Qu’est-ce que l’application des compteurs Geiger – Définition

Le compteur Geiger , également connu sous le nom de compteur Geiger-Mueller , est un appareil électrique qui détecte différents types de rayonnements ionisants . Cet appareil doit son nom aux deux physiciens qui ont inventé le compteur en 1928. Mueller était un élève de Hans Geiger.  Le compteur Geiger est largement utilisé dans des applications telles que la dosimétrie des rayonnements, la protection radiologique , la physique expérimentale et l’industrie nucléaire. Un compteur Geiger se compose d’un tube Geiger-Müller (l’élément de détection qui détecte le rayonnement) et de l’électronique de traitement, qui affiche le résultat.

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 .

Applications – Détection des rayonnements alpha, bêta et gamma 

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 faire la distinction entre les particules alpha et bêta.

Il existe deux principaux types de construction de tubes Geiger :

• 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 de pénétrer dans la chambre. La fenêtre est généralement en mica avec une densité d’environ 1,5 à 2,0 mg / cm ²pour permettre aux particules bêta de faible énergie (par exemple du carbone 14) d’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.
• 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 s’effectue 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.

Parfois, une conception en «crêpe» du tube Geiger-Mueller est préférée. Ce détecteur est un tube Geiger plat avec une fine fenêtre en mica de plus grande surface. Les tubes plats Geiger comme celui-ci sont appelés tubes à «crêpes». Ces tubes sont équipés d’un écran métallique pour les protéger. Cette conception offre une zone de détection plus grande et donc une efficacité plus élevée pour rendre la vérification plus rapide. Cependant, la pression de l’atmosphère contre la basse pression du gaz de remplissage limite la taille de la fenêtre en raison de la résistance limitée de la membrane de la fenêtre.

Applications – Détection de 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.).

Ce n’est pas courant, mais les compteurs Geiger peuvent également être utilisés pour la détection de neutrons. Dans ce cas, le tube Geiger-Mueller doit avoir l’intérieur du tube recouvert de bore, ou le tube doit contenir du trifluorure de bore (BF ₃ ) ou de l’hélium-3 comme gaz de remplissage.

Les neutrons entrants produisent des particules alpha lorsqu’ils réagissent avec les atomes de bore dans le gaz détecteur. La plupart des réactions (n, alpha) des neutrons thermiques sont des réactions 10B (n, alpha) 7Li accompagnées d’ une émission gamma de 0,48 MeV .

De plus, l’isotope bore-10 a une section efficace de réaction (n, alpha) élevée sur tout le spectre d’énergie neutronique . La particule alpha provoque l’ionisation à l’intérieur de la chambre et les électrons éjectés provoquent d’autres ionisations secondaires.