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Réseau Becquerel pour la mesure de radioactivité

Matériels de mesure

Accueil > > Domaines d’intervention > Mesure de la radioactivité > Matériels de mesure (écrit par Nicolas Busser | mis à jour le 24 avril 2012)

Les outils de mesure permettent de quantifier les radionucléides soit par leur type d’émission (alpha, bêta, gamma, X) soit par leur masse.

Spectrométrie gamma

Chaîne de spectrométrie gammaLa spectrométrie gamma est l’une des techniques de choix développées au sein des laboratoires de l’IN2P3. En effet, elle est depuis plusieurs décennies l’un des outils de mesure de base du physicien nucléaire qui continue encore aujourd’hui à en améliorer les performances, en collaboration avec les différents constructeurs d’instruments associés à cette technique.

Elle permet, à l’aide d’une seule mesure, de quantifier un très grand nombre de radionucléides aussi bien naturels qu’artificiels.

Dans le domaine de la radioactivité naturelle, elle permet de quantifier notamment les radionucléides suivants :

Parmi les radionucléides d’origine artificielle que l’on peut mesurer par spectrométrie gamma, on retrouve le 137Cs, le 60Co, le 134Cs, l’131I, le 58Co, le 54Mn, l’110mAg,...

Le réseau Becquerel dispose d’un parc unique de détecteurs germanium recouvrant l’ensemble des configurations possibles (détecteurs coaxiaux, puits, planars,...) et permettant de répondre ainsi à toute demande dans ce domaine, des échantillons les plus petits aux pièces plus volumineuses.

Salle de comptage semi enterrée du CENBGL’autre spécificité développée au sein de l’IN2P3 est la caractéristique "bas bruit de fond", qui permet de mesurer des activités très faibles, non détectables par des détecteurs commerciaux plus classiques. Cette spécificité est obtenue grâce la conjugaison de plusieurs facteurs dont certains laboratoires du réseau sont équipés :

Des algorithmes de traitement des signaux ont été développés afin de tenir compte des phénomènes d’atténuation liée à la densité (ou composition chimique) des matériaux analysés et de la "géométrie" de comptage de l’échantillon.

La mise en œuvre de tels outils de détection permet d’atteindre des valeurs de limite de détection particulièrement faibles. Ceci est essentiel dans le cadre de mesures d’expertise nécessaires notamment à la compréhension des modalités de transfert et de mobilité des radionucléides dans la biosphère.

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Compteurs proportionnels à gaz

Compteur proportionnel à gazCes appareils permettent de quantifier globalement les émissions alpha et bêta présentes dans un échantillon. Les résultats obtenus sont des mesures d’indices de radioactivité alpha ou bêta global.

Comme leur nom l’indique, ces mesures sont globales, elles ne permettent pas d’identifier le (ou les) radionucléide(s) à l’origine de l’activité mesurée.

La mesure est réalisée à partir d’une couche mince de l’échantillon placée au plus près du détecteur. Cette couche mince est obtenue soit par évaporation pour les eaux soit par dépôt sur une coupelle d’une fraction broyée, tamisée et homogénéisée pour les échantillons solide.

Coupelle destinée à la mesure d'indice de radioactivité alpha global/bêta globalIl s’agit d’une mesure, simple et rapide dans sa mise en œuvre qui permet, dans le cadre d’une surveillance environnementale, d’identifier toute dérive ou dépassement anormal des émissions alpha ou bêta. Dès lors que cette dérive ou dépassement est mis en évidence, des moyens plus complexes de caractérisation doivent être utilisés pour déterminer le ou les radionucléides à l’origine de cette anomalie.

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Spectrométrie alpha

La spectrométrie alpha permet de quantifier les isotopes de l’uranium (238, 234, 235), du plutonium (238Pu, 239+240Pu), du curium (243+244Cm), l’américium 241, le polonium 210, le radium 226.

Cette technique nécessite des séparations chimiques poussées et complexes pour isoler l’élément d’intérêt. La mesure est ensuite effectué sous vide dans des chambres de spectrométrie alpha pour des durées de comptage allant de quelques heures à plusieurs jours.

Selon le radioélément considérée, les limites de détection peuvent atteindre le mBq/kg sur les échantillons solides environnementaux.

Chambre de spectrométrie alpha

Appareils à scintillation liquide

Les mesures par scintillation liquide nécessitent au préalable la mise en solution de l’échantillon ainsi que différentes séparations chimiques destinées à isoler l’élément d’intérêt. La solution obtenue est ensuite mélangée à un cocktail scintillant qui permet de transformer les rayonnements émis lors des désintégrations en lumière.

Cette technique permet de mesurer le 3H, le 14C, le 90Sr, le 63Ni, le 36Cl, le 241Pu, le 55Fe, le 151Sm, le 99Tc,...

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Appareil à scintillation liquide

Spectrométrie X

La détermination de l’activité de radionucléide tels que le 93Mo ou le 59Ni nécessite une mesure sur une chaîne de spectrométrie X. Les techniques de préparation et de séparation chimiques à mettre en œuvre préalablement à la mesure sont particulièrement complexes.

ICP-MS et ICP-MS HR

Contrairement aux techniques présentées précédemment, les mesures par ICP-MS s’intéressent à la masse des isotopes et non plus au type de rayonnement. La mesure est faite après mise en solution de l’échantillon. Il s’agit d’une technique rapide et très sensible qui permet de déterminer notamment l’uranium pondéral et le thorium 232 ainsi que de nombreux autres radionucléides à vie longue.

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ICP-MS HR

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