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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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4. Mesure d’activité avec étalon
Les rendements de détection étant en général inférieurs à l’unité et variables avec les conditions de mesure, l’utilisation la plus fréquente de la mesure par scintillation liquide est en mesure relative par rapport à une source étalon du même radionucléide.
4.1 Préparation des sources
La validité des mesures d’activité réalisées par comptage en scintillation liquide repose sur la bonne préparation des sources scintillantes. Une source convenable doit être efficace, stable et ne doit pas conduire à l’émission de lumière parasite.
HAUT DE PAGE
Le choix du scintillateur est essentiellement dicté par la composition chimique de la solution à mesurer et son volume relatif à celui du scintillateur. Il existe sur le marché de nombreux scintillateurs liquides dont les caractéristiques sont détaillées dans les notices des fabricants. Ces notices comportent un organigramme de choix du produit le mieux adapté à une situation donnée.
Si la solution à mesurer est sous forme organique, il est préférable d’utiliser un scintillateur ne comportant pas de produits surfactants.
Si la solution est sous forme aqueuse, il convient de choisir le scintillateur en fonction de la fraction de phase aqueuse qu’il est susceptible d’accepter. Cette fraction dépend de la température et également de la composition chimique de la solution, notamment sa force ionique et son pH. Le comportement de chaque scintillateur est spécifique : par exemple la fraction aqueuse admissible augmentera avec la force ionique de la solution aqueuse pour certains scintillateurs alors qu’elle diminuera pour d’autres. Les fiches techniques des fabricants de scintillateurs indiquent les fractions aqueuses admissibles en fonction de la chimie de la solution et parfois de la température. Un exemple de diagramme apparaît sur la figure 9. On observe qu’il existe deux zones admissibles : une zone à basse fraction aqueuse et une zone à forte fraction aqueuse donnant une phase de gel. Entre les deux, la source présente une apparence laiteuse et n’est pas utilisable.
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BIBLIOGRAPHIE
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(2) - REYNOLDS (G.T.), HARRISON (F.B.), SALVINE (G.) - Liquid scintillation counters. - Phys. Rev. 78, 488 (1950).
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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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