Concevoir des « yeux » sensibles aux rayons invisibles …
La radioactivité est un phénomène invisible et c’est pourquoi elle n’a pu être mise en évidence que tardivement du fait de l’absence d’un « œil » pour observer les rayonnements émis.
Le premier outil capable de « voir » l’effet des rayonnements sur la matière a été un écran fluorescent qui a permis à Röntgen en 1895 d’observer indirectement les rayons X. En 1896, Henri Becquerel observe après coup les traces des rayons émis par des sels d’uranium sur une plaque photographique. Par la suite, Pierre et Marie Curie ont pu mesurer les désintégrations radioactives à l’aide d’un électromètre piézoélectrique dont le courant délivré était proportionnel à l’activité. Enfin, au début du XXème siècle, les physiciens allemands Hans Geiger et Walther Müller ont inventé le premier détecteur gazeux capable de détecter individuellement et en temps réel les rayonnements émis par une source radioactive : le compteur Geiger-Müller devenu célèbre.
Compteur Geiger-Müller
Exemple de contrôle de l’environnement à l’aide d’un détecteur portable Geiger-Müller qui permet de mettre en évidence des points chauds d’activité bien supérieure à la radioactivité naturelle ambiante.
© DR
Depuis, de nombreux détecteurs de différents types (gazeux, scintillateurs liquide ou solide, semi-conducteurs…) ont été conçus pour permettre d’observer les différents rayonnements de la radioactivité naturelle ou artificielle que l’on peut classer en deux grandes catégories: les particules chargées (électrons, positrons, protons, alpha …) et les particules neutres (neutrons, gamma, neutrinos).
Suivant l’objectif visé, un détecteur peut avoir une ou plusieurs fonctions :
– mettre en évidence un « point chaud » de radioactivité dans l’environnement,
– mesurer précisément l’activité d’une source ou d’un échantillon,
– mesurer l’énergie d’un rayonnement et identifier le noyau radioactif émetteur,
– identifier la nature du rayonnement (par la mesure de sa masse et de sa charge par exemple),
– reconstruire sa trajectoire.
Vérification de l’authenticité d’un grand cru de Bordeaux
Bouteille d’un grand millésime de Bordeaux en cours d’analyse au-dessus d’un détecteur germanium bas bruit de fond entouré d’un blindage de plomb et de cuivre.
© CENBG
Dans chaque cas, il faut que le détecteur possède des caractéristiques bien adaptées, parmi lesquelles on peut citer :
– une grande efficacité de détection,
– une bonne résolution en énergie (capacité à distinguer des rayonnements d’énergies très voisines),
– un temps de réponse rapide,
– un bruit de fond faible,
– un coût raisonnable !
Ces détecteurs sont soit à demeure dans des laboratoires de recherche, soit ponctuellement transportés vers des lieux de production de noyaux radioactifs pour les étudier. Certains, de taille plus modeste, sont également utilisés pour la radioprotection ou le contrôle de la radioactivité dans l’environnement par l’intermédiaire de dosimètres.
Au delà de la dosimétrie, des mesures de la radioactivité dans l’environnement, les domaines d’applications sont multiples. Dans le domaine de l’imagerie médicale et des radiothérapies. Puis dans les expériences de physique nucléaire et de physique des particules auprès des grands accélérateurs. Enfin, pour mesurer les rayonnements en provenance de l’espace dans les expériences d’Astroparticules.
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