Soutenance mémoire
La radioactivité est un phénomène physique inclus dans notre univers, les êtres vivants y sont alors exposés en permanence. Sans aucune intervention de ces derniers, la radioactivité naturelle est présente partout. Des phénomènes de transmutation des radio-isotopes donnent des éléments radioactifs artificiels qui sont générés par des activités humaines. Plusieurs organisations scientifiques sont en collaboration pour chercher les moyens de contrôler les taux de radioactivité dans l’environnement. Depuis l’accident de Tchernobyl en 1986, des systèmes de spectrométrie gamma mobile ont été développés significativement en Europe.
Cette année 2014, l’Agence Internationale de l’Energie Atomique(AIEA) a doté le Laboratoire de Physique Nucléaire etPhysique de l’Environnement (L.P.N.P.E), d’une chaine de spectrométrie gamma munie d’un détecteurCdZnTe. Cette chaine de spectrométrie gamma permet de faire des mesures au laboratoire mais aussi sur terrain. Ainsi, ce travail qui s’intitule :“MISE EN PLACE DE LA CHAINE DE SPECTROMETRIE GAMMA AU LABORATOIRE L.P.N.P.E PAR UTILISATION DU DETECTEUR CdZnTe’’, est réalisé dans le cadre du développement de ce laboratoire. Ce travail est divisé en trois grandes parties. Dans la première partie, on va voir les bases théoriques de la radioactivité gamma. Ensuite, dans la seconde partie, on parlera de la méthodologie de la spectrométrie gamma. Enfin, la troisième partie consistera à la mise en évidence des éléments radioactifs dans des échantillons de roche provenant de Talata-volonondry dans la région d’Analamanga, après avoir effectué le test de répétabilité qui nous assure de la fiabilité de notre chaine de mesure.
RADIOACTIVITE
Définition
En 1896, Henry Becquerel a découvert la radioactivité, qui est un phénomène physique dans lequel les noyaux atomiques instables dit radio-isotopes se transforment en noyaux stables. La radioactivité est une étape de transformation d’un noyau en un autre en émettant des rayonnements (α, β ou γ). Les noyaux qui suivent cette transformation s’appellent les noyaux radioactifs. La probabilité de la transformation de ces noyaux dépend uniquement du temps. La radioactivité est aussi la propriété des noyaux atomiques à perdre spontanément une partie de leur masse en émettant des particules ou des rayonnements électromagnétique .
Origines des radioéléments
On distingue deux groupes de radioéléments :
-les radioéléments artificiels qui sont produits par des réacteurs nucléaires ou par des techniques nucléaires.
– les radioéléments naturels qui proviennent de l’atmosphère et de l’écorce terrestre.
Eléments radioactifs artificiels
Depuis la découverte de la radioactivité artificielle par Irène et Frédéric Joliot-Curie en 1934, les physiciens ont synthétisé plus d’un millier d’éléments radioactifs. Ces radioéléments sont obtenus par des recherches scientifiques à partir de réacteur nucléaire ou technique nucléaire en bombardant par le neutron des éléments stables (comme l’aluminium), dans des laboratoires ou centrales électronucléaires. La mise au point de la bombe atomique, le développement des techniques d’utilisation de l’énergie nucléaire et les accidents nucléaires comme l’explosion nucléaire d’Hiroshima ont prodigieusement multiplié les risques de libération de produits radioactifs dans l’atmosphère. Parmi les radionucléides artificiels qui polluent l’environnement figure le césium-137.
Eléments radioactifs naturels
La radioactivité naturelle a pour origine, d’une part le rayonnement tellurique provenant notamment de l’uranium et du thorium présents dans la croûte terrestre, et d’autre part, le rayon cosmique qui provient de l’espace. L’uranium, le thorium, le radium, les isotopes du potassium-40 et le carbone-14 sont des radioéléments naturels.
L’uranium naturel que l’on extrait de certains gisements miniers, et qui se trouve à l’état de traces dans presque tous les sols, est un mélange de 99,3% d’uranium 238 et de 0,7% d’uranium-235. Ces derniers sont des éléments radioactifs. Le potassium que l’on rencontre souvent dans la nature et dans tout organisme vivant, est constitué d’un mélange de 99 ,98% de potassium stable non radioactif et de 0,012% de potassium-40 radioactif. Le carbone-14 qui provient du rayonnement cosmique, passe dans la végétation. Il y a des aliments qui contiennent ce radionucléide. Certains éléments radioactifs naturels isotopes subissent plusieurs désintégrations successives avant d’atteindre un état stable. Le noyau de départ ou noyau père, appelé aussi géniteur, donne des noyaux intermédiaires qui s’appellent progénitures. Ces intermédiaires conduisent le père à l’état stable en obtenant le noyau fils qu’on peut aussi appeler noyau terminal.
INTERACTION DES RAYONNEMENTS GAMMA AVEC LA MATIERE
Les rayonnements gamma interagissent avec la matière suivant trois processus essentiels:
➢ Effet photoélectrique,
➢ Effet Compton,
➢ Effet de matérialisation ou de production de pair [e-, e+].
Il y a aussi d’autres effets qui participent au cours de l’interaction du rayonnement gamma avec la matière, mais de rôle négligeable. Il s’agit par exemple de:
♦ La diffusion Rayleigh, qui est une diffusion élastique sur les négatons liés de l’atome.
♦ La diffusion Thomson, à partir des négatons libres.
♦ La diffusion Delbrück, qui est une diffusion dans le champ du noyau.
Les processus d’interaction des rayonnements gamma avec la matière
Effet photoélectrique
L’effet photoélectrique se produit en trois temps (Voir Figure 1). Tout d’abord, le photon expulse un négaton lié d’un atome qui se trouve sur les couches les plus internes L ou K en cédant toute son énergie. Ensuite l’atome qui a perdu un de ses négatons internes se met dans un état excité. Un négaton d’une couche plus externe vient compléter la lacune laissée par le négaton éjecté.
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Table des matières
INTRODUCTION
PARTIE THEORIQUE
Chap. 1 : RADIOACTIVITE
1-1 Définition
1-2 Origines des radioéléments
1-2-1 Eléments radioactifs artificiels
1-2-2 Eléments radioactifs naturels
1-3 Loi de décroissance radioactive
1-4 Activité radioactive
1-5 Période radioactive
Chap. 2 : RAYONNEMENTS IONISANTS
2-1 Définition
2-2 Différents types de rayonnements ionisants
2-2-1 Les rayonnements directement ionisants
2-2-2 Les rayonnements indirectement ionisants
Chap. 3 : INTERACTION DES RAYONNEMENTS GAMMA AVEC LA MATIERE
3-1 Les processus d’interaction des rayonnements gamma avec la matière
3-1-1 Effet photoélectrique
3-1-2 Effet Compton
3-1-3 Effet de matérialisation
3-2 Prédominances des 3 effets
PARTIE METHODOLOGIQUE
Chap. 4 : DETECTEURS
4-1 Différents types de détecteurs
4-1-1 Les détecteurs à scintillation
4-1-1-1 Scintillateurs organiques
4-1-1-2 Scintillateurs inorganiques
4-1-2 Les détecteurs à semi-conducteurs
4-1-2-1 Les semi-conducteur extrinsèque
4-1-2-2 Les semi-conducteur intrinsèque
4-2 Détecteur CdZnTe
4-2-1 Principe
4-2-2 Caractéristiques
4-2-3 Fonctionnement
Chap. 5 : SPECTROMETRIE GAMMA
5-1 Principe et fonctionnement de la spectrométrie gamma
5-2 Chaine de la spectrométrie gamma
5-3 Analyses de spectre
5-3-1 Analyse qualitative
5-3-2 Analyse quantitative
5-3-3 Etalonnage en énergie
PARTIE PRATIQUE
Chap. 6 : PREPARATION DE LA CHAINE DE MESURE
6-1 Chaine de spectrométrie gamma du L.P.N.P.E
6-2 Etalonnage en énergie
6-3 Optimisation des paramètres de la chaîne spectrométrie gamma
6-3-1 Temps d’acquisition
6-3-2 Plage du gain grossier
6-3-3 Nombre de canaux du MCA
6-3-4 Paramètres retenus
6-4 Test de répétabilité
6-4-1 Contexte
6-4-2 Principe
6-4-3 Applications
6-4-3-1 Test pour le Bétafite
6-4-3-2 Test pour le Thortveitite
Chap. 7 : ANALYSE QUALITATIVE D’ECHANTILLONS
7-1 Détermination des radioéléments du Bétafite
7-2 Détermination des radioéléments du Thortveitite
7-3 Détermination des radioéléments du Thorianite
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES
