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.
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VERSIONS
- Version courante de juin 2020 par Philippe CASSETTE
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Contrôle des compteurs à scintillation liquide5. Métrologie d’activité
Si le rendement de détection peut être calculé et si l’incertitude sur ce rendement peut être déterminée, les techniques de scintillation liquide peuvent être utilisées pour l’étalonnage de solutions radioactives. La seule méthode primaire, c’est‐à‐dire n’utilisant pas d’étalon radioactif, est la méthode du rapport des coïncidences triples à doubles. Une autre méthode utilisant un étalon de tritium est la méthode CIEMAT/NIST.
5.1 Méthode du rapport des coïncidences triples à doubles
La méthode du rapport des coïncidences triples T aux coïncidences doubles D (RCTD) permet de mesurer sans étalonnage préalable l’activité massique d’une solution radioactive.
La mise en œuvre de cette méthode nécessite l’utilisation d’un compteur à scintillation liquide spécifique comportant trois photomultiplicateurs. Ce type de compteur n’est pas disponible dans le commerce, mais peut être réalisé facilement.
HAUT DE PAGE5.1.1 Principe de la méthode RCTD
Cette méthode utilise un modèle statistique du nombre de photons créés dans le scintillateur. Si le dépôt dans le scintillateur d’une énergie E conduit à une émission de m photons en moyenne, la distribution statistique du nombre de photons émis suit une loi de Poisson ; la probabilité d’émission de x photons pour un nombre moyen m est :
Le rendement de détection est la probabilité de détection. En observant que la probabilité de détection est le complément de la probabilité de non‐détection, si l’on suppose que les photomultiplicateurs du compteur à scintillation liquide ont une probabilité de détection d’un photon non nulle, le rendement de non‐détection peut être assimilé à la probabilité d’émission de 0 photon pour m en moyenne. En utilisant la loi de Poisson, le rendement de détection...
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BIBLIOGRAPHIE
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(6) - GRAU MALONDA (A.) - Free parameter models in liquid scintillation counting. - Editorial CIEMAT (1999).
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