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Sensibilité de détection



Compter les désintégrations d'atomes radioactifs

La radioactivité est un instrument sans rival pour l'exploration de l'environnement et du monde vivant, grâce à l'extraordinaire sensibilité des techniques de détection.

On dispose maintenant de dispositifs capables de détecter la désintégration individuelle d'un noyau. La possibilité d'observer un évènement aussi minime est due à la combinaison de deux facteurs.

Des détecteurs très sensibles
L’extraordinaire sensibilité de la détection de la radioactivité est illustrée par ce « spectre en énergie » des photons gamma émis par un échantillon de matière radioactive. Les détecteurs modernes au germanium sont capables de mesurer avec précision l’énergie des gamma entièrement absorbés dans le volume de détection. On observe ainsi les « raies » caractéristiques des gamma émis par les radioéléments. Etant donnés les taux de comptages extrêmement élevés, on arrive à mette en évidence des raies d’éléments à l’état de traces comme celle du césium-134.
IN2P3

Les rayonnements produits « électrisent » un grand nombre d'atomes sur leur passage, soit directement dans le cas des rayons alpha et bêta soit en mettant en mouvement des particules chargées dans le cas des rayons gamma. Les centaines de milliers d'atomes ainsi ionisés apportent une première amplification.

Les effets de cette ionisation primaire sont ensuite multipliés par des dispositifs électroniques aux gains élevés. Il devient possible de recueillir un signal dans un détecteur.

À ces deux facteurs favorables, s'ajoute le nombre extraordinairement élevé d'atomes présents dans la moindre quantité de matière. Ainsi 18 grammes d’eau, l’équivalent d’une gorgée, contiennent 600 000 milliards de milliards de molécules. C'est le nombre d'Avogadro, un nombre est tellement grand, que même si la proportion d'atomes radioactifs est très faible dans un échantillon de matière, leur nombre reste colossal. Les taux de comptage des détecteurs, c’est à dire les nombres observés de désintégrations par seconde demeurent par nature élevés.

L'énormité du nombre d'Avogadro fait que l'on arrive a detecter des quantités infimes d'atomes radioactifs, jusqu'à une partie par million de milliard d'atomes. En comparaison, un poison très toxique (comme l'arsenic) ne peut être détecté chimiquement que pour des proportions au mieux un milliard de fois plus grandes.

Combien de césium-137 dans la fausse bouteille de Pétrus 1928 ?
Pour calculer l'activité, il faut multiplier le nombre de coups par 100 pour tenir compte de l'efficacité de détection de 1% et diviser par le nombre de secondes en 6 jours, 518 400. On obtient 0,064 désintégration par seconde ou becquerel. Pour remonter au nombre d'atomes dans la bouteille il faut multiplier par la période radioactive du césium-137 exprimée en secondes (951 millions) divisée par 0,693 (le logarithme de 2). Le résultat de 88 millions d'atomes de césium peut impressionner, mais une fois divisé par le nombre d'Avogadro, il correspond à 0,2 millionième de milliardième de gramme dans la bouteille.
CENBG/PRISNA

Pour illustrer l'extrême sensibilité des mesures de radioactivité, reprenons l'exemple de l'analyse effectuée au laboratoire CENBG de Bordeaux d'une bouteille de grand cru qui se révela un faux. On retrouva dans cette bouteille des traces de césium-137, un radioélément répandu dans l'atmosphère lors des essais nucléaires des années 1950 mais qui n'existaient pas en 1928, millésime supposé de cette bouteille vendue comme un Grand Cru Classé de Bordeaux.

La présence de césium-137 a été mise en évidence grâce à un dispositif expérimental spécialisé dans les mesures de très faibles radioactivités. La bouteille a été placée dans une enceinte blindée en plomb pour réduire les rayons gamma de la radioactivité naturelle. Le césium-137 émet un rayon gamma de 662 keV, d'énergie bien caractéristique, qui permet de signer indubitablement sa présence. Durant les 6 jours que dura la mesure, on enregistra un excès de 330 coups au voisinage de 662 keV, un coup toutes les 26 minutes ! L'activité mesurée est de quelques centièmes de becquerel. La quantité de césium-137 signature de l'escroquerie est de 0,2 millionième de milliardiéme de gramme !

Césium et thons rouges
Des chercheurs californiens ont mesuré dans les tissus musculaires de quinze thons rouges pêchés au large de San Diego en août 2011, des taux légèrement plus élevés de césium-137 que pour les thons rouges pêchés avant la catastrophe de Fukushima. C'est la présence de Césium-134 qui établit un lien avec l'accident japonais. Ces résultats démontrent la capacité des grands poissons à migrer du Japon à l’autre bout du Pacifique et l’extraordinaire sensibilité de détecteurs à même de déceler des traces de radioactivité.
Source : le Monde/AFP – 25/05/2012

Un autre exemple de l'extrême sensibilité de la détection de la radioactivité est celui de la détection de traces de césium-134 et 137 dans la chair de thons rouges pêchés en Californie un an après l'accident de Fukushima. Comme le laboratoire bordelais, le laboratoire californien qui a effectué les analyses était à même d'identifier ces traces de césium. C'est le niveau de l'activité radioactive qui rend-compte de l'importance d'une contamination, et non le fait d'avoir décelé des radioéléments.

Paradoxalement, les résultats de cette extraordinaire sensibilité, qui devrait rassurer, sont souvent interprêtés avec inquiétude. On est capable de détecter de la radioactivité partout ! Même une radioactivité aussi innocente que celle de nos corps d'humains fait crépiter un détecteur !