Soutenance mémoire
LA RADIOACTIVITE
Définition
La radioactivité est la transformation spontanée d’un élément en un autre élément plus stable. Elle est produite par désintégration du noyau atomique, suivi d’une émission de rayonnement α, β ou γ. C’est donc un phénomène qui résulte de l’instabilité du noyau de certains atomes.
Radioactivité naturelle
La radioactivité est un phénomène physique naturel. Roche, eau, air, aliments, …, et même le corps humain sont radioactifs. L’homme est donc exposé à la radioactivité naturelle en permanence. Les principaux radionucléides naturels sont le potassium-40 et ceux issus des trois familles radioactives de l’uranium-238, de l’uranium-235 et du thorium-232. Ces éléments radioactifs se retrouvent dans l’air, dans le sol, dans l’eau et dans les organismes vivants dont l’homme. Cette radioactivité naturelle, omniprésente, provient :
• des rayons cosmiques provenant du soleil et des galaxies qui génèrent en permanence des atomes radioactifs comme le tritium ou le carbone 14,
• de la terre et des roches qui renferment naturellement des atomes radioactifs comme l’uranium- 238, le potassium-40 ou le thorium-232. Ainsi, sous nos pieds, de nombreuses roches, comme le granite, contiennent par exemple du radium produisant un gaz radioactif naturel : le radon.
Radioactivité artificielle
L’homme est exposé en permanence à la radioactivité naturelle. A cela s’ajoute la radioactivité produite dans l’environnement pas les activités humaines. Cette radioactivité, dite artificielle, possède les mêmes propriétés que la radioactivité naturelle.Elle résulte principalement :
• des applications médicales, industrielles et de la recherche,
• des retombées des essais d’armes nucléaires,
• des rejets réglementés des installations nucléaires.
Filiation radioactive
On appelle filiation radioactive la série de désintégrations en cascade que subissent certains noyaux. Dans la nature, les filiations radioactives concernent principalement trois éléments lourds dont le temps de vie est de l’ordre du milliard d’années : l’uranium-238, l’uranium-235 et le thorium-232. Les descendants de ces trois noyaux, présents en très petites quantités dans les roches, contribuent à la radioactivité naturelle. La filiation radioactive, est aussi la stabilisation d’un noyau appelé « noyau père » grâce à cette succession de désintégration. Chaque étape est caractérisée par un état intermédiaire correspondant à un radionucléide appelé « noyau fils » de l’élément père. Il y a ainsi filiation depuis le premier noyau instable jusqu’au terme qui est un noyau stable. Une filiation radioactive est donc constituée par un enchainement d’émission de radioactivité successive par les éléments qui se forment. Nous étudions ici le cas simple d’une filiation radioactive à 2 corps.
INTERACTION DES RAYONNEMENTS γ AVEC LA MATIERE
Le rayonnement γ est un rayonnement ionisant sous forme d’onde électromagnétique appelé photon. Le phénomène d’ionisation qui est accompagné d’un transfert d’énergie par le rayonnement est à la base de l’interaction de ce dernier avec le milieu qu’il traverse. L’interaction du photon γ avec la matière se traduit dans la majorité des cas par la production d’électrons énergétiques, ces électrons transférant à leur tour l’énergie au milieu par des processus d’ionisation: ce sont ces derniers phénomènes qui rendent possible la détection du photon incident. Trois types principaux d’interaction jouent un rôle important dans les mesures du rayonnement: l’effet photoélectrique, la diffusion Compton et la production de paires.
Effet photoélectrique
Lorsqu’un photon γ frappe un atome, il peut venir heurter un électron d’une couche interne et l’éjecter de l’atome (figure 10). Le photon dont l’énergie est nécessaire pour éjecter le négaton, va transmettre cette énergie sous forme d’énergie cinétique. Ce phénomène est appelé effet photoélectrique. Dans ce cas, l’énergie du photon incident est totalement transférée à l’électron (photoélectron).C’est l’effet prépondérant pour les photons mous, dont l’énergie est de quelques eV à 1 MeV. Un photon d’énergie incidente EI qui interagit avec un électron d’un atome cible peut éjecter cet électron de son orbite en lui communiquant une énergie cinétique, EC : EC = EI – EL, où EL est l’énergie de liaison de l’électron éjecté sur son orbite. En effet, on a :
EI= hν= EC+ EL+ ER
Où ER est l’énergie de recul qui est en fait négligeable, soit donc :
EC = hv – EL
La place vacante créée dans la couche interne est comblée par un électron issu d’une couche plus externe, l’énergie étant libérée sous forme d’un photon X de fluorescence ou d’un électron Auger.
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Table des matières
INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE : THEORIE DE BASE
1. RADIOACTIVITE
1.1.Définition
1.1.1. Radioactivité naturelle
1.1.2. Radioactivité artificielle
1.2.Types de radioactivité
1.2.1. Radioactivité α
1.2.2. Radioactivité β
1.2.3. Radioactivité γ
1.3.Décroissance radioactive
1.3.1. Loi de décroissance radioactive
1.3.2. Période radioactive
1.3.3. Activité
1.3.4. Filiation radioactive
1.3.5. Familles des radionucléides naturels
2. INTERACTION DES RAYONNEMENTS γ AVEC LA MATIERE
2.1.Effet photoélectrique
2.2.Effet Compton
2.3.Effet de création de paire
DEUXIEME PARTIE : MATERIELS ET METHODES
3. SPECTROMETRIE GAMMA
3.1. Spectromètre gamma à semi-conducteur
3.1.1. Principe d’un détecteur à semi-conducteur
3.1.2. Détecteur germanium de haute pureté (HPGe)
3.1.3. Principe de détection
3.1.4. Etalonnage en énergie
3.1.5. Résolution et efficacité
3.2. Chaine de spectrométrie gamma
3.2.1. Description de la chaine
3.2.2. Analyse spectrale
3.3.Etalonnage de la chaine
3.3.1. Etalonnage en énergie
3.3.1.1. But de l’étalonnage
3.3.1.2. Détermination de la droite d’étalonnage
3.3.2. Etalonnage en efficacité
3.3.2.1. Efficacité suivant MS Excel
3.3.2.2. Efficacité suivant Genie 2000
3.4.Calcul de l’activité
3.5.Calcul des incertitudes
TROISIEME PARTIE : EXPERIMENTATION
4. ECHANTILLONNAGE ET MESURE
4.1.Echantillonnage
4.1.1. Localisation du site de prélèvement
4.1.2. Prélèvement des échantillons
4.2.Mesure
4.2.1. Préparation des échantillons
4.2.2. Série de mesures
5. RESULTATS ET INTERPRETATIONS
5.1.Radioactivité des eaux de puits
5.1.1. Activité des radionucléides dans chaque échantillon
5.1.2. Concentration des radionucléides dans les échantillons
5.2.Interprétation
CONCLUSION
ANNEXES
BIBLIOGRAPHIE
