Mesures qualitatives et quantitatives des éléments radioactifs

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
MINISTERE DE L 'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET
DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
UNIVERSITE MENTOURI CONSTANTINE
FACULTE DES SCIENCES
DEPARTEMENT DE PHYSIQUE
N° d'ordre :
Série:
MEMOIRE
PRESENTE POUR OBTENIR LE DIPLOME DE MAGISTER
EN PHYSIQUE
SPECIALITE
RAYONNEMENT ET APPLICATIONS
Par
LAKEHAL CHAOUKI
Mesures qualitatives et quantitatives des éléments
radioactifs naturels présents dans des échantillons de
l'environnement par spectrométrie γ
SOUTENU LE :
Devant le jury :
Président : F. BENRACHI Prof. Univ.Mentouri Constantine
Rapporteur : M. RAMDHANE Prof. Univ.Mentouri Constantine
Examinateur : A. BOUCENNA Prof. Univ. Abbas Ferhat Sétif
: A. BELAFRITES MC. Univ. Jijel

Je dédie ce manuscrit à mes chers parents qui m’ont
encouragé à donner le meilleur de moi-même, et qui m’ont
fourni les moyens d’être ce que je suis aujourd’hui.
Je le dédie aussi a mes frères et ma sœur, je leurs souhaite
une carrière pleine de succès. Que dieu les garde tous.

Table des matières
Introduction 3
1 Etude bibliographique sur la radioactivité de l’environnement. 4
1.1 Notionssurlaradioactivité...................... 4
1.1.1 Définition ........................... 4
1.1.2 Loisdedécroissance ..................... 4
1.1.3 Différentstypesdedécroissanceradioactive......... 8
1.2 Originedelaradioactivitédansl’environnement.......... 17
1.2.1 Radionucléidesd’originecosmique.............. 17
1.2.2 Radionucléides émanents de la création de l’univers . . . . 18
1.2.3 Radioactivité d’origine artificielle .............. 21
2 Détection des rayonnements nucléaires 31
2.1 Interactiondesrayonnementsaveclamatière............ 31
2.1.1 Interaction des particules chargées avec la matière . . . . . 31
2.1.2 Interactiondesneutronsaveclamatière .......... 40
2.1.3 Interactiondesphotonsaveclamatière........... 42
2.2 Généralitéssurlesdétecteurs .................... 48
2.2.1 Modesdefonctionnementd’undétecteur.......... 48
2.2.2 Principalescaractéristiquesd’undétecteur ......... 51
2.3 Détecteur semi-conducteur pour spectrométrie gamma . . . . . . 57
2.3.1 Structure électronique des cristaux parfaits et des semi-
conducteurs.......................... 57
2.3.2 Propriétésphysiques ................ 60
2.3.3 Détecteurs semi-conducteur couramment utilisés . . . . . . 62
3 Chaîne de spectrométrie gamma et ses différentes composantes 64
3.1 Description de quelques modules électroniques de spectrométrie γ64
3.1.1 TypeLinéaire-Linéaire .................... 68
3.1.2 TypeLinéaire-Logique .................... 74
3.1.3 TypeLogique-Linéaire .................... 75
3.1.4 TypeLogique-Logique .................... 75
3.1.5 Autretype........................... 76
1

TABLE DES MATIÈRES 2
3.2 Notions sur la spectrométrie γ.................. 76
3.2.1 Définition ........................... 76
3.2.2 Mesureetanalyse....................... 77
4 Partie expérimentale 78
4.1 Première partie : Caractéristique électronique de la chaîne de
mesure................................. 78
4.1.1 Description des constituants de la chaîne de spectrométrie 78
4.1.2 Détermination des caractéristiques de la chaîne de mesure 83
4.2 Deuxième partie : Mesure de la radioactivité des échantillons pré-
levésdel’environnement ....................... 91
4.2.1 Préparation des échantillons ................. 92
4.2.2 Calibrationdelachaînedemesure ............. 93
4.2.3 Mesure des activités spécifiques des échantillons . . . . . . 96
Conclusion 106
Bibliographie 109

3
Introduction
La présence des radioéléments dans le sol provient de deux sources princi-
pales : la radioactivité naturelle, représentée principalement par les familles ra-
dioactives 238U, 235U, 232Th et l’élément 40K et par les radioéléments d’origines
cosmiques.
La radioactivité artificielle est issue de la contamination par des radioéléments
dont l’origine sont les essais d’armes nucléaires réalisées dans l’atmosphère du-
rant les années soixante, et des radioéléments provenant de différentes activités
nucléaires réalisées par l’être humain.
Cette thèse a pour but de déterminer qualitativement et quantitativement
les radioéléments présents dans l’environnement et principalement les éléments
naturels.
Afind’effectuer cette étude, nous avons prélevé six échantillons de l’Est algé-
rien pour évaluer l’ordre de grandeur des activités spécifique de chaque famille
radioactive.
- Le premier chapitre de ce mémoire est consacré à une étude bibliographique
sur les notions fondamentales de la radioactivité ainsi que les différents types
de décroissances radioactives. On y trouve également les origines, naturelle et
artificielle, des radioéléments dans l’environnement.
- Le second chapitre détaillera les principes de détection des rayonnements
nucléaires, en commençant par l’interaction rayonnement-matière jusqu’à l’illus-
tartion des détecteurs.
L’analyse par spectrométrie gamma, avec suffisamment de précision, implique
une bonne connaissance de tous les constituants de la chaîne de mesure. Le
troisième chapitre est réservé à l’étude des principes et du fonctionnement des
différents modules électroniques.
-Enfin, le quatrième chapitre porte sur les travaux expérimentaux réalisés
où nous avons effectués un ensemble de mesures pouvant être regroupés en deux
grandes parties :
.Ladéterminationdesdifférentescaractéristiquesdelachaînedemesure:le
temps mort, la résolution en énergie et la linéarité intégrale et différentielle de
la chaîne de mesure afind’effectuer les mesures concernant la radioactivité dans
les meilleurs conditions.
. La mesure de la radioactivité de six échantillons prélevés sur différents sites,
suivie par l’analyse et la discussion de tous les résultats obtenus.