Compteur Geiger – absorption des rayonnements α, β, γ et loi en inverse du carré

PhysiquePhysique quantique et nucléaire17–18 ans

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TP virtuel avec un tube Geiger–Müller : mesurez et soustrayez le bruit de fond, puis comptez des sources α, β et γ à travers du papier, de l'aluminium et du plomb d'épaisseur choisie et à différentes distances dans l'air. Les comptages sont aléatoires (loi de Poisson), avec une incertitude √N et un tableau de résultats. L'écran Inverse du carré trace 1/√C en fonction de d pour une source γ afin de trouver le décalage caché e de la source ; l'écran Champs montre α, β et γ traversant des champs électrique et magnétique.

Leçon : Rayonnements ionisants : pouvoir de pénétration de α, β et γ, compteur Geiger, bruit de fond et loi en inverse du carré pour le rayonnement γ

Ce qu’elle montre

Les rayonnements alpha, bêta et gamma diffèrent par leur pouvoir de pénétration. Les particules alpha sont arrêtées par une feuille de papier ou quelques centimètres d'air, les bêta par quelques millimètres d'aluminium, tandis que les rayons gamma sont seulement atténués par le plomb, de façon exponentielle avec l'épaisseur. Un tube Geiger–Müller détecte aussi le bruit de fond, qu'il faut mesurer puis soustraire. La désintégration est aléatoire : chaque comptage varie, et compter plus longtemps donne un N plus grand et une incertitude relative 1/√N plus faible. Pour les gamma, le taux corrigé décroît comme l'inverse du carré de la distance : 1/√C en fonction de d est une droite.

Mode d’emploi

Cliquez sur Compter le fond, choisissez une Source, un Absorbant et son Épaisseur, réglez la Distance d et la Durée de comptage, puis cliquez sur Lancer le comptage ; chaque résultat s'ajoute au tableau. La vitesse Instantané accélère la collecte. Dans l'onglet Inverse du carré, comptez la source γ à plusieurs distances et lisez e sur le graphique 1/√C en fonction de d. Dans l'onglet Champs, choisissez Magnétique ou Électrique et modifiez l'intensité du champ.

Paramètres modifiables

Écran Absorption, Inverse du carré (γ), Déviation dans des champs
Source radioactive α (type Am-241), β (type Sr-90), γ (type Co-60)
Absorbant Aucun, Papier, Aluminium, Plomb
Épaisseur de l'absorbant 0,1–50 mm
Distance source–tube d 1–60 cm
Durée de comptage 10 s, 30 s, 60 s, 100 s, 300 s
Type de champ (écran Champs) Champ magnétique, Champ électrique
Champ magnétique B 0–200 mT
Tension U entre les plaques 0–50 kV

Questions à explorer

Pourquoi faut-il mesurer et soustraire le bruit de fond avant de comparer les absorbants ?
Combien de millimètres d'aluminium arrêtent complètement les particules bêta, et comment le plomb atténue-t-il les rayons gamma ?
Pourquoi le graphique de 1/√C en fonction de d est-il une droite qui ne passe pas par l'origine ?

Idées pour la classe

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TP virtuel sur l'absorption des rayonnements : α, β et γTP virtuel sur l'absorption des rayonnements au compteur Geiger : retirez le bruit de fond, arrêtez α, β et γ par papier, aluminium et plomb, testez le 1/d².