Soutenance mémoire
La spectrométrie γ est une méthode de mesure rapide, non destructive et multi-élémentaire pour identifier et quantifier les radionucléides émetteurs des rayonnements γ. Les photons γ émis par l’échantillon vont interagir avec le matériau du détecteur en déposant toute ou une partie de leur énergie. Il existe différents types de détecteurs en spectrométrie γ capables d’effectuer cette fonction dans une plage d’énergie limitée.
Généralités
RADIOACTIVITE
On appelle radioactivité le phénomène naturel qui permet le passage d’un élément instable, appelé noyau père vers un autre élément, appelé noyau fils plus stable tout en émettant des rayonnements radioactifs tel que le rayonnement alpha, le rayonnement beta ou le rayonnement gamma. Une substance est dite radioactive lorsque ses noyaux se désintègrent spontanément en émettant un rayonnement.
Désintégrations radioactives
Désintégration alpha
La désintégration alpha est spécifiée pour les noyaux lourds ayant un nombre de masse A>200. Elle est accompagnée de l’émission d’un noyau d’hélium de charge (2+) qui est facilement absorbé par une feuille de papier et se propage avec une vitesse allant jusqu’à 2.10⁻⁷ m.s.-1 et une énergie d’environ 9 MeV. Elle est déviée en contact avec le champ électrique et le champ magnétique.
Désintégration beta
La désintégration beta concerne plus précisément la radioactivité β dans laquelle une particule beta est émise, soit sous forme d’un négaton, soit sous forme d’un positon. Ce type de désintégration se divise en deux :
❖ La désintégration β⁺,
❖ la désintégration β⁻.
La désintégration beta plus (haute énergie) résulte de la transformation d’un proton en neutron avec l’émission d’une particule chargée positivement (positon) et un neutrino. Celle-ci se produit dans le cas d’un noyau ayant un excès de proton. Par contre, la désintégration beta moins résulte de la conversion d’un neutron en proton en émettant une particule chargée négativement (négaton) et un antineutrino sous l’action d’une force nucléaire faible. [1] La désintégration beta n’est pas mono-énergétique et la particule β est plus pénétrante que la particule alpha .
Types de radioactivité
Radioactivité naturelle
La radioactivité naturelle est omniprésente dès la naissance de l’univers mais son existence a été découverte en 1896 par un physicien français appelé Henri Becquerel. Il a fait l’expérience sur une plaque photographique qui est enveloppée par du carton noir, sur lequel on place le sel d’uranium. Cinq heures plus tard, il a constaté que cette plaque est impressionnée. Un rayonnement invisible a traversé le carton. Ce sont les radionucléides d’origine cosmique et les rayonnements telluriques constituent cette radioactivité naturelle.
➤ Radionucléides d’origine cosmique ou cosmo-nucléides
Les rayons cosmiques primaires sont surtout des particules lourdes α accompagnées de rayonnement gamma de haute énergie. Ces particules réagissent dans l’atmosphère et y libèrent des rayonnements secondaires : neutron, pions se désintègrent en muons, cascade d’électrons, gamma d’annihilation, etc. …, ce sont ces rayonnements secondaires qui atteignent la basse atmosphère et exposent les êtres vivants à une irradiation.
➤ Rayonnement tellurique
Les radionucléides d’origine tellurique sont toujours présents dans l’écorce terrestre. Elle est due à la présence de radio-isotopes dans le sol et les matériaux de construction. Ces radioisotopes sont principalement le potassium- 40, accompagné des descendants de l’uranium- 238 et du thorium- 232.
Radioactivité artificielle
La radioactivité artificielle est une radioactivité due à des activités humaines, comme l’utilisation d’un accélérateur de particule et d’un réacteur nucléaire. Elle est réalisée par l’ensemble des phénomènes de transmutation des radio-isotopes en bombardant des éléments stables (aluminium, béryllium, iode) avec divers faisceaux de particules (neutron, proton, particule α, deuton). Ce type de radioactivité a été découvert par Fréderic –Joliot-Curie en 1934 par le bombardement de l’aluminium-27 avec des particules α, et son existence dans l’environnement est causée par les retombées des essais militaires atmosphériques, les accidents de Tchernobyl et les activités produisant des radionucléides artificiels dans la médecine, dans l’industrie.
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Table des matières
INTRODUCTION
PARTIE I : PARTIE THEORIQUE
GENERALITES
CHAPITRE 1 : RADIOACTIVITE
1.1 Désintégration radioactive
1.1.1 Désintégration alpha
1.1.2 Désintégration beta
1.1.3 Désintégration gamma
1.2 Décroissance radioactive
1.2.1 Loi de la décroissance radioactive
1.2.2 Période radioactive
1.2.3 Activité radioactive
1.3 Types de radioactivité
1.3.1 Radioactivité naturelle
1.3.2 Radioactivité artificielle
CHAPITRE 2 : RAYONNEMENT GAMMA
2.1 Origine des rayonnements gamma
2.1.1 Transition nucléaire
2.1.2 Photon d’annihilation
2.2 Interaction d’un rayonnement avec la matière
2.2.1 Effet photoélectrique
2.2.2 Effet Compton
2.2.3 Effet de matérialisation ou effet de création de paire
2.3 Atténuation des photons par la matière
CHAPITRE 3: SEMI-CONDUCTEUR
3.1 Conduction électrique
3.2 Semi-conducteur
3.2.1 Structure du semi-conducteur
3.2.2 Semi-conducteur intrinsèque
3.2.3 Semi-conducteur extrinsèque ou semi-conducteur dopé
3.2.3.1 Dopage de type n
3.2.3.2 Dopage de type p
PARTIE II : PARTIE EXPERIMENTALE
MATERIELS ET METHODES
CHAPITRE 4 : SPECTROMETRIE GAMMA
4.1 Définition
4.2 Principe de la spectrométrie gamma
4.3 Performance d’un spectromètre
CHAPITRE 5 : DETECTEUR
5.1 Définition
5.2 Principales caractéristiques d’un détecteur
5.2.1 Résolution en énergie
5.2.2 Efficacité
5.2.3 Temps mort
5.3 Détecteur à ionisation gazeuse
5.4 Détecteur à scintillation
5.4.1 Scintillateur
5.4.2 Photomultiplicateur
5.5 Détecteur à semi-conducteur
5.5.1 Détecteur CdZnTe/500(s)
5.5.2 Détecteur HPGe
CHAPITRE 6 : CHAINE DE MESURE PAR SPECTROMETRIE GAMMA
6.1 Alimentation à haute tension
6.2 Pré-amplificateur
6.3 Amplificateur linéaire
6.4 Convertisseur analogique numérique (CAN) et analyseur multicanaux
6.5 Logiciels d’analyse
CHAPITRE 7 : ETALONNAGE
7.1 Analyse qualitative
7.1.1 Principe
7.1.2 Etalonnage en énergie
7.2 Analyse quantitative
7.2.1 Mesure de la surface nette d’un pic
7.2.2 Etalonnage en intensité
7.2.3 Etalonnage en efficacité
RESULTATS ET INTERPRETATION
CHAPITRE 8 : DETECTEUR CZT/500(s)
8.1 Pré-étalonnage
8.1.1 Définition
8.1.2 Pré-étalonnage théorique
8.1.2.1 Droite du pré- étalonnage théorique
8.1.3 Pré-étalonnage expérimental
8.1.3.1 Source utilisée pour le pré-étalonnage
8.1.3.1.1 Cs-137 du LPNPE
8.1.3.1.2 Engrais NPK
8.1.3.2 Etalonnage ou calibrage en énergie
8.1.3.3 Spectre du Cs-137+ engrais NPK
8.1.3.4 Droite du pré-étalonnage expérimental
8.2 Etalonnage
8.2.1 Définition
8.2.2 Etalon ou standard
8.2.2.1 Définition
8.2.2.2 Listes des étalons utilisés
8.2.3 Etalonnage en énergie
8.2.3.1 Etalonnage par la source de Co-60
8.2.3.2 Etalonnage par la source de Ba-133
8.2.4 Mesure du bruit de fond
8.2.4.1 Bruit de fond
8.2.4.2 Identification des radionucléides
8.2.5 Etalonnage en efficacité
CHAPITRE 9 :DETECTEUR HPGe
9.1 Etalonnage en énergie par le logiciel génie -2000
9.1.1 Etalonnage en énergie par le spectre du Ba-133
9.1.2 Droite d’étalonnage en énergie
9.1.3 Etalonnage en énergie par le spectre du Co-60
9.1.4 Droite d’étalonnage en énergie
9.2 Etalonnage en efficacité
9.2.1 Etalonnage en efficacité suivant Microsoft Excel
9.2.2 Etalonnage en efficacité suivant le logiciel génie-2000
COMPARAISON et DISCUSSION
CONCLUSION
