Détection de rayonnements et instrumentation nucléaire

Elles nous permettent également de piloter les réacteurs nucléaires, de contrôler la dosimétrie des personnes potentiellement exposées au rayonnement, de contribuer à la santé publique dans le domaine du diagnostic et de la thérapie, d'assurer certains contrôles relatifs à la sécurité des transports, de vérifier la conformité de composants et de procédés industriels, de lutter contre la prolifération nucléaire, . . . Rien moins que tout cela, pourrait-on dire !

Il était donc essentiel qu'un manuel consacré à l'état de l'art sur ce sujet voie le jour. Il me vient en mémoire de laborieuses préparations de cours sur ce sujet, piochant ici et là des éléments épars. . . Qu'il soit l'oeuvre d'un Professeur de l'Institut national des sciences et techniques nucléaires ne peut, à titre personnel, que me réjouir une seconde fois !

L'instrumentation industrielle, terme qui peut désigner l'ensemble du système de contrôle d'une activité de production, mais dont l'une des clés de la performance est la qualité de ses organes de détection ou de ses capteurs, constitue une discipline transversale qui se développe très souvent à partir des défis que constituent les grands projets scientifiques ou industriels, souvent confrontés à des environnements hostiles ou extrêmes. L'instrumentation en milieu nucléaire est de ce point de vue remarquable du fait du nombre considérable de contraintes et de facteurs d'hostilité qu'elle doit intégrer. C'est pourquoi elle mobilise une part non négligeable des activités opérationnelles et de développement de ce secteur.

Enseigner l'instrumentation ou écrire un ouvrage sur ce thème n'est jamais simple : il s'agit d'une activité qui puise sa matière dans un ensemble très divers de spécialités académiques. Ceci est particulièrement vrai dans le domaine de la détection nucléaire, qui met en jeu les nombreux phénomènes interaction rayonnement-matière dans un milieu complexe. Le risque est alors de privilégier la facilité de lecture au détriment de la rigueur ou inversement de ne pas sacrifier à cette rigueur au risque de rendre la lecture difficilement accessible à tout autre qu'un spécialiste. L'ouvrage d'Abdallah Lyoussi, chercheur au Centre d'études nucléaires de Cadarache et professeur à l'Institut national des sciences et techniques nucléaires évite, me semble-t-il, ces deux écueils. D'une part, il s'abstient de tout développement mathématique superflu mais chaque phénomène y est décrit et expliqué avec précision. Il en résulte un ouvrage de grande qualité pédagogique qui couvre le champ de la détection nucléaire et qui complète utilement un ensemble de livres traitant du sujet général de l'instrumentation et qui ne peuvent de ce fait que survoler ce thème particulier.

La détection de rayonnements nucléaires passe obligatoirement par leur interaction avec le milieu détecteur. Ces interactions génèrent directement ou indirectement des charges électriques lesquelles, une fois collectées sont (pré)amplifiées et converties en signaux électriques. Cette opération est rendue possible grâce à la polarisation électrique du détecteur conduisant à l'établissement d'un champ électrique responsable du mouvement des charges produites et de leur collection.

Il s'agit dans un premier temps de faire interagir le rayonnement incident utile avec le milieu détecteur après qu'il ait franchi l'espace " source-détecteur ". Ces interactions sont ensuite converties en impulsions électriques qui sont traitées électroniquement et acheminées vers une unité d'acquisition et d'analyse. On obtient ainsi un premier résultat appelé grandeur brute ou grandeur mesurée. Celle-ci sera ensuite traitée et analysée pour être notamment utilisée pour accéder à ce qu'on appelle la grandeur recherchée. C'est typiquement l'exemple de la mesure d'un rayonnement de décroissance radioactive issu d'une source isotopique. Le résultat obtenu directement, à savoir un comptage ou un taux de comptage, ne permet l'accès à l'activité de la source qu'au moyen d'un traitement approprié prenant notamment en compte la sensibilité de détection, la distance source détecteur, le bruit de fond. . . en somme l'utilisation d'une fonction de transfert qui permet de passer de la grandeur mesurée (ou à mesurer) à la grandeur recherchée (figure 1.1).