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RÉSUMÉ
Cet article traite du fonctionnement des principaux détecteurs nucléaires utilisés aujourd’hui. Ces dispositifs de mesure interviennent dans de nombreux domaines, l’industrie nucléaire bien sûr, mais également la recherche en physique, le monde médical…sans oublier la sécurité. En introduction, les différentes manières de détecter un rayonnement (mode courant, mode impulsionnel) sont présentées, ainsi que les définitions essentielles. Sont ensuite détaillés les principes physiques de la détection directe, avant de s’attarder sur ceux de la détection physique indirecte.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Thierry POCHET : Nuclear Instrumentation Specialist Chercheur détaché du CEA - Agence Internationale de l’Énergie Atomique (AIEA)
INTRODUCTION
La détection nucléaire est une mesure qui s’impose dans de nombreux secteurs d’activité. Sans être exhaustif, on peut citer la recherche en physique, l’industrie nucléaire dans son ensemble (réacteurs, usines de retraitement, etc.), le milieu médical (radiothérapie, méthodes diagnostiques, etc.), le milieu industriel (radiographie, analyse), la sécurité (contrôle douanier, déchetteries, trafic illicite…), etc. Les particules d’intérêt sont les α, les β, le rayonnement X et γ et les neutrons.
Ce document est scindé en trois parties indépendantes. La première partie est consacrée aux propriétés physiques de base de la détection de rayonnement [BN 3 480], la seconde partie présente les caractéristiques générales des différentes classes de détecteurs existants et la troisième partie fait un rappel, pour chaque type de particules, de l’interaction avec la matière et montre les détecteurs qui sont utilisés en pratique .
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1. Généralités
Nous abordons le fonctionnement des principaux détecteurs utilisés aujourd’hui. Rappelons tout d’abord qu’un détecteur est en général un dispositif électronique qui traduit sa sensibilité au rayonnement en délivrant un signal électrique(1).
il existe des détecteurs passifs qui traduisent leur sensibilité au rayonnement par d’autres moyens que nous n’aborderons pas ici : modification de la densité optique (émulsion photographique), physico-chimique (tracketch ), structurelle (dommage par rayonnement), etc.
Le processus d’interaction exploité dans ce cas est celui qui consiste à générer des charges électriques « libres », précurseurs du signal. L’interaction du rayonnement avec les électrons atomiques peut conduire soit à l’ionisation de la matière c’est-à-dire à la génération directe de charges « libres», soit à la génération d’états excités d’atomes ou de molécules qui vont se désexciter par émission de photons. Dans le premier cas, nous parlerons de détecteur dit direct car en général un seul milieu suffit, dans le deuxième cas on parlera de détecteur indirect car une ou plusieurs étapes de conversion du rayonnement sont nécessaires.
La détection directe nécessite un milieu détecteur qui favorise l’ionisation et qui permette en même temps de générer, grâce aux charges électriques induites, un signal électrique. On verra que cette double exigence restreint le nombre de milieux appropriés.
La détection indirecte se fait généralement en deux étapes : un élément permet tout d’abord l’interaction du rayonnement primaire qui est ensuite converti en un autre rayonnement, dit secondaire. C’est ce dernier qui est détecté et qui induit finalement le signal électrique du détecteur. Ce principe présente un inconvénient car l’information sur le rayonnement incident est souvent dégradée au cours de la conversion.
Que ce soit en détection directe ou indirecte, on verra 3.5.4...
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