Qu’est-ce qu’un compteur proportionnel ?
Les compteurs proportionnels sont un type de détecteur de rayonnement. Ils détectent les rayonnements en mesurant la quantité d’électrons (courant) produite par l’ionisation des molécules de gaz lorsque des particules énergétiques traversent un gaz.
Les instruments de mesure des rayonnements dont le principe est similaire sont la chambre d’ionisation et le compteur GM (Geiger-Müller), mais ils diffèrent par l’ampleur de la tension appliquée pour mesurer le courant. Les chambres d’ionisation fonctionnent dans une plage de tension inférieure à celle des compteurs proportionnels, tandis que les compteurs GM fonctionnent dans une plage de tension supérieure à celle des compteurs proportionnels.
Utilisations des compteurs proportionnels
Les compteurs proportionnels détectent les rayonnements tels que les rayons X, les rayons α, les rayons β, les rayons γ ainsi que les neutrons, et en mesurent le nombre et l’énergie. En raison de leur structure simple et de leur production relativement aisée, ils sont souvent utilisés comme détecteurs dans la recherche universitaire et dans d’autres domaines.
Ils sont généralement utilisés pour mesurer la dose dans l’air, en particulier pour la détection des neutrons et la détection de la contamination par les rayonnements bêta. Les compteurs proportionnels pour les rayons X sont aussi parfois incorporés comme détecteurs dans les mesureurs d’épaisseur de film à fluorescence X pour la mesure sans contact, par exemple, de l’épaisseur d’un placage, en raison de leur fenêtre d’incidence plus large et de leur efficacité supérieure à celle des détecteurs à semi-conducteurs.
Principe des compteurs proportionnels
Les compteurs proportionnels sont généralement des récipients cylindriques en aluminium remplis d’un mélange de gaz inertes tels que l’argon, l’hélium ou le néon, le méthane ou le butane, et fonctionnent en appliquant une haute tension à des fils tendus à l’intérieur du tube. La cuve cylindrique est munie d’une fenêtre d’incidence par laquelle le rayonnement pénètre dans le tube.
Lorsque le rayonnement incident traverse le gaz, celui-ci est ionisé le long de son parcours et produit des électrons et des cations. Les électrons produits sont appelés électrons primaires. Les électrons primaires sont accélérés par le champ électrique dans le tube et ionisent à nouveau le gaz, et ces électrons ionisés provoquent une nouvelle ionisation, ce qui entraîne une augmentation explosive du nombre d’électrons, un phénomène connu sous le nom d’ “amplification du gaz”. Les électrons amplifiés passent dans un fil du tube et sont détectés sous la forme d’une impulsion électrique.
Le nombre d’électrons amplifiés étant proportionnel à l’énergie du rayonnement incident, le détecteur est appelé “tube compteur proportionnels”. Le taux d’amplification des électrons dépend du type de gaz et de la tension appliquée, mais si le gaz et la tension sont connus, l’énergie du rayonnement incident peut être mesurée.
Les boîtes d’ionisation fonctionnent selon un principe similaire à celui des compteurs proportionnels, mais elles fonctionnent à une tension plus faible et n’amplifient donc pas le gaz. Les compteurs proportionnels ont donc l’avantage d’être plus sensibles que les boîtes d’ionisation. En revanche, les compteurs proportionnels présentent l’inconvénient de ne pas pouvoir mesurer le nombre d’électrons primaires avec autant de précision qu’une chambre d’ionisation et d’avoir une résolution énergétique inférieure.