P h y s i c u s

Chapitre 8 - Radioactivité et réactions nucléaires

Fiche de cours
TP 11 - étude de la radioactivité naturelle du Radon 220
TD 11 - Document élève (TD de schématisation d'expériences de cours sur la mesure de la radioactivité)

TP activité d'un bloc de granite

Un bloc de granite enfermé sous une cloche en verre dégage en permanence du Radon 222, descendant de l'Uranium 238 que contient naturellement le granite. Nous allons mesurer l'activité du radon contenu sous la cloche grâce à un appareil utilisant une "fiole de Lucas".

L'appareil utilisé (modèle commercialisé par Jeulin).

Notice technique de l'appareil (Jeulin)

Sujet élève

Sujet élève

Simulations Monté Carlo

Simulations Monté Carlo

La chambre d'ionisation

Il existe sur le net différents sites décrivant la fabrication d'une chambre d'ionisation.

Le principe de ces chambres est de mesurer les charges électriques créées dans l'air lors du passage d'une particule ionisante, qui va arracher sur son passage des électrons aux atomes et molécules rencontrées.

Les charges électriques vont être mesurées grâce à un électromètre, à feuille, à quadrant ou électronique.

Notre montage utilise un circuit décrit dans un article, basé sur un amplificateur opérationnel monté en intégrateur de charge, à très faible courant d'entrée, le LMC6001 de Texas Instrument, qui a un courant d'entrée inférieur ou égal à 10fA. Ce courant est mille fois plus faible que celui d'un AOP classique. Texas Instrument offre aux enseignants des échantillons gratuits.

Le circuit est alimenté par une pile de 9V, qui fournit une tension symétrique et une masse virtuelle grâce à un pont diviseur de tension.

Le câblage est effectué "en l'air" pour éviter les courants de fuite souvent présents sur les circuits imprimés.

Une vue de l'intérieure de la chambre d'ionisation.

Un relais électromécanique permet de purger le condensateur de ses charges pour afficher une tension quasi nulle.

Cette chambre d'ionisation permet de très facilement détecter des charges électriques portées par une baguette de verre ou une règle en plastique placées à quelques dizaines de centimètres.

Le radon est injecté grâce à une seringue dans l'enceinte, close avec du papier aluminium. Il provient d'un kit JEULIN d'étude de la décroissance radioactive, qui utilise un photomultiplicateur et des fioles scintillantes pour la détection des particules alpha.

Le radon est prélevé par aspiration avec une seringue.

Le radon est injecté dans la chambre grâce à un tube de perfusion.

On observe une franche variation du signal qui est due à la création des charges électriques lors de l'ionisation de l'air après désintégration du radon et éjection de particule alpha.

Une modélisation permet de retrouver la demie vie du radon, de l'ordre de 56 secondes = 80 x ln(2).

La chambre à brouillard

Cette chambre à brouillard a été développée à partir de l'article suivant:

"Simple cloud chambers using gel ice packs", M. Kamata, M. Kubota, Physics Education vol 47 number 47 july 2012, p.429

Principe

On fabrique une chambre à brouillard dont le gradient thermique est décalé vers les hautes températures pour permettre d'utiliser une source froide facile à traiter: le gel présent dans les accumulateurs de froid pour glacières.

On évite ainsi l'usage de carbo glace, chère et compliquée à gérer pour l'intendance, ou l'usage de modules Peltier, chers et nécessitant une alimentation électrique de fort ampérage.

Réalisation

Une boite métallique de baume pour le visage a été remplie avec du gel d'accumulateur de froid (eutectique à -18°C), scellée à la colle époxy et peinte en noir.

Cette galette est placée dans une structure isolante en mousse, puis surmontée d'un gobelet en plastique cristal dont le fond est découpé pour permettre le passage d'un tampon imbibé d'alcool isopropylique, le tampon étant collé au fond d'une boite de conserve en acier grâce à un aimant.

En fonctionnement, la galette est sortie du congélateur (-20°C), la boite de conserve remplie d'eau très chaude (environ 70°C) et le tampon est imbibé d'alcool isopropylique.En quelques minutes, on a une vapeur sur saturée en alcool dans la chambre à brouillard. Par un éclairage rasant, il sera possible d'observer l'apparition de traînés de condensation, suite à l'ionisation de l'atmosphère lors du passage de particules.

L'expérience telle décrite fut essayé par l'auteur et son collègue (J.L. Fritsch) à deux reprises et nous vîmes à chaque fois quelques événements ionisant l'atmosphère de cette chambre à brouillard. L'éclairage et le choix de l'alcool sont critiques.

Chambre pour injection de radon

Un prototype (non encore testé) de chambre a été fabriqué pour pouvoir injecter du radon 220 dans cette enceinte en ajoutant un tube de perfusion traversant la paroi du verre en plastique.

Le radon sera prélevé dans le générateur de radon 220 du kit Jeulin grâce à une seringue et un morceau de feuille anglaise

Un excellent site (Commissariat à énergie Atomique - CEA ) proposant diverses animations pour expliquer les phénomènes liés à la radioactivité: le site (et merci à ma collègue, Laurence B. pour le tuyau ;-) ).

En attendant la version officielle du cours et du TP ...

Le prof de Phyz kiffe Marina And The Diamonds ... oui et alors ?


Principe de la radioactivité

Principe de la mesure de la décroissance radioactive du radon 220 (cliquez sur la présentation pour avancer)

Principe du tube photomultiplicateur (détection du flash lumineux)

Le tube photomultiplicateur Le tube photomultiplicateur utilise l'effet photo électrique pour détecter la lumière. Le premier électron éjecté par un photon, est accéléré sur une dynode, où il en extrait deux autres à l'impact. Ensuite, une réaction en cascade permet rapidement d'avoir une amplification du courant. Le spécialiste mondial du tube photomultiplicateur : la société japonaise Hamamatsu.