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République tunisienne Ministère de la défense nationale Armée de terre Académie

République tunisienne Ministère de la défense nationale Armée de terre Académie Militaire –Fondouk jdid Direction des études universitaire MEMOIRE DE PROJET DE FIN Caractérisation d’un dosimètre de rayonnement gamma à base d’un OE Laameri Mohamed hadi OE Ben Mansour Issam Technique de l’armement Encadré par : Farah khaled Année universitaire de la défense nationale jdid Direction des études universitaires MEMOIRE DE PROJET DE FIN D’ETUDE Caractérisation d’un dosimètre de rayonnement base d’un verre dopé par du cuivre Réalisé par : OE Laameri Mohamed hadi OE Ben Mansour Issam Spécialité: Technique de l’armement Promotion: 20 Mars : Farah khaled Hosni Faouzi Mejri Arbi Année universitaire : 2009/2010 MEMOIRE DE PROJET DE FIN Caractérisation d’un dosimètre de rayonnement cuivre Année universitaire : 2009/2010 REMERCIEMENTS REMERCIEMENTS REMERCIEMENTS REMERCIEMENTS A Mon Enseignant Mr Hosni Faouzi J´ai eu l’honneur d’être parmi vos élèves et de bénéficier de votre riche enseignement. Vos qualités pédagogiques et humaines sont pour moi un modèle. Votre gentillesse, et votre disponibilité permanente ont toujours suscité mon admiration. Veuillez bien monsieur recevoir mes remerciement pour le grand honneur que vous m´ avez fait d’accepter l’encadrement de ce travail. A Mon Encadreur Mr Farah Khaled Votre compétence, votre encadrement ont toujours suscité mon profond respect. Je vous remercie pour votre accueille et vos conseils. Veuillez trouvez ici, l’expression de mes gratitudes et de ma grande estime. Mes profondes gratitudes s’orientent vers CDT Chennaoui GHmais pour ses judicieux conseils et son support permanent, ainsi que tout le personnel du l’academei militaire. Aux membres du jury Président du Jury : Loati abdelkader Examinateur:hamzaoui hichem Messieurs les jurys, vous nous faites un grand honneur en acceptant de juger ce travail. Je dois un remerciement à tous les enseignants de L’académie militaire pour leurs qualités scientifiques et pédagogiques Je tiens à remercier chaleureusement, tout mes proches et tout ceux qui, de prés ou de loin, m’ont apporté leurs sollicitudes pour accomplir ce Travail. DEDICACE A ma Chère Mère Khadija A mon Père Ahmed Dont le mérite, les sacrifices et les qualités humaines m’ont permis de vivre ce jour. A mon Frères et mes sœurs Ramzi ,Rim,Faten ,Basma A tous les gens m'aiment Darine,Oussama,Sami, Bassem,Hamza…… (Mohamed Hedi) DEDICACE Au meilleur des pères A ma très chère maman Qu’ils trouvent en moi la source de leur fierté A qui je dois tout A ma sœur NAHLA et mon frère HAMZA A qui je souhaite un avenir radieux plein de réussite A mes Amis A tous ceux qui me sont chers ;|áátÅ< ;|áátÅ< ;|áátÅ< ;|áátÅ< PLAN INTRODUCTION GENERALE Présentation du CNSTN………………………………………………………………………………1 Cahier de charge ……………………………………………………………………………………2 Introduction ………………………………………………………………………………………….3 CHAPITRE 1 .Interaction des rayonnements ionisants avec la matière 1-1. Application d’irradiation ………………………………………………………………...........4 1-1-1. Avantages de traitements ionisants………………………………………………….5 1-1-2. Rayonnements ionisants …………………………………………………………………5 1-1-2-1. Découverte des rayonnements ionisants………………………………5 1-1-2-2. Rayonnements ionisants utilisés …………………………………………5 1-1-2-2-1. Les électrons ……………………………………………………….6 1-1-2-2-2. Les rayons gamma ………………………………………………7 1-1-3. Les sources de rayonnements …………………………………………………………7 1-1-3-1. Sources naturelles ..................................................................8 1-1-3-2. Sources artificielles ……………………………………………………………8 1-1-3-3. Sources médicales ……………………………………………………………..9 1-2. Interactions des rayonnements indirectement ionisant avec la matière……..9 1-2-1. Atténuation …………………………………………………………………………………….10 1-2-2. Effet photoélectrique ………………………………………………………………………11 1-2-3. Effet Compton ………………………………………………………………………………..12 1-2-4. Création de paire …………………………………………………………………………….12 1-3. Conséquence de l’irradiation ……………………………………………………………………13 1-3-1. Ionisation …………………………………………………………………………………………13 1-3-2. Excitation ………………………………………………………………………………………..14 1-4. Abondance relative des effets …………………………………………………………………….14 1-5. Action de rayonnement sur le verre de silicate ...............................................15 Chapitre 2. Dosimétrie de rayonnement ionisant 2-1. Grandeurs et unités dosimétriques …………………………………………………………….19 2-1-1. Dose absorbée …………………………………………………………………………………..19 2-1-2. Débit de dose absorbée ……………………………………………………………………..19 2-1-3. Systèmes dosimétriques …………………………………………………………………….20 2-1-3-1. Classification des systèmes dosimétriques …………………………….20 2-1-3-1-1. Systèmes dosimétriques primaires ………………………….21 2-1-3-1-2. Systèmes dosimétriques secondaires ………………………21 2-1-3-2. Principaux types de dosimètres ………………………………………………22 2-1-3-2-1. Systèmes dosimétriques physiques………………………….22 La Thermoluminescence……………………………………………………………………………….24 Chapitre3. Le verre 3-1. Définition du verre ……………………………………………………………………………………31 3-2. Les propriétés du verre……………………………………………………………………………….32 3-2-1. Propriétés physiques………………………………………………………………………………32 3-2-2. Propriétés thermiques……………………………………………………………………………..32 3-2-3. Propriétés chimiques……………………………………………………………………………….33 3-3. La composition du verre………………………………………………………………………………….33 3-3-1. Les oxydes formateurs (les vitrifiant)………………………………………………………34 3-3-2. Les stabilisants : (oxydes alcalino-terreux)……………………………………………….34 3-4. principe de dopage (échange ionique)…………………………………………………………….…35 Chapitre 4. Matériel et méthode expérimentale 4-1. Sources d’irradiation : Description générale……………………………………………….36 4-2. le spectromètre par résonance paramagnétique…………………………………………38 4-2-1. Principes de la résonance paramagnétique électronique…………………….40 4-3. Lecteur TLD………………………………………………………………………………………………41 4-3-1. Description générale………………………………………………………………………….41 4-3-2. principe de fonctionnement………………………………………………………………41 4-3-3. composition………………………………………………………………………………………42 4-4. préparation des échantillons de verre…………………………………………………………42 4-4-2. Four…………………………………………………………………………………………………43 4-4-3 .Balance…………………………………………………………………………………………….45 Chapitre 5. Résultats et Discussion 5.1. Introduction……………………………………………………………………………………………..47 5.2. Cas du verre non-dopé……………………………………………………………………………..47 5. 3. Cas des verres dopé au cuivre par échange ionique……………………………….…49 Conclusion générale……………………………………………………………………………………………….………61 Projet de fin d’études Page 1 Présentation du CNSTN Le Centre National des Science et Technologies Nucléaires de Sidi-Thabet a pour mission de réaliser les études et recherches nucléaires à caractère pacifique dans les différents domaines, ainsi que la maîtrise des technologies nucléaires, leur développement et leur utilisation aux fins du développement économique et social", et notamment dans les domaines de l'agriculture, de l'industrie, de l'énergie, de l'environnement et de la médecine, et d'une façon générale, la réalisation de toutes les activités tendant à assurer le développement des sciences nucléaires, la promotion de ses différentes applications et la maîtrise des technologies nucléaires à des fins pacifiques. Le CNSTN comprend les unités suivantes : Unité d'Hydrologie Isotopique Unité Radio pharmaceutiques Unité Pilote de Traitement par Rayonnements Ionisants Unité d'Electronique et Instrumentation Nucléaire Unité de Radio analyse Unité Pilote de Production des Males Stériles de la Cératite Unité de Microbiologie Unité de Radioprotection Unité de Radiochimie Projet de fin d’études Page 2 Cahier de charge du projet Sujet : Caractérisation d’un dosimètre de rayonnement gamma à base d’un verre de silicate dopé par du cuivre. Objectifs : - Développer et caractériser un nouveau système dosimétrique pour le contrôle de la dose. -Faire un dopage de verre de silicate par le cuivre à des températures et des concentrations bien déterminées. -Irradiation des échantillons obtenus par la source gamma (à des doses différentes). -Mesurer leurs réponses a l’aide des appareils RPE et TLD. - Dépouiller les résultats et étudier les différents facteurs d’influences. Projet de fin d’études Page 3 Introduction générale Les dosimètres commerciaux en usage actuellement sont très couteux. Ils peuvent influencer le pris final de la prestation de service d’une unité de radio traitement en particulier lors d’une utilisation d’une cartographie. Cette dernière nécessite un grand nombre de dosimètres afin de déterminer la distribution de la dose dans un produit industriel. Les dosimètres commercialisés ont en général une gamme de dose limitée et nécessitent une précaution d’utilisation délicate due aux facteurs d’influence comme température, humidité et débit de dose. Il parait donc intéressant de disposer d’un nouveau type de dosimètre dont le cout d’exploitation devra être fiable, l’influence des facteurs environnementaux soit minime et contrôlable. Dans le cadre de ce travail nous avons mené des recherches et développements afin de concevoir un nouveau type de dosimètre à base du verre utile pour les applications industrielles. Pour les applications médicales, en radiothérapie, nous avons entrepris une série d’expériences d’irradiation pour ce verre afin de voir sa capacité à répondre aux faibles doses. L’objectif donc de ce travail est de valoriser les résultats obtenus de ce dosimètre aux doses industrielles et médicales ainsi que la détermination de ses caractéristiques telles que la stabilité, fiabilité et exactitude, sa sensibilité et facilité d’utilisation. Les méthodes analytiques de caractérisation doivent être adaptées aux réponses du verre. Grâce à ces différentes propriétés thermiques et électriques, le verre joue un rôle important dans beaucoup des domaines techniques. En effet, certains chercheurs ont exploité le changement de la propriété optique et paramagnétique du verre soumis à la radiation ionisante pour l’utiliser dans le domaine électrique, optique…. Le verre joue un rôle très important dans le domaine de gestion de déchets radioactifs. En effet le verre R77 est utilisé actuellement comme matrice de conditionnement de déchets vue sa capacité de résistance aux radiations ionisante et son faible coût. Beaucoup d’autres travaux on utilisé l’application de la couleur induite par irradiation pour développer le verre dans l’industrie du verre réalisant un intérêt des points de vue économique et environnemental ; Pour la réalisation de ce projet de fin d’études, nous avons choisi le verre silicaté comme matériau principal dans nos travaux de recherches et développements. Sa réponse sous l’effet Projet de fin d’études Page 4 d’irradiation sera étudiée par la technique de thermoluminescence et par la technique RPE (Résonance Paramagnétique Electronique) Nous avons organisé la présentation de ce rapport en 5 chapitres : Le premier chapitre sera consacré à l’étude de l’interaction des rayonnements ionisants avec la matière. Il sera focalisé essentiellement sur l’effet induit par la radiation sur le verre. Afin de quantifier cet effet nous avons besoin de la dosimétrie qui fait l’objet du chapitre II. Le troisième chapitre sera consacré à la présentation des caractéristiques principales du verre ainsi que la technique du dopage du verre qui permet d’améliorer sa sensibilité aux radiations. Le chapitre IV présente les matériels et les méthodes utilisés pour la réalisation de ce travail. Le chapitre V sera consacré à la valorisation des résultats des résultats obtenus. Projet de fin d’études Page 1 CHAPITRE 1 Interaction des rayonnements ionisants avec la matière Pour certains, le terme rayonnement est synonyme d’énergie atomique, de puissance nucléaire et de radioactivité. En effet, lorsque les atomes se désintègrent, ils uploads/Geographie/ memoire-de-projet-de-fin-memoire-de-projet-de-fin-d-x27-etude-memoire-de-projet-de-fin 1 .pdf