La radioactivité
Comment marche l'inévitable compteur Geiger-Muller ? Et les alternatives ?
Nous allons regarder les diverses méthodes de détection des rayonnements utilisables par un amateur plus ou moins éclairé.
Le compteur Geiger-Muller
À tous seigneurs, tout honneur.
Commençons avec l'historique compteur Geiger, et c'est une des plus simples méthodes de détection. Pas très précise, ça ne détecte que les particules et vous ne connaitrez pas leur énergie, mais efficace.
Tout repose sur les qualités d'un tube mis sous haute tension où va se produire une avalanche lors du passage d'une particule. Le gaz dans le tube, non-conducteur genre argon, néon ou autre, sera déterminant sur les caractéristiques de détection.
Avec une telle technologie, inutile d'espérer faire la différence entre les divers types de rayonnements. Mais elle est simple et rustique, et elle est toujours employée aujourd'hui dans les détecteurs du commerce modernes, mais avec des "vieux tubes".
De nombreux sites expliquent par le détail le fonctionnement de ces détecteurs. En voici un :
On trouvera plus loin le détail du détecteur Geiger très basse consommation que j'ai réalisé avec mes petites mains.
Les diverses techniques
de détection des rayonnements
C'est un domaine très complexe, je vous recommande
les Techniques de l'Ingénieur si jamais vous voulez vraiment aborder ce sujet.
Ici, je ne vais qu'effleurer le sujet.
C'est une évidence, mais pour pouvoir détecter un rayonnement, il faut une interaction avec de la matière. On détectera une particule chargée assez facilement car elle provoquera une ionisation directement mesurable, les neutres seront plus délicates.
Lorsqu'une particule provoque un courant, il s'agit d'une impulsion que l'on va détecter et compter. À ce moment-là se posera le problème du temps minimum entre deux détections, qui limitera la sensibilité de l'appareil (s'il y a trop de particules, on va en rater).
Chambre d'ionisation, à étincelles
La chambre d'ionisation est une technique courante, basique.
La chambre à étincelles est une variante où on place un gaz rare et on provoque un champ électrique intense : si une particule passe, le gaz devient conducteur et une étincelle se produit.
Détecteur à semi-conducteur
La détection à semi-conducteur est plus commode à mettre en œuvre, ne nécessitant pas de haute tension difficile à gérer.
Scintillateur
On pourra aussi employer un scintillateur, un matériau qui s'illuminera sous l'effet des radiations, et on pourra alors capter la lumière produite avec une caméra, ou plutôt un tube photomultiplicateur pour détecter une seule particule.
La détection de neutron est nettement plus délicate, car il faut que le neutron réagisse avec un noyau (par exemple du Bore ou du Lithium) pour que cela produise un effet détectable.
Chambre à brouillard, chambre à bulles
Dans une enceinte où on place un gaz en sursaturation, la moindre perturbation provoque sa condensation. Une particule qui le traverse provoquera une trainée de condensation, c'est la chambre à brouillard.
des trainées de condensation dans la chambre à brouillard
On peut provoquer cette sursaturation en augmentant brusquement le volume de l'enceinte, ou par refroidissement. L'amateur éclairé pourra tenter d'en réaliser une, mais ce n'est pas si évident à faire, cherchez sur le web (cloud chamber DIY).
La chambre à bulles est du même tonneau, mais on aime bien la placer dans un champ magnétique qui déviera les particules chargées, ce qui aide à les caractériser.
Les dosimètres
Les techniques de détection de radiations sont utiles pour faire des mesures "à la volée", directes. Mais ces appareils sont généralement peu commodes d'emploi, et il faut de l'énergie.
On utilise également des dosimètres qui sont mesurés "après coup", autrement dit à lecture différée. Il suffit de porter une sorte de badge, qui sera vérifié plus tard. Dans le temps, on utilisait un film "photo", vu que les radiations impressionnent les émulsions, on pouvait même choisir divers types d'émulsion.
À présent, on utilise des matériaux thermoluminescents, à luminescence optiquement stimulée ou radiophotoluminescents.
Il existe d'autres méthodes de détection, mais ce sont les principales.
Maintenant qu'on sait détecter, passons en revue notre environnement.