Bonjour 
Dans cet article je vais présenter mon dernier projet. J'ai essayé d'expliquer le mieux possible, mais si vous souhaitez d'autres informations vous pouvez les retrouver sur mon site perso:
Le compteur Geiger SM4000
Le compteur Geiger (ou radiamètre) SM4000, est né de ma passion pour la science et pour l'instrumentation scientifique en général.
Antériorité du projet:
À l'époque ou j'ai commencé à m'intéresser à la radioactivité (années 1990 suite à l'accident de Tchernobyl), ce type d'appareil de mesure me semblais infaisable par un amateur, et en l'occurrence se trouvait être (et est toujours aujourd'hui) très onéreux dans le commerce.
Bien plus tard, je débute l'électronique en 2014, précisément dans l'objectif de comprendre comment réaliser ce projet, ainsi au fil de mon apprentissage et de persévérance, cela m'est apparut comme tout à fait réalisable.
Les caractéristiques du compteur Geiger:
- Tube de détection LND712 (détection des Alphas, Betas, Gammas, et rayonnement X)
- Élévateur de tension à découpage (5V vers 400V).
- Carte de contrôle avec microcontrôleur ATmega328P.
- Affichage digital avec afficheurs à digits MAX7219.
- Affichage analogique à l'aide d'un Galvanomètre et d'une Del.
- Buzzer de signalement.
- Bouton rotatif de sélection des modes de détection.
- Interrupteurs de visualisation des doses maximales relevées.
- Accumulateur Lithium/Polymère 4S 4000mAh (14.8V).
- Boîtier ouvert en Aluminium, Cuivre, Acier inoxydable, Laiton, et Ertalon.
L'affichage permet de visualiser plusieurs unités:
- Le cumule des Coups.
- Les Coups / seconde instantanés.
- Les Coups / seconde maximums relevés.
- Le débit de dose cumulé (glissant) au cours du temps.
- Le débit de dose instantané.
- Le débit de dose maximal relevé.
Qu'est-ce que la radioactivité ?
La radioactivité est la conséquence et la manifestation de l'instabilité des atomes qui composent la matière qui nous entoure et qui nous constitue.
Cet état instable peut avoir plusieurs causes au niveau atomique:
- L'atome a un excédant de neutrons (par rapport à la vallée de stabilité).
- Le noyau de l'atome se réorganise (un neutron devient un proton).
- L'atome est excité, il possède un excédant d'énergie (qu'il doit libérer).
Cette radioactivité se manifeste sous plusieurs formes:
- Alpha (α): 2 protons + 2 neutrons (4 nucléons) sont éjectés du noyau, c'est l'Helium 4.
- Beta- (β-): 1 neutron (1 quark up + 2 quarks down) devient 1 proton (2 quarks up + 1 quark down), ceci est accompagné de l'émission d'1 électron + 1 anti-neutrino.
- Beta+ (β+): 1 proton (2 quarks up + 1 quark down) devient 1 neutron (1 quark up + 2 quarks down), ceci est accompagné de l'émission d'1 positon + 1 neutrino.
- Gamma (γ): résultat de la collision d'1 particule avec son anti-particule, 1 ou plusieurs photons (rayonnement de nature électro-magnétique) peuvent êtres libérés de l'atome du fait de sa désexcitation. La fréquence vibratoire de cette onde est supérieure à 30 exahertz (30000000000000000000 hertz).
- X: 1 électron passe d'un niveau d'énergie à un autre, ce qui s'accompagne d'une émission (photon) de même nature que le rayonnement Gamma mais de fréquence vibratoire inférieure (de 30 petahertz à 30 exahertz).
Ces émissions se comportent différemment selon le matériaux traversé:
- l'Alpha est arrêté au contact d'une feuille de papier.
- Le Beta est arrêté au contact d'une tôle d'Aluminium.
- Le Gamma est atténué en traversant plusieurs mètres de béton ou plusieurs centimètres de Plomb, mais n'est pas arrêté.
Quantifier la radioactivité:
Plusieurs unités de mesure standards (ou dérivées du système standard) existent et permettent de quantifier le niveau de radioactivité et la dose reçue. Chaque unité est à placer dans un contexte précis de mesures par rapport aux conditions et à l'environnement associé, ceci afin d'éviter de fausses interprétations des résultats.
Plusieurs paramètres interviennent pour quantifier la radioactivité:
- La nature de l'émission (Alpha, Beta, Gamma, X).
- La distance (à 1 cm, à 1 mètre, etc...).
- Les parties du corps exposées au rayonnement (les effets seront bien différents selon la zone exposée).
- La sensibilité du matériel utilisé pour effectuer les mesures.
Voici une liste de quelques unités de mesure:
- Le Sievert (Sv): établi une estimation de l'impact biologique de la radioactivité sur le corps humain (par unité de temps en heures ou en années).
- Le Becquerel (Bq): souvent indiqué par kilogramme de matière, signifie 1 désintégration d'atome / seconde.
- Le Coup / seconde (Cps): de même nature que le Becquerel mais sans quantification de la quantité de matière.
- Le Gray (Gy): représente l'énergie (en Joules) apportée à une masse homogène d'1kg.
Le débit de dose lié à la radioactivité naturelle en France, est en moyenne de 1 à 2 millisievert / an par habitant. Pour les travailleurs du secteur du nucléaire en France, le débit de dose maximal admissible est de 20 millisievert sur 12 mois glissants par personne. Les risques de maladies et de cancer commencent à apparaître à partir de 100 millisievert (pas forcément lié à une unité de temps cette fois-ci).
1 Gray est égal à 1 Sievert (unités de même dimension).
Ces mesures sont déterminés par l'intermédiaire du tube Geiger, qui est l'élément sensitif d'un détecteur de radioactivité. Le tube Geiger est un dipôles (cathode + anode) qui, rempli d'un gaz rare à basse pression (généralement le néon) et soumis à une différence de potentielle élevée (haute tension), est ainsi placé dans un état de métastabilité.
Il suffit donc d'une particule (électron, proton, neutron, ou photon) traversant le tube Geiger pour ioniser le gaz (les atomes perdent ou gagnent des électrons), se qui à pour conséquence de créer une avalanche d'électrons se déplaçant vers la cathode. Le tube est alors en saturation (le dipôle est fermé, comme un interrupteur), c'est le Coup (quantifié ensuite en Coups / seconde).
Ci-dessous, un exemple de mesures de la radioactivité naturelle avec le tube Geiger LND712 (le relevé indique 0.45 Coups / seconde):
La radioactivité naturelle a toujours été présente sur notre planète, elle fait partie intégrante de la croûte terrestre, de l'atmosphère, des océans, et du vivant.
Le corps humain est constitué de Potassium 40, un isotope radioactif !
Au cours de l'histoire et de l'évolution de la Terre, des réacteurs naturels ont existé bien avant l'apparition de l'homme. On en trouve des traces (vitrification des roches au voisinage de minerais d'Uranium) aux États-Unis.
Les isotopes radioactifs:
Un isotope est un atome ayant un nombre différent de neutrons. De fait, l'Uranium 236 est un isotope plus lourd (et donc plus instable dans ce cas de figure) que l'Uranium 235.
En revanche, un atome n'est pas un isotope d'un autre atome ayant un nombre différent de protons (Comme le Cesium 55 n'est pas un isotope du Xénon 54), ce sont bien deux types d'atomes différents.
(perso j'aurais plus mis des TM1638 que des MAX719)
)
