Etude de la radiométrie naturelle de la région d'Oran par ...

Belbachir

Description

1 Etude de la radiométrie naturelle de la région d'Oran par spectroscopie gamma et alpha. Mr Abdelkader DORBANE,Mr A.Tebboun,Mr Ahmed Hafid Belbachi Laboratoire d'Analyse et d'Application des Rayonnements (LAAR) Département de Physique,Université des Sciences et de la Technologie d'Oran BP 1505 , El M'Nouar, Oran , Algérie Résumé : Le travail mené au laboratoire L.A.A.

• source de co60 et sur la droit spectre dans l'air ambiant
• spectroscopie γ
• matière par la relation
• roches de talle moyen
• rayonnement alpha
• carte interface au logiciel
• rayonnement gamma
• interaction particules-matière
• sonde de détection par scintillation

Sujets

• Métivier
• Bourgeois
• Environment
• Relation
• Rayonnement

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Extrait

Etude de la radiométrie naturelle de la région d’Oran par spectroscopie gamma et alpha.

Mr Abdelkader DORBANE,Mr A.Tebboun,Mr Ahmed Hafid Belbachi

Laboratoire d’Analyse et d’Application des Rayonnements (LAAR) Département de Physique,Université des Sciences et de la Technologie d’Oran

BP 1505 , El M’Nouar, Oran , Algérie [e-mail] Résumé : Le travail mené au laboratoireL.A.A.R (Laboratoire d’Analyse et d’Application du Rayonnement) du Département de Physique de la Faculté des Sciences de l’U.S.T.O., sous la direction du Professeur A.TEBOUN a pour but d’étudier la radioactivité naturelle et leur danger sur l’aitre vivant dans la région d’Oran. Nous avons utilisé un détecteur à scintillation associé à un tube photomultiplicateur pour la détection des rayons Gamma et un détecteur à semi conducteur dans un chambre a videpour la détection des rayons alpha, le signal à la sortie du détecteur est injecté dans une carte d’acquisition (interface à un ordinateur) le signal qui sera tracé en une courbe de rayonnement gamma ou alpha par le logiciel génie 2000. Pour choisir les zones de prélèvement des échantillons on a basé sur les types de roche (la classification des roches est en fonction des éléments constituions ‘les minéraux’).

Mots clés :

Rayonnement Gamma, Rayonnement alpha,Spectroscopie Gamma, Spectroscopie alpha, Scintillateur, semi conducteur, Photomultiplicateur, Amplificateur.

Introduction général :

L’origine de la radioactivité naturelle de la planète date de sa création. De ce fait, l’homme a été soumis à la radioactivité par son environnement, qu’elle soit d’origine terrestre ou cosmique, et il rencontre ces radionucléides dans son alimentation, et donc dans toutes les cellules de son corps. On retrouve la plupart des éléments radioactifs naturels dans les roches. Les éléments radioactifs naturels, émettent des rayons alpha et bêta qui restent prisonniers des roches, alors que les rayons gamma s'en échappent.

Pour ces raisons on a basé sur les types de roche dans le prélèvement des échantillons.

1.Effets directs et indirects des rayonnements sur l’ADN.[1]

Les radiations ionisantes produisent des modifications au niveau des atomes et des molécules.

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Dans la cellule vivante, certaines de ces altérations peuvent avoir des conséquences à court ou à long terme. Les effets les plus graves se produisent au niveau de la molécule d’ADN, il y a trois cas.

Figure 1. Effets des rayonnements ionisants aux niveaux moléculaire et cellulaire 2.Le rayonnement alpha : [2] a.Introduction :

Une particuleaest un noyau d’hélium (constitué de 2 protons et de 2 neutrons). Pour les noyaux trop lourds et l’émission se fait avec une perte de masse maximum.

L’équation d’émission est :

b.Interaction des particules alpha avec la matière :

La particule perd progressivement son énergie en la transférant aux électrons du milieu. Ce transfert d’énergie peut se faire par excitation ou par ionisation des atomes du milieu.

La perte d’énergie de la particule par unité de longueur s’écrit par la formule de Bethe- Bloch:

c.Parcours

 (1)

On définit le libre parcours moyen d’une particule chargée dans la matière par la relation :

 (2) 2

d.Le rayonnement Gamma :

a.Introduction : [1]

Le rayonnement gamma est une onde électromagnétique comme la lumière visible ou les rayons X mais plus énergétique et d’origine nucléaire. Ce rayonnement suit une désintégration alpha ou bêta. Après émission de la particule alpha ou bêta, le noyau est encore excité car ses protons et ses neutrons n'ont pas trouvé leur équilibre. Il se libère alors rapidement d'énergie par émission d'un rayonnement gamma.

b.Interaction des photons gamma avec la matière :

Les rayonnements électromagnétiquesg nepossèdent pas de charge électrique. Ils interagissent dans la matière suivant trois processus principaux : l’effet photoélectrique, + - l’effet Compton et la création de paires ee .L’importance relative de ces trois effets dépend de l’énergie du rayonnementget du numéro atomique Z du milieu atténuateur(figure 2).

Figure 2 . Types d’interaction prépondérants suivant l’énergie du photon et le numéro atomique du milieu

c.Atténuation des rayonnementsgdans la matière[3]

Un faisceau de rayonsgmono-énergétique d’intensité I subit une perte d’intensité dI après traversée d’une épaisseur dx de matière. On a :

- dI =sINdx (3)

8Cp avecs=s+ Zs+s sectionefficace totale d’interaction,

8 et s sectionefficace due à l’effet photo-électrique,

C  Zs

section efficace due à l’effet Compton pour Z électrons atomes du milieu,

3

ar

p  s

 sectionefficace due à la création de paires

La loi de variation de l’intensité du faisceaug enfonction de l’épaisseur x de matériau traversé s’écrit, par conséquent : I = I 0 exp (-sNx) = I 0 exp (-mx) (4) Avec :densité atomique du milieu (de masse volumiquer),

 m=sN

coefficient d’atténuation linéaire des rayonsgdans le milieu.

On définit l’efficacité intrinsèque de détectiong d’undétecteur d’épaisseur x par la quantité :

 (5)

L’efficacité absolue tient compte de l’angle solide de détection (figure 9) :

 (6)

e.Détection de rayonnement Alpha : [4]

a.Détecteurs à semi-conducteurs :

La zone de déplétion est la seule utile à la détection. Si une particule ionisante libère des paires électrons-trous dans cette région, ces porteurs sont attirés par le champ électrique à travers la jonction et donnent naissance à un signal.

Le très faible parcours des particules lourdes dans la matière exige de placé l’ensemble source détecteur dans une enceinte sous vide.

f.Détection de rayonnement Gamma :

a.Constitution et fonctionnement d’un détecteur à scintillation : [4]

Les scintillateurs utilisant des cristaux inorganiques sont parmi les plus répandus et pratiquement les seuls retenus en spectroscopieg. Il s’agit en général de cristaux d’iodures alcalins activés par l’introduction d’un autre élément à faible concentration (activateur). Le plus courant d’entre eux est sans conteste l’iodure de sodium activé au thallium.

Le tube photomultiplicateur (PM) est un organe essentiel des scintillateurs. Son rôle est de transformer les photons de scintillation en un signal exploitable et dont la hauteur soit proportionnelle à l’énergie perdue par la particule détectée.

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Figure 3. Schéma d’une sonde de détection par scintillation. g.Travail expérimental :[5],[6],[7],[8] La première étape de mon travail est je porté une carte géologique de la région d’Oran et superposer une carte géographique pour indiquer les positions des types de roche avec le logiciel MAPINFO.

Figure 4. Carte géologique de la territoire d’Oran

La deuxième étape est le prélèvement des échantillons (des roches de talle moyen), un échantillon de chaque type de roche pars que la radioactivité variée de type a un autre en fonction des éléments constituons.

La troisième étape est mesurer les rayonnements gamma et alpha. Notre chaîne d’acquisition comporte un scintillateur associé à un tube photomultiplicateur pour les rayonnements Gammaetun détecteur semi conducteur dans un chambre a vide pour les rayonnements Alpha, sa sortie est connecter directement dans une carte interface au logiciel Génie 2000 pour la spectroscopie gamma et alpha, or le signal nécessitait une amplification avant de l’injecter à la carte interface au logiciel).

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60 Figure 5. Sur la gauche spectre d’une source de Coet sur la droit spectre dans l’air ambiant La quatrième étape est indiquer les zones dangereux dans la région d’Oran. h.Une conclusion de se travail :

Pour protège les habitants du risque radiologique, il faut connaitredose reçue qui la augmente avec la durée d’exposition. La gestion de risque s’organise autour des trois principes que sont la justification des pratiques, l’optimisation de la radioprotection et la limitation des expositions individuelles. Ces trois principes s’appliquent pour l’ensemble des situations normales d’expositions concernant les travailleurs et le public.

Références :

[1]:Radioprotection et ingénierie nucléaire, Henri Métivier, sciences.

[2]: MARINE RADIOACTIVITY, Editor Hugh D. Livingston,International Atomic Energy Agency, Marine Environment Laboratory, Principality of Monaco.

[3] :Johanne Collot

Cours de physique expérimentale des hautes énergies du DEA de Physique Théorique Rhône-AlpinAnnée : 2001.

[4]:Interaction particules-matière (Détecteurs), Christian BOURGEOIS, Institut de physique nucléaire d’Orsay Université Paris-VII-Denis-Diderot.

[5]: detectors end instruments for nuclear spectroscopy (1991-1992).ORTEC (E.G) et ORTEC (E.G).

[6]: Edition Ten Product Catalog, CANBERRA.

[7] :Catalogue de physique, LEYBOLD,1997.

[8] :GENIE 2000, MODULE DE BASE, CANBERRA ELECTRONIQUE 1997.

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