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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.
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- Version courante de juin 2020 par Philippe CASSETTE
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1. Du rayonnement ionisant à la lumière
Un historique de la mesure par scintillation liquide est donné dans l’encadré 1.
La technique de mesure d’activité par scintillation liquide consiste à transformer le rayonnement ionisant consécutif à la désintégration ou désexcitation d’un atome radioactif en un rayonnement lumineux détectable et quantifiable. Cette technique repose sur une cascade de phases de transfert d’énergie dont les vecteurs sont le rayonnement ionisant, les électrons, les photons lumineux et les électrons du photomultiplicateur. L’efficacité globale du phénomène dépend du couplage correct de tous ces processus.
1.1 Interaction rayonnement‐matière
La désintégration ou désexcitation d’un radionucléide conduit à une émission d’énergie sous forme de rayonnement (encadré 2). Dans la pratique de la mesure d’activité par scintillation liquide, les rayonnements rencontrés sont le rayonnement α, les électrons (rayonnement β–, électrons Auger et électrons de conversion), les positons (rayonnement β+) et le rayonnement photonique. Les méthodes de scintillation liquide sont également utilisées pour la mesure des neutrons, mais ces techniques sortent du cadre de la mesure d’activité des radionucléides et ne seront pas abordées ici.
Une des plus anciennes techniques de mesure de la radioactivité a été l’utilisation par Rutherford de matériaux luminescents pour détecter le rayonnement α. À l’origine, la détection était faite directement par l’œil humain, mais le développement des photomultiplicateurs a permis la réalisation d’appareils susceptibles de détecter de très faibles niveaux de lumière.
La scintillation liquide à vu le jour en 1950 quand indépendamment Kallman et Reynolds et al. ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(4) - DYER (A.) - Liquid Scintillation counting practice. - Heyden (1980).
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(6) - GRAU MALONDA (A.) - Free parameter models in liquid scintillation counting. - Editorial CIEMAT (1999).
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