Un compteur à scintillation est un appareil utilisé pour détecter et mesurer les émissions d’éléments radioactifs. La radioactivité est une libération de particules ou d’énergie de certains éléments qui contiennent trop de neutrons et peuvent être dangereuses pour les humains, les animaux et les plantes. Le compteur à scintillation combine un produit chimique qui crée de la lumière lorsqu’il est frappé par des émissions radioactives et un détecteur pour détecter et compter les impulsions lumineuses.
De nombreux éléments ont des isotopes, des molécules qui contiennent différents nombres de neutrons avec le même nombre de protons et d’électrons. La plupart des isotopes sont stables et rien ne changera leur composition chimique au fil du temps. Cependant, un certain nombre d’isotopes radioactifs ne maintiendront pas les neutrons en place et commenceront à se désintégrer radioactivement.
Il existe trois principaux types de décroissance radioactive, et chacun a des caractéristiques différentes. Le rayonnement alpha est une particule combinant protons et neutrons et possède une énergie relativement faible, ce qui lui permet d’être arrêté par de l’eau ou de fines plaques métalliques. Le rayonnement bêta est constitué d’électrons à haute énergie libérés par l’élément et peut pénétrer les tissus corporels et les couches de blindage protecteur. Le rayonnement gamma n’est pas une particule mais plutôt une onde électromagnétique, semblable à la lumière, qui a une énergie très élevée et ne peut être protégée que par des couches de plaque de plomb dense.
Les trois types causent des dommages cellulaires aux plantes et aux animaux, car ils modifient les molécules lorsqu’elles sont frappées par le rayonnement. Lorsqu’une particule radioactive ou un rayonnement gamma frappe une molécule, elle libère des électrons dans les tissus environnants ou dans l’air. Si le rayonnement frappe un produit chimique qui produit un éclair de lumière lorsqu’il est frappé et que la lumière peut être détectée, un compteur à scintillation a été créé.
Il existe trois types de produits chimiques de scintillation solides, appelés phosphores, utilisés dans les compteurs, et comprennent les matières inorganiques, organiques et plastiques. Les produits chimiques inorganiques qui peuvent libérer de la lumière, appelés photons, lorsqu’ils sont frappés par un rayonnement comprennent les iodures métalliques et le sulfure de zinc. Les phosphores organiques peuvent inclure le naphtalène, l’anthracène et d’autres composés liés au benzène. Les plastiques en eux-mêmes ne sont généralement pas des phosphores, mais les produits chimiques peuvent être combinés avec un plastique pour former un générateur de photons.
Les produits chimiques inorganiques sont les meilleurs détecteurs de rayonnement gamma, les produits organiques sont optimaux pour les particules bêta et les phosphores intégrés dans du plastique fonctionnent bien pour la détection des neutrons. Les isotopes radioactifs peuvent se désintégrer à l’aide de diverses méthodes, de sorte que les détecteurs peuvent contenir plus d’un type d’élément de détection. Le logiciel de comptage utilisé dans les détecteurs est essentiel pour déterminer la quantité de rayonnement, car des comptes plus élevés indiquent que plus d’éléments radioactifs sont présents ou que le compteur est proche de la radioactivité.
Une fois les photons de lumière créés, l’autre partie importante est le détecteur, qui à la fois voit les photons et les compte. De nombreux compteurs utilisent un photomultiplicateur, qui est une série d’électrodes montées dans un tube à vide. Lorsqu’un photon de lumière pénètre dans le tube, il est normalement trop faible pour être détecté par les circuits électroniques du compteur à scintillation. Le photon frappe la première électrode, à laquelle est appliquée une tension électrique.
Lorsqu’elle est frappée par la lumière, l’électrode libère plus d’électrons, qui se rendent à la deuxième électrode. Chaque fois que cela se produit, plus d’électrons sont libérés et le signal devient plus fort. Après plusieurs étapes, qui se produisent très rapidement avec des électrons voyageant à la vitesse de la lumière, le signal est suffisamment fort pour que le compteur le détecte, et il enregistre la présence d’un photon de lumière et le compte. Un photomultiplicateur est extrêmement sensible et peut détecter avec précision de très petits éclairs de lumière provenant de la décomposition.
Un autre type de compteur à scintillation est une unité en phase liquide. Ces compteurs peuvent être utiles en analyse en laboratoire, car un échantillon est placé directement dans un liquide composé d’un phosphore et d’un solvant. Toute émission radioactive est détectée immédiatement par les luminophores entourant l’échantillon, qui sont ensuite comptés.
Cette technologie peut être utile lors de la décontamination d’un déversement radioactif, car des tests d’essuyage peuvent être utilisés pour vérifier la radioactivité. De petits échantillons de tissu sont essuyés sur les surfaces, puis placés dans un compteur à scintillation liquide. Ce processus peut être répété si nécessaire jusqu’à ce que le compteur indique que la radioactivité est à des niveaux faibles, appelés rayonnement de fond.