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Radioprotection et ingénierie nucléaire
C’est dans cette configuration que le matériau va être utilisé pour la détection
(Figure 4.19). Tout comme pour le détecteur gazeux, le principe de détection est basé sur
la séparation des paires électron-trou créées par l’interaction avec la zone dépourvue de
porteurs libres d’une particule ionisante. Ces paires électron-trou induisent un signal qui
est traité par une chaîne électronique de mesure. L’intensité du courant électrique est
proportionnelle à l’énergie du rayonnement.
Principales caractéristiques des diodes
Les semi-conducteurs présentent une densité plusieurs milliers de fois supérieure à celle
des gaz. Ainsi, le silicium de densité 2,3 g>cm
–3 peut détecter les rayons X d’énergie inférieure à 30 keV. Par ailleurs, la mobilité des porteurs de charges étant relativement rapide,
les taux de comptages associés peuvent être supérieurs à 10
7 coups>s
–1 . Enfin, l’énergie
nécessaire pour produire une paire d’ions étant de seulement 3,61 eV dans le silicium et
de 2,98 eV dans le germanium, soit trois fois plus faible que dans un autre matériau
(33,85 eV dans l’air), le nombre de charges collectées est trois fois plus élevé, ce qui
améliore la qualité de détection (notamment la résolution énergétique qui varie de 0,5 et
0,01 %).
L’augmentation du volume de la zone sensible, permettant la détection de rayonnements
pénétrants X, γ, peut être réalisée :
– en insérant un cristal intrinsèque pur entre les zones N et P (NIP) ;
– en comprimant la jonction au lithium ;
– en utilisant des matériaux de Z élevé comme le tellure de cadmium (Cd Te) ou l’iodure
de mercure (HgI 2 ).
Les détecteurs à jonction P-N ou N-P sont surtout adaptés à la détection (comptage et spectrométrie) des rayonnements peu pénétrants α, protons et β, alors que les détecteurs NIP
type Si (Li) ou Ge (Li) et au germanium ultra pur sont adaptés à la détection des particules
chargées pénétrantes, des X et des γ. Enfin, les détecteurs CdTe et HgI 2 présentent une efficacité de détection très élevée pour les X et γ.
Le tableau 4.4 présente les caractéristiques générales et applications de différents types de
semi-conducteur, ainsi que les rayonnements qu’ils détectent.
Figure 4.19. Détection d’un rayonnement à l’aide d’une jonction P-N polarisée en inverse.
Radioprotection et ingénierie nucléaire
C’est dans cette configuration que le matériau va être utilisé pour la détection
(Figure 4.19). Tout comme pour le détecteur gazeux, le principe de détection est basé sur
la séparation des paires électron-trou créées par l’interaction avec la zone dépourvue de
porteurs libres d’une particule ionisante. Ces paires électron-trou induisent un signal qui
est traité par une chaîne électronique de mesure. L’intensité du courant électrique est
proportionnelle à l’énergie du rayonnement.
Principales caractéristiques des diodes
Les semi-conducteurs présentent une densité plusieurs milliers de fois supérieure à celle
des gaz. Ainsi, le silicium de densité 2,3 g>cm
–3 peut détecter les rayons X d’énergie inférieure à 30 keV. Par ailleurs, la mobilité des porteurs de charges étant relativement rapide,
les taux de comptages associés peuvent être supérieurs à 10
7 coups>s
–1 . Enfin, l’énergie
nécessaire pour produire une paire d’ions étant de seulement 3,61 eV dans le silicium et
de 2,98 eV dans le germanium, soit trois fois plus faible que dans un autre matériau
(33,85 eV dans l’air), le nombre de charges collectées est trois fois plus élevé, ce qui
améliore la qualité de détection (notamment la résolution énergétique qui varie de 0,5 et
0,01 %).
L’augmentation du volume de la zone sensible, permettant la détection de rayonnements
pénétrants X, γ, peut être réalisée :
– en insérant un cristal intrinsèque pur entre les zones N et P (NIP) ;
– en comprimant la jonction au lithium ;
– en utilisant des matériaux de Z élevé comme le tellure de cadmium (Cd Te) ou l’iodure
de mercure (HgI 2 ).
Les détecteurs à jonction P-N ou N-P sont surtout adaptés à la détection (comptage et spectrométrie) des rayonnements peu pénétrants α, protons et β, alors que les détecteurs NIP
type Si (Li) ou Ge (Li) et au germanium ultra pur sont adaptés à la détection des particules
chargées pénétrantes, des X et des γ. Enfin, les détecteurs CdTe et HgI 2 présentent une efficacité de détection très élevée pour les X et γ.
Le tableau 4.4 présente les caractéristiques générales et applications de différents types de
semi-conducteur, ainsi que les rayonnements qu’ils détectent.
Figure 4.19. Détection d’un rayonnement à l’aide d’une jonction P-N polarisée en inverse.