Des simulations numériques, dites par méthode « Monte Carlo » peuvent être effectuées pour modéliser l'interaction particule-matière dans des systèmes complexes, pour la radioprotection par exemple. Nous donnons ici un exemple de blindage qui a été réalisé pour la conception d'un détecteur de photons gammas très sensible, dit « bas bruit de fond ».

La partie active du détecteur est un cristal de germanium, qui est utilisé de façon assez classique en laboratoire pour détecter des photons gammas. L'échantillon dont on souhaite mesurer l'activité gamma est placé à proximité du cristal. On s'intéresse dans ce type d'application à des activités très faibles, de l'ordre du milli becquerel, ce qui signifie plusieurs ordres de grandeur en-dessous de la radioactivité naturelle ambiante. Rappelons pour donner un ordre de grandeur que la radioactivité du corps humain est d'environ 10 kilo becquerels, essentiellement bêta moins, due au carbone 14 et au potassium 40 contenu dans notre corps.

Pour mesurer des radioactivités aussi faibles, l'idée est de minimiser « le bruit de fond », c'est-à-dire tous les événements parasites qui viendraient perturber la mesure des photons gammas d'intérêt dans le cristal. Pour cela, le détecteur est tout d'abord refroidi, afin de limiter autant que faire se peut le mouvement « thermique » des porteurs de charge dans le cristal. De plus, les matériaux de construction du détecteur entourant le cristal sont choisis très peu radioactifs, car sinon les particules qu'ils émettraient pourraient être détectées par le cristal et viendraient ainsi perturber la mesure de l'échantillon d'intérêt.

Enfin, le détecteur doit être isolé de la radioactivité naturelle qui l'entoure. En premier lieu, il est placé dans un local souterrain, afin d'être protégé du rayonnement cosmique par la grande épaisseur de sol au dessus de lui. Enfin, le cristal est entouré d'un blindage de divers matériaux (polyéthylène, plomb...) dont la nature, la forme et l'épaisseur ont été optimisés par simulation numérique. Le but de ce blindage est d'isoler le cristal de la radioactivité naturellement présente dans les matériaux environnants, les murs... Avec toutes ces précautions, le bruit de fond du détecteur devient ainsi négligeable et permet de mettre en évidence de très faibles radioactivités.

• Polyéthylène boré

  Le polyéthylène est un matériau riche en hydrogène, et qui de ce fait est utilisé pour ralentir les neutrons. Le bore capture les neutrons ainsi ralentis. En effet la section efficace de capture est d'autant plus forte que la vitesse des neutrons est faible.

• Plomb archéologique

  Le minerai de Plomb contient naturellement un peu d'uranium 238 (période de 4,5 milliards d'années) dont la désintégration conduit au plomb 210 radioactif (période 22 ans). Lors de la purification du métal de plomb, les autres éléments tels que l'uranium sont séparés du plomb et ne le contaminent plus, mais le plomb 210 reste. Environ 200 ans plus tard (soit 10 périodes), le plomb 210 radioactif a pratiquement disparu. Dans les années 1980, des archéologues français ont remonté à la surface 270 lingots de plomb (22 tonnes) d'un bateau romain échoué au large de la Bretagne. Ce plomb, dit archéologique, très peu radioactif, est utilisé pour protéger les détecteurs « bas bruit de fond » de la radioactivité ambiante.