Chapitre 4 - Détecteur des Rayonnements

Chapitre 4 - Détecteur

• Ensemble de détection convertissant l'énergie invisible des rayonnements ionisants en signal mesurable.
• La détection repose sur la collecte des paires électron-ion créées lors du passage de la particule ionisante.
• Tous les rayonnements ionisants ne peuvent pas être analysés par tous les détecteurs.

Phénomènes physiques de détection des rayonnements ionisants

• Ionisation: Les rayonnements ionisants arrachent des électrons des atomes du matériau, permettant de convertir l'énergie en signal mesurable.
• Effet photoélectrique: Un photon transfère toute son énergie à un atome, éjectant un électron. Ce processus est important pour la détection des rayonnements dans les détecteurs de scintillation.
• Effet Compton: Un photon interagit avec un électron d'un atome, réduisant son énergie et éjectant l'électron. Ce phénomène est crucial pour la détection des rayonnements gamma.
• Création de paires: Pour les photons à très haute énergie, l'interaction avec un champ électrique proche du noyau peut créer des paires électron-positron.

Caractéristiques d'un bon détecteur nucléaire

• Résolution en énergie: Capacité du détecteur à distinguer des radiations de différentes énergies (largeur à mi-hauteur du pic d'énergie). Une résolution étroite est idéale pour une meilleure qualité d'image.
• Efficacité de détection: Rapport entre le nombre de particules détectées et le nombre total de particules émises. Plus la valeur est proche de 1, plus l'efficacité est élevée.
• Temps mort: Temps nécessaire au détecteur pour analyser un événement. Un temps mort court est essentiel pour une analyse efficace des événements.
• Mode de fonctionnement: Deux catégories principales : mode courant et mode impulsionnel.

La résolution en énergie

• Mesurée en % de la capacité à distinguer les radiations de différentes énergies (largeur à mi-hauteur du pic).
• Plus la largeur à mi-hauteur est faible, meilleure est la résolution en énergie.
• Exemple : Un détecteur germanium a 0,15% de résolution, un détecteur Nal à environ 8%.

L'efficacité de la détection

• Rapport entre le nombre de particules détectées et le nombre total de particules émises par une source.
• Influencée par l'angle solide (le champ de vision du détecteur).
• Plus le détecteur est proche de la source et plus grand, plus son efficacité est élevée.
• L'angle solide sous lequel le détecteur reçoit les radiations influe sur l'efficacité.
• Il est nécessaire d'un certain angle solide pour détecter la plupart des rayons.
• L'efficacité intrinsèque est le rapport entre les événements enregistrés et les événements atteignant le détecteur.
• L'efficacité absolue est le rapport entre les événements enregistrés et les événements émis par la source.

Le temps mort

• Temps nécessaire au détecteur pour analyser un événement.
• Influencé par le nombre de signaux reçus chaque seconde.
• Le temps mort affecte la capacité à mesurer les événements avec précision.

Mode de fonctionnement

• Deux types principaux :
  • Mode courant: Mesure un courant total sur une période, et détermine si le courant est radioactif ou non.
  • Mode impulsionnel: Analyse chaque signal électrique provenant du détecteur et mesure les différentes informations sur chaque impulsion, incluant le nombre d'électrons et le type de radiation.

Bruit de fond

• Signaux observés en l'absence de source de radiation.
• Il faut connaitre le bruit de fond pour déterminer si la radioactivité observée est le résultat d'une source particulière ou simplement du bruit de fond.
• Influence les résultats de mesure de radioactivité.

Détecteurs solides (exemple Nal)

• Transformant l'énergie des rayonnements ionisants en lumière visible (scintillation).
• La lumière est convertie en signal électrique par un photomultiplicateur.
• Le Nal est un cristal d'iodure de sodium dopé au thallium.
• Efficacité bonne mais pas optimale pour la mesure fine des rayonnements.
• Coûteux mais bonne performance pour la détection des rayonnements.

Détecteur film badge

• Dosimètre qui se noircit en fonction de la dose de rayonnement reçue.
• Sans batterie.
• Mesure les rayonnements gamma, X, et bêta.
• Les électrons sont piégés dans le film et analysés plus tard.

Détecteur gazeux (chambre d'ionisation)

• Utilisé pour mesurer les rayonnements ionisants dans des environnements de travail à haut niveau de radiation.
• Transformant l'énergie des radiations en charges électriques.
• Mesure la dose de rayonnement reçue.
• Fonctionne dans plusieurs zones : recombinaison des ions, collecte primaire, amplification proportionnelle, effet d'avalanche, et un "claquage" du gaz.

Ce quiz évalue votre compréhension des détecteurs de rayonnements ionisants, notamment des phénomènes physiques tels que l'ionisation, l'effet photoélectrique et l'effet Compton. Testez vos connaissances sur la conversion de l'énergie invisible en signaux mesurables et les différents types de détecteurs. Préparez-vous à explorer les enjeux de la détection des rayonnements.