Detection Des Rayonnements [PDF]

Zitiervorschau

DETECTION DES RAYONNEMENTS Par Le Prof.DONG A ZOK

DETECTION DES RAYONNEMENTS IONISANTS I-GENERALITES

II-TYPES de DETECTEURS( COMPTEURS)

I-GENERALITES

I-GENERALITES • A-GEOMETRIE de DETECTION

• B-TEMPS MORT du DETECTEUR • C-BRUIT de FOND • D-RAYONNEMENT DIFFUSE

I-GENERALITES 1-GEOMETRIE de DETECTION

I-GENERALITES 1-GEOMETRIE de DETECTION • Toute source radioactive émet dans toutes les directions 4 • Le comptage de ses rayonnements par un détecteur sera fonction de: • ; l’angle solide sous lequel le détecteur voit la source;

• N0 le nombre des rayonnements effectivement émis; • T un facteur dit de transmission(tient compte du milieu entre le détecteur et la source) et •  le facteur d’efficacité;1.Appelons Ncapté le nombre de rayonnements détectés

NCapté=N0.

 4

.T. 

I-GENERALITES 2-TEMPS MORT du DETECTEUR

• Voir Schéma au tableau pour la définition de

• ;temps mort du détecteur

I-GENERALITES 2-TEMPS MORT du DETECTEUR • Définiton • Temps minimum nécessaire pour détecter deux particules de façon séparée, τ :

• lorsqu’une particule est détectée, il faut un temps minimum au détecteur pour retourner aux conditions initiales. Si une deuxième particule survient : • • le temps mort n’est pas allongé, dans le cas des détecteurs non paralysables

I-GENERALITES 2-TEMPS MORT du DETECTEUR CLASSEMENT DES DETECTEUR en FONCTION DE 

I-GENERALITES 3-BRUIT de FOND (BDF)

• Définition: – Le bruit de fond en détection des rayonnements est une détection sans rayonnement

• Deux genres de Bruit de Fond: – Le Bruit de Fond Propre :est le bruit de fond du à l’appareillage même du détecteur; – Le bruit de fond ambiant du aux rayons solaires

I-GENERALITES 4-LE RAYONNEMENT DIFFUSE

• Définition: • Le rayonnement diffusé correspond à tout rayonnement détecté ne provenant pas directement de la source

I-GENERALITES 5-ABSORPTIONS DIVERSES

• Définition • Les Absorptions diverses comportent l’autoatténuation dans la source radioactive et l’atténuation entre la source et le détecteur. Ces phénomènes vont entraîner une sousestimation de l’activité.

I-GENERALITES 6-EFFICACITE

• Définition • Probabilité pour qu’une particule entrant dans le détecteur soit prise en compte. Elle dépend du type de détecteur, du type de la particule et de son énergie

II-TYPES DE DETECTEURS

II-TYPE de DETECTEURS • Les Détecteurs sont classés en fonction de leur principe de fonctionnement. • Il existe: • A-DETECTEURS BASES SUR l’IONISATION • B- A-DETECTEURS BASES SUR l’EXCITATION

A-DETECTEURS BASES SUR L’IONISATION

A-DETECTEURS BASES SUR L’IONISATION • 1-DETECTEUR à IONISATION d’un GAZ • 2-DETECTEURS à IONISATION d’un SOLIDE(les semi-conducteurs) • 3-DETECTEURS à IONISATION d’une EMULSION PHOTOGRAPHIQUE(le film radiologique)

1-DETECTEURS BASES SUR L’IONISATION D’UN GAZ

1-DETECTEURS BASES SUR L’IONISATION D’UN GAZ SCHEMA GENERAL

1-DETECTEURS BASES SUR L’IONISATION D’UN GAZ SCHEMA GENERAL

1-DETECTEURS BASES SUR L’IONISATION D’UN GAZ PRINCIPE • Appareils mettant en jeu l’ionisation des gaz • Principe • Ces appareils sont formés d’une enceinte fermée contenant un gaz et deux électrodes (cathode et anode) entre lesquelles on applique une tension (en volts).

• L’interaction entre un rayonnement ionisant et le gaz entraîne la formation d’un grand nombre d'ions positifs et d’électrons qui peuvent être collectés sur les deux électrodes.

1-DETECTEURS BASES SUR L’IONISATION D’UN GAZ PRINCIPE

• Sous l’effet de la tension, les électrons sont attirés à l’anode avant que les particules positives (plus lourdes) n’arrivent à la cathode. • Ainsi, le signal obtenu est dû uniquement au déplacement des électrons. • La quantité d'électricité recueillie sur les électrodes constitue une impulsion électrique, mesurable

1-DETECTEURS BASES SUR L’IONISATION D’UN GAZ VARIATION du SIGNAL FONCTION de la H.T

1-DETECTEURS BASES SUR L’IONISATION D’UN GAZ ZONES DE FONCTIONNEMENT

• Zone de recombinaison • La vitesse des électrons est faible car la tension est faible : les électrons se recombinent avec les ions positifs avant d’arriver à l’anode

1-DETECTEURS BASES SUR L’IONISATION D’UN GAZ ZONES DE FONCTIONNEMENT • Chambre d’ionisation (100 à 200 volts) • Tous les électrons sont collectés, le signal est constant, indépendant de la tension • (mais dépendant de la nature de la particule). • Applications : appareils de mesure (dosimétrie, radiothérapie) • dosimètre intégrateur : mesure une exposition • débit-mètre : mesure un débit d'exposition • à impulsion : comptage des particules émises par une source • avec sélection d'énergie possible

1-DETECTEURS BASES SUR L’IONISATION D’UN GAZ ZONES DE FONCTIONNEMENT • : Compteur proportionnel • Les électrons sont suffisamment accélérés pour créer des ionisations secondaires :l’impulsion électrique est ainsi proportionnelle à la tension (amplification • électronique). Pour une tension donnée, le signal est proportionnel au nombre de paires d’ions formées dans le tube, donc à l’énergie de la particule. Il est néanmoins • nécessaire d'amplifier les impulsions, qui sont faibles. De plus, le rendement est • réduit pour les énergies élevées • Applications : mesure l’exposition (dosimétrie, spectrométrie

1-DETECTEURS BASES SUR L’IONISATION D’UN GAZ ZONES DE FONCTIONNEMENT

• Compteur Geiger-Müller (> 1100 volts) • Chaque ionisation primaire provoque une avalanche d'ions, se propageant le long de • l'anode (le détecteur délivre le maximum d'électrons qu'il peut émettre). • Le signal dépend de la tension mais est indépendant de l’énergie de la particule. • Applications : comptage des particules (radioprotection).

2-DETECTEURS BASES SUR L’IONISATION D’UNE EMULSION PHOTOGRAPHIQUE

2-DETECTEURS BASES SUR L’IONISATION D’UNE EMULSION PHOTOGRAPHIQUE PRINCIPE • Principe • L'absorption des rayonnements ionisantes dans l'émulsion photographique (cristaux d’Ag+Br- dans une gélatine) met en mouvement des électrons secondaires qui ionisent et excitent les atomes du milieu.

• Cette ionisation provoquera la réduction des ions argent en argent métallique (Ag+ + e-→ Ag•). • Le développement va ainsi révéler la présence des agrégats plus gros d’argent métallique

2-DETECTEURS BASES SUR L’IONISATION D’UNE EMULSION PHOTOGRAPHIQUE APPLICATIONS

• Applications – Autoradiographie : détection et localisation des radioéléments contenus dans un échantillon solide (observation au microscope). – Dosimétrie : détermination de la quantité d'énergie abandonnée par le faisceau au cours de la traversée du milieu.

2-DETECTEURS BASES SUR L’IONISATION D’UNE EMULSION PHOTOGRAPHIQUE

• Détection

• La sensibilité est élevée pour les faibles énergies (effet photoélectrique) : • Les plaques photographiques permettent de mettre en évidence surtout les photons X et γ (parfois les neutrons, si la plaque est sensibilisée au Li, ou Cd).

B-DETECTEURS BASES SUR L’EXCITATION: DETECTEURS A SCINTILLATION

B-DETECTEURS A SCINTILLATION • Il en existe deux types: – 1-SCINTILLATEURS SOLIDES

– 2-SCINTILLATEURS LIQUIDES

B-DETECTEURS A SCINTILLATION DEFINITION

• Définition: – On appelle scintillateur tout corps qui absorbe de l’énergie et qui se désexcite en émettant des photons de fluorescence dans les longueurs d’onde du bleu

• Principaux scintillateurs solides: – INa(Tl) :détecteur des Gamma camera en médecine nucléaire; – Fluorure de baryum en scannographie

B-DETECTEURS A SCINTILLATION SCHEMA GENERAL

B-DETECTEURS A SCINTILLATION CHAINE DE DETECTION

B-DETECTEURS A SCINTILLATION DETECTION DU SIGNAL

• Détection du signal – Le Cristal scintillateur (NaI[Tl]) Transforme les photons γ en photons lumineux, (en plus grand nombre, mais proportionnels à l’énergie des rayonnements reçus).

B-DETECTEURS A SCINTILLATION SCHEMA D’UN PM

B-DETECTEURS A SCINTILLATION RÔLE DU PM • Photomultiplicateur (P.M.) • Transforme les photons lumineux en électrons et amplifie le signal électrique, avec un gain élevé (≅ 106 à 109).

• Un couplage optique permet de transmettre sans distorsion le signal lumineux en provenance du cristal scintillateur. • Photocathode : Transforme les photons lumineux issus du scintillateur en électrons.

B-DETECTEURS A SCINTILLATION RÔLE DU PM • Dynodes : Ces électrons sont accélères et se dirigent vers les dynodes. Chaque dynode émet 2 à 3 électrons secondaires par électron reçu : il y a donc multiplication du nombre d'électrons primaires émis par la photocathode. • Anode : Recueille les électrons provenant de la dernière dynode. Le signal électrique est alors transformé en impulsion de tension, dont l'amplitude est proportionnelle à la quantité d'électricité reçue par l'anode (donc à l'énergie du rayonnement).

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