Détecteurs de rayonnements nucléaires

D tecteurs de rayonnements nucléaires

On peut détecter les rayonnements nucléaires, en principal, à compte des particules électriquement chargées formées lorsque le rayonnement est présent dans un certain milieu matériel. On peut mentionner les suivants dispositifs de détection des rayonnements:

Chambre de Wilson

La chambre de Wilson consiste d'une enceinte qui contient de la vapeur sursaturée d'une certaine substance chimique. Les ions formés par suite du passage des particules chargées (alpha, bÊta) se constituent en centres de condensation, autour de lesquels se forment des goutteletes de liquide. La trajectoire de la particule est ainsi mise en évidence sous la forme d'une trace de brouillard qui peut Être photographiée.

Chambre à bulles

Elle fonctionne selon un principe semblant à celui de la chambre de Wilson, à la différence que le milieu est un liquide surchauffé, et la trajectoire est une trace formée par des bulles de gaz.

Plaques photographiques

La matérialisation de la trajectoire d'une particule nucléaire peut Être réalise par les réactions chimiques entre les ions formés aprÈs le passage de la particule et l'émulsion photographique.

Chambres à ionisation

L'élément principal d'une chambre à ionisation est un condensateur plan, rempli par un gaz (air, argon, etc). Les charges électriques engendrées par la particule qui pénÈtre entre les armatures sont collectées par les plaques du condensateur, donnant un courant fugitif ou un impulse de courant. Les chambres à ionisation peuvent enregistrer mÊme des photons gamma ou rayonnements X.

Compteur de Geiger-Müller

Le compteur de Geiger-Müller est constitué d'un tube cylindrique en verre, dont sur la paroi intérieure il y a une couche métallique à rôle d'électrode. Une deuxiÈme électrode consiste d'un fil mince en wolfram, situé parallÈlement avec l'axe de symétrie du cylindre. Le tube est rempli avec un gaz à basse pression (moins de 1000 N/m²), en mélange avec des vapeurs d'alcool. Les électrodes sont alimentées à une tension continue de quelques centaines de volts, le fil central étant l'anode.

En série avec le compteur de Geiger-Müller il y a une grande résistance électrique, d'ordre de grandeur de 10⁹W. La chute de tension aux bornes de la résistance est amplifiée et appliquée aux bornes d'un compteur électronique.

Si une particule nucléaire pénÈtre dans le compteur, elle formera par ionisation des paires électron-ion positif. Les électrons ainsi apparus seront accélérés dans le champ électrique, se dirigeants vers l'anode, lorsque les ions positifs se déplacent vers la cathode. Puisque la masse des ions est beaucoup plus grande que celle des électrons, leurs vitesses sont trÈs petites, ainsi que, en premiÈre approximation, ils peuvent Être considérés immobiles. AprÈs un trÈs court intervalle de temps, la vitesse des électrons croit à une telle valeur que, par collisions avec les atomes du milieu, les électrons engendrent des procÈs secondaires d'ionisation. Les électrons secondaires relachés dans ces procÈs donnes des nouvelles ionisations, ainsi que le résultat est l'ionisation par avalanche du gaz du tube. La conséquence de l'ionisation par avalanche est la forte augmentation du nombre de porteurs de charge libres du tube et, par suite, la diminution accentuée de sa résistance électrique. Dans ces conditions, dans le circuit s'installe un courant électrique qui provoque une chute de tension aux bornes de la résistance de charge. La chute de tension dure un temps limité, car les ions positifs s'accumulent autour la cathode et affaiblissent le champ électrique de la cathode. Les lectrons libres du tube, en arrivant prÈs de la cathode, combinent avec les ions positifs. Le courant électrique décroit, et aprÈs une certaine période de temps le gaz du tube redeviedra neutre, ainsi que le compteur sera préparé pour enregistrer une nouvelle particule nucléaire. Les procÈs d'extinction de la décharge par avalanche et de recombinaison sont facilités par la présence dans le tube d'une substance extinctrice (par exemple, alcool).

L'intensité des rayonnements est proportionnelle avec le nombre d'impulsions de tension enregistré par le compteur électronique. On doit remarquer que le passage d'une particule à travers le compteur lorsque la décharge par avalanche est en plein déroulement ne peut pas Être saisi. Il y a donc un intervalle minimum de succession entre deux particules pour qu'elles soient détectées séparément. Cet intervalle de temps s'appelle temps mort et a une valeur d'environ 10^-5s.

Dans la présence d'un flux constant de rayonnements, le taux de comptage dépend de la tension appliquée aux bornes du tube. La façon selon laquelle le taux de comptage dépend de la tension s'appelle la caractéristique du compteur. La caractéristique possÈde une portion, nommée palier, avec la propriété que le taux de comptage presque ne dépend pas de la tension appliquée au tube. Au cours des mesurages à l'aide du compteur de Geiger-Müller on utilise justement cette région de la caractéristique. Pour des tensions supérieures à une certaine valeur, le compteur entre en régime d'autodéchargement (c'est-à-dire la décharge par avalanche se produit sans Être nécessaire l'ionisation initiale engendrée par les particules nucléaires)

Détecteurs à scintillation

Leur fonctionnement repose sur le phénomÈne de luminescence, c'est-à-dire sur le phénomÈne par lequel certaines substances émettent de la lumiÈre par suite de l'interaction avec des particules chargées ou photons de haute énergie. On peut voir à l'œil nu ces scintillations ou on peut les amplifier électroniquement utilisant des photomultiplicateurs.