Soutenance mémoire
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Rayonnement bêta
C’est une émission de négaton (e-) ou de positon (e+). Ils ont une vie courte et peuvent être arrêtés par une feuille d’aluminium.
Rayonnement gamma
Il s’agit d’un rayonnement électromagnétique. Ilste ionisant et à haute énergie il est capable de traverser même une épaisse couche de béton. Cependant le plomb l’arrête assez bien. Il est dangereux ou non selonla dose et la durée de l’exposition. Il est utilisé pour soigner certains cancers, réaliser destérilisations, etc.)
Filiation radioactive
Lorsqu’un élément A se désintègre, il donne naissance un élément B. Il se produit toujours des désintégrations tant que l’élément descendant ne soit pas stable. Le nombre de noyaux A désintégré est égal au nombre denoyaux B produit, et ainsi de suite jusqu’à obtenir la stabilité du descendant. La désintégration de noyau suit la loi de Bateman (Annexe 9).
On a équilibre radioactif ou équilibre séculaire rsquelo le rapport de l’activité de l’élément A et l’activité de l’élément descendant soit à peu près égal à un. En général, cet équilibre radioactif est atteint après 10 foisla période de l’un des éléments descendants qui a la plus longue période.
INTERACTIONS AVEC LES MATIERES
La nature des lois physiques permettant de calculer les parcours ou l’atténuation des rayonnements dans la matière diffèrent selon les rayonnements considérés. Les rayonnements gamma ne sont jamais complètement arrêtés par la matière. Seule une proportion, éventuellement importante, du flux de photons incidents peut être arrêté dans un échantillon traversé. Dans ce cas le flux de photons émergents sera faible, voire quasi indétectable, mais jamais nul. Les lois physiques qui traduisent le parcours des particules chargées (rayonnements alpha et bêta) donnent, elles, une valeur finie et chiffrable du parcours maximum de ces particules dans la matière. Au-delà de la distance considérée il est impossible que des particules du rayonnement incident puissent être retrouvées. Le rayonnement incident est donc complètement bloqué par une épaisseur donnée d’un matériau donné.
Le rayonnement gamma est un faisceau de photons sans charge ni masse. En traversant la matière il provoque trois types d’interactions : l’effet photoélectrique, la création de paires et l’effet Compton. Ces mécanismes produiront, in fine, des excitations et ionisations dans le matériau traversé. Le rayonnement gamma a un fort pouvoir de pénétration dans la matière (plusieurs dizaines demètres de béton).
Aux trois principaux effets s’ajoutent de nombreux autres de rôles négligeables dans l’absorption mais qui ont des importances pour d’au tres points de vue, comme la diffusion Rayleigh, la diffusion Thompson, la diffusion Delbrück, la diffusion nucléaire résonante, la photodésintégration du noyau et la fission.
Effet photoélectrique
C’est l’interaction dominante pour les rayons gamma d’énergie faible. L’absorption totale ne peut avoir lieu que pour des négatons liés. La totalité de l’énergie du photon gamma est cédée à l’atome pour extraire un négaton.
Le photon doit posséder au moins l’énergie de liaison El du négaton de l’atome. A partir de ce seuil d’énergie, la probabilité de la réaction,caractérisée par sa section efficace, est une fonction décroissante de l’énergie E. γ On a : Eγ = El + T.
L’énergie cinétique T est donc : T = Eγ – El Madagascar I.N.S.T.N 12.
L’électron éjecté sera ralenti dans le matériau environnant et son énergie absorbée là-dedans. Comme l’électron éjecté laisse un trou dansune couche de l’atome, alors cet atome se désexcitera avec l’émission de rayons X ou d’électron Auger.
UTILISATION DU SYSTEME D’INFORMATION GEOGRAPHIQUE
Pour le Système d’Information Géographique ou SIG, on a utilisé trois logiciels : le MapInfo Professional Version 6.0, l’ArcView GIS Version 3.2a et le Surfer Version 8.02. Ces trois logiciels ont chacun leurs spécificités mais pouvant être complémentaires. Ce système est un outil pour voir d’une autre manièreles données et les résultats des analyses.
Map Info Professional
C’est un logiciel qui permet de traduire une carte ordinaire en une carte numérique. Pour faire cela, il faut avoir les coordonnées exactes d’un point.
MapInfo est un produit Office 97 Compatible. Cela signifie que sa barre d’outils, ses menus et ses raccourcis clavier sont similaires à ceux utilisés dans le Pack Office 97 Microsoft.
Le MapInfo sert à numériser des cartes. En premier lieu, on convertit les coordonnées géographiques (latitude – longitude) en coordonnées Laborde. Les coordonnées géographiques doivent être exactes pourne pas fausser les résultats de conversion.
ArcView 3.2 [12]
Pour l’ArcView, on utilise des cartes numériques. Ce logiciel permet de savoir les informations géographiques des points setrouvant sur les cartes.
Après la numérisation, sur MapInfo par exemple, on peut procéder à manipuler les cartes selon les thèmes qu’on veut réaliser. Par exemple, on traite les routes ou les rivières.
On ne peut pas utiliser les cartes sur l’ArcView si elles ne sont pas numérisées.
PRINCIPE FONDAMENTAL DE LA DETECTION
On détecte un rayonnement par l’interaction qu’il exerce avec la matière. Le rayon gamma est suffisamment énergétique pour produire des paires d’ions dans le milieu qu’il traverse. On dit que les rayons gamma sont ionisants car ils sont capables de déterminer la formation d’ions directement ou indirectement. On va surtout mesurer des ionisations ou leurs conséquences. On ne récupère que l’énergie durayonnement incident qui a été transférée ou cédée au détecteur. Cette énergie éecédva se transformer en chaleur par recombinaison des charges, en effet chimique par rupture ou formation de liaison, en lumière par déplacement de la longueur d’onde dansle domaine du visible, en électricité par ionisation et déplacement des charges.
Mode de fonctionnement d’un détecteur
Le détecteur est l’instrument fondamental de la physique nucléaire car il rend visible le phénomène de la radioactivité. Le choix dépend de l’information que l’on cherche et de la radiation à détecter. Dans tous les cas, il faut favoriser les échanges d’énergie entre le rayonnement incident et le milieu du détecteur. On cherche à créer des charges électriques dans la partie active du détecteur. Le temps de collection diffère d’un détecteur à l’autre, il dépend de la mobilité des orteursp de charges et de la dimension du détecteur. A chaque radiation correspond un dépôt d’énergie qui est instantané car la durée de l’interaction est très courte (de l’ordre de nanosecondes).
Détecteurs de rayonnements gamma
Les porteurs de charges sont des électrons et des trous. Le nombre de charges collectées est très élevé. La présence duourantc de fuite nécessite le refroidissement sous l’azote liquide des semi-conducteurs. Les types de détecteurs à semi-conducteur dépendent de leur jonction tel que HPGe (Germanium de Haute Pureté), Si(Li) (Silicium compensé au Lithium). Ces détecteurs sontutilisés pour faire des analyses qualitative et quantitative de radioéléments dans iversd échantillons.
Scintillateurs
Ce sont des substances qui convertissent l’énergie absorbée en lumière visible, elles sont couplées à un photomultiplicateur pour transformer la lumière en impulsion électrique. Quelques types de détecteursà scintillation sont à citer : NaI(Tl), Polystyrène, ZnS, Scintillateur liquide organique. Ces scintillateurs sont assez robustes. Ces détecteurs sont utilisés en médecine, en industrie nucléaire et pour la surveillance de l’environnement.
Il y a aussi d’autres détecteurs tels que les compteurs à gaz, le calorimètre, le dosimètre chimique, le dosimètre photoluminescent, le dosimètre thermoluminescent, la plaque photographique, le détecteur solide de traces nucléaires.
ELEMENTS DU SYSTEME DE COMPTAGE
Le comptage c’est le nombre d’impulsions électriques enregistrées durant un certain temps. Il est essentiel que tous les éléments de lachaîne de détection soient stables et aient une réponse linéaire. La hauteur de l’impulsion électrique produite doit être proportionnelle à l’énergie cédée par le rayonnement au détecteur.
Détecteur HPGe
C’est un détecteur en Germanium à haute pureté. Ildétecte les signaux émis par un élément ou un échantillon analysé.
Alimentation haute tension
Elle polarise le détecteur et permet la collection des charges. La valeur de la haute tension dépend de la nature et de la géométrie du détecteur. Elle doit être très stable car elle joue directement sur le gain du détecteur.
Préamplificateur
Son rôle est de cueillir le signal électrique à la sortie du détecteur, de filtrer les bruits électroniques et de délivrer à la sortie le signal sous forme d’impulsions électriques.
Amplificateur
Comme son nom l’indique, il amplifie l’impulsion po ur adapter son amplitude à la gamme de tension analysable du système de traitement. Il faut régler le gain pour assurer la mise en forme optimum pour le traitement du spectre. Le gain peut être linéaire ou logarithmique.
Analyseur à canaux multiples
C’est un ensemble de discriminateur différentiel dont les fenêtres de même intervalle sont contiguës. Toutes les impulsions son t logées dans un canal ayant un numéro bien déterminé après avoir été traité par le convertisseur analogique digital dont le rôle est d’associer à toute impulsion qui arrive selon sa ha uteur, un coup à une adresse bien déterminée dans la mémoire ainsi qu’un numéro du ncal bien défini sur l’écran cathodique. On obtient alors un classement des impulsions en fonction de leur amplitude et on a une visualisation directe du spectre d’énergie des rayonnements gamma analysés.
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Table des matières
INTRODUCTION
Chapitre 1 : Généralités
1.1. Définitions
1.1.1. Radioactivité
1.2. Eléments radioactifs
1.2.1. Radionucléides naturels
1.2.1.1. Classification des radionucléides naturels
1.2.1.2. Radionucléides artificiels
1.2.2. Familles radioactives
1.3. Activité radioactive
1.3.1. Unité de mesure
1.3.2. Activité radioactive
1.4. Rayonnements radioactifs
1.4.1. Source de rayonnements
1.4.2. Rayonnements ionisants
1.4.3. Types de rayonnement
1.4.3.1. Rayonnement alpha
1.4.3.2. Rayonnement bêta
1.4.3.3. Rayonnement gamma
1.4.4. Filiation radioactive
1.5. Interactions avec les matières
1.5.1. Effet photoélectrique
1.5.2. Effet Compton
1.5. 3. Création de paires d’électrons
1.6. Utilisation du Système d’Information Géographique
1.6.1. Map Info Professional
1.6.2. ArcView 3.2
1.6.3. Surfer 8
Chapitre 2 : Spectrométrie gamma
2.1. Principe fondamental de la détection
2.1.1. Mode de fonctionnement d’un détecteur
2.1.2. Détecteurs de rayonnements gamma
2.1.2.1. Compteurs à semi-conducteur
2.1.2.2. Scintillateurs
2.2. Eléments du système de comptage
2.2.1. Détecteur HPGe
2.2.2. Alimentation haute tension
2.2.3. Préamplificateur
2.2.4. Amplificateur
2.2.5. Analyseur à canaux multiples
2.3. Remarques et définitions
2.4. Analyse des spectres
2.4.1. Analyse qualitative
2.4.2. Analyse quantitative
2.5. Etalonnage
2.5.1. Etalonnage en énergie
2.5.2. Etalonnage en efficacité
Chapitre 3: Méthodologie
3.1. Chaîne de la spectrométrie gamma
3.1.1. Eléments de la chaîne
3.1.1.1. Détecteur
3.1.1.2. Préamplificateur
3.1.1.3. Inspector
3.1.1.4. Analyseur MultiCanaux
3.1.1.5. Logiciel Genie 2000
3.2. Echantillonnage
3.2.1. Mode et plan de prélèvement
3.2.2. Préparations des échantillons
3.2.3. Principe de mesures
Chapitre 4 : Résultats et Interprétations
4.1. Préparation de la chaîne de mesure
4.1.1. Pré-étalonnage
4.1.2. Bibliothèques
4.1.3. Etalonnage
4.1.3.1. Etalonnage en énergie
4.1.3.2. Etalonnage en efficacité
4.2. Vérification de la fiabilité de la chaîne
4.3. Remarques
4.3.1. Type de modification des sols
4.3.2. Représentation des courbes
4.3.3. Rapport U/Th
4.4. Résultats et commentaires
4.4.1. Sur l’axe Antananarivo – Ilempona: Zone A
4.4.1.1. Potassium-40
4.4.1.2. Famille de Th-232
4.4.1.3. Famille d’U-238
4.4.1.4. Remarques
4.4.2. Sur l’axe Sambaina – Ambohimanjaka: Zone B
4.4.2.1. Potassium-40
4.4.2.2. Famille de Th-232
4.4.2.3. Famille d’U-238
4.4.3. Sur l’axe Ambohidranandriana – Miandrarivo: Zone C
4.4.3.1. Potassium-40
4.4.3.2. Famille de Th-232
4.4.3.3. Famille d’U-238
4.4.4. Contamination de césium-137
4.5. Variation Spatiale de la radioactivité
4.5.1. Potassium-40
4.5.2. Famille de Thorium-232
4.5.3. Famille d’Uranium-238
4.5.4. Remarque
4.6. Conclusion partielle
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
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