Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Les techniques de mesure de radioactivité par scintillation liquide sont assez faciles à mettre en œuvre et assez fiables. Elles sont, de ce fait, très utilisées. Pour comprendre ces techniques, il faut connaître les phénomènes physico-chimiques intervenant dans le processus d’émission de lumière, de détection et d’analyse des impulsions. La qualité des résultats obtenus repose sur la qualité des sources scintillantes, la détermination de leur rendement lumineux, l’étalonnage des détecteurs et l’appréciation de l’incertitude de mesure.
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Philippe CASSETTE : Laboratoire National Henri Becquerel (CEA/BNM)
INTRODUCTION
Les techniques de mesure d’activité par scintillation liquide sont apparues il y a une cinquantaine d’années et se sont imposées dans les domaines des sciences de la vie et de la terre, de la surveillance de l’environnement et en métrologie fine de la radioactivité.
Ces techniques consistent à mélanger la solution radioactive à mesurer à un liquide scintillant et à transformer les rayonnements ionisants, consécutifs aux désintégrations radioactives, en lumière, détectable et quantifiable.
Les principaux avantages de la scintillation liquide sont la facilité de préparation des sources radioactives, l’efficacité géométrique de détection de 4π et l’absence de barrière physique entre le radionucléide à mesurer et le détecteur, autorisant la détection de rayonnements de faible énergie. La mesure d’activité par scintillation liquide est une des seules méthodes permettant de mesurer l’activité de radionucléides bêta purs, où la désintégration radioactive n’est pas accompagnée de rayonnement gamma détectable par d’autres techniques. C’est également l’une des seules méthodes de mesure des radionucléides se désintégrant par capture électronique, surtout ceux conduisant à l’émission de rayonnements ionisants de faible énergie.
La scintillation liquide peut également être utilisée comme méthode absolue de mesure d’activité, c’est-à-dire sans faire appel à un étalon.
Les appareils modernes de comptage par scintillation liquide peuvent avoir des limites de détection extrêmement faibles autorisant la mesure de microactivités. Une des applications est la datation au carbone 14 et le traçage géologique.
Les inconvénients principaux de cette technique résident dans son rendement énergétique global qui est faible et variable en fonction de la composition de la source scintillante. Cela impose de calculer le rendement de détection pour chaque condition de mesure.
La maîtrise des techniques de mesure d’activité par scintillation liquide passe d’abord par la compréhension des phénomènes physico-chimiques intervenant dans le processus d’émission de lumière, de détection et d’analyse des impulsions. Elle repose ensuite sur la qualité des sources scintillantes, la détermination de leur rendement lumineux, l’étalonnage des détecteurs et l’appréciation de l’incertitude de mesure. Elle suppose enfin l’utilisation d’appareils de mesure fiables et vérifiables.
L'expertise technique et scientifique de référence
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- Version courante de juin 2020 par Philippe CASSETTE
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Compteurs à scintillation liquide2. Composition des scintillateurs
Un scintillateur liquide est un transformateur de rayonnement ionisant en lumière. Il est essentiellement composé d’un solvant dans lequel une molécule scintillante est dissoute. D’autres composés sont éventuellement ajoutés afin d’adapter le scintillateur à des usages particuliers, notamment un solvant secondaire, un scintillateur secondaire, des surfactants, des extractants et des charges. La composition du scintillateur doit permettre un transfert d’énergie efficace entre le solvant et la molécule fluorescente. Elle doit également permettre la coexistence entre la source radioactive et le milieu détecteur.
2.1 Solvant
Les solvants utilisés sont des solvants organiques aromatiques, pour des raisons liées au transfert d’énergie. Le solvant doit être :
-
relativement inerte chimiquement ;
-
disponible avec peu d’impuretés ;
-
transparent à la lumière.
Pour des raisons pratiques, il doit également être peu volatil, peu toxique et économique, et avoir un point éclair élevé.
Les premiers solvants utilisés ont été le benzène et le toluène. S’ils permettent encore d’obtenir de très bons scintillateurs, on peut cependant constater qu’ils ne remplissent pas toutes les contraintes évoquées, notamment pour ce qui concerne la toxicité et la sécurité. C’est pourquoi les solvants rencontrés dans les scintillateurs liquides commerciaux utilisent principalement le xylène et le pseudocumène.
Depuis les années 1980, une nouvelle génération de solvants dit de sécurité sont apparus. Ces solvants, à base de di‐isopropyl naphtalène (DIN), de phénylxylyléthane (PXE) ou de dodecylbenzène (LAB), possèdent un point éclair élevé (environ 150 oC) et sont moins toxiques que les solvants traditionnels.
HAUT DE PAGE2.2 Scintillateur primaire
Le soluté a pour rôle de transformer une énergie électronique en lumière détectable.
À ce titre, il doit posséder les propriétés suivantes :
-
un rendement de désexcitation radiative élevé ;
-
une émission de couleur compatible avec les photodétecteurs ;
-
un...
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BIBLIOGRAPHIE
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(4) - DYER (A.) - Liquid Scintillation counting practice. - Heyden (1980).
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(5) - SIMONNET (G.), ORIA (M.) - Les mesures de radioactivité à l’aide de compteurs à scintillation liquide. - Eyrolles (1980).
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(6) - GRAU MALONDA (A.) - Free parameter models in liquid scintillation counting. - Editorial CIEMAT (1999).
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