TPE 2003-2004                    Lucie Zongo - David Jacquot

Le carbone 14 et le Saint-Suaire de Turin.

 

           

 

 

Annexe 11-1 : Le compteur Geiger - Müller, ses dérivés et ses équivalents.

 

 

Définition de l'ionisation :

 

    Ionisation : transformation d’atomes ou de molécules -- neutres -- en particules chargées électriquement, ou ions.

 

Détecteurs électroniques

 

- Compteur Geiger-Müller :

    C'est un système de comptage relativement simple. C'est une "chambre d'ionisation" détectant les particules individuelles, constituée d'un cylindre métallique (cathode) rempli de gaz (mélange de gaz rares) à basse pression. Dans l'axe du tube est tendu un fil conducteur mince et isolé (l'anode): la tension entre l'anode et la cathode est positive et élevée. Toute particule ionisante est accélérée, sous l'effet de cette tension, et entre en collision avec les atomes du gaz, leur arrachant ainsi des électrons. Le passage d'une particule ionisante dans le compteur déclenche donc une avalanche électronique collectée par le fil qui fournit une impulsion électrique. Cet appareil permet donc de compter le nombre d'impulsions, et donc le nombre de particules émises. Ces compteurs sont très utilisés dans les appareils portatifs de détection des rayonnements; que ce soit pour la protection civile ou militaire ou pour la prospection des minerais radioactifs.

 

- Compteur à étincelles : L'amplitude est poussée jusqu'au stade où une étincelle se produit au point de production de l'ionisation initiale. Ces étincelles ne sont pas visualisées graphiquement, mais quantifiées au moyen de cellules photoélectriques. Il est peu utilisé (le temps mis pour le re-déclencher après utilisation est très long).

   

Détecteurs à visualisation

    Ce sont des méthodes de comptages qui permettent d'obtenir une image de type photographique.

 

- La chambre à bulles : 

    Inventée en 1952 par le physicien américain Donald Glaser, la chambre à bulles contient un liquide sous pression, maintenu juste en dessous de son point d'ébullition. On réduit brusquement la pression juste avant le passage des particules dans la chambre. Cette détente abaisse le point d'ébullition du liquide, qui a besoin cependant d'une amorce pour pouvoir bouillir. Les particules chargées constituent cette amorce, provoquant la formation de minuscules bulles de vapeur sur leur passage. On photographie aussitôt ces bulles qui s'alignent en traces, représentant les trajectoires des particules. On peut ainsi dénombrer les émissions radioactives. 

    On peut notamment remplir les chambres à bulles avec de l'hydrogène liquide, ce qui permet d'étudier les interactions des particules accélérées avec les noyaux d'hydrogène. 

 

- La chambre de Wilson ou chambre à brouillard.

    Le principe de la chambre à brouillard est très similaire à celui de la chambre à bulle, si ce n'est que cette fois on étudie la condensation au lieu de l'évaporation d'une substance.

    Ce type de détecteur est constitué d'un récipient de quelques centimètres de diamètre, dont une paroi est transparente et une autre mobile, actionnée par un piston. La chambre est généralement remplie d'air saturé en vapeur d'eau. Le relâchement rapide du piston provoque la détente du gaz, faisant chuter la température de l'enceinte. Cette baisse de température amène la vapeur dans un état sursaturé, nécessitant la présence d'ions pour pouvoir se condenser. En traversant la chambre, les particules chargées ionisent le gaz (voir Ionisation) et provoquent par conséquent la condensation de la vapeur d'eau le long de leur trajectoire, sous forme de gouttelettes de brouillard. Ces gouttelettes, qui représentent donc les traces des particules, sont photographiées et les clichés analysés.

 

    On peut aussi citer la chambre à étincelles, ou les particules émises par les sources radioactives provoquent l'apparition de traînées lumineuses, ou encore les chambres à fils, ou les particules ionisent un gaz, ce qui permet de créer des variations de tension dans des fils conducteurs, ces variations de tensions étant ensuite modélisées informatiquement.