Analyses par spectrométrie gamma des radio-isotopes naturels (chaîne de U-238, du Th-232, …) et artificiels (Cs-137, Am-241, Co-60, …)

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• Dynamique des sols à l’actuel – érosion et transfert
• Mesure de la radioactivité
• Sédiments - Sols
• Gamma

Spectromètre gamma bas niveau de bruit de fond

Vue d'une partie des détecteurs gamma du LSCE

Description de l’instrument :

La spectrométrie gamma est une technique de mesure directe et non destructive. Les échantillons de sols ou de sédiments doivent simplement être séchés à l’étuve, broyés et tamisés. Les échantillons sont ensuite conditionnés dans des boîtes standardisées et placés sur un détecteur gamma. Au LSCE, les détecteurs sont des cristaux de germanium hyper-pur (type N ou P) refroidis à l’azote liquide. Les photons gamma, produits par la désintégration des radio-isotopes présents dans l’échantillon qui aboutissent sur le cristal de germanium, sont transformés en signaux électriques. Ces signaux sont amplifiés, identifiés par un codeur puis stockés dans un analyseur multi-canaux qui classe et totalise le nombre de photons émis en fonction de leur énergie de désintégration. On obtient ainsi un spectre gamma, au sein duquel chaque raie énergétique est caractéristique d’un radio-isotope et où la surface de chaque pic permet de quantifier l’ampleur de la présence de ces radio-isotopes au sein de l’échantillon.

Pour protéger les détecteurs contre la radioactivité ambiante générée notamment par les rayons cosmiques et le radon atmosphérique, ceux-ci sont installés dans les sous-sols du laboratoire (site l'Orme des Merisiers – 6 détecteurs en service) ou même sous 1700 mètres de roche dans les Alpes (site de Modane – 3 détecteurs exploités par le LSCE). De plus, ils sont entourés d’un château de plomb, de fer et de cuivre qui atteint une épaisseur de 15 à 20 cm.

Principe de l’analyse :

Les isotopes radioactifs (ou radio-isotopes) sont des éléments instables dont la radioactivité décroît au cours du temps. Chaque radio-isotope est caractérisé par une période de demi-vie qui est une constante et qui correspond à la durée nécessaire pour que la moitié des atomes présents se désintègre. L’utilisation des marqueurs radioactifs dans l’étude des processus d’érosion des sols remonte aux années 1960, avec l’avènement de l’ère nucléaire. Le sol présente une radioactivité naturelle due à la présence de certains éléments chimiques (typiquement de l’uranium, du thorium et du potassium). Il est également soumis aux flux d’isotopes radioactifs produits ou libérés dans la haute atmosphère et qui finissent par retomber au sol. Certains de ces radio-isotopes sont naturels (comme le béryllium-7) et sont dits « cosmogéniques ». D’autres sont dits artificiels (comme le césium-137) car ils ont été introduits dans l’atmosphère suite aux essais nucléaires et aux incidents qui ont affecté les centrales nucléaires au cours de la seconde moitié du XX^ème siècle.

Parmi tous les isotopes radioactifs présents dans l’environnement, il n’y en a que quelques-uns qui peuvent être utilisés comme « marqueurs » des déplacements de particules de sol. En effet, ces radio-isotopes doivent présenter une grande affinité chimique vis-à-vis des particules de sol et doivent présenter une période de demi-vie pertinente pour l’étude des processus étudiés. Les radio-isotopes peuvent émettre différents types de rayonnements (alpha, bêta ou gamma). Les émetteurs gamma sont généralement préférés, pour leur facilité de détection et d’analyse. En effet, aucune séparation chimique préalable des échantillons de sol n’est requise.

Analyses réalisées :

• Les radio-isotopes naturels de la chaîne de U-238 (Th-234 / Ra-226) dont Pb-210 et celle du Th-232 (Th-228 / Ra-228) ainsi que K-40, Be-7
• Les radio-isotopes artificiels tels que Cs-137 ; Am-241, Co-60

Matrices : solides secs (séchage à l’étuve ou lyophilisation) et tamisés à 2 mm.

Contacts :

Irène Lefèvre : Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser.

Olivier Evrard : olivier.evrard[a]lsce.ipsl.fr