Discuter:Scintillateur

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J'ai un peu allégé l'article qui paraissait être peu accessible et un copier/coller d'une autre source. N'étant pas compétent dans la matière, je colle ci-dessous l'ancien contenu afin que quelqu'un puisse organiser la suite. Plomb 27 avr 2005 à 21:00 (CEST)

[modifier] Scintillation

Supposons qu'un photon y d'énergie E pénètre dans un cristal de NaI(TI). Le photon peut y interagir, selon son énergie, soit par effet photoélectrique, soit par effet Compton, soit par matérialisation ou encore par une combinaison de ces divers mécanismes. S'il y a interaction entre le rayonnement et le cristal, il y aura formation d'au moins un électron qui aura suffisamment d'énergie cinétique pour ioniser et exciter les atomes du cristal. Le résultat ultime de cette absorption d'énergie est l'élévation de certains électrons des bandes de valence à la bande de conduction. Les électrons ainsi libérés peuvent acquérir suffisamment d'énergie pour devenir libres de se déplacer dans la bande de conduction. Dans d'autres cas, l'électron excité demeure lié à l'ion positif; le système ainsi formé s'appelle un excitons et les deux ions se déplacent ensembles dans le cristal. Dans les conditions normales, les électrons qui se retrouvent dans la bande de conduction du cristal de Nal n'ont pas tendance à retourner facilement à leur état fondamental, c'est-à-dire dans la bande de valence; ils sont «piégés» dans la bande de conduction. Toutefois, lorsque la structure cristalline possède des défauts, il se peut que l'électron puisse redescendre à un niveau d'énergie inférieur. Dans un cristal de Nal, ce sont les impuretés (atones de TI) qui causent un défaut de structure cristalline et permettent le retour des électrons dans la bande de valence. Le rôle du thallium dans le cristal de Nal(TI) est donc de favoriser le retour des électrons à la bande de valence avec émission de lumière, donc de favoriser la luminescence, d'où le nom d'activateur qu'on lui donne parfois.

Au niveau microscopique, le retour au niveau fondamental d'un électron de la bande de conduction s'effectue en deux temps: dans un premier temps l'électron descend à un niveau d'énergie de transition situé dans la bande interdite; dans un second temps, l'électron passe du niveau de transition à la bande de valence. La première transition peut s'accompagner de l'émission de lumière: c'est la luminescence (c'est ce qui est désirable). Il arrive parfois que la transition soit non radiative «<quenching»), c'est là un phénomène indésirable. Finalement, il est possible que l'électron soit «piégé» dans la bande interdite; il ne pourra redescendre dans la bande de valence que si on lui fournit de l'énergie, en chauffant le cristal par exemple: c'est ce phénomène qui est utilisé en dosimétrie par thermoluminescence. Ce n'est pas toute l'énergie de l'électron qui est émise sous forme de lumière lors de la luminescence: suite à l'émission de lumière, l'électron passe du niveau de transition de la bande de valence en émettant son énergie restante sous forme de chaleur.

Au niveau macroscopique, l'absorption de l'énergie d'un rayonnement dans un scintillateur se traduit donc par la production d'une impulsion lumineuse appelée scintillation. L'intensité de cette impulsion lumineuse est directement proportionnelle à l'énergie déposée dans le cristal. Cela s'explique facilement si on considère que la quantité d'ions produits dans le cristal est, elle aussi, directement proportionnelle à l'énergie déposée.