Mesure du rayonnement Bêta

Description

La mesure de la radioactivité bêta joue un rôle central dans la surveillance de l’environnement, mais également dans de nombreuses branches de l’industrie, dans le domaine médical et pour la recherche fondamentale et appliquée. Du fait de la grande diversité des sources de rayonnement bêta, aussi bien du fait de leur nature physicochimique que de l’énergie du rayonnement émis, de nombreuses techniques de mesure peuvent être utilisées, aussi bien fondées sur l’interaction du rayonnement bêta avec la matière que sur des méthodes non radiométriques.

Cet ouvrage collectif, rédigé par des spécialistes de la métrologie bêta et des données atomiques et nucléaires, a pour objet de rassembler les connaissances de base, aussi bien théoriques que pratiques concernant la mesure d’activité des radionucléides se désintégrant par transition bêta et par extension par certaines transitions nucléaires induisant l’émission d’électrons. Il détaille les recommandations nécessaires à tout opérateur, technicien ou ingénieur souhaitant mettre en oeuvre des techniques de mesure de la radioactivité bêta en développant les aspects méthodologiques permettant d’éviter les biais expérimentaux et autorisant une stricte évaluation des incertitudes de mesure.

Après un bref rappel historique, l’ouvrage évoque les sources naturelles et artificielles de rayonnement bêta en résumant les principaux radionucléides d’intérêt. Les aspects théoriques de la désintégration bêta sont ensuite détaillés, ainsi que les phénomènes d’interaction rayonnement-matière utilisés pour la détection. Les principales techniques de mesure d’activité sont abordées ainsi que certaines méthodes de mesure spectrométriques. La préparation des sources est détaillée pour les principales techniques de mesure. Un chapitre est consacré aux mesures fondées sur la spectrométrie de masse, avec une discussion sur leur domaine d’application en comparaison avec les mesures radiométriques. L’ouvrage aborde la question importante de la détermination et l’expression des incertitudes de mesure ainsi que la détermination des seuils de décision et limites de détection. Divers exemples d’application de la mesure du rayonnement bêta sont ensuite développés. 

Ainsi, ce dossier de recommandations pour l’optimisation des mesures du rayonnement bêta synthétise le savoir-faire des laboratoires dans le domaine et fournit ainsi à l’utilisateur les bases pratiques et théoriques indispensables à la  production de résultats fiables et validés. À ce titre il constitue un vade-mecum indispensable à tout laboratoire de mesure de la radioactivité.

Sujets

• Sciences expérimentales
• Physique
• Physical attractiveness
• Sciences et techniques
• Physics
• Radioprotection
• Science

Informations

• Publié par: EDP Sciences
• Date de parution: 16 janvier 2020
• Nombre de lectures: 0
• EAN13: 9782759823086
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 3 Mo

Extrait

Sous la direction de Nicolas Baglan, Philippe Cassette,
DROP Bêta – Mesure du rayonnement Bêta
CETAMA - 
Éric Ansoborlo et Véronique Belin
CETAMA
Mesure du rayonnement Bêta
Dossier de Recommandations pour
l’OPtimisation des mesures
DROP Bêta
CETAMA
Sous la direction de Nicolas Baglan, Philippe Cassette,
Éric Ansoborlo et Véronique Belin
L a mesure de la radioactivité bêta joue un rôle central dans la surveillance de l’environnement, mais
également dans de nombreuses branches de l’industrie, dans le domaine médical et pour la recherche
fondamentale et appliquée. Du fait de la grande diversité des sources de rayonnement bêta, aussi
bien du fait de leur nature physicochimique que de l’énergie du rayonnement émis, de nombreuses Mesure
techniques de mesure peuvent être utilisées, aussi bien fondées sur l’interaction du rayonnement
bêta avec la matière que sur des méthodes non radiométriques.
Cet ouvrage collectif, rédigé par des spécialistes de la métrologie bêta et des données atomiques et du rayonnement Bêta
nucléaires, a pour objet de rassembler les connaissances de base, aussi bien théoriques que pratiques
concernant la mesure d’activité des radionucléides se désintégrant par transition bêta et par extension
par certaines transitions nucléaires induisant l’émission d’électrons. Il détaille les recommandations Dossier de Recommandations nécessaires à tout opérateur, technicien ou ingénieur souhaitant mettre en œuvre des techniques de
mesure de la radioactivité bêta en développant les aspects méthodologiques permettant d’éviter les
biais expérimentaux et autorisant une stricte évaluation des incertitudes de mesure. pour l’OPtimisation des mesures
Après un bref rappel historique, l’ouvrage évoque les sources naturelles et artifcielles de rayonnement
bêta en résumant les principaux radionucléides d’intérêt. Les aspects théoriques de la désintégration
bêta sont ensuite détaillés, ainsi que les phénomènes d’interaction rayonnement-matière utilisés pour la DROP Bêtadétection. Les principales techniques de mesure d’activité sont abordées ainsi que certaines méthodes
de mesure spectrométriques. La préparation des sources est détaillée pour les principales techniques
de mesure. Un chapitre est consacré aux mesures fondées sur la spectrométrie de masse, avec une
discussion sur leur domaine d’application en comparaison avec les mesures radiométriques. L’ouvrage
aborde la question importante de la détermination et l’expression des incertitudes de mesure ainsi
que la détermination des seuils de décision et limites de détection. Divers exemples d’application de
la mesure du rayonnement bêta sont ensuite développés. Sous la direction de Nicolas Baglan,
Ainsi, ce dossier de recommandations pour l’optimisation des mesures du rayonnement bêta synthétise
Philippe Cassette, Éric Ansoborlo et Véronique Belinle savoir-faire des laboratoires dans le domaine et fournit ainsi à l’utilisateur les bases pratiques et
théoriques indispensables à la production de résultats fables et validés. À ce titre il constitue un
vade-mecum indispensable à tout laboratoire de mesure de la radioactivité.
978-2-7598-2307-9
69 €9782759 823079 www.edpsciences.org
PROFIL-CETAMA-Dropbeta.indd 1 20/09/2019 14:30Mesure du
rayonnement Bêta

Dossier de
Recommandations
pour l’OPtimisation
des mesures

DROP Bêta
Sous la direction de Nicolas Baglan,
Philippe Cassette, Éric Ansoborlo
et Véronique BelinOnt cOntribué à cet Ouvrage :
Cyrille Alliot, Éric Ansoborlo, Nicolas bAglAn, Maïté bertAux, Éric
bohAud, Nathalie bouillArd, Aurélie CAlvet, Philippe CAssette, Catherine
Cossonnet, Marielle Crozet, Erwan du Fou de KerdAniel, Natacha
einAudi, Sandrine Fleury, Linda FouhAl-grAvier, Thomas grAngeon, Agnès
henry, Fabien Jouvet, Yann KergAdAllAn, Sylvain lemius, Marcel moKili,
Céline monsAnglAnt-louvet, Xavier mougeot, Julien roger.
(Voir liste détaillée en fin d’ouvrage)
relecteurs scientifiques :
Jean AupiAis, Jean-Louis piColo
cOOrdinateurs :
Nicolas bAglAn, Philippe CAssette, Éric Ansoborlo, Véronique belin
Illustration de couverture : Image d’échantillon en scintillation liquide (©AAC-CEA).
Imprimé en France
ISBN (papier) : 978-2-7598-2307-9 – ISBN (ebook) : 978-2-7598-2308-6
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d’exemple et d’illustration, « toute représentation intégrale, ou partielle, faite sans le
consenteerment de l’auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est illicite » (alinéa 1 de l’article 40).
Cette représentation ou reproduction, par quelque procédé que ce soit, constituerait donc une
contrefaçon sanctionnée par les articles 425 et suivants du Code pénal.
© EDP Sciences 2020Table des matières
Chapitre 1 • Introduction – Documents de référence 15
1.1 Objet du document - Documents scientifiques et techniques 15
1.2 Documents normatifs 16
1.2.1 Références relatives au management de la qualité 16
1.2.2 Références normatives relatives à la technique utilisée
ou à l’échantillonnage 16
1.3 Données atomiques et nucléaires 19
1.3.1 Liste des principaux radionucléides d’intérêt, se désintégrant
par transition bêta ou par capture électronique 20
1.3.2 Caractéristiques principales 21
Références bibliographiques 23
Glossaire 23
Chapitre 2 • Radioactivité bêta naturelle et artificielle 25
2.1 Découverte du rayonnement bêta moins et bêta plus 25
2.2 Radioactivité bêta naturelle 30
2.2.1 Origine stellaire 30
2.2.2 Origine cosmogénique ou météorique 31
2.3 Radioactivité bêta artificielle 32
2.4 Chronomètres naturels 33
Références bibliographiques 34
3Mesure du rayonnement Bêta
Chapitre 3 • Le rayonnement bêta et autres rayonnements électroniques 35
3.1 Désintégration bêta 36
3.1.1 Désintégration bêta moins 36
3.1.2 Désintégration bêta plus 36
3.1.3 Énergie moyenne 37
3.1.4 Probabilité de désintégration 37
3.1.5 Nature des transitions et règles de sélection 39
3.1.6 Période comparative, log ft 40
3.2 Capture électronique 41
3.2.1 Description 42
3.2.2 Probabilité de transition par capture électronique 43
+3.2.3 Rapport e / b 45
3.3 Autres rayonnements électroniques 45
3.3.1 Conversion interne 46
3.3.2 Réarrangement électronique et électrons Auger 47
3.3.3 Création de paires électron-positon 52
3.4 Phénomènes secondaires 53
3.4.1 Freinage (Bremsstrahlung) interne accompagnant
la désintégration bêta 53
3.4.2 Freinage (Bremsstrahlung) interne accompagnant la capture
électronique 54
3.4.3 Ionisation et excitation internes accompagnant
la désintégration bêta 54
3.4.4 Icitation internes accompagnant la capture
électronique 55
3.4.5 Rayonnement de freinage (Bremsstrahlung) externe 55
3.4.6 Désintégration double bêta 55
3.4.7 Réaction bêta inverse 56
Références bibliographiques 57
Chapitre 4 • Interaction entre les électrons et la matière 61
4.1 Interactions non radiatives 61
4.1.1 Interactions élastiques 61
4.1.2 Interactions inélastiques 63
4.1.3 Annihilation des positons 64
4.2 Interactions radiatives 65
4.3 Calcul du pouvoir d’arrêt des électrons et positons 65
4.4 Codes de calcul déterministes et stochastiques 66
Références bibliographiques 67
4Table des matières
Chapitre 5 • Préparation des sources étalons et des échantillons 69
5.1 Sources solides 69
5.1.1 Dépôts directs 69
5.1.2 Sources minces 70
5.1.3 Électrodéposition et électroprécipitation 71
5.2 Scintillateurs liquides 71
5.2.1 Solvant 72
5.2.2 Scintillateur primaire 72
5.2.3 Scintillateur secondaire 73
5.2.4 Surfactant 73
5.2.5 Flacons 74
5.3 Billes scintillantes 74
Références bibliographiques 76
Chapitre 6 • Mesure du rayonnement bêta 77
6.1 Compteur proportionnel 77
6.1.1 Principe 77
6.1.2 Appareillage 80
6.1.3 Étalonnage 81
6.1.4 Avantages et inconvénients 84
6.2 La scintillation liquide bêta 85
6.2.1 Mécanismes de scintillation liquide 86
6.2.2 Composition générique d’un cocktail scintillant et rôle
de ses différents constituants pour la scintillation liquide b 89
6.2.3 Compteurs à scintillation liquide 97
6.2.4 Quantification de l’activité bêta 110
6.2.5 Principe de la détection de la lumière émise après
désintégration b 111
6.2.6 Le phénomène d’affaiblissement lumineux 113
6.3 Comptage Cerenkov 125
6.4 Spectromètres bêta 129
6.4.1 Propriétés générales des détecteurs utilisables en spectrométrie 129
6.4.2 Spectromètres magnétiques et électrostatiques 131
6.4.3 Compteurs proportionnels 132
6.4.4 Scintillation liquide 133
6.4.5 Calorimètres métalliques magnétiques 134
6.4.6 Semi-conducteurs 135
Références bibliographiques 139
5Mesure du rayonnement Bêta
Chapitre 7 • Expression des résultats et incertitude de mesure 143
7.1 Définitions métrologiques 144
7.2 Interprétation des résultats 145
7.3 Estimation des activités et des incertitudes 146
7.4 Détermination de l’activité bêta 148
7.4.1 Cas des comptages en scintillation liquide 148
7.4.2 Cas des comptages bêta au compteur proportionnel à gaz 151
7.5 Seuil de décision et limite de détection 152
7.5.1 Introduction 152
7.5.2 Problématique 153
7.5.3 Définitions 153
7.5.4 Formulation 154
7.5.5 Inférence bayésienne 155
Références bibliographiques 158
Chapitre 8 • Comparaison des techniques non radiométriques 159
8.1 La spectrométrie de masse couplée à une source à plasma (Inductively
Coupled Plasma Mass Spectrometry : ICP-MS) 160
8.2 La spectrométrie de masse par accélérateur (SMA) 161
8.3 ométrie de masse pour la mesure de l’hélium 3 162
8.4 Comparaison des différentes techniques 164
Références bibliographiques 166
Chapitre 9 • Exemples de mesure du rayonnement bêta 167
9.1 Indice de radioactivité bêta global détermi