Détecteurs Track-Etch
Lorsqu'une particule chargée ralentit et s'arrête dans un solide, l'énergie qu'elle dépose le long de sa trajectoire peut causer des dommages permanents au matériau. Il est difficile d'observer des preuves directes de ces dommages locaux, même sous un examen microscopique minutieux. Dans certains matériaux diélectriques, cependant, la présence de la piste endommagée peut être révélée par gravure chimique (érosion) de la surface du matériau à l'aide d'une solution acide ou basique. Si des particules chargées ont irradié la surface à un moment donné dans le passé, chacune laisse une traînée de matériau endommagé qui commence à la surface et s'étend jusqu'à une profondeur égale à la plage de la particule. Dans les matériaux de choix, la vitesse de gravure chimique le long de cette piste est supérieure à la vitesse de gravure de la surface intacte. Par conséquent, à mesure que la gravure progresse, une fosse se forme à la position de chaque piste. En quelques heures, ces fosses peuvent devenir suffisamment grandes pour être visibles directement sous un microscope à faible puissance. Une mesure du nombre de ces puits par unité de surface est alors une mesure du flux de particules auquel la surface a été exposée.
Il y a une densité minimale de dommages le long de la piste qui est nécessaire avant que le taux de gravure soit suffisant pour créer une fosse. Étant donné que la densité des dommages est en corrélation avec le dE / dx de la particule, elle est la plus élevée pour les particules les plus lourdes. Dans tout matériau donné, une certaine valeur minimale pour dE / dx est requise avant que les piqûres se développent. Par exemple, dans le mica minéral, les piqûres ne sont observées qu'à partir d'ions lourds énergétiques dont la masse est de 10 ou 20 unités de masse atomique ou plus. De nombreux matériaux plastiques courants sont plus sensibles et développeront des puits de gravure pour les ions de faible masse tels que l'hélium (particules alpha). Certains plastiques particulièrement sensibles tels que le nitrate de cellulose développeront des fosses même pour les protons, qui sont les moins dommageables pour les particules lourdes chargées. Aucun matériau n'a été trouvé qui produira des piqûres pour les pistes à faible dE / dx des électrons rapides. Ce comportement de seuil rend ces détecteurs totalement insensibles aux particules bêta et aux rayons gamma. Cette immunité peut être exploitée dans certaines applications où des flux faibles de particules chargées lourdes doivent être enregistrés en présence d'un fond plus intense de rayons gamma. Par exemple, de nombreuses mesures environnementales des particules alpha produites par la désintégration du radon et de ses produits filles sont effectuées à l'aide d'un film de gravure en plastique. Le contexte des rayons gamma omniprésents dominerait la réponse de nombreux autres types de détecteurs dans ces circonstances. Dans certains matériaux, il a été démontré que la trace des dommages reste dans le matériau pendant des périodes indéfinies, et des piqûres peuvent être gravées plusieurs années après l'exposition. Les propriétés de gravure sont cependant potentiellement affectées par l'exposition à la lumière et à des températures élevées, il faut donc faire preuve de prudence lors du stockage prolongé des échantillons exposés pour éviter la décoloration des traces de dommages.
Des méthodes automatisées ont été développées pour mesurer la densité de la fosse de gravure à l'aide de microscopes couplés à des ordinateurs avec un logiciel d'analyse optique approprié. Ces systèmes sont capables d'une certaine discrimination contre les «artefacts» tels que les rayures sur la surface de l'échantillon et peuvent fournir une mesure raisonnablement précise du nombre de pistes par unité de surface. Une autre technique comprend des films plastiques relativement minces, dans lesquels les pistes sont gravées complètement à travers le film pour former de petits trous. Ces trous peuvent ensuite être comptés automatiquement en passant lentement le film entre un ensemble d'électrodes haute tension et en comptant électroniquement les étincelles qui se produisent lors du passage d'un trou.
Feuilles d'activation de neutrons
Pour les énergies de rayonnement de plusieurs MeV et moins, les particules chargées et les électrons rapides n'induisent pas de réactions nucléaires dans les matériaux absorbants. Les rayons gamma dont l'énergie est inférieure à quelques MeV n'induisent pas non plus facilement des réactions avec les noyaux. Par conséquent, lorsque presque n'importe quel matériau est bombardé par ces formes de rayonnement, les noyaux restent inchangés et aucune radioactivité n'est induite dans le matériau irradié.
Parmi les formes courantes de rayonnement, les neutrons font exception à ce comportement général. Parce qu'ils ne portent aucune charge, les neutrons, même de faible énergie, peuvent facilement interagir avec les noyaux et induire une large sélection de réactions nucléaires. Beaucoup de ces réactions conduisent à des produits radioactifs dont la présence peut être mesurée ultérieurement à l'aide de détecteurs conventionnels pour détecter les radiations émises lors de leur désintégration. Par exemple, de nombreux types de noyaux absorbent un neutron pour produire un noyau radioactif. Pendant le temps qu'un échantillon de ce matériau est exposé aux neutrons, une population de noyaux radioactifs s'accumule. Lorsque l'échantillon est retiré de l'exposition aux neutrons, la population se désintègre avec une demi-vie donnée. Un certain type de rayonnement est presque toujours émis dans cette désintégration, souvent des particules bêta ou des rayons gamma ou les deux, qui peuvent ensuite être comptés en utilisant l'une des méthodes de détection active décrites ci-dessous. Parce qu'elle peut être liée au niveau de la radioactivité induite, l'intensité du flux neutronique auquel l'échantillon a été exposé peut être déduite de cette mesure de radioactivité. Afin d'induire suffisamment de radioactivité pour permettre une mesure raisonnablement précise, des flux de neutrons relativement intenses sont nécessaires. Par conséquent, les feuilles d'activation sont fréquemment utilisées comme technique pour mesurer les champs de neutrons autour des réacteurs, des accélérateurs ou d'autres sources intenses de neutrons.
Des matériaux tels que l'argent, l'indium et l'or sont couramment utilisés pour la mesure des neutrons lents, tandis que le fer, le magnésium et l'aluminium sont des choix possibles pour les mesures des neutrons rapides. Dans ces cas, la demi-vie de l'activité induite est de l'ordre de quelques minutes à quelques jours. Afin de constituer une population de noyaux radioactifs approchant le maximum possible, la demi-vie de la radioactivité induite doit être plus courte que la durée d'exposition au flux neutronique. Dans le même temps, la demi-vie doit être suffisamment longue pour permettre un comptage pratique de la radioactivité une fois que l'échantillon a été retiré du champ de neutrons.
