Compteur proportionnel
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.
Avantages des compteurs proportionnels
- Amplification . Les compteurs proportionnels gazeux fonctionnent généralement dans des champs électriques élevés de l’ordre de 10 kV / cm et atteignent des facteurs d’amplification typiques 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. Le facteur d’amplification élevé du compteur proportionnel est l’avantage majeur par rapport à la chambre d’ionisation.
- Sensibilité . Le processus d’amplification de charge améliore considérablement le rapport signal / bruit du détecteur et réduit l’amplification électronique ultérieure requise. Étant donné que le processus d’amplification de charge améliore considérablement le rapport signal / bruit du détecteur, l’amplification électronique ultérieure n’est généralement pas requise. Les instruments de détection proportionnelle sont très sensibles aux faibles niveaux de rayonnement. De plus, lors de la mesure de la sortie de courant, un détecteur proportionnel est utile pour les débits de dose
car le signal de sortie est proportionnel à l’énergie déposée par ionisation et
donc proportionnel au débit de dose. - Spectroscopie . Grâce à des dispositions fonctionnelles, des modifications et une polarisation appropriées, le compteur proportionnel peut être utilisé pour détecter un rayonnement alpha, bêta, gamma ou neutronique dans des champs de rayonnement mixtes. De plus, les compteurs proportionnels sont capables d’ identifier les particules et de mesurer l’énergie (spectroscopie). La hauteur d’impulsion reflète l’énergie déposée par le rayonnement incident dans le gaz détecteur. En tant que tel, il est possible de distinguer les impulsions plus importantes produites par les particules alpha des impulsions plus petites produites par les particules bêta ou les rayons gamma .
Inconvénients des compteurs proportionnels
- Tension constante . Lorsque les instruments fonctionnent dans la région proportionnelle, la tension doit être maintenue constante . Si une tension reste constante, le facteur d’amplification du gaz ne change pas non plus. 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.
- Trempe. Pour chaque électron collecté dans la chambre, il reste un ion gaz chargé positivement. Ces ions gazeux sont lourds par rapport à un électron et se déplacent beaucoup plus lentement. Les électrons libres sont beaucoup plus légers que les ions positifs, ils sont donc attirés vers l’électrode centrale positive beaucoup plus rapidement que les ions positifs ne sont attirés vers la paroi de la chambre. Le nuage d’ions positifs qui en résulte près de l’électrode entraîne des distorsions dans la multiplication des gaz. Finalement, les ions positifs s’éloignent du fil central chargé positivement vers la paroi chargée négativement et sont neutralisés en gagnant un électron. Dans le processus, une certaine énergie est dégagée, ce qui provoque une ionisation supplémentaire des atomes de gaz. Les électrons produits par cette ionisation se déplacent vers le fil central et se multiplient en route. Cette impulsion de charge n’est pas liée au rayonnement à détecter et peut déclencher une série d’impulsions. Dans la pratique, la fin de l’avalanche est améliorée par l’utilisation de «techniques de trempe ».
Détecteurs à scintillation
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 détecteurs à scintillation
- L’efficacité . Les avantages d’un compteur à scintillation sont son efficacité et la haute précision et les taux de comptage 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’autre part, si une résolution énergétique parfaite est requise, nous devons utiliser un détecteur à base de germanium, tel que le détecteur HPGe.
Inconvénients des détecteurs 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.
……………………………………………………………………………………………………………………………….
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: [email protected] ou remplissez le formulaire de traduction en ligne. Nous apprécions votre aide, nous mettrons à jour la traduction le plus rapidement possible. Merci
