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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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Principes physiques de la détection directe
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2. Types de mesure et définitions
Avant d’étudier en détails le principe de fonctionnement d’un détecteur, il est important de spécifier les différentes manières de détecter un rayonnement, celles-ci pouvant dicter le choix du détecteur à utiliser. En physique nucléaire, deux grands modes de détection peuvent être identifiés(2) : le mode « impulsionnel » et le mode « courant ».
l’instrumentation pour les réacteurs nucléaires, dans certains régimes de fonctionnement, fait appel à un troisième mode : le mode de « Fluctuation de courant » (voir Électronique associée aux détecteurs de rayonnements ).
Ces derniers sont illustrés sur la figure 2. Une particule pénétrant dans un détecteur va induire à ses bornes une impulsion de courant plus ou moins courte découlant des charges générées. Un détecteur dit rapide génère des impulsions brèves (typiquement quelques dizaines de nanosecondes) qui pourront être analysées individuellement, on parlera alors du mode impulsionnel (figure 2 a ).
Dans un détecteur plus lent (typiquement jusqu’à quelques millisecondes) ou soumis à un flux important, les impulsions peuvent se chevaucher au point d’engendrer un courant lentement variable, on parle alors du mode courant (figure 2 b ).
2.1 Mode impulsionnel
Le mode impulsionnel s’utilise pour la détection individuelle de particules. Le détecteur branché à un préamplificateur de charges délivre, pour chaque particule pénétrant dans le détecteur, une impulsion. Ce mode est utilisé pour les mesures de comptage, de spectrométrie et de dose.
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Le comptage consiste simplement à mesurer le nombre de particules pénétrant dans le détecteur par unité de temps. Pour chaque particule, le détecteur délivre alors un signal dont l’amplitude, pour être détectée, doit être supérieure à la fluctuation du bruit de fond engendré dans le détecteur.
La mesure est binaire ; on parle de « coups », l’unité utilisée étant cps ou nombre de coups/s. Le comptage est donc une...
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