Radioactivité : introduction à la spectroscopie gamma amateur
Par Sébastien Billard le dimanche 19 octobre 2014 14:04 - Radioactivité
En matière de détection de la radioactivité, le compteur geiger est l'équipement qui vient tout de suite à l'esprit. Or ce type de détecteur s'il est adapté à la simple détection ne permet pas de déterminer à quel élément radioactif on a affaire : impossible par exemple de savoir si les particules détectées sont émises par de l'uranium, du thorium, du cesium 137... L'appareil qui va permettre de caractériser les isotopes est un spectromètre gamma.
Les appareils professionnels de spectrométrie gamma coutent horriblement cher, et jusque ici même les appareils amateurs représentaient un investissement conséquent. Heureusement un japonais, M. Ohisa, a démocratisé un peu plus ce type de matériel avec des détecteurs autour de 160 euros port inclus, dénommés "Armadillo". Si ces détecteurs ne peuvent évidemment pas rivaliser avec du matériel plus cher, ils permettent néanmoins de caractériser des isotopes et de détecter des contaminations. Ils sont d'ailleurs utilisés par des amateurs au Japon pour détecter des contaminations au Cesium 137 dans l'environnement.
Mon détecteur Armadillo, modèle 1-d (avec sortie audio digitale en USB) :
Principe de fonctionnement
Le détecteur contient un cristal d'un centimètre cube d'iodure de cesium (CsI) qui a la propriété d'émettre des flashs lumineux lorsqu'il interagit avec des particules gamma. L'intensité de ces flash est proportionnelle à l'énergie des particules qui traversent le cristal. Ces flash sont ensuite amplifiés par un dispositif électronique interne au détecteur et convertis en un signal audio envoyé au PC via USB. L'analyse de ce signal audio par un logiciel de spectrométrie tel que Theremino MCA permet de tracer une courbe de distribution des différentes énergies émises par un échantillon : le spectre.
La spectrométrie gamma tire profit du fait que chaque radioélément a sa propre signature en énergie. Par exemple le cesium 137 émet des pics d'énergie à 32 keV et 662 keV, tandis que le radium 226 et ses descendants émettent des pics à 186, 242, 295, 352 et 609 keV. En regardant les pics d'énergie présents dans le spectre d'un échantillon on peut donc déterminer les radioéléments qu'il contient. Exemple de spectres pour différents radioéléments : americium 241 (en rouge), cesium 137 (en bleu), radium (en jaune), la courbe grise correspondant au bruit de fond :
En pratique
Démonstration en vidéo d'une mesure avec le détecteur Armadillo couplé au logiciel Theremino MCA :
Si le principe de la spectrométrie gamma est simple, la pratique nécessite quand même d'acquérir un certain nombre de connaissances et savoirs-faire. Il faudra apprendre notamment apprendre à calibrer et optimiser son système, se familiariser avec les spectres les plus caractéristiques, acquérir quelques notions de physique nucléaire et se montrer patient : dans le domaine des faibles activités, même si on peut avoir les premiers résultats en quelques minutes, un beau spectre nécessite souvent une mesure sur plusieurs heures, voire plusieurs jours !
Commentaires
Je suis un vieux physicien (électronique, luminescence)
Ce matin, je ne connaissais rien au principe même de la spectrométrie gamma. J'ai considérablement apprécié votre modeste présentation vidéo : très didactique.
There is also Theremino Geiger
An applicaztion to detect very low radiation levels!
http://www.theremino.com/en/downloa...
And also the Geiger adapters:
http://www.theremino.com/en/technic...
http://www.theremino.com/en/technic...
http://www.theremino.com/en/technic...
And also the Checker that works many years with a little cell:
http://www.theremino.com/en/hardwar...
J'ai bien apprécié votre manip sur la mesure de l'échantillon de Césium 137 n spectrométrie gamma. Mon problème est de trouver une sonde océanique tractée pour faire des mesures continues des eaux internationales potentiellement polluées. Avez-vous une idée de constructeur ? Merci
J'ai bien apprécié votre manip sur la mesure de l'échantillon de Césium 137 n spectrométrie gamma. Mon problème est de trouver une sonde océanique tractée pour faire des mesures continues des eaux internationales potentiellement polluées. Avez-vous une idée de constructeur ? Merci
Bonjour Philippe, désolé je n'ai aucune connaissance de ces matériels, désolé :/
Bonjour,
je désire m'équiper de matériel qui serait utile pour me protéger au cas où je me trouverais à proximité d'une zone ou dans une zone potentiellement sinistrée par des émissions radioactives, y compris pour pouvoir vérifier ce que je peux y manger ou non.
De quel(s) appareil(s) conseilleriez-vous de s'équiper? Au meilleur rapport qualité-prix?
J'ai tenté de trouver le vendeur du détecteur Armadillo, mais ne suis pas parvenue à ouvrir la page...
Merci!
Prudence
Bonjour Prudence,
Si vous cherchez un appareil pour mettre une évidence une zone contaminée de façon significative suit à un accident nucléaire à proximité, un détecteur à base de tube geiger-muller comme le Terra-P présenté ici http://www.sebastien-billard.fr/tac... devrait suffire.
Un tel appareil ne sera cependant pas assez sensible pour détecter une radioactivité à l'état de traces dans des aliments. Aucun appareil abordable ne le peut, il faut pour cela du matériel coutant des milliers ou dizaines de milliers d'euros et de bonnes connaissances scientifiques.
Bonjour,
Bien cet article,
Je suis intéressé par le détecteur Armadillo, mais le lien http://www.superoceanlight.com/ ne fonctionne pas et sur Google je fini sur des sites en japonais.
Ce matériel est-il toujours commercialisé?
Bonjour FaB, hélas le site est en panne depuis au moins un an je crois et malgré plusieurs relances son propriétaire ne donne plus de nouvelles :(
Bonjour,
Je trouve vos expériences intéressantes ! Votre article est bien construit et fait plaisir à être lu. Merci !
Sinon, je ne savais pas qu'il existait des détecteurs pour grand public... (mais ayant la chance d'utiliser des détecteurs HPGe au CEA, je fais mes petites expériences avec)
Votre cannette en photo sert de blindage "fait-maison" ?
Merci beaucoup Alias :) Oui il existe des détecteurs "grand public", enfin abordables. L'Armadillo est quand même l'exception niveau prix, car le deuxième détecteur grand public le moins cher que je connaissent est quand même à 1000€ :/ La cannette est bien un blindage maison avec un peu de feuille de plomb récupéré. Ce blindage était cependant trop léger et j'ai refait un chateau de plomb de 8kg qui donne de meilleurs résultats sur les basses énergies : http://www.sebastien-billard.fr/tac...
Bonjour
Merci beaucoup cher Sébastien pour cette édition explicative!!
je suis doctorant Algerien, je travail sur l'erosion hydrique les éléments isotopes (Cs137, Pb210, Ra....) font une partie importante dans ma these de doctorat. je veux effectuer quelques analyses sur la radioactivité de mes échantillons sols.
chez nous en Algerie ce type d'appareil rare et par fois introuvable.
Est ce que je peux effectuer mes analyses chez vous et où je peux trouver cet appareil!!!
SVP cher je besoin cette aide
Bonjour Ahmed, s'agit-il de sols fortement contaminés ou naturellement significativement radioactifs, ou de traces infimes ? Dans le 1er cas du matériel amateur pourrait mettre en évidence la présence des radioisotopes (qualitativement, pas quantitativement). Dans le second cas il faudrait du matériel plus sophistiqué. Vous n'avez pas ce genre de matériel à l'université ? Si les échantillons sont significativement radioactifs je pourrais éventuellement tenter une analyse, mais c'est sans garantie, et je ne pourrais pas quantifier les activités des radioisotopes (en clair je pourrais vous dire qu'il y a de l'uranium dans l'échantillon, mais pas vous dire quelle quantité).
Notre travail s'effectue sur le second cas. Cette technique consiste à evaluer les quantités des radioisotopes (137Cs et 210Pb en particulier) qui sont retombés suite de l'accident de Tchernobyl (1963) et qui sont drainés à differentes profondeurs dans le sol. les quantité de ces elements en Bq/kg de sol nous renseignent sur l'activité de l'érosion hydrique dans notre zone d’intérêt. Le prélèvement des échantillons sera réalisé à l’aide d’un moteur carottier (tube cylindrique de 9 cm de diamètre, inséré à une profondeur de 30 - 40 cm).
le spectrométrie gamma qui nous permet d'analyser quantitativement mes échantillons n'existe pas au niveau de notre université c'est pourquoi j'ai demandé votre aide afin que je puisse réaliser ce travail expérimental sur une centaine d’échantillons de sol.
Merci encore une fois M. Sébastien de me réorienter afin que je puisse terminer ce travail dans les plus brefs délais.
Désolé Ahmed, étant un amateur je ne connais aucun professionnel.
son site est mort, j'ai trouvé son mail ou on peu lui écrire si ca vous intéresse: sales@superoceanlight.com peu-être qu'il répond encore.
-J'étais bien chaud à lui en prendre un, mais finalement cette appareil est pas transportable, donc il faut lui et un détecteur portable type gmc par ex, au final ça revient aussi cher que de prendre le Rium qui fait tout.
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Voici les prix du armadillo:
Prix actuel pour les modèles analogiques (veuillez vérifier le prix réel avec M. Ohisa car ils peuvent changer):
16000 yens (environ 160 $) + SH pour le cristal Type-1 = 1cc CsI
26000 Yen (environ 260 $) + SH pour Type-2 = cristal CsI 3cc
50000 yens (environ 500 $) + SH pour le cristal CsI de type 3 = 1 pouce cube
55000 yens (environ 550 $) + SH pour le cristal CsI de type 3 = 1 pouce cube avec codec audio à bord
Une autre version avec cristal CsI de 8 pouces cubes est disponible sur demande.
Les frais de port et de manutention sont de 600 yens pour le Japon et de 1000 yens pour l'étranger.
Paiement via Payapl!
Bonjour !
Article très intéressant, merci :-)
Je cherche à acquérir ce type de détecteur mais je ne le retrouve pas sur le net... Sais-tu où je pourrais le trouver ?
Merci !
Julien