Sources radioactives et Détecteur électronique

[Musique] pour ce nouvel épisode on va aborder un sujet assez mal connu du grand public et pour cause je parlais de la radioactivité oui alors avant que j'oublie je précise qu' il ne sera pas du tout question de centrales ou d'énergie nucléaire dans cette vidéo le sujet concerne la radioactivité au sens phénomènes physiques naturelles et on va l'approché sous un aspect technique en analysant et en tentant de réparer un petit appareil électronique portable qui est capable de quantifier de façon assez précise le rayonnement alpha bêta et gamma alors l'appareil en question est celui ci c'est un appareil russe un radier scan 701 qui est ce qui se fait de mieux dans le domaine semi professionnel pour un tarif inférieur à 400 euros et il m'a été envoyé par gilles qui est un passionné de radio activité de la région de roi en fait cet appareil a subi une nouvelle chute et il est désormais plus capable de faire la moindre mesure malgré le fait que le reste semble fonctionner et quand je dis le reste c'est l'affichage et le logiciel dont vous l'aurez compris il s'agit d'un conteur giger numérique qu'on peut aussi utiliser comme dosimètres actifs et oui j'ai bien dit compteur giger et non pas compteur geiger parce qu'on n'est pas censé dire geiger je sais pas quel est le franchouillard qui a dit ça en premier mais franchement sur ce coup il n'a pas fait beaucoup d'efforts mais si à tel point que quand j'étais au collège et que j'ai entendu le prof de physique tu parlais pour la première fois de compteurs geiger je pensais que ça avait été inventé par un physicien qui s'appelait geiger est d'ailleurs j'avais trouvé ce nom assez pourri alors qu en fait pas du tout il s'agit du physicien allemand hans grugger qui a travaillé en plus avec un autre physicien allemand qui s'appelle lui muller pour mettre au point cet instrument de mesure en 1928 donc normalement doit même parler de compteurs giger muller mais bon on dit que giger d'autant plus que c'est franchement pas plus compliqué de dire giger que geiger et d'ailleurs il faut pas confondre avec un autre round ce qui s'appelle un de rüdiger hr giger qui contrairement à ce qu'on pourrait penser n'est pas du tout un joueur de la mannschaft mais plutôt le designer suisse qui est responsable entre autres du design de la créature et de certains décors dans le film alien 2 179 et voyez là quand on parle de lui tout le monde dit bien giger et pas à juger ou gyger bon voilà donc on va s'y prendre en deux temps dans un premier temps je vais vous expliquer ce qu'est la radioactivité on va y passer cinq minutes je vais tenter de vulgariser ça du mieux que je peux et dans un second temps on passera sur le radier scan pour analyser ses composants je vous expliquerai aussi comment il fait pour détecter électroniquement la présence de rayonnements alpha bêta et gamma et on entamera la réparation on verra s'il est possible de le réparer ou pas alors la radioactivité c'est l'ensemble des processus par lesquels des noyaux d'atomes instable parce qu'ils ont accumulé trop d'énergie au moment de leur formation se transforme spontanément en d'autres atomes on appelle ça la désintégration en émettant vers l'extérieur l'excédent d'énergie qui contiennent sous la forme de particules de matière et c'est le physicien français henri becquerel qui l'a découverte en premier en 1896 alors qu'il travaillait sur la phosphorescence et depuis le début du 20e siècle on connaît la radioactivité sous trois formes de rayonnements alpha bêta et gamma l'alpha c'est un rayonnement constitué de noyaux d'hélium donc de protons et de neutrons qui peut être arrêtée par une simple feuille de papier ou déviés par les champs électromagnétiques la bêta 7 ans réellement constitué d'électrons de positrons à haute énergie plus pénétrant dans la matière que le rayonnement alpha mais que l'on peut arrêter par une plaque d'aluminium de quelques millimètres et qui peut aussi être facilement dévié par un champ électromagnétique la gamme à 7 ans réellement constitué de photons donc de lumière comme les rayons x mais à une fréquence encore plus élevé que les rayons x et auxquels il faut ajouter les neutrons qui dérivent déficient spontanée la pénétration dans la matière des rayons gamma est très importante et est fonction de son énergie et de la nature de ce qu'ils traversent et ça c'est parce que l'énergie des particules émises par ces événements est suffisante pour entraîner du nisation de la matière traversée donc de produire directement ou indirectement des ions lors du passage à travers la matière et c'est bien entendu c'est tunise ation de la matière qui rend la radioactivité très dangereuse pour les organismes vivants et même mortel en cas de doses très élevées pour se protéger du rayonnement gamma le plus efficace reste le plomb et dans une moindre mesure un bloc d'acier ou un épais mur de béton ou encore un volume de plusieurs mètres cubes d'eau petit aparté pour expliquer la différence qu'il ya entre irradiation et contamination ont par l'irradiation lorsque la source radioactive situées à l'extérieur du corps de la personne exposée dans ce car plus la distance entre cette source et la personne est grande et plus le niveau d'exposition par irradiation est faible ensuite on distingue deux niveaux de contamination il y as contamination lorsque la source radioactive à pénétrer à l'intérieur du corps de la personne exposée soit par inhalation soit par consommation de produits contaminés soit par une blessure avec un homme est contaminée et là il ya un problème sérieux mais on parle aussi de contamination externe lorsque les particules radioactives sans déposer sur la peau ou sur les vêtements sans avoir pénétré dans le corps dans ce cas là pour éliminer la contamination il suffit soit de retirer les vêtements soin de prendre une douche soit les deux étant donné que la radioactivité est un phénomène imperceptible pour les êtres vivants on doit utiliser des détecteurs qui exploite certains phénomènes physiques pour être en mesure de la mesurer et ou de la quantifier dans l'air et il existe principalement deux unités spécifiques le becquerel et le sievert le becquerel notée b q mesure le niveau de radioactivité c'est à dire le nombre de désintégration par seconde avec comme unité 1 becquerel pour une désintégration l'autre unité et le sievert noté sv qui quant à elle permet d'évaluer les effets biologiques des rayonnements sur un organisme vivant exposées à la radioactivité pour scier des instruments de mesure on va se concentrer dans cet épisode sur un système utilisant un tube ou détecteur giger muller qu'on appelle aussi une chambre d'ionisation et qui est assez efficace pour quantifier les particules alpha beta gamma rayons x mais pas les neutrons par contre et quand on sera au stade de la réparation de ce deuxième être dans un instant je vous expliquerai le principe de détection de ces particules puisque les composants seront visibles et en particulier le tube sur notre planète il existe plus de 800 type de matériau naturellement radioactif ça fait beaucoup et certains d'entre eux sont d'ailleurs particulièrement dangereux bien entendu je vais pas tous les mentionner je vous fais juste des filets ceux dont la radioactivité est la plus notable selon l'institut de radioprotection et de sûreté nucléaire français de plus en plus de particuliers se met à collectionner des minéraux radioactifs tels que l'hôte unite la pêche blanche où la monazite et il va sans dire que ce n'est pas sans risque et que de nombreuses recommandations sont à respecter et on pourrait trouver assez étonnant qu aussi bien en france que dans le reste de l'europe la détention de minéraux radioactifs n'est soumise à aucune obligation de déclaration en tout cas c'est toujours le cas aujourd'hui en mai 2021 alors maintenant petite démonstration pour mettre à l'épreuve mon compteur giger numérique qui lui n'est pas en radio scan je vais utiliser cette source faiblement radioactive cette capsule contient des cristaux naturel de tunis stabiliser dans un gel anti dissémination son activité donnée pour 15 microsieverts par heure soit environ 150 fois l'activité naturelle qui est de 0,1 microsievert par heure donc évidemment à partir du moment où j'approche le compteur de cette source ils s'affolent j'accélère les images pour voir sa mesure grimpé jusqu'à la valeur maximale donc on se stabilise aux alentours de 9.5 soit 95,3 l'activité naturelle on n'est pas à 15 pour m'indiquer mais ça reste suffisant pour nos tests et pour info ce genre de source et suffisamment radioactive pour tester l'efficacité d'un dosimètre mais pas suffisamment pour irradier son environnement proche bien qu'il faille tout de même prendre certaines précautions quand on les manipule [Musique] comme je le disais précédemment la radioactivité est invisible à l'oeil nu mais il existe néanmoins un type de dispositif qui permet de représenter le passage des particules nucléaires dans la matière sous la forme de traînées de condensation et ce dispositif s'appelle une chambre à brouillard une chambre à brouillard est donc un appareil qui va permettre de mettre en évidence ces rayonnements et leurs effets de manière à ce que l'on puisse les visualiser celle ci utilise par exemple le principe de la chambre langsdorff dans laquelle une phase vapeurs d'alcool isopropylique saturé est présente dans une enceinte dont la surface noire est porté à un froid extrême à la base de la chambre l'alcool liquide et contenus sur un tissu un os de la chambre où la nature très volatile de la substance fait qu'il peut s'évaporer facilement la diffusion de la vapeur d'alcool est alors entraînée vers le sol par la gravité ce qui provoque la formation d'un nuage de condensation d'un ou deux centimètres à la surface de la chambre le changement rapide de température entre le haut et le bas fait qu'une petite fraction de la vapeur d'alcool ne peut se prononcer et flottent au dessus de la surface et c'est cette vapeur que les particules chargées vente ionisé et nous permettre de voir leur trajet alors avant de rentrer dans le vif du sujet avec la réparation du radia scan 701 je voulais juste vous montrer une petite expérience avec cette chambre à brouillard qu'on m'a prêté pour l'occasion et qui est plutôt conçu dans un but éducatif donc ne vous attendez pas à des résultats semblables à ce que vous venez de voir d'abord pour la décrire rapidement ceci en scène dans laquelle on place la source radioactive au dessus de cette enceinte au niveau du couvercle se trouve un disque couvert de feutrine qui doit être imbibé d'alcool isopropylique la plaque froide sur laquelle doit être posée la source est ici et l'enceinte doit être correctement replacer pour assurer la meilleure étanchéité possible à l'intérieur de cette boîte se trouve une alimentation à découpage de 500 watts de type ati qui permet d'alimenter le système de refroidissement thermoélectrique ce système utilise tout simplement un module pelletier qui exploite l'effet peltier consistant à convertir en courant électrique en une différence de température plus l'intensité du courant est élevé et plus cette différence est grande ce module est constitué de deux faces l'une dite froide et l'autre dite chaude la plaque froide sur laquelle repose la source radioactive dans son enceinte est plaqué contre la phase froide tandis qu'un système de refroidissement semblable à celui utilisé pour refroidir les processeurs de pc est plaqué contre la phase chaude afin de dissiper évacuer la chaleur j'ai donc indiqué la feutrine et placer la source au centre de l'enceinte transparente et au bout de dix minutes voici ce que l'on peut observer à travers on peut voir les différents rayonnements émis par cette source aucune itt les traces les plus grosses sont formés par des particules alpha constitué de deux neutrons et de protons on a également des particules bêta qui sont des électrons ou des positrons qui jaillissent aléatoirement il faut pas non plus oublier qu'une partie de ces particules ne sont pas émises par cette source mais proviennent du rayonnement cosmique car nous sommes bombardés en permanence et si on jette un coup d'oeil à cette chambre à brouillard avec une caméra thermique on constate que la plaque froide des portés à une température de moins de 35 degrés celsius pour obtenir l'effet escompté il n'y a qu'un seul moyen de s'assurer qu'il n'est plus opérationnel c'est de l'approché de la source donc là il n'ya pas de doute il est très malade voici un exemplaire depuis de recharge à bhl russe 'triple a' de 1,2 volts et il ne m'étonnerait pas que le problème soit directement lié aux tubes baker muller qui reste une pièce fragile et qui auraient été endommagés au moment de l'impact avec le sol après cette chute est d'ailleurs si c'est le cas ça devrait même pouvoir se vérifier visuellement pour l'instant je dois d'abord retirer la carte mère pour accéder aux tubes qui se trouve derrière mais il ya quelque chose qui leur tient toujours et ce sont les deux causes du compartiment de piles qui sont directement soudé donc il faut juste les dessoudé voilà on peut maintenant accéder aux tubes ce modèle ci est de forme cylindrique sa porte d'ailleurs un nom c'est un tube pancakes et comme je le pressentais la fenêtre du tube c'est complètement brisée et tout le gaz inerte qui l'a enfermé s'est échappé il n'y a donc plus rien a ironisé à l'intérieur je le retiens de chacune imprimés pour l'observer plus en détail ce feuillet transparent est en fait du mica qui laisse passer les particules alpha et bêta il permet également de faire en sorte que le gaz inerte reste confinée dans la chambre du tube car c'est grâce à la présence de ce gaz que le processus de détection des particules nucléaires peut se produire voici une rapide description de ce dispositif cette partie cylindrique et ce que l'on appelle la chambre d'ionisation ses parois sont métalliques et font office de cathodes on peut d'ailleurs voir que le terminal négatif est relié à cette paroisse de plus elle est remplie dans gaz inerte de type et lyon néon ou argon sous faible pression c'est d'ailleurs par cette petite ouverture que le gaz est injectée la phase d'entrée que l'on appelle fenêtre et qui est ici celle qui séduisait est fermée par un matériau léger perméable aux rayonnements ionisants tels que le mica le silicium ou le béryllium en l'occurrence sur ce modèle c'est du mica cette électrode métallique et l'anode et n'est surtout pas en contact avec la cathode on peut d'ailleurs le voir en observant cette petite boule de verre qui est là pour solidifier la note et la maintenir en plaçant en se reposant sur la paroi sens qu'elle touche la cathode la note est relié ici au terminal positif et rappelez-vous que le sens du courant va de l'année vers la cathode voilà pour la description physique que maintenant voici comment ce produit électriquement la détection des particules ionisantes une différence de potentiel de quelques centaines de votes mais dans courant d'à peine quelques millions père est établi entre l'anode et la paroisse cette tension doit être suffisamment élevés afin que toute radiation puissent interagir avec les atomes du gaz inerte lorsqu'une particules ionisées entre par la fenêtre de mika une décharge électrique se produit alors entre la paroisse et l'anode et provoque une impulsion électronique cette impulsion est alors prise en compte par le microprocesseur qui gère le système et qui peut établir un conteur et calculer une valeur selon l'unité de mesure adéquate maintenant je vais justement m'attarder sur l'électronique et de ce raid y as cannes pour vous expliquer le rôle des principaux composants le coeur du système est géré par ce classique microcontrôleurs 32 bits stm32 f 103 cadencé à 72 mégawatts est basée sur une architecture arm il dispose de 128 ko de mémoire flash pour le stockage de son logiciel de deux convertisseurs 12 bits analogique vers le numérique sur seize canaux d'un contrôleur bm à 7 canaux de sentheim eur29 interface de communication dont i do céu art s p dit cannes et usb 2 et j'en passe juste à ses côtés il y assez de quoi sauf qu'ils ne sont pas du tout utilisé pour son horloge interne mais plutôt pour ses deux convertisseurs analogiques vers numérique l'emplacement que j'ai cercle est ici à gauche et qui comporte d'yvias semble être un port de test des tags pour débugger les plus importants signaux mais j'avoue que j'ai pas pris le temps de le monitorer tout simplement parce que j'ai pas vraiment l'intention de hacker ce conteur la cathode youtube est relié ici sur ce via ce g - tandis que la note est ici sur ce vias gpus et si on suit la piste de cuivre qui nous amène à lui on va nécessairement aboutir à la circuiterie situé de l'autre côté de ce circuit imprimé et qui est en charge de produire entre autres la haute tension est aussi la conversion de courant continu continu et ce sont tous ces composants montés en surface que vous voyez ici on trouve beaucoup de passive comme ces résistances et condensateurs sur cette partie mais aussi ses deux grosses cotes de puissance inductance ainsi qu'un circuit intégré régulateurs de tension etc restons dans l'électronique de puissance l'ensemble de ses composantes surface ainsi que ceux transistors de puissance pnpg dictée 915 font partie de la circuiterie pour alimenter d'écrans lcd couleur qui se trouvent deux côté pour observer son connecteur il faut le décoller méticuleusement du circuit et on peut alors l'apercevoir en bout de sanaa flexible c'est un connecteur à 22 broche de l'autre côté de ces deux bornes se trouvent les piles rechargeables qui délivre une tension total de 2,4 volts et ses quelques semi conducteurs font partie du circuit de gestion des batteries et ce boîtier s au lycée de 14 broches est un hc 00 de la série sl 74 qui n'est autre qu'une quadruple portland à deux entrées et d'ailleurs en parlant de gestion des batteries voici le circuit intégré qui est justement en charge de ça il s'agit d'un acte et c'est 4062 chez linear technology et si j'en crois sont attachés il est très largement dimensionnés pour cette tâche et pour finir sur quelques autres composants notables on a là le buzzer et son petit circuit d'amplification ici voici de connecteur mini-usb vue de l'arrière pour la connexion aux chargeurs mais aussi à un pc puisque laura diaz kahn fait également du data login voici un gros plan sur les boutons poussoirs y en a 6 ans tous et cette minuscule cellules lithium-ion de 3 mm de diamètre permet aux microcontrôleurs de ne pas perdre les données stockées dans sa mémoire vive lorsqu'il n'y a plus d'énergie dans les batteries rechargeables et pendant mon analyse de l'électronique j'ai pu relever au moins six rails de tension différente en courant continu en inde u17 voile pour l'écran puis il ya trois rails pour le microcontrôleur avec 2,8 volts 1,2 volts et 5 volts puis 230 volts entre l'anode et la cathode du tube pancakes et enfin 2,4 volts sur le raid des batteries j'ai aussi cherché à voir sur mon oscilloscopes à quoi ressemblaient les impulsion électronique en utilisant ma semble différentiel et voilà ce que ça donne et on peut voir sur cette valeur que l'oscilloscope mesure une tension crête en crête qui dépassent parfois largement les 500 volts alors je ne sais pas si c'est radioschack qui produisent eux mêmes s'est tue mais en tout cas je n'en ai trouvé nulle part à l'achat avec cette référence là donc je suis rentré en contact avec eux pour leur demander s'ils accepteraient de m'en fournir 1 et à quel prix étant donné que le mieux était brisée et je leur ai montré photos à l'appui ça a pris quelques temps mais ils ont fini par accepter et maintenant envoyer un contre la somme de 70 euros plus frais de port voici donc que tu pancakes 9 que j'ai reçu et bien entendu le feuillet de mika est intacte donc je vais pouvoir le rpt connecter aux circuits imprimés puis effectuer quelques tests dans la foulée et tout de suite la réaction du compteur ne se fait pas attendre l'activité de cette source d'eau tunique progrès que l'ionisation des atomes de gaz inerte dans le tube ce qui se traduit par une valeur croissante mesurait en micro sievert par heure j'ai maintenant passer le compteur en mode gamma et on a immédiatement un affolement du système alors que j'ai positionné la source à 10 cm au dessus du tube au final peut en conclure que laura diaz kahn est bien remis sur pieds il ne reste plus qu à replacer l'électronique dans le boîtier et au passage vous pouvez constater que le rayonnement gamma se fout complètement de la présence du papier alu l'art en revanche c'est plus acceptable voilà qui conclut cet épisode de peut-être un petit peu différent des précédents mais qui je l'espère vous aura permis d'en apprendre un peu plus sur la radioactivité et sur les appareils qui permettent de la quantifier et de l'observer et n'hésitez pas à y aller de votre petit commentaire moi je vous dis à la prochaine fois prenez soin de vous ciao [Musique] où