de particule incidente. Par conséquent, les compteurs proportionnels sont capables d’identifier les particules et de mesurer l’énergie (spectroscopie). Différentes énergies de rayonnement et différents types de rayonnement peuvent être distingués en analysant la hauteur d’impulsion, car ils diffèrent considérablement dans l’ionisation primaire (LET faible vs LET élevé). Des compteurs proportionnels peuvent être utilisés par exemple pour analyser un spectre de radiations alpha ou un spectre de particules bêta. Cependant, la résolution énergétique d’un compteur proportionnel est limitée car à la fois l’événement d’ionisation initial et l’événement de «  multiplication  » suivant sont soumis à des fluctuations statistiques caractérisées par un écart-type égal à la racine carrée du nombre moyen formé.

Un compteur proportionnel sphérique de grand volume peut être utilisé pour les mesures de neutrons. Le gaz N ₂ pur est étudié pour la détection thermique et rapide des neutrons , offrant une nouvelle façon pour la spectroscopie neutronique. Les neutrons sont détectés via les réactions ¹⁴ N (n, p) ¹⁴ C et ¹⁴ N (n, α) ¹¹ B.

Il convient de noter que 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.

Chambre proportionnelle multifils – MWPC

Une chambre proportionnelle multifilaire est un type de compteur proportionnel utilisé en particulier en physique des particules à haute énergie pour détecter les particules et les photons chargés et peut fournir des informations de position sur leur trajectoire. Ce dispositif a été développé par Georges Charpak et ses collaborateurs. Cette invention lui a valu le prix Nobel de physique en 1992. La chambre multifilaire utilise un réseau de fils à haute tension (anode), qui traversent une chambre avec des parois conductrices maintenues au potentiel de terre (cathode). Le principe est d’avoir un plan de fils d’anode positionné avec précision, avec des espacements de fils typiques d’environ 2 mm. En calculant les impulsions de tous les fils, la trajectoire des particules peut être trouvée.