Compteur Geiger sur Leboncoin : Review, Recherches et Risque Radiologique

Youpi, c'est Samedi !

Alors pour agrémenter vos longues nuits d'hiver, voici un petit retex à propos du matériel "Vintage" que l'on peut dégotter sur Leboncoin.

J'ai en effet trouvé que l'analyse et le cheminement suivi pour la remise en état d'un vieux compteur Geiger-Müller impliquaient en fait une quantité incroyable de notions en physique nucléaire et radioprotection, ce qui complète de manière très pratique mes reviews du topic : Quelques livres sur la radioprotection

Un particulier proposait un Compteur Geiger "Lucky Strike" modèle 106C, de chez Precision Radiation Instrument (PRI), une entreprise US des années 50. Vendu non testé, "en l'état sans rien de plus", dans sa sacoche de cuir :




Je n'ai pas résisté à l'acquisition de ce petit "Compteur Geiger", car il est entièrement à tubes, des années 50, négocié à 30 euros. Au pire, il figurera dans mon "musée" de la syllogomanie.

L'âge d'or des prospecteurs


Il fait partie de la grande vague des prospecteurs d'uranium post seconde-guerre mondiale, où le gouvernement US proposait de bonnes récompenses pour la détection des filons, à grand renfort de pub alléchante au vu du cours du dollar :



Voici pour les intéressés, le manuel de référence des prospecteurs en herbe : Prospecting with a counter de Robert J. Wright


Il reprend quelques bases de radioactivité, mais présente les notions sous un aspect pratique, "de terrain".



Le tout découpé en chapitres qui apporteront une composante historique à l'âge d'or des tubes thermoïoniques...


On retrouvera en fin d'ouvrage des références vers lesquelles se tourner pour les achats d'époque et -le monde est petit- mention de PRI, ayant fabriqué le Compteur Geiger de cet article mais aussi de TracerLab, le fabricant des sources radioactives évoquées dans l'article Exercice de physique nucléaire pour brûler vos neurones : quel pourrait être ce radioélément ?


Enfin, d'un point de vue historique, le livre Uranium : Un espoir, une menace, un problème" de Erwin Erasmus Koch consacre plusieurs chapitres à l'âge d'or des prospecteurs, le tout parsemé des récits des aventuriers.

COMPTEURS GEIGER ET COURSE AU TRÉSOR

En 1948, au moment où commença aux U. S. A. une ruée vers l'uranium, Moab, la capitale de l'Etat mormon de l'Utah, n'était qu'une agglomération perdue, isolée du monde, peuplée de pieux sectataires. A la suite du recensement des gisements de minerais radioactifs, effectué avant la Première Guerre mondiale, le Bureau of Mines, de Denver, avait poursuivi l'exploration géologique des impénétrables massifs rocheux du Colorado et de l'Utah.

Les sondages avaient décelé la présence probable de nouveaux filons de pechblende dans cette région. Le gouvernement fédéral américain encouragea la prospection sur une grande échelle en la rendant libre pour chacun. Bien vite, les rues de Moab, si calmes jusqu'alors, connurent une activité inaccoutumée, un trafic incessant ; personne ne s'étonna de voir des silhouettes d'aventuriers, riant ou jurant, se mêler à la population. Les chercheurs d'uranium s'établirent en dehors de la ville, là où s'étendaient jusqu'à ce jour des pacages, dans des tentes, des roulottes ou des baraquements provisoires ; plus loin, commençaient leurs daims délimités par de grossiers piquets et s'enfonçant au loin dans les montagnes.

Au cours de ce "boom" qui dura plusieurs années, il se produisit un grand afflux de population de tous âges. On put voir toutes sortes de véhicules, des jeeps et des vieux tacots démantibulés, des caravanes les plus modernes et des voitures du dernier cri. Le point culminant de cette ruée vers l'uranium fut atteint en 1954.

Nombreux furent ceux auxquels la chance sourit ; quittant Moab, ils gagnèrent la montagne, eurent à lutter à travers la neige et les crevasses et revinrent avec des sacs lourdement chargés de prélèvements de minéraux uranifères, après avoir soigneusement délimité leurs daims et en avoir dressé un relevé.

D'autres, par contre, ne trouvèrent rien, si ce n'est quelques morceaux de carnotite, des filons ne méritant pas d'être exploités et ils disparurent aussi rapidement qu'ils étaient venus ; de nouveaux venus, cherchant fortune, pleins d'espoir et de confiance, les remplaçaient au fur et à mesure.

Après 1954, cette poussée de fièvre tomba peu à peu. Les irréductibles demeurèrent néanmoins à Moab et, parmi eux, Vernon Pick, le propriétaire envié de daims dont il estimait lui-même la valeur à 3 millions de dollars. Il prospectait sans relâche, prisonnier de sa tâche.
[...]

Chacun connaissait son histoire et savait qu'il faisait partie, comme Charles Steen, des grands bénéficiaires du boom de 1948. II avait découvert de la carnotite de haute teneur, une des variétés secondaires de la pechblende tant recherchée, en filons importants dans des couches primaires du Colorado et de l'Utah. Steen avait même trouvé au voisinage de Great indian Riverside de la carnotite contenant 55 pour cent d'oxyde d'urane, ainsi que des gisements de tujamunite, jaune canari, et de roscœlithe de moindre intérêt.

Lorsque Pick et Steen commencèrent leurs prospections, ils disposaient déjà, comme tous les chercheurs de l'époque, de détecteurs, de compteurs Geiger et de compteurs à scintillations. Ces appareils décelaient l'uranium avec une sûreté absolue, même si les formations géologiques ne livraient aux prospecteurs avertis aucun signe indiquant la présence du minéral. Le minerai pouvait se trouver enfoui profondément dans les couches inférieures du sol ; parfois, il affleurait sur une certaine distance, il se présentait sous forme de cristallisations, dans des dépôts d'or pur, dans des veines de cuivre, d'argent et de plomb de la croûte terrestre.

Chacun apportait ses échantillons aux centres collecteurs de l'Atomic Energy Commission. On les achetait, même si leur teneur n'était que de 2 pour cent. De la carnotite d'une teneur de 5 ou même 10 pour cent n'était pas considérée comme une mauvaise affaire, mais le gisement de Pick, avec ses 45 pour cent d'uranium, était une des très rares découvertes aussi favorisées. On traite en effet des minerais qui ne contiennent pas plus de 0,10 pour cent d'uranium.

[...]

Après Steen, ce fut Vernon Pick qui raconta ses aventures. Il avait quitté Moab en 1951 et avait disparu dans la région sauvage de Four Corners. Son but était Iron Swells, un désert rocheux perdu. Ce n'est qu'au bout de trois mois qu'il réapparut, amaigrit, vacillant, rendu à moitié fou parla soif qui le torturait, mais avec les sacs et les sacoches pleins d'échantillons de roches. On le considérait depuis longtemps comme perdu, disparu dans une des cavernes ou dévoré par un lion.

[...]
Son état paraissait grave. Un des hommes se rendit à Moab, fit prévenir sa femme et alla chercher un employé de la Commission atomique.

Vernon Pick, comme il commençait à revenir à lui, donna connaissance à ce dernier de la situation de son extraordinaire découverte qui se trouvait à quelque 100 milles de là, dans une région qu'il revendiquait et qu'il voulait nommer le «Delta ». Si l'on approchait un compteur Geiger des échantillons de roches rapportés, on entendait un cliquetis ininterrompu ; indubitablement, il s'agissait là d'une découverte de pechblende très riche en uranium. Des vérifications géologiques ultérieures confirmèrent que Pick avait trouvé un des plus riches gisements du Colorado, dans les Four Corners.

Vernon Pick se débattait entre la vie et la mort. Il se trouvait allongé là, lui qui, peu de temps auparavant, n'était encore qu'un prospecteur, ne possédait rien d'autre qu'une jeep et une tente rapiécée, un homme qui n'avait pas encore payé son scintillateur et il était soudain devenu riche et envié. Sa découverte lui rapporta par la suite un million et demi de dollars.

La joie de ce succès lui permit de surmonter la crise. Il était un des nombreux chercheurs qui avaient sacrifié force et santé au grand but poursuivi et il était un de ceux qui avaient le mieux réussi.

"J'étais sur la rive de la Muddy River, racontait-il, à 50 milles de l'endroit où j'avais dû laisser ma jeep. Si je voulais encore trouver de l'uranium, ce devait être sur ce fleuve. Sur les cartes de l'Institut de géologie, ce secteur était cerné de rouge. J'avais perdu tout courage, car depuis des mois j'avais sillonné cette sauvage région rocheuse, où le soleil pompe l'homme le plus solide, où les cobras foisonnent et où de dangereux scorpions se glissent dans les sacs de couchage.

Que vous dire d'autre ! J'avais mis un jour de marche pour atteindre le fleuve, mon scintillateur sur le dos. L'eau était d'un brun rougeâtre, répugnante comme du sang. Ma gourde était vide. Je remplis donc une gamelle de cette bouillie et j'y versai du lait en poudre. La saleté contenue dans l'eau se déposa avec la poudre au fond du récipient. C'est vous dire si j'étais prudent. Je vidai l'eau dans un faitout, je fis du feu et la fis bouillir. Puis j'en bus. La nuit, je dormis profondément. Le lendemain matin, malgré un violent mal de tête, j'explorai tous les recoins de la falaise. Rien, pas le moindre uranium. Vers midi, je sentis monter la fièvre, ma vue fut soudain défaillante et je réalisai que j'étais presque aveugle au milieu de la région sauvage de San Rafael Swell. Je criai de désespoir. Autour de moi, tout était devenu flou. La fièvre montait. Je déposai n'importe où mon scintillateur. J'espérais que ma vue allait se rétablir et, effectivement, au bout d'un instant, j'y vis mieux. Je distinguais à nouveau la silhouette des rochers. Un peu plus tard, je m'inquiétai de mon scintillateur. Était-ce mon cerveau qui voulait me jouer un mauvais tour ? L'aiguille tremblait sans cesse. Je pris l'écouteur : un grésillement rapide et continu se faisait entendre. Aussi loin que je pus aller, j'inspectai la paroi rocheuse. Sur une distance de plusieurs milles, je rencontrai des pierres radioactives. J'ai délimité les daims. Rassemblant mes forces, je regagnai ma jeep en me traînant."

[...]

Malgré tout l'appui qui fut accordé aux prospecteurs, toutes les chaînes de montagnes du Colorado et de l'Utah furent loin de pouvoir être entièrement explorées. Toute cette région est une « terre à uranium » ; elle couvre une superficie de 285 000 kilomètres carrés.

[...]

D'innombrables sociétés profitent de l'avantage des primes ou de l'attrait des prix élevés payés par l'état pour chaque livre de minerai de carnotite extraite, à condition toutefois que la teneur de celui-ci ne soit pas inférieure à 0,10 pour cent.

Jusqu'à la date du 31 mars 1958, il a été garanti à chaque prospecteur et à chaque entreprise minière 1,50 dollar par livre de minerai à 0,10 pour cent et, suivant un barème bien établi, jusqu'à 3,50 dollars et plus pour du minerai à 0,20 pour cent d'uranium. Cela explique que de nombreux petits prospecteurs aient pu créer des sociétés d'exploitation.

[...]

LA FIÈVRE DE L'URANIUM GAGNE VERS LE SUD

Partie du Nord du continent américain, la recherche des gisements d'uranium se poursuivit en direction du Sud.
[...]
Pedro Lomez avait découvert de l'uraninite de la meilleure qualité. La sensation fut de taille.
Il s'en suivit un « run » de prospecteurs qui ne le cédait en rien à la fièvre de l'uranium qui secoua les Etats-Unis. Des colonnes de chercheurs venus de tous les horizons achetèrent tous les compteurs Geiger disponibles et s'engagèrent le long de la chaîne des monts Chihuahua. Près de Durango, certains d'entre eux trouvèrent une nouvelle fois de l'uranium. D'autres se dirigèrent vers l'est et la chance leur sourit sur le littoral du golfe du Mexique, près de Tampico. L'exploration des régions montagneuses se poursuivit dès lors activement. D'autres mines d'uranium s'ajoutèrent aux premières.


LE CANADA, RECORDMAN DU MONDE DE L'URANIUM

[...]

Les prospecteurs actuels ne sont plus des aventuriers solitaires, livrés à eux-mêmes. Ils sont généreusement soutenus par le gouvernement fédéral canadien, sans que leur liberté d'action s'en trouve réduite le moins du monde. Toutefois, une législation réglemente leur activité. Dans le Nord-Ouest du Canada, toute personne âgée d'au moins dix-huit ans, peut acheter pour 5 dollars une autorisation de prospection.

Elle peut délimiter des « daims » où elle veut, à condition de ne pas aller à l'encontre de droits préétablis. Chaque licence de prospection n'autorise que la seule possession de 6 daims. Mais il est permis d'acheter deux licences supplémentaires. Ainsi donc, la superficie maximum à laquelle ait droit annuellement un prospecteur, est de 18 daims. La grandeur des daims ne peut excéder 1500 pieds en longueur comme en largeur. Leurs limites doivent être orientées suivant les quatre points cardinaux ; chaque daim doit être nettement délimité par quatre piquets portant obligatoirement le nom du prospecteur.
De par une loi fédérale, l'Eldorado Mining and Refining Company jouit du monopole de l'achat de minerais uranifères et de concentrés d'uranium, à un prix de base valable jusqu'en 1962.

Concernant le compteur 106C, il est donc relativement sensible, permettant de mesurer des débits à peine supérieurs au bruit de fond, car l'échelle descend à 0.01mR/h sur le calibre 0.2mR/h.



Ce qui grosso modo correspond à 0.1µSv/h en gamma, et donc assez grossièrement un bruit de fond assez "habituel" en France.

Comme raconté dans les ouvrages précités, les différentes échelles ne servent pas qu'à mesurer le débit de dose ambiant, mais aussi à se faire une idée des filons radioactifs que l'on parcourt. En effet, les premiers appareils à cliquetis étaient pénibles à l'usage car il faut estimer à l'oreille, alors que la sortie sonore est un phénomène aléatoire avec ses marges d'erreur.

L'apparition des modèles à galvanomètre a permis d'inclure un "intégrateur", qui réalise une moyenne visuelle des impulsions pour déterminer l'activité d'un échantillon.

Très grossièrement, on réalise cette opération avec un condensateur et une résistance, ce qui forme un circuit RC avec sa propre constante de temps.
Une petite constante réagit très vite -quasi en temps réel- mais s'approche du régime impulsionnel. On est dans les petits débits (entre 0 et 0.2mR/h) tandis qu'une grande constante de temps (on augmente R ou C) permet de mieux "moyenner" les impulsions, donc s'établit sur une plus longue durée (on est sur le calibre 20mR/h).

Même si tous les compteurs de cette gamme fournissent une sortie jack pour écouteurs, le prospecteur peut donc passer d'un calibre à l'autre, de sorte qu'il détectera des sursauts d'activité lors de ses pérégrinations, mais aussi réalisera une moyenne sur une plus longue durée pour avoir une idée de la teneur en uranium du minerai analysé.


La circuiterie :

L'appareil date des années 50, semble 100% fabriqué aux USA. Je m'attendais à un minimum de dégâts, comme les radios à lampes : composants grillés, lampes claquées, brisées, fils dessoudés, etc.
Mais belle découverte à l'acquisition : le compteur n'a quasiment jamais été utilisé, il est en parfait état, aucun grain de poussière ni de défaut apparent.



- La carte est en fibre moulée; sans doute de la bakélite, mais en version solidifiée. C'est un montage typique type "en l'air" avec quelques points de jonction. Cela rappelle la plaquette à cosses, très pratique pour le bidouilleur :

http://www.pascalchour.fr/ressources/eurelec/cours/pratique_trans/pratique_transistor.htm

Mais assez rare maintenant. Finalement, mon proto Geiger n'en est pas loin avec sa plaque pastillée



- Bien que d'apparence neuve, il faut toujours se méfier d'un condensateur électrochimique. Fort heureusement, l'unique ici présent il semble lié l'intégrateur du galvanomètre (pour stabiliser l'aiguille à chaque impulsion).


On écarte donc le danger des condensateurs HT qui explosent à la première mise sous tension.

- Les condensateurs céramique ne semblent pas fendus ou endommagés, mais seront contrôlés.



- Les lampes Sylvania ne montrent aucun signe de vieillissement, voire d'utilisation...



- Les connecteurs de piles sont intacts. C'est souvent un bon indice d'utilisation. Toute trace de corrosion signe un stockage chargé et prolongé.




- on a l'impression que les circuits sont recouverts d'un verni : l'ensemble est tout simplement tropicalisé, afin de beaucoup moins subir les aléas climatiques (poussière, humidité, etc.). Sans cette protection, il y a un gros risque de comportement erratique avec l'humidité, qui crée des courants de fuite dans une haute tension avec grande impédance.

Curiosité : certaines résistances sont shuntées. On peut se demander pourquoi. A priori, il s'agit sûrement d'une fabrication en série avec contrôle en aval.



Si l'on avait un terme comme en numismatique, je parlerais de "fleur de coin"

Documentation

Il n'y a cependant aucune notice disponible sur le net pour ce modèle. J'ai tenté de trouver un vendeur, mais sans résultat.
Si on compare avec la version 106B  il y a pas mal de différences :


La carte n'est pas la même tandis que les composants ont des valeurs et connexions différentes, avec les mêmes lampes. Et principale différence : le 106C est pourvu d'un potentiomètre de recalibrage....Il y a donc eu plusieurs amélioration.

Via quelques recherches, j'ai remarqué sur un blog qu'il était exposé en vitrine au National Museum of Nuclear Science and History à Albuquerque dans l'Etat du Nouveau Mexique :


http://www.foobert.com/blog/

Sans trop d'espoir, j'ai demandé par mail aux conservateurs s'ils pouvaient me prendre une photo du schéma se trouvant en dernière page du livret exposé en vitrine.
Contre toute attente, j'ai eu une réponse en moins de 24h, avec schéma en pièce jointe !

Le voici ici pour la première fois sur le net, avec mes plus chaleureux remerciements.

(comme avec toutes les photos : clic droit > afficher l'image pour les voir en taille réelle)

On remarquera, outre la multitude de différences, que la note 3 précise bien que l'on peut shunter des résistances pour ajuster la haute tension, confirmant notre hypothèse initiale.

On a également LA réponse au différend qui agite les passionnés : il s'agit bien ici d'un tube Geiger-Müller 1B85, et non du 6306, comme souvent lu :

https://groups.yahoo.com/neo/groups/CDV700club/conversations/topics/23349

The 106C I think uses a 6306 Bismuth GM tube, very sensitive, equal to any all metal tube made today. It is only gamma sensitive, more so than the 1B85 by about 2.5X , as the bismuth cathode gives it better response to low gamma energies. Both the 6306 and the 1B85, the other popular tube of the day, use aluminum for the housing.

Le 1B85 et le 6306 étant tous deux fabriqués par Victoreen :

https://www.orau.org/ptp/collection/GMs/victoreen6306.htm

https://www.orau.org/ptp/collection/GMs/victoreen1b85thyrode.htm

Le 6306 est plus sensible aux gammas, mais quasiment incapable de détecter les bêta. Tandis, que le 1B85 est un tube mixte pour gamma, mais aussi bêta et pouvant descendre à des énergies d'à peine 160keV, selon le constructeur !




Cette sensibilité au rayonnement bêta explique les deux fentes présentes sur la coque en aluminium aux endroits du tube :



Ainsi que sur la carcasse de maintien autour du tube :



On remarque plusieurs choses :

- le tube a besoin d'une tension assez élevée pour un tube Geiger : 900V. C'est encore "commun", mais reste deux à trois fois plus élevée que les tubes modernes type SBM20 ou 18504 (ZP1400), que j'ai déjà présentés sur le forum.

- le tube a une relativement "faible" durée de vie, limitée à environ 100 millions de coups; d'où l'intérêt de ne pas les faire entrer en saturation trop longtemps. C'est dû aux gaz d'extinction -organiques- qui ont une plus faible longévité que ceux des tubes modernes. A titre de comparaison, le ZP1400 atteint au minimum 50 milliards de coups.

- Les 1B85 étaient parmi les premiers tubes grand publics. La première génération avait tendance, par dépression à l'intérieur et la finesse de sa paroi, à s'écraser tout seul au moindre choc :

Il existe de nombreuses "histoires" de prospecteurs qui parlent de tubes détruits lorsqu'ils claquaient un peu trop fort la porte de leur véhicules, avec le compteur dedans.
Mais courant 1953, Victoreen a sorti une version améliorée ne présentant plus ce défaut. Le 106C étant sorti en 1955, il est sans doute pourvu de cette version.


Radioprotection :

Grosse surprise : lorsque j'approche un autre compteur Geiger, il détecte une hausse d'activité à proximité du 106C. Y a-t-il contamination par un radioélément ?

Deux gants, une blouse et un masque plus tard :

- Je détecte alors une pastille de calibration, qui a échappé à l'attention de l'ancien propriétaire, puisque j'avais demandé oralement s'il y avait autre chose, comme les écouteurs ou les sources radioactives ...toujours à cause du potentiomètre de calibrage en façade de l'appareil.



- la pastille contient une source, vraisemblablement scellée. Cela ne l'empêche pas d'être à présent emballée sous plusieurs sachets zip pour éviter l'écaillement, tout en la manipulant avec plus de distance.

Tout comme les sources de Tracerlab, je m'attendais à des bêta ou gamma quelques centaines de keV, rapidement atténués par la capsule, et le clips métallique au verso.
Mais via différents tests, je remarque que le débit est quasi-identique recto-verso, et qu'il s'agit de rayons capables de traverser plusieurs couches d'alu.
On est sûrement en présence de gamma d'énergie supérieure à 400keV.



Trame de la vidéo :

Phase Initiale:
Bruit de fond : 13 coups sur 13 secondes : 1CPS ou 60 CPM. D'une part le bdf est sûrement influencé par l'échantillon non loin. Mais cette mesure sur 13s n'est pas représentative selon mon précédent topo ici : Application Geiger Bot, compteur Geiger, mesure de sources, de bruit de fond et autres stats.

Phase 1 : Source avec 3 plaques de blindage en alu. 61 coups sur 35 secondes, soit 104 CPM

Phase 2 : 2 plaques. 75 coups sur 29s, soit 155 CPM

Phase 3 : une plaque : 119 coups sur 30s soit 238 CPM.

Phase 4 : saturation

Fin : comparaison de l'activité à proximité immédiate et en s'éloignant petit à petit. On comprend intuitivement la règle de l'inverse du carré de la distance (doubler la distance divise par quatre le débit)...mais aussi son corollaire de dangerosité : saisir une source avec les doigts, ou la placer dans une poche au contact de la peau expose à un débit très important.

En creusant un peu la documentation disponible sur le net, je trouve la confirmation : la pastille contient du radium !
Les CG de cette catégorie étaient tous livrés avec des disques de calibrage; exemple pour le modèle 107C (version similaire, avec une sonde externe) :

PRI Model 107C “Professional” Geiger Counter weighed about 6 lbs. The unit was advertised as “the first Geiger counter with a percent meter and enables you to estimate ore value right in the field”. It has four ranges from 0.02, 0.2, 2, and 20 mR/h. Radioactivity is indicated by a meter, a neon light and through and earphone. The unit detects beta and gamma radiation. The unit has a chrome finish. A thin walled, gas filled Geiger tube with dimensions 3/4" diameter and 4" long, is mounted in a waterproof probe. The probe has an internal GM tube and beta shield and attached by a three-foot cable. The shield is opened by turning a knurled head screw on the probe. Opening the shield allows the detection of both beta and gamma. Sensitivity range is the same as Model 106. The Model 107C sold for $149.50 in 1955. The counter comes with the original box, leather case and straps, original headphone, extra wand, and instruction manual. It used one 67.5 volt B battery, one 45 volt B battery and two flashlight D 1.5 volt batteries. The unit came with a calibrated radium disc mounted in a clip on the end of the case.

http://national-radiation-instrument-catalog.com/new_page_9.htm

Il est assez hallucinant de constater qu'au fond de mon Alsace, j'arrive à trouver en brocante des sources de Plomb 210 (cf l'article ici) et sur Leboncoin des sources de radium de bonne activité...sans qu'à aucun moment les précédents propriétaires n'en aient eu la moindre idée, ni de leur potentielle dangerosité.

Pire, cette pastille a la forme d'un bonbon, ne porte aucune indication et sachant que la radioactivité est indétectable par nos cinq sens, il n'est pas impossible que cela atterrisse entre les mains d'enfants ou d'adultes amusés par leur aspect.

Si on regarde de plus près, le clips se trouve assez proche derrière le tube GM. Je suis sûr que des prospecteurs ont ôté la source pour éviter cet excès de bruit de fond lors des mesures de terrain. Je me demande combien de pastilles au radium ont été perdues dans la "nature" avec ce genre d'instrument.

Au vu de la demi-vie du radium (1600 ans), j'envisage d'envoyer cette source à l'Andra pour plus de sécurité car elle survivra à encore plusieurs centaines de générations....

Par échange de bons procédés, j'ai alerté le musée d’Albuquerque, vu que sur la photo de la vitrine on semblait distinguer la source radioactive. Ils ont immédiatement pris en charge la source pour la mettre sous scellé; on passe vite à côté de ces petits objets de quelques kBq.

Petit cours de physique nucléaire...

...du professeur maboul

Le radium 226 est principalement un émetteur alpha de forte énergie (environ 4,7MeV), mais aussi une source gamma assez faibles (186keV), si bien que la plupart le considèrent comme indétectable avec les tubes geigers non fenêtrés, c'est à dire sensible uniquement aux rayons gamma. Comment expliquer l'activité détectée avec notre tube SBM-20 ?

La réponse à cette question me permet enfin d'introduire la notion de famille radioactive, assez peu évoquée dans la presse grand public quand on parle nuke.

Par exemple, le Radium 226 appartient à la famille 4n+2. C'est à dire aux noyaux dont le nombre de nucléons est un multiple de quatre auquel on ajoute deux.
226 = 56*4 + 2

Le radionucléide initial de cette famille est l'Uranium 238 avec 238 = 59 * 4 + 2.

Ici, le noyau instable (par excès de protons et de neutrons, les nucléons) va perdre des masses pour gagner en stabilité . Cela se fait par émission alpha, qui est une particule contenant 2 protons et 2 neutrons, donc quatre nucléons.
Pour rappel, c'est le nombre de protons dans le noyau qui définit un élément chimique (car cela définit le nombre d'électrons, et donc les propriétés chimiques).

L'élément "fils" suivant est aussi radioactif, et va aussi se désintégrer en un autre élément radioactif.
On a ainsi une chaîne de 15 noyaux qui se suivent par désintégration, dont 14 sont radioactifs et qui se termine par le Plomb 206, stable.

Uranium 238 -> Thorium 234 -> Protactinium 234 -> Uranium 234 -> Thorium 230 -> Radium 226 -> Radon 222 -> Polonium 218 -> Plomb 214 -> Bismuth 214 -> Polonium 214 -> Plomb 210 -> Bismuth 210 -> Polonium 210 -> Plomb 206

On a ici une famille, ou encore, une chaîne de désintégration.

Le nombre de nucléons va donc que quatre en quatre depuis U238 dont tous les éléments peuvent s'exprimer comme un multiple de 4  + 2.
On a ainsi 59 * 4  + 2, puis 58 * 4 + 2 puis 57 * 4 + 2 et ainsi de suite.

Mais chaque transformation n'est pas une émission alpha; dans certains cas il s'agit d'une émission bêta.

En effet, différents noyaux successifs perdent des masses, mais présentent au fur et à mesure un excès de neutrons.
L'Uranium a 92 protons et 146 neutrons, ce qui fait un ratio de 1.58. Quand il se transforme en Thorium 234 par désintégration alpha, ce dernier présente 90 protons et 144 neutrons, soit un ratio de 1.6. Il y a encore plus de neutrons en proportion.

Afin de s'approcher un peu plus de la stabilité, un neutron du noyau va se transformer en proton et éjecter, entre autre, un "électron"; c'est la désintégration bêta-. Cette transformation conserve le nombre de nucléons (proton +1 et neutron -1), expliquant que l'on passe d'un radionucléide à un autre avec le même nombre de masses.

Exemple : Plomb 210 (82p + 128n) -> Bismuth 210 (83p + 127n) -> Polonium 210 (84p + 126n)

Cela réalise l'étonnante propriété de remonter d'un numéro atomique, en passant par exemple du Thorium 234 (90 protons) au Protactinium 234 (91 protons) qui lui même redevient de l'Uranium (92 protons) par désintégration bêta-. Mais de l'Uranium 234, un autre isotope de l’Uranium.

Accessoirement, selon chaque radio-isotope, il peut y avoir émission gamma si après désintégration le noyau fils est dans un état excité.

C'est une manière que l'on a trouvée pour créer des éléments super-lourds au dessus de l'uranium (les transuraniens) en bombardant des atomes d'uranium avec des neutrons. On va former des atomes de plus en plus instables par excès de neutrons, avec l'espoir que certains d'entre eux se transforment par désintégration bêta-, donc devenant d'autres éléments chimiques au dessus de l'Uranium. C'est pourquoi les réacteurs à Uranium 238 produisent assez facilement du Plutonium 239, par capture d'un neutron, suivi de deux désintégrations bêta-.

C'est également un effet de bord de tous les réacteurs nucléaires : dès qu'il y a un champ de neutrons, il y a un risque qu'ils soient absorbés par les constituants des réacteurs (blindages, conduites, etc...), réalisant une transmutation et donc pouvant créer des éléments radioactifs....même pour les technologies à fusion.

Dont, pour résumer la famille 4n+2 :



La boutade ci-dessus explique pourquoi on peut détecter de l'Uranium 238 même si ce dernier n'émet quasiment pas de rayons gamma.
En effet, la chaîne de désintégration fait qu'en présence d'un échantillon naturel (hors purification) contenant de l'Uranium 238, nous sommes en réalité en présence de tous les éléments de la famille en même temps, qui ont atteint l'équilibre depuis les temps géologiques.
Cela signifie qu'un détecteur de radioactivité ne comptera pas uniquement les rayonnements émis par l'Uranium 238, mais aussi ceux de toute la famille, ainsi que les autres familles (4n+3 de l'uranium 235 notamment).

Équilibre de régime
Concernant le Radium 226, c'est un noyau de la famille 4n+2. Une fois purifié, il ne contient plus de noyau parents (Uranium, Thorium, etc.), ni descendants, mais il commence à produire ces deniers au fur et à mesure, selon sa propre demi-vie, de 1602 ans.

Comme tous les descendants ont une demi-vie beaucoup plus petite que celle du Radium 226 (environ 50 fois au mieux pour le Plomb 210), on arrive à démontrer que l'activité en Becquerels de chaque noyau fils finit assez vite par être identique à celle du noyau père.

Si bien qu'une source de Radium de 1000Bq va également produire au bout d'un certain temps 1000Bq de son premier descendant, le Radon 222, qui va produire assez rapidement du Polonium 218 avec une activité de 1000Bq.

Intuitivement, on le comprend en imaginant que le Radium 226 produit chaque seconde 1000 noyaux de Radon 222. Ce dernier a une demi vie assez courte (environ 4 jours), et va un peu s'accumuler quelques jours tout en se transformant en Po218 avec une activité assez proche des 1000Bq.

La formule liant l'Activité Père/Fils se réduit assez facilement à :

On arrive à monter qu'au bout d'une demi-vie du fils, on a l'Activité du fils qui vaut 50% de l'Activité du père.
De 2 demis-vies, l'Activité du fils = 75% de l'Activité du père.
De 3 demi vies, l'Activité du fils = 87.5% de l'Activité du père.
De 4 demi vies, l'Activité du fils = 94% de l'Activité du père.
De 5 demi vies, l'Activité du fils = 97% de l'Activité du père.
De 7 demi vies, l'Activité du fils = 99% de l'Activité du père.


Dans le cas du Radon 222, on atteint donc l'équilibre au bout d'un mois.


Pour le Polonium 218, le Plomb 214, le Bismuth 214 et le Polonium 214, la demi-vie se chiffre en quelques dizaines minutes, donc l'équilibre est atteint en quelques heures pour l'ensemble.

Si on considère que l'échantillon a été Fabriqué en 1955 pour fournir une source d'étalonnage du compteur Geiger, et qu'il était composé de Radium 226 pur, alors l'élément qui n'est pas encore à l'équilibre est le Plomb 210, avec une demi-vie de 22.2 ans.

Selon ce qui précède, on peut en déduire qu'en 2017, pour 1000 Bq de Radium 226, nous avons :

- 1000 Bq de Radon 222, principalement avec rayonnement alpha et quelques gamma (dont 186keV)
- 1000 Bq de Polonium 218, principalement avec rayonnement alpha
- 1000 Bq de Plomb 214, sous forme de rayonnement bêta- et quelques gamma (351 et 781 keV)
- 1000 Bq de Bismuth 214, sous forme de rayonnement bêta- et quelques gamma de haute énergie (pics à 2447 keV et 2204 keV).
- 1000 Bq Polonium 214, quasi-uniquement par rayonnement alpha
- 750 Bq de Plomb 210 (il y a 62 ans, soit environ 3 demi-vies)
- 750 Bq de Bismuth 210, par rayonnement alpha et bêta-
- 750 Bq Polonium 210, quasi-uniquement par rayonnement alpha

Les trois derniers radionucléides étant portés à voir leur activité augmenter jusqu'à l'équilibre d'ici un petit siècle. Donc l'échantillon risque d'augmenter en activité globale, vu que la demi-vie du radium 226 est beaucoup plus grande; cela va à l'encontre des fondements appris en physique nuke, dont bon nombre de tutos oublient les familles !

Sans compter les émissions doublon, alpha/bêta, suivies de désexcitation gamma, on remarque que notre petite source de radium produit en réalité une quantité monstrueuse radionucléides (8), et une pelletée de rayonnements hétérogènes, pour une activité de plus de 8000Bq.
Ceci à ajuster en proportion, car une source de Radium de 10000Bq aura une activité à l'équilibre de plus de 80000Bq !
Pour ceux qui souhaiteraient savoir qui émet quoi avec quelle énergie, le petit site :
http://nucleardata.nuclear.lu.se/toi/ condense à peut près toutes ces informations, et permet de faire des recherches par nucléon, par demi-vie et par énergie.. un must

Sur ma prise vidéo, on peut considérer que je ne détecte pas les alphas, par limitation du tube, mais aussi scellement de la source, qui est en plus enfermée dans un zip...

Cette démonstration explique aussi pourquoi la détection de forts taux de radon dans une habitation est un signe d'alerte.
En effet, le gaz en lui même est plutôt faiblement radiotoxique. Étant un gaz noble (comme le néon, l'argon, le xénon, etc.), il est inerte et n'interagit pas avec les molécules environnantes, et ressort exhalé des poumons comme il y est entré.
Cependant, les descendants qui suivent sont des métaux lourds (polonium, bismuth, plomb) qui se combinent rapidement à l'humidité et se fixent sur l'arbre respiratoire pour émettre plusieurs rayons alpha de forte énergie (plusieurs MeV) directement au contact des muqueuses...et représentant le vrai danger.

Avec ce que l'on vient d'étudier, et en remarquant que les premiers descendants ont une demi-vie de quelques minutes, on en déduit qu'ils sont produits en permanence par le radon, et quasi-instantanément.
Donc détecter des Bq de Radon 222 sous-entend en réalité la présence de bien d'autres émetteurs très radiotoxiques par inhalation !

Dernière parenthèse, c'est une des causes de radiotoxicité du tabac, que l'on cultive avec des engrais phosphatés, qui contiennent des descendants de l'uranium 238.

Concluons enfin que le Radium 226 a une demi-vie d'environ 1600 ans, cette source aura encore la moitié de son activité actuelle en l'an 3600, le quart en l'an 5200 et un peu plus de 10% en l'an 6800... 

Prochain chapitre : premiers tests et réparation si nécessaire !

La qualité de tes posts est indubitablement de la meilleure facture.

Merci. C'est très instructif

Salut,

je t'aurais bien vu prof , et j'aurais aimer aller à tes cours !! 

Merci pour ces infos

"...une pastille de calibration...": Fleur de coin elle aussi pour longtemps!

Tarsonis a écrit:Au vu de la demi-vie du radium (1600 ans), j'envisage d'envoyer cette source à l'Andra pour plus de sécurité car elle survivra à encore plusieurs centaines de générations....

Par échange de bons procédés, j'ai alerté le musée d’Albuquerque, vu que sur la photo de la vitrine on semblait distinguer la source radioactive. Ils ont immédiatement pris en charge la source pour la mettre sous scellé; on passe vite à côté de ces petits objets de quelques kBq.

Holy shit ! Bien joué !

Merci !
J'ai eu peur d'être jargonneux à tout bout champ, mais apparemment c'est bien passé. Le but est de fournir des petites briques de savoir pour y faire référence par la suite, lorsque l'on doit appréhender et comprendre un phénomène (article de presse, catastrophe, etc..).
Tant mieux si cela trouve preneur

Kerkallog a écrit:
"...une pastille de calibration...": Fleur de coin elle aussi pour longtemps!

Oui, c'est hallucinant d'avoir créé cet objet/déchet civil dont on sait qu'il sera dangereux pendant des milliers d'années sans aucun signe extérieur...

Salut à tous !

Voici la suite du tuto avec les premiers tests de ce compteur Geiger des années 50. A la base, je prévoyais deux ou trois photos avec une petite vidéo de mesure de la radioactivité ambiante et des échantillons, puis c'est une fois de plus devenu cet immense pavé...désolé !

Malheureusement pour les bricoleurs, les circuits et les composants se sont montrés en parfait état, donc au niveau des réparations, il n'y a pas eu grand chose à faire. Cela signifie que cet appareil fonctionne en 2018 comme au premier jour après presque 65 ans depuis sa fabrication.

En revanche, un point mérite un approfondissement : comment alimenter correctement un poste à tubes ?

Vu que ce genre d'appareils est capable de traverser des décennies sans bouger, de résister à une IEM et que l'on en trouve régulièrement d'occasion, voici quelques notions qui je l'espère prolongeront un peu leur durée de vie.

Ce tuto est une suite du post précédent, mais aussi à mon ancien article : Restauration et réparation d'une ancienne radio à tubes B1F7

Si vous souhaitez vous lancer dans l'apprentissage et la restauration de la technologie des tubes, il y a amha trois ouvrages incontournables :

- Le classique La radio, mais c'est très simple, de Eugène Aisberg :



Mais dans les anciennes éditions, qui traitaient le sujet avec les lampes à vide, et non les transistors :



- Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les tubes audios anciens et récents, de Francis Ibre chez Elektor, dont l'éditeur propose quelques extraits ici :

http://elektor.presse.free.fr/fiches_livres/185_TUBES_NOS2/978-2-86661-185-9_TubesAudioAnciensEtRecents_extrait.pdf



- Ainsi que le livre La Restauration des récepteurs à lampes, de André Cayrol chez ETSF, qui est assez riche, déductif et instructif :



Dans les appareils portatifs qui utilisent des tubes, il est nécessaire de fournir deux types de courants :

- une "basse" tension, permettant d'alimenter les filaments de chauffage des lampes.
- une "haute" tension, de plusieurs dizaines (voire centaines) de volts, nécessaire aux lampes et aux composants afin d'amplifier/traiter les signaux.

Il y a trois lampes dans ce compteur Geiger :

- un tube 1U5, une diode-pentode. La pentode va générer une haute tension de 900V pour alimenter le tube Geiger; la diode va redresser cette HT pour charger un condensateur HT.



- deux tubes 1AF4, des pentodes qui vont récupérer, amplifier et transformer le signal,

(images : doctsf.com)

Je me permets de signaler l'immense base de données qui répertorie des milliers de fiches techniques, soit à peu près tous les tubes que l'on peut rencontrer dans les appareils dans nos contrées : https://frank.pocnet.net/

Ces trois tubes sont prévus spécialement pour l'équipement portatif.

La basse tension requise est de seulement "1,4V" en tension de chauffage.
Il s'agit des lampes à chauffage direct : le filament et la cathode sont une seule et même pièce.
Cela simplifie beaucoup la conception et offre un avantage indéniable : le tube atteint son fonctionnement en quelques secondes , plutôt qu'en 30s, car la cathode est chaude très vite.
Cela se prête donc particulièrement bien au portatif, surtout si l'on souhaite vérifier rapidement la radioactivité ambiante ou celle d'un échantillon


La haute tension avec les appareils à lampes était fournie par le courant domestique (110V ou 220V), mais en mode "portatif", il était assez fréquent de trouver des piles "haute tension". Ici par exemple, le nous faut une pile de 67,5V et une de 45V, les deux étant reliées en série afin de fournir une tension de 112,5V.

Exemple ici avec toute la série "Eveready" :
https://www.batterycentralmall.com/Batteries/Eveready/Eveready.html



C'est ce que l'on remarque sur le schéma, où les piles 1,5V sont directement reliées aux filaments des trois lampes en vert, et où les piles HT sont reliées aux anodes des lampes :



Très sommairement, le compartiment des piles 1,5V était dimensionné à hauteur des besoins car la consommation principale de cet appareil va tenir dans le chauffage des lampes, mesuré à environ 50mA pour 1U5 sur B3 et 50mA pour les deux 1AF4 sur B4.




Ça c'est pour la théorie... passons à la pratique !

La basse tension


Il faut un tout petit peu ajuster car les spécifications des années 50 avaient des raisons logiques...et des implications pratiques de nos jours.

Les plus avertis auront remarqué que la tension d'alimentation du filament des lampes était de 1,4V, ce qui était le cas de quasiment tous les tubes de cette catégorie.





Alors, pourquoi tous les schémas d'époque alimentent ces lampes avec des piles 1,5V ?

          



Ce qui fait que la quasi-totalité des schémas actuels sont construits autour des mêmes piles 1,5V alimentant directement le filament de chauffage.
Exemple au hasard ici :

http://theradioboard.com/rb/viewtopic.php?t=5883



Cela vient avant tout de la technologie utilisée à l'époque : les piles zinc-carbone, c'est à dire ce que l'on appelle des piles sèches, ou "dry-cell", que l'on nomme tout simplement "piles salines" dans les rayons.

Elles ont pour particularité, outre d'être souvent moins chères, de ne pas pouvoir fournir de grandes intensités sur la durée, comme avec les piles alcalines.
On les destine aux petits appareils qui n'ont pas de grands besoins, car cette caractéristique est due à une plus grande résistances interne. Comme on l'a vu dans plusieurs posts, plus on demande de courant, plus la tension s'effondre aux bornes de la pile.

Le "1,5V" des piles sèches représente la tension à vide, donc reste assez théorique.
Avec une consommation de 50mA, cette tension a tendance à diminuer vers 1,4V. Puis, avec l'usure, on descend tranquillement à 1V.

Les tubes étaient donc calibrés sur ces valeurs de piles sèches d'époque, c'est à dire en réalité une tension à charge dans les clous vis à vis de la limite constructeur.
Au pire, on ne reste vraiment pas longtemps au dessus de 1,4V.

Mais de nos jours, la technologie a un peu changé, si bien que l'on alimente ces tubes sans réfléchir avec les mêmes formats de pile (ici LR20), mais alcalines.
Leur particularité est de fournir des courants bien plus intenses sans que la tension ne s'effondre : la résistance interne est bien plus faible.
Pire : la plupart des piles alcalines 1,5V ont une tension à vide (et donc aussi pour les faibles courants) plus élevées. On rencontre ainsi souvent 1,6V et parfois 1,65V !

Ces 250mV peuvent paraître bien faibles, mais ils vont lourdement compromettre la durée de vie des lampes !

Le bouquin des années 60, Getting The Most Out Of Vacuum Tubes de Robert B. Tomer, quantifie ce phénomène :



Comme il est tombé récemment dans le domaine public, voici un lien qui permettra de télécharger différentes versions 
https://archive.org/details/GettingTheMostOutOfVacuumTubes

Page 12 :

Thus, in analyzing tubes which have failed because of open heaters, one can assign the cause of failure with a high degree of accuracy. Studies of tens of thousands of tubes returned for this cause show clearly that far more than half of them were "burnouts."

The most common cause of heater burnout is excessive heater voltage. Tubes are designed to operate at a particular heater voltage. This is based upon many compromises in designing the tube. All of these compromises reach an optimum value when the tube is operated at precisely the voltage for which it is rated.

When this voltage is exceeded by even a small percentage, the rate at which these compromises begin to deteriorate is very rapid. This fact is illustrated in Fig. 1-2.
Equipments operated at ten percent over the rated line voltage have been shown to experience more than a one hundred percent increase in breakdowns over a given period of time. Tubes, when operated at ten percent above their rated heater voltage, will suffer up to a fifty percent decrease in heater life. A voltage under the rated value on the other hand, while having some disadvantages as far as certain other characteristics go, tends to increase heater life substantially.

Whenever a heater is turned on from a cold start, there is a very high initial surge of current. This is because the cold resistance of the heater is many times less than its hot resistance. The surge current has a tendency to cause the heater to convulse and stretch, and it is this effect which leads to many premature heater failures.

Donc trois choses :

- la surtension, même à hauteur de 10% -donc 140mV ici au max, soit 1,54V, que l'on retrouve avec toutes les piles alcalines neuves- risque de diviser par deux la durée de vie du tube. SI on prend l'habitude d'utiliser que des piles neuves, on se trouvera toujours dans cette zone de danger.

- une sous-tension pourrait diminuer un peu les performances du tube, mais prolongerait sa durée de vie.

- les allumages répétés sont dommageables pour les tubes, car les filaments ont une résistance beaucoup plus faible à froid. Cela entame leur durée de vie, et sans doute d'autant plus qu'à chaque démarrage, on alimenterait avec une (sur)tension alcaline...

En gros, la quasi-totalité des schémas actuels font l'erreur d'alimenter les tubes directement sur des piles alcalines et compromettent la durée de vie des tubes.
C'est pire si l'on s'amuse à éteindre/allumer sans arrêt les appareils à cause des pics de (sur)tension à froid sur la cathode.

Comment régler le problème simplement ?
- certains bidouilleurs ajoutent une résistance en série, faisant perdre quelques centaines de mV pour revenir à la bonne valeur d'alimentation.
- certains changent le circuit pour ajouter un régulateur de tension/d'intensité à chaque tube.

Ces deux solutions imposent de souder/modifier un peu le circuit de base, ce qui peut embêter si l'on souhaite garder l'authenticité de l'appareil.

Mais la solution la plus élégante me semble être l'utilisation des accumulateurs NiMH.
En effet :
- leur tension est de 1,2V quasiment toujours le long de leur décharge. Cela va rester assez stable.
- on est donc dans la zone de sécurité et de préservation des tubes.
- la quasi-totalité des tubes et des circuits sont aussi prévus pour fonctionner à 1,2V, qui représente la tension d'une pile sèche un peu utilisée mais encore bonne.
- les 1,2V sont encore une fois théoriques, car une fois chargés à bloc, plusieurs accus ont en fait à 1,4V à leurs bornes :



Lors de mes mesures de tension lors des tests, cette tension se maintenait à 1,36V.


La haute tension :


La consommation sur les piles haute tension est fort heureusement limitée à environ 1mA. On a pu donc utiliser ici aussi de piles "sèches" carbone-zinc pour  fournir la haute tension, même si leur capacité est faible.

Les tubes qui pouvaient être alimentés à la fois en basse et haute tension avec des piles sèches (en opposition aux accus plomb/acide par ex) ont été appelées aux US "all-dry" tubes, ce qui a donné les radios "all-dry", que l'on pouvait donc alimenter avec des piles sèches bon marché.

C'est le cas de notre compteur Geiger Lucky Strike.

Elles sont à présent assez rares, donc très chères. Il y a deux possibilités pour les remplacer :

- utiliser un montage "survolteur", qui transforme x volts en 67,5V et plus. C'est une solution intéressante, mais un peu plus complexe "électroniquement". Par ailleurs, la plupart de ces circuits génèrent beaucoup de parasites électromagnétiques, qui peuvent sévèrement perturber le montage alimenté. Il faut donc à la fois une très bonne régulation et un très bon blindage électromagnétique.

- relier en série plusieurs piles pour atteindre la tension désirée.

Par commodité, et pour vous proposer une solution rapide, bon marché et qui ne nécessite pas de bidouille avancée, je vous propose la seconde manip.
Comme sur le schéma les deux piles sont en série pour atteindre 112,5V, ce sera notre maximum absolu.
A nouveau, il faut faire un peu attention. Comme il s'agit de piles sèches à grande résistance interne, la tension réelle lors de l'utilisation descendait bien en dessous.

Attention ! Il s'agit ici de "haute tension" sur pile. On est loin des dangers du secteur, en se rapprochant plus des picotements et des petits chocs (je m'en suis pris quelques uns en bidouillant), mais ni moi ni le forum ne pourraient être tenu responsables des erreurs ou des éventuels dommages directs ou indirects pouvant découler de ce montage, exposé à titre informatif.

Il vous faudra :
- des piles bouton 3V au lithium : 6 packs de 6, soit un peu plus de 7€.
- du fil de cuivre isolé pour les connexions,
- des petits aimants



Au niveau des connecteurs principaux, afin de simplifier le montage, je propose l'astuce que j'avais détaillée ici avec les aimants de récup : [Bidouille] Un connecteur de piles DIY universel



La question étant : combien de piles devons-nous relier en série ?

Mon premier proto a démontré à nouveau une surtension dangereuse : 37 piles de 3V ne donnent pas une batterie de 111V mais de 123,4V !


Chaque pile neuve au lithium a une tension de 3,3V à vide !

Comme avec nos piles D alcalines, on dépasse toujours la tension nominale de base.
Dans le cas présent, comme le courant débité est très faible (environ 1mA), on s'approche de cette tension à vide, qui peut être assez dommageable.

J'ai alors retiré trois piles bouton, ce qui donne à notre pile une tension à vide de 113V, beaucoup plus proche de la tension nécessaire, mais encore au dessus.



J'ai retiré et ajusté pour au final ne garder que 33 piles, qui me donnent entre 108 (à charge) et 110V (à vide).

Les piles sont empilées -toutes dans le même sens bien entendu- pour former une tour prise dans un tube :


Avec de l'adhésif qui maintient les extrémités.



Ce qui forme une "batterie", bien qu’étymologiquement, une "pile" soit correct quand on pense à celle de Volta




Fonctionnement :

Le fonctionnement détaillé sera vu en fin de post, mais très sommairement, on peut dégager du schéma les parties principales :
- le générateur haute tension, qui va faire osciller la lampe 1U5 aux bornes de l'inductance L1, afin de générer des pics de tension
- la régulation de la HT avec des résistances (qui formera quasi un pont diviseur)
- la partie détection, avec le tube geiger et sa résistance
- la partie retraitement du signal
- la sortie visuelle et audio.





Du son et des flashs

Ce compteur dispose d'une sortie sonore (facultative) sur écouteurs. Je les ai supposés de haute impédance, car en sortie directe de la pentode, sans amplification ni transformateur basse fréquence.

J'ai donc relié  les écouteurs haute impédance (4kΩ) trouvés en brocante ici :
https://www.le-projet-olduvai.com/t2138p50-emetteur-recepteur-radio-schema-construction-portee#165810




Ce qui donne avec les accus LR20 et le casque :



Au niveau des composants qui risquaient de flancher, en général il faut regarder du côté des condensateurs chimiques, quasiment toujours HS. Dans notre cas, il n'y en a qu'un et en sortie sur le galvanomètre (pour lisser et faire une moyenne des impulsions de sortie), donc pas vraiment dans une position dangereuse.
Mais lui aussi après quelques tests s'est révélé en parfait état... je peux détailler la manip si ça intéresse.

Premier allumage : les deux lampes au néon s'allument. C'est normal car elle sont alimentées directement par la pile HT via une résistance. Ils servent de référence de tension et d'oscillateur :


Les lampes rougeoient un peu, mais l'appareil photo a du mal à le montrer. L'inductance en bas -qui ressemble à un transformateur- émet un petit sifflement basse fréquence. Il semble que l'oscillateur fonctionne.



Vue de la 1U5 côté composant :






Au niveau des mesures de la haute tension, il faut comme d'habitude un peu ruser, car la charge est stockée dans des condensateurs de très faible capacité.
Si on mesurait directement au multimètre, on aurait tôt fait de vider le condo.
Nous allons donc utiliser à nouveau l'astuce développée ici : Mesurer une haute tension avec un pont diviseur et un multimètre

J'ai utilisé le même principe, mais avec 20 résistances de 10MΩ en série (donc 200MΩ pour la charge) et deux résistances de 10kΩ (donc 20KΩ) en série pour la prise de mesure. Le tout pour un peu plus d'un euro.
Par commodité, on obtient un facteur 10000. Il suffit donc simplement de multiplier les mV lus sur le multimètre par 10000 pour connaître la tension aux bornes du pont...donc celle aux bornes du composant mesuré.



Aux bornes du condensateur HT, on mesure -810V !




Mais c'est tout à fait normal, car les concepteurs ont aussi utilisé une petite astuce : la tension de la pile HT est mise en série avec ces -810V pour alimenter le tube Geiger.
Si on mesure la tension aux bornes du tube, on a bien 900V !




En fait, on a une configuration flottante : au lieu d'avoir la carcasse du tube geiger (la cathode) à la masse et l'anode à +900V, on a l'anode à +108V (la tension de la pile HT) et la carcasse à environ -810V, ce qui fait bien une différence de potentiel d'environ 900V.


Ce qui est pile la tension au milieu du plateau du tube



NB : pour le vocabulaire et le fonctionnement des tubes, ne pas hésiter à se référer au topic :  Un projet de compteur geiger à transistors


Les tests !

Bien que l'appareil ne semble pas avoir été recalibré depuis des décennies, comme envisagé dans le post précédent, la mesure du bruit de fond oscille bien dans le premier gradient (le bouton est un peu décalé) : 0,01mR/h... soit 0,1µSv/h... donc pile dans le bruit de fond moyen français


La prise son a été faite à proximité des écouteurs haute impédance, donc il faudra peut être augmenter un peu le son de votre lecteur pour entendre correctement les cliquetis.

La vidéo se découpe en 4 phases :
1 - mesure du bruit de fond : 0 -> 2m15s
2 - mesure de la source au radium 226 : 2m15s -> 2m52s
3 - mesure de la source au plomb 210 : 2m52s -> 4m15s
4 retour au bruit de fond : 4m15s -> fin



Cela m'a étonné de voir à quel point cet appareil était sensible. Le bruit de fond donne environ 50CPS, là où je n'en capte que 18 avec le SBM20, utilisé partout.
Ce n'est pas si étonnant quand on sait que le tube 1B85 est sensible aux rayons beta à partir de 160keV, et quand on compare les volumes des tubes (donc les volumes de détection) :



Mais tout de même, le Lucky Strike de 1954 impressionne par sa sensibilité !

Documentation technique :

J'ai à nouveau contacté le Musée d'Albuquerque, à la fois pour leur faire part de l'article du forum; le schéma m'ayant tout de même aidé à rédiger ces articles, mais aussi pour demander au conservateur s'il pouvait me scanner les pages du manuel en vitrine.

A nouveau, moins de 24h plus tard, le voici en intégralité, et maintenant hébergé sur le serveur de Oldu docs :
http://oldu.fr/docs/1_Risque_Nucleaire/Manual%20Geiger%20Lucky%20Strike%20106C%20scan%20from%20Albuquerque%20National%20Museum%20of%20Nuclear%20Science%20and%20History.pdf

Je remercie à nouveau leur équipe, qui me permet de finaliser cette review de compteur geiger car la brochure est mine de rien un document historique.
Il mêle ruée vers l'uranium, électronique à tubes, radioactivité, calibration, prospection et radioprotection.

Je pense qu'il ravira les férus d'ancienne technologie, de nucléaire ainsi que les historiens nostalgiques d'une époque où la notice expliquait le fonctionnement interne et comment ajuster l'appareil.



Le tube est bien le modèle 1B85, sensible à la fois aux beta et gamma :

The Model 106C is a battery operated Geiger Counter. The instrument has sensitivity ranges of 20, 2.0 and 0.2 milliroentgens per hour. It employs a Geiger tube as the detecting element, and detects both beta and gamma rays.

Comme mesuré, l'appareil est assez sensible à l'environnement, presque trois fois plus que le classique SBM20 (18CPM), ressorti pour comparer :

The instrument will normally produce clicks in the earphones at the rate of about 30 to 50 per minute.

Les circuits sont effectivement tropicalisés, c'est à dire recouverts d'une laque isolante résistante à l'eau...il faut un peu gratter le verni sur les fils lorsque l'on réalise des mesures dessus.

 The Model 106C has a calibration adjustment and is weather-proof.

La source d'étalonnage est bien un disque de radium, le nombre tatoué dessus indique son débit de dose d'époque pour la calibration, à savoir 1,2mR/h (soit 12µSv/h).

The calibration adjustment is located on the top panel of the instrument. A calibrated radium disc is supplied with the instrument. It is mounted in a clip on the end of the case.

The 106C can be used in the laboratory as well as for Civil Defense and prospecting. In Civil Defense work, the instrument is classed as a low level beta-gamma survey meter.

Observe the meter for about twenty seconds and decide what its average reading is. If the average reading is not equal to the number stamped on the calibration disc, remove the cap nut from the CALIB. control on the panel of the instrument. Adjust this control with a screwdriver until the average meter reading is about equal to the number stamped on the disc. The instrument is now calibrated and ready for measuring radiation

On peut constater que les doses admissibles des années 50 étaient clairement différentes des normes actuelles :

If a man stays twelve hours in a field of radiation which has an intensity of five MR/HR, he will have been exposed to 60 milliroentgens. This is the maximum amount which health physicists generally believe to be harmless, even when repeated day after day.

Si on comprend bien, on considérait que 0,6mSv par jour était une dose inoffensive, même répété jour après jour, donc 220mSv/an


Il y a un petit glossaire qui explique un minimum les principes de la radioactivité, les milliröntgens, le bruit de fond, etc.

Beta particles and gamma rays are emitted in essentially equal numbers by radioactive elements. However, beta particles are so readily absorbed by rock or soil that they are of interest to the prospector only under special circumstances. Beta particles are completely absorbed by about 1/8 of an inch.of loose soil or by only 1/16 of an inch of rock, thus, only those beta particles emitted within 1/16" of the surface of an ore specimen can possibly be detected by a Geiger Counter. This means that read- ings of beta activity are only "skin deep."

Comment faire une mesure de bruit de fond, pour établir ensuite un comptage net (ce qui est rarement suggéré hors RP...).

La durée des mesures est mise en avant afin d'isoler les problèmes statistiques :

The most accurate results in making a grid survey can be obtained by taking the actual count of the number of pulses detected at each point by using the earphones or neon flasher. A minimum of three minutes should be taken for each measurement. The longer the period of time used, the more precise will be the measurement. However, the counting time must always be exactly the same for every reading taken during the survey.

C'est ce que nous avions abordé ici : Application Geiger Bot, compteur Geiger, mesure de sources, de bruit de fond et autres stats.

Déjà dans les années 50 on pointait un biais qui est toujours rencontré avec les mesures amateures.

Les familles radioactives sont évoquées :

The accuracy of a radiometric assay is also sometimes influenced by the fact that the radioactivity of uranium itself— alpha particle emission — is not the kind which can be detected by field Geiger Counters.
However, the products of the radioactive decay of uranium are themselves radioactive and two of these, radium and radon, are actually responsible for most of the radioactivity observed in uranium ores. Because radium is chemically much different than uranium, when uranium ore is exposed to the weathering action of air and water at the surface of the earth, the radium may be dissolved away and redeposited nearby in other rocks. Thus, samples of weathered uranium ore may exhibit higher or lower amounts of radioactivity than would be expected on the basis of their actual uranium content. To indicate that a given figure is the result of a radiometric assay and that it is therefore subject to the above sources of error, a radiometric assay is generally labeled as percent uranium oxide (equivalent)

On comprend alors une des raisons pour lesquelles la pastille de calibration contient du Radium 226 plutôt que du Césium 137 (plus fréquent pour les GM avec le Cobalt 60) : si on veut étalonner le compteur pour détecter de l'Uranium 238, autant le faire avec les radioéléments de cette famille, donc Ra226... ça et sans doute pour des raisons de praticité et de coût à l'époque...

Le chapitre propose plusieurs techniques comparatives pour estimer la teneur en Uranium d'un échantillon. Elles se basent principalement sur la règle de l'inverse du carré de la distance, l'une des principales règles en radioprotection :

While making an assay, caution should be taken to make sure that the distance from the instrument to the sample being measured is carefully controlled. The "INVERSE SQUARE" law applies here. That is, the radiation intensity decreases in proportion to the square of the increase in distance from the sample.
EXAMPLE:
Reading from sample at 3 inch distance =2 M R / H R
Reading from sample at 6 inch distance=.5 M R / H R

[...]

From this example, it is apparent that if readings are taken from two samples to determine the relationship between the amount of radioactivity in each, any difference in the distance at which these readings are taken can cause a large error, if the inverse square law is not taken into consideration.

Avec quelques règles de 3 pour obtenir la teneur :




Électronique :

La notice se permet d'annoncer l'autonomie de l'appareil avec les batteries utilisées.



Ce qui nous permet d'estimer grosso modo la capacité des batteries de l'époque :
- environ 330mAh pour les "piles" HT, avec un courant d'environ 1mA consommé.

Concernant les piles D : 50mA sur B3 et 2x25mA sur B4, soit 50mA à nouveau.
Soit 2000mAh en utilisation continue, ou 5000mAh par intermittence. A titre de comparaison, on estime que les piles D sèches ont une capacité d'environ 8000mAh et les alcalines environ 15000mAh. On semble retomber sur nos pieds vis à vis de nos conjectures (faible capacité et baisse de tension) plus haut.


Enfin, une brève description du fonctionnement :



Finalement, pour un appareil qui a survécu trois générations d'humains et qui fonctionne comme au premier jour, il n'a pas à rougir de la concurrence miniaturisée. Alors certes, les mesures ne seront pas aussi précises qu'avec un microcontrôleur, mais en tant que "compteur Geiger de terrain", il y a de quoi faire, surtout en mesure comparative.
Sa sensibilité pourra par ailleurs sans doute représenter plus facilement les pics de radioactivité ambiante. Pourquoi pas envisager un couplage avec l'appli GeigerBot pour obtenir des données comparatives ?
A suivre !

Encore un article de qualité, merci. 

Faudrait que je trouve le moyen de me les imprimer pour faire un recueil "olduvai"...

un joli traitement en profondeur, c'est hyper informatif, technique, physique, historique, tous les angles sont explorés ...
et cerise sur le gâteau, c'est copieusement illustré et c'est agréable à lire ... chapeau bas à Tarso !

Salut à tous,
en fouillant dans mes vieux magazines, je suis tombé sur un circuit de compteur Geiger-Muller très proche ce celui décrit dans ce topic, et utilisant le même Tube GM 1B85.

(Clic droit > Afficher l'image pour l'avoir en pleine résolution)





On pourra apprécier les quelques explications, le bidouillage avec un rupteur de tourne-disque pour étalonnage de l'appareil, ainsi que les commentaires assez "vintage" du type "L'appareil ne pèse que 7kg environ, il est donc très facilement portable".

une annonce de compteur geiger sur le bon coin provenance armé française.

https://www.leboncoin.fr/decoration/1870059799.htm

Compteur Geiger militaire Radiamètre DOM410
175E

wart a écrit:une annonce de compteur geiger sur le bon coin provenance armé française.

Il serait intéressant de demander au vendeur si la source radioactive de radium 226 servant à étalonner l'appareil est toujours présente !

Rammstein

Hello,
vidéo faite un peu à l'arrache mais qui présente l'essentiel du Monitor 4 (RM-4) que certains d'entre vous connaissent.

En gros, un des rares appareils (avec le Gammasout par ex) grand public qui utilisent le tube LND712 (ZP1401), capable de détecter le rayonnement alpha)

Sur 2Main.be, il y à un petit malin qui en fait son commerce, il monte des arduino avec des tubes geiger.......

Hello,
si c'est le compte auquel je pense, c'est plutôt honnête et pas trop cher (attention, il n'y a pas le tube GM avec) entre 20 et 40E selon le circuit, sans avoir besoin de trop bidouiller, même si ça reste dans la catégorie prototypage