Spectrométrie alpha

Angle Solide Défini

La technique de l’angle solide défini (ASD) est une méthode primaire qui permet de mesurer tout radionucléide qui se désintègre par émission alpha, déposé ou électro-déposé sur une surface solide.

Le dispositif expérimental du LNHB comprend un détecteur à semi-conducteur en silicium implanté et un collimateur, situé entre la source et le détecteur, qui permet de définir avec précision l’angle solide de détection. L’ensemble est installé dans une chambre à vide.

La méthode de comptage en angle solide défini (ASD) est une méthode absolue dite primaire. Elle repose sur l’utilisation de grandeurs dimensionnelles et permet d’obtenir l’activité de la source mesurée sans étalonnage, celle-ci est uniquement proportionnelle au nombre de coups détectés et à l’angle solide caractéristique du dispositif. Afin d’obtenir des mesures de haute qualité métrologique, il est donc indispensable de connaitre cet angle solide avec la meilleure incertitude possible. Pour cette raison, les dimensions du dispositif, c’est-à-dire le diamètre du collimateur et la distance source-détecteur, sont connues avec une incertitude de quelques micromètres et sont traçables aux standards nationaux de métrologie dimensionnelle.

Le détecteur ASD du LNHB permet de mesurer des sources ayant un diamètre inférieur ou égal à 30 mm. Seuls les émetteurs alpha émis par la source sont pris en compte par le détecteur. En conséquence, cette source ne devra pas les absorber, c’est-à-dire qu’elle devra être assez fine pour éviter toute perte d’énergie des particules alphas par auto-absorption. Les préparations de source alpha sont donc spécifiques et consisteront à déposer ou électro-déposer les radionucléides à mesurer de manière à ce que le dépôt soit le plus fin et régulier possible.
Le signal issu du détecteur n’est pas directement utilisable, il est donc mis en forme et amplifié via une chaîne électronique adaptée comprenant un pré-amplificateur à réaction résistive, un amplificateur, un codeur analogique numérique qui convertit le signal puis un analyseur multicanaux. Cette chaîne électronique est contrôlée avant et après chaque mesure de manière à assurer son bon fonctionnement.
Comme tous les dispositifs du LNHB, la prise en compte du temps de comptage avec une forte précision est primordiale. Un système ad-hoc est présent pour raccorder les heures de de début et fin d’acquisition au Temps Universel Coordonné.
La mesure par ASD permet de mesurer les radionucléides émetteurs alpha, par exemple : ²⁴¹Am, ²³⁸Pu, ²³⁹Pu, ²⁴⁰Pu, ²⁴⁴Cm, ²³⁷Np dans un domaine allant de quelques centaines de mBq à plusieurs centaines de kBq déposés sur une source solide avec des incertitudes minimale de 0,2 %.

Spectrométrie alpha classique

Pour mesurer les intensités relatives des pics ou déceler des impuretés, une meilleure résolution est nécessaire. Pour cela un dispositif avec un détecteur plus petit, ayant une efficacité de détection sensiblement inférieure à l’ASD est utilisé. Il permet une meilleure séparation de pics voisins.
Cette méthode de mesure est dite secondaire, elle requiert un étalonnage en énergie et en intensité. Elle permet de mesurer le même type de source mais avec des incertitudes légèrement moins bonnes que l’ASD.