Le Césium très largement dispersé, bien au-delà de la préfecture de Fukushima (niveau technique 4/5, longueur article 2/5)

Le blog de fukushima-diary, toujours à l'affût des potins radioactifs du Japon, a publié hier un billet concernant l’échantillonnage d'une substance noire radioactive éparpillée un peu partout dans les rues de la ville de Tomioka, (Gunma pref.),  à plus de 230 km au Sud-Ouest de la centrale éventrée de Fukushima-Daiichi.

La ville de Tomioka semble comme envahie par cette substance noire radioactive

La poudre noire radioactive semble tout recouvrir dans Tomioka : trottoirs, caniveaux, potagers...

Des niveaux de contamination moyens mais significatifs compte tenu de la distance

Sans surprise, les radionucléides identifiés par la spectrométrie Gamma sont les habituels (1) Césium-134 et 137 avec un ratio brut toujours élevé d'environ 0.5. Le niveau témoin de Potassium-40 est  environ 65 fois inférieur à la concentration en Césium de l'échantillon. (2)

Incertitudes sur le calcul des activités isotopiques

L'échantillon analysé pesant à priori 250 grammes, essayons de reproduire le détail du calcul isotopique :

La région significative (ROI) du césium-137 (3) représente environ 26 CPS bruts (en jaune) d'après le relevé, correspondant à une activité "nette" estimée à 7700 Bq/kg (vert).

Calculons le rapport massique : 1 (kg) / 0.25 (poids échantillon)  = environ 4 ; 7700 (Bq/kg) / 4 = 1925. Pourquoi d'après une activité mesurée de 25 CPS "bruts" (qui correspondent théoriquement à autant de Becquerels en Gamma) trouvons-nous environ 77 fois plus de Becquerels "nets" ?

Premièrement, la spectro Gamma ne mesurera pas l'activité totale du Césium-137 mais uniquement la fraction Gamma de son rayonnement (d'où le nom de spectrométrie "Gamma") ; il est donc indispensable que le rayonnement total du césium (Gamma+Béta) soit ensuite reconstitué.

Le Cs-137 se désintègre en effet selon 2 "branches" différentes comme l'indique fort bien le schéma ci-dessus ; seul la branche de droite, dite "métastable" émet des rayons Gammas via le Baruym-137. Comme on mesure à ce niveau, on loupe déjà la branche de gauche qui n'émet que des Bêtas (6.5% des désintégrations) qui n'activeront jamais le détecteur à scintillation Gamma.

Source omnidirectionnelle, cible limitée dans l'espace

Deuxièmement, le détecteur mesurant l'activité ne mesurera qu'une fraction des Gammas réellement émis par la source (l'échantillon). Une fraction importante du rayonnement Gamma partira frapper "ailleurs" : sous le détecteur, "autour" de ce dernier...

Troisièmement, tous les photons Gamma atteignant le détecteur ne s'y désintégreront pas, certains passeront allégrement "au travers" donc sans s'y désintégrer.

Calibrer, encore et toujours

Il est donc nécessaire de calibrer l'appareil de mesure à partir d'une, ou mieux, de plusieurs sources connues, ce qui permettra de déduire l'activité nette de l'échantillon à partir de la mesure brute.

Pour en revenir à notre mesure, le facteur de pondération du Césium-137 est calculé à environ 1925 / 25 soit environ 77 c'est à dire qu'une source calibrée émettant 1 µCi (37.000 Bq) de Cs-137 délivrera au spectromètre utilisé un signal "brut" estimé à environ 500 CPS sur la raie 662 KeV. (EDITE le 26/09)

(1) Entendons-nous bien : habituels dans le cadre post-accidentel Japonais car "ordinairement", on trouve environ 10000 fois plus de Potassium-40 que de radio-césium dans la nature ; le ratio Gamma K-40/Cs-134+137 est ainsi, en situation radiologique "normale", toujours supérieur à 5000/1 (Cs/K < 1*10^-5)

(2) Les scientifiques aiment à comparer les deux radio-éléments car ils sont relativement similaires sur le plan chimique (famille des métaux alcalins) même si cet argument est fortement discutable sur le plan de la radiotoxicité

(3) Chaque radionucléide est identifié d'après sa signature énergétique (661.7 KeV pour le Cs-137) puis son activité est quantifiée de manière brute (l'enveloppe cumulée de chaque zone significative verte en CPS sur le graphique ci-dessus) avant d'être pondéré pour obtenir une activité massique (Bq/kg), volumique (Bq/l, Bq/m³) ou surfacique (Bq/m²)

Sources :

fukushima-diary, 24/9 (anglais, traduction en français)

blog source weinkeller (japonais)