ISO 3543:2000
(Main)Metallic and non-metallic coatings — Measurement of thickness — Beta backscatter method
Metallic and non-metallic coatings — Measurement of thickness — Beta backscatter method
Revêtements métalliques et non métalliques — Mesurage de l'épaisseur — Méthode par rétrodiffusion des rayons bêta
AVERTISSEMENT Les instruments à rétrodiffusion des rayons bêta, utilisés pour le mesurage de l'épaisseur des revêtements, utilisent un certain nombre de sources radioactives différentes. Bien que les activités de ces sources soient généralement très faibles, elles peuvent présenter un danger pour la santé si elles ne sont pas manipulées correctement. En conséquence, tous les règlements et directives de sécurité prescrits par les autorités locales ou nationales doivent être respectés. La présente Norme internationale spécifie une méthode de mesurage non destructif de l'épaisseur des revêtements, basée sur le principe de la rétrodiffusion des rayons bêta. Elle est applicable aux revêtements métalliques ou non métalliques, que les substrats soient ou non métalliques. Pour que la présente méthode soit applicable, il faut que les numéros atomiques ou les numéros atomiques équivalents du revêtement et du substrat diffèrent d'une quantité convenable. NOTE La méthode par rétrodiffusion des rayons bêta est de moins en moins utilisée depuis la mise en oeuvre de la méthode par fluorescence X (ISO 3497). Son faible coût en fait néanmoins une méthode très utile pour de nombreuses applications. En outre, sa plage de mesures est plus large.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 3543
Second edition
2000-12-15
Metallic and non-metallic coatings —
Measurement of thickness — Beta
backscatter method
Revêtements métalliques et non métalliques — Mesurage de l'épaisseur —
Méthode par rétrodiffusion des rayons beta
Reference number
ISO 3543:2000(E)
©
ISO 2000
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ISO 3543:2000(E)
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ISO 3543:2000(E)
Contents Page
Foreword.iv
1 Scope .1
2 Terms and definitions .1
3 Principle.4
4 Apparatus .6
5 Factors relating to measurement uncertainty .6
6 Calibration of instruments .9
7 Measuring procedure .10
8 Measurement uncertainty .11
9 Test report .11
Annex A (informative) General information.13
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ISO 3543:2000(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO
member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical
committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has
the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in
liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical
Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 3.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting.
Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this International Standard may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
International Standard ISO 3543 was prepared by Technical Committee ISO/TC 107, Metallic and other inorganic
coatings, Subcommittee SC 2, Methods of inspection and coordination of test methods.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 3543:1981), which has been technically revised.
Annex A of this International Standard is for information only.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 3543:2000(E)
Metallic and non-metallic coatings — Measurement of thickness —
Beta backscatter method
1 Scope
WARNING Beta backscatter instruments used for the measurement of coating thicknesses use a number
of different radioactive sources. Although the activities of these sources are normally very low, they can
present a hazard to health, if incorrectly handled. Therefore, reference should be made to current
international and national standards, where these exist.
This International Standard specifies a method for the non-destructive measurement of coating thicknesses using
beta backscatter gauges. It applies to both metallic and non-metallic coatings on both metallic and non-metallic
substrates. To make use of this method, the atomic numbers or equivalent atomic numbers of the coating and the
substrate need to differ by an appropriate amount.
NOTE Since the introduction of the X-ray fluorescence method (ISO 3497), the beta backscatter method has been used
less and less for the measurement of coating thickness. However, because of its lower cost, it is still a very useful method of
measurement for many applications. In addition it has a wider measuring range.
2 Terms and definitions
For the purposes of this International Standard, the following terms and definitions apply.
2.1
radioactive decay
spontaneous nuclear transformation in which particles or gamma radiation are emitted or X-radiation is emitted
following orbital electron capture, or the nucleus undergoes spontaneous fission
[ISO 921:1997, definition 972]
2.2
beta particle
electron or positron which has been emitted by an atomic nucleus or neutron in a nuclear transformation
[ISO 921:1997, definition 81]
2.3
beta-emitting isotope
beta-emitting source
beta emitter
material, the nuclei of which emit beta particles
NOTE 1 It is possible to classify beta emitters by the maximum energy level of the particles that they release during their
disintegration.
NOTE 2 Table A.1 lists some isotopes used with beta backscatter gauges.
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ISO 3543:2000(E)
2.4
electron-volt
unit of energy equal to the change in energy of an electron in passing through a potential difference of 1 V
�19
NOTE 1 1 eV = 1,602 19 � 10 J
[ISO 921:1997, definition 393]
NOTE 2 Since the electron-volt is too small for the energies encountered with beta particles, the mega-electron-volt (MeV) is
commonly used.
2.5
activity
disintegration rate
number of spontaneous nuclear disintegrations occurring in a given quantity of material during a suitably small
interval of time divided by that interval of time
[ISO 921:1997, definition 23]
NOTE 1 In beta backscatter measurements a higher activity corresponds to a greater emission of beta particles.
NOTE 2 The SI unit of activity is the becquerel (Bq). The activity of a radioactive element used in beta backscatter gauges is
4 4
generally expressed in microcuries (�Ci) (1 �Ci = 3,7 � 10 Bq, which represents 3,7 x 10 disintegrations per second).
2.6
radioactive half-life
time required for the activity to decrease to half its value by a single radioactive decay process
[ISO 921:1997, definition 975]
2.7
scattering
process in which a change in direction or energy of an incident particle or incident radiation is caused by a collision
with a particle or a system of particles
[ISO 921:1997, definition 1085]
2.8
backscatter
scattering as a result of which a particle leaves a body of matter from the same surface at which it entered
NOTE Radiations other than beta rays are emitted or backscattered by a coating and substrate and some of these can be
included in the backscatter measurement. In this International Standard the term “backscatter” is used to mean the total
radiation measured.
2.9
backscatter coefficient (of a body)
R
ratio of the number of particles backscattered to that entering the body
NOTE The value of R is independent of the activity of the isotope and of the measuring time.
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ISO 3543:2000(E)
2.10
backscatter count
2.10.1
absolute backscatter count
X
number of particles backscattered during a fixed interval of time, and received by a detector
NOTE X depends on the activity of the isotope, the measuring time, the geometric configuration of the measuring system
and the properties of the detector. The count produced by the uncoated substrate is generally designated by X , and that of the
o
coating material by X . To obtain these values, both these materials have to be available with a thickness greater than the
s
saturation thickness (see 2.13).
2.10.2
normalized backscatter count
X
n
quantity that is independent of the activity of the isotope, the measuring time and the properties of the detector and
defined by the equation:
XX�
o
X �
n
XX�
so
where
X is the absolute backscatter count of the saturation thickness of the substrate material;
o
X is the absolute backscatter count of the saturation thickness of the coating material;
s
X is the absolute backscatter count of the coated specimen;
each of these counts being taken over the same interval of time
NOTE 1 The value of X is valid between 0 and 1.
n
NOTE 2 For simplicity, it is often advantageous to express the normalized backscatter count as a percentage by multiplying
X by 100.
n
2.11
normalized backscatter curve
curve obtained by plotting the coating thickness as a function of X
n
2.12
equivalent (apparent) atomic number
for a material, which can be an alloy or a compound, the atomic number of an element that has the same
backscatter coefficient R as the material
2.13
saturation thickness
minimum thickness of a material that, if exceeded, does not produce a change in backscatter
NOTE Figure A.1 shows saturation thickness, s, plotted as a function of density for different isotopes.
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ISO 3543:2000(E)
2.14
sealed source
radioactive source sealed in a container or having a bonded cover, the container or cover being strong enough to
prevent contact with and dispersion of the radioactive material under the conditions of use and wear for which it
was designed
[ISO 921:1997, definition 1094]
NOTE Also referred to as “sealed isotope”.
2.15
aperture
opening of the mask abutting the test specimen and that determines the size of the area on which the coating
thickness is to be measured
NOTE This mask is also often referred to as a platen, an aperture platen or a specimen support.
2.16
source geometry
spatial arrangement of the source, the aperture and the detector, with respect to each other
2.17
dead time
time period during which a Geiger-Müller detector is unresponsive to the receipt of further beta particles
2.18
resolving time
recovery time of the Geiger-Müller detector tube and associated electronic equipment during which the counting
circuit is unresponsive to further pulses
2.19
basis material
basis metal
material upon which coatings are deposited or formed
[ISO 2080:1981, definition 134]
2.20
substrate
material upon which a coating is directly deposited
NOTE For a single or first coating the substrate is identical with the basis material; for a subsequent coating the
intermediate coating is the substrate
[ISO 2080:1981, definition 630]
3Principle
When beta particles impinge upon a material, a certain portion of particles is backscattered. This backscatter is
essentially a function of the atomic number of the material.
If the body has a surface coating, and if the atomic numbers of the substrate and of the coating material are
sufficiently different, the intensity of the backscatter will be between two limits: the backscatter intensity of the
substrate and that of the coating. Thus, with proper instrumentation and, if suitably displayed, the intensity of the
backscatter can be used for the measurement of mass per unit area of the coating, which, provided that it is of
uniform density, is directly proportional to the thickness, i.e., to the mean thickness within the measuring area.
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ISO 3543:2000(E)
The curve expressing coating thickness versus beta backscatter intensity is continuous and can be subdivided into
three distinct regions as shown in Figure 1, on which the normalized count, X , is plotted on the x-axis, and the
n
logarithm of the coating thickness on the y-axis. In the range 0 u X u 0,3 the curve is essentially linear. In the
n
range 0,3u X u 0,8 the curve is nearly logarithmic; this means that, when drawn on semi-logarithmic graph paper,
n
as in Figure 1, the curve approximates a straight line. In the range 0,8u X u 1 the curve is nearly hyperbolic.
n
Key
1 Substrate with saturation thickness
2 Coating with saturation thickness
a
Approximately linear
b
Approximately logarithmic
c
Approximately hyperbolic
Figure 1 — Typical normalized backscatter curve
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ISO 3543:2000(E)
4 Apparatus
4.1 Beta backscatter gauge, comprising:
a) a radiation source (isotope) emitting mainly beta particles having an energy appropriate to the coating
thickness to be measured;
b) a probe or measuring system with a range of apertures that limit the beta particles to the area of the test
specimen on which the coating thickness is to be measured, and containing a detector capable of counting the
number of backscattered particles, for example a Geiger-Müller counter (or tube);
c) a readout instrument where the intensity of the backscatter is displayed;
d) a readout instrument display, which can be in the form of a meter reading or a digital readout, either
proportional to the absolute count or to the absolute normalized count or to the coating thickness expressed
either in thickness units or in mass per unit area.
5 Factors relating to measurement uncertainty
5.1 Counting statistics
Radioactive decay takes place in a random manner. This means that, during a fixed time interval, the number of
beta particles backscattered will not always be the same. This gives rise to statistical errors inherent in radiation
counting. In consequence, an estimate of the counting rate based on a short counting interval (for example, 5 s)
can be appreciably different from an estimate based on a longer counting period, particularly if the counting rate is
low. To reduce the statistical error to an acceptable level, the counting interval has to be long enough to
accumulate a sufficient number of counts.
For counts normally made, the standard deviation,�, will closely approximate the square root of the absolute count,
that is � � X ; in 95 % of all cases, the true count will be within X � 2 �. To judge the significance of the precision,
it is often helpful to express the standard deviation as a percentage of the count, that is 100 XX/ , or 100 X.
Thus, a count of 100 000 will give a value 10 times more precise than that obtained with a count of 1 000.
Whenever possible, a counting interval shall be chosen that will provide a total count of at least 10 000, which
would correspond to a standard deviation of 1 % arising from the random nature of radioactive decay.
Direct-reading instruments are also subject to these statistical random errors. However, if these instruments do not
permit the display of the actual count rate, one way to determine the measuring precision is to make a large
number of repetitive measurements at the same location on the same coated specimen, and to calculate the
standard deviation by conventional means.
NOTE The precision of a thickness measurement by beta backscatter is always less than the precision described in 5.1, as
it also depends on the other factors described in 5.2 to 5.17.
5.2 Coating and substrate materials
As the backscatter intensity of a measurement depends on the atomic numbers of the substrate and of the coating,
the uncertainty of the measurement will depend to a large extent on the difference between these atomic numbers;
thus, with the same measuring parameters, the greater this difference, the more accurate the measurement will be.
As a guide, for most applications, the difference in atomic numbers should be at least 5. For materials with atomic
numbers below 20, this difference may be reduced to 25 % of the higher atomic number; for materials with atomic
numbers higher than 50, this difference should be at least 10 % of the higher atomic number. Most unfilled plastics
and related organic materials (for example photoresists) may be assumed to have an equivalent atomic number
close to 6.
NOTE Table A.2 gives the atomic numbers of some typical coatings and substrate materials.
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ISO 3543:2000(E)
5.3 Aperture
Despite the collimated nature of the sources used in commercial backscatter gauges, the backscatter recorded by
the detector is nearly always the sum of the backscatter produced by the test specimen exposed through the
aperture and that of the specimen support. It is therefore, advantageous to use for the platen construction a
material with a low atomic number, and to select the largest aperture possible. However, measuring errors will still
occur if the edges of the aperture opening are worn or damaged, or if the test specimen does not properly contact
these edges.
Because the measuring area on the test specimen has to be constant to prevent the introduction
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 3543
Deuxième édition
2000-12-15
Revêtements métalliques et non
métalliques — Mesurage de l'épaisseur —
Méthode par rétrodiffusion des rayons bêta
Metallic and non-metallic coatings — Measurement of thickness — Beta
backscatter method
Numéro de référence
ISO 3543:2000(F)
©
ISO 2000
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ISO 3543:2000(F)
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Imprimé en Suisse
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ISO 3543:2000(F)
Sommaire Page
Avant-propos.iv
1 Domaine d'application.1
2Termesetdéfinitions.1
3 Principe.4
4 Appareillage .6
5 Facteurs se rapportant à l’incertitude de mesurage.6
6 Étalonnage des instruments.9
7 Mode opératoire.10
8 Incertitude de mesurage .11
9 Rapport d’essai.12
Annexe A (informative) Informations générales .13
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ISO 3543:2000(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiéeaux
comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude aledroit de faire partie ducomité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en
liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec la Commission
électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 3.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour
vote. Leur publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités
membres votants.
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments de la présente Norme internationale peuvent faire
l’objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable de
ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
La Norme internationale ISO 3543 a étéélaborée par le comité technique ISO/TC 107, Revêtements métalliques et
autres revêtements inorganiques, sous-comité SC 2, Méthodes de contrôle et coordination des méthodesd'essai.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 3543:1981), qui a fait l'objet d'une révision
technique.
L’annexe A de la présente Norme internationale est donnée uniquement à titre d'information.
iv © ISO 2000 – Tous droits réservés
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NORME INTERNATIONALE ISO 3543:2000(F)
Revêtements métalliques et non métalliques — Mesurage
de l'épaisseur — Méthode par rétrodiffusion des rayons bêta
1 Domaine d'application
AVERTISSEMENT Les instruments à rétrodiffusion des rayons bêta, utilisés pour le mesurage de
l’épaisseur des revêtements, utilisent un certain nombre de sources radioactives différentes. Bien que les
activitésdeces sourcessoient généralement très faibles, elles peuvent présenter un danger pour la santé
si elles ne sont pas manipulées correctement. En conséquence, tous les règlements et directives de
sécurité prescrits par les autorités locales ou nationales doivent être respectés.
La présente Norme internationale spécifie une méthode de mesurage non destructif de l’épaisseur des
revêtements, basée sur le principe de la rétrodiffusion des rayons bêta. Elle est applicable aux revêtements
métalliques ou non métalliques, que les substrats soient ou non métalliques. Pour que la présente méthode soit
applicable, il faut que les numéros atomiques ou les numéros atomiques équivalents du revêtement et du substrat
diffèrent d’une quantité convenable.
NOTE La méthode par rétrodiffusion des rayons bêta est de moins en moins utilisée depuis la mise en œuvre de la
méthode par fluorescence X (ISO 3497). Son faible coûten faitnéanmoins une méthode très utile pour de nombreuses
applications. En outre, sa plage de mesures est plus large.
2 Termes et définitions
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les termes et définitions suivants s'appliquent.
2.1
désintégration radioactive
transformation nucléaire spontanée dans laquelle sont émis des particules ou un rayonnement gamma, ou dans
laquelle est émis un rayonnement X consécutif à une capture électronique, ou dans laquelle le noyau subit une
fission spontanée
[ISO 921:1997, définition 972]
2.2
particule bêta
électron, de charge positive ou négative, qui a étéémis par un noyau atomique ou un neutron au cours d’une
transformation nucléaire
[ISO 921:1997, définition 81]
2.3
isotope émetteur de rayons bêta
source émettrice de rayons bêta
émetteur de rayons bêta
matière dont les noyaux émettent des particules bêta
NOTE 1 Il est possible de classer les émetteurs de rayons bêta d’après le niveau maximal d’énergie des particules qu’ils
libèrent pendant leur désintégration.
NOTE 2 Le Tableau A.1 donne la liste de quelques isotopes utilisés dans les jauges à rétrodiffusion des rayons bêta.
© ISO 2000 – Tous droits réservés 1
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ISO 3543:2000(F)
2.4
électronvolt
unité d’énergie égale à la variation d’énergie d’un électron qui subit une variation de potentiel de 1 V
�19
NOTE 1 1 eV = 1,602 19 � 10 J
[ISO 921:1997, définition 393]
NOTE 2 Cette unitéétant trop petite pour les énergies développées par les particules bêta, on utilise communément le
mégaélectronvolt (MeV).
2.5
activité
nombre de désintégrations nucléaires spontanées qui se produisent dans une quantité donnéedematière durant
un court intervalle de temps approprié,divisé par cet intervalle de temps
[ISO 921:1997, définition 23]
NOTE 1 Dans le mesurage de la rétrodiffusion des rayons bêta, une plus grande activité correspond donc à une plus grande
émission de particules bêta.
NOTE 2 L’unité SI d’activité est le becquerel (Bq). L’activité d’un élément radioactif utilisé dans les jauges à rétrodiffusion
4
des rayons bêta est généralement exprimée en microcuries (�Ci) (1 �Ci = 3,7 � 10 Bq, ce qui représente
4
3,7 � 10 désintégrations par seconde).
2.6
période radioactive
dans le cas d’un processus unique de désintégration radioactive, temps nécessaire pour que l’activité diminue
jusqu’à la moitié de sa valeur selon ce processus
[ISO 921:1997, définition 975]
2.7
diffusion
processus dans lequel un changement de direction ou d’énergie d’une particule incidente ou d’un rayonnement
incident est causé par une collision avec une particule ou un système de particules
[ISO 921:1997, définition 1085]
2.8
rétrodiffusion
diffusion ayant comme résultat le départ d’une particule d’un corps de matière par la même surface que celle par
laquelle elle est entrée
NOTE Le mesurage de la rétrodiffusion peut tenir compte de certains rayonnements autres que les rayons bêta émis ou
rétrodiffusés par un revêtement et un substrat. Le mot «rétrodiffusion» utilisé dans la présente Norme internationale fait
référence au rayonnement total mesuré.
2.9
coefficient de rétrodiffusion (d’une substance)
R
rapport du nombre de particules rétrodiffusées par cette substance au nombre de particules y pénétrant
NOTE La valeur de R est indépendante de l’activité de l’isotope et de la durée du mesurage.
2 © ISO 2000 – Tous droits réservés
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ISO 3543:2000(F)
2.10
comptage de la rétrodiffusion
2.10.1
comptage absolu de la rétrodiffusion
X
nombre de particules bêta rétrodiffusées durant un intervalle de temps et reçues par un détecteur
NOTE X dépendra donc de l’activité de l’isotope, de la durée du mesurage, de la configuration géométrique du système de
mesure et des caractéristiques du détecteur. Le comptage obtenu avec le matériau de base non revêtu est généralement
désigné par X et celui obtenu avec le matériau de revêtement par X . Pour obtenir ces valeurs, il est nécessaire de pouvoir
o s
disposer de ces matériaux en épaisseurs supérieures à l’épaisseur de saturation (voir 2.13).
2.10.2
comptage normalisé de la rétrodiffusion
X
n
grandeur indépendante de l’activité de l’isotope, de la durée du mesurage et des caractéristiques du détecteur, et
définie par l’équation
XX�
o
X �
n
XX�
so
où
X est le comptage absolu de la rétrodiffusion de l’épaisseur de saturation du matériau de base;
o
X est le comptage absolu de la rétrodiffusion de l’épaisseur de saturation du matériau de revêtement;
s
X est le comptage absolu de la rétrodiffusion de l’échantillon revêtu;
chacun de ces comptages étant pris sur le même intervalle de temps
NOTE 1 La valeur de X est validéesiellesesitueentre0et1.
n
NOTE 2 Pour simplifier, il est souvent avantageux d’exprimer le comptage normalisé de la rétrodiffusion en pourcentage, en
multipliant X par 100.
n
2.11
courbe normaliséede rétrodiffusion
courbe obtenue en portant l’épaisseur de revêtement en fonction de X
n
2.12
numéro atomique équivalent (apparent)
pour un matériau, c’est-à-dire un alliage ou un composé,numéro atomique d’un élément qui a le même coefficient
de rétrodiffusion Rquelematériau
2.13
épaisseur de saturation
épaisseur minimale d’un matériau au-delà de laquelle il ne se produit plus aucune modification de la rétrodiffusion
NOTE La Figure A.1 représente la courbe de l’épaisseur de saturation, s, en fonction de la masse volumique pour
différents isotopes.
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ISO 3543:2000(F)
2.14
source scellée
source radioactive enfermée dans un boîtier scellé,ou revêtue d’une enveloppe à laquelle elle est intimement liée,
ce boîtier ou cette enveloppe devant présenter une résistance suffisante pour empêcher le contact avec la matière
radioactive et la dispersion de celle-ci dans les conditions d’emploi pour lesquelles elle a été conçue
[ISO 921:1997, définition 1094]
NOTE Également appelée isotope scellé.
2.15
ouverture
orifice du masque en contact avec l’éprouvette, qui détermine la forme et les dimensions de la surface sur laquelle
est mesuréel’épaisseur du revêtement
NOTE Ce masque est aussi appelé platine ou platine d’ouverture ou support d’éprouvette.
2.16
géométrie de la source
disposition dans l’espace de la source, de l’ouverture et du détecteur, les uns par rapport aux autres
2.17
temps mort
période de temps durant laquelle un tube de détection Geiger-Müller reste insensible à la réception de particules
bêta ultérieures
2.18
tempsderésolution
temps de restitution des tubes de détection Geiger-Müller et autres appareils électroniques associés durant lequel
le circuit de comptage reste insensible à des impulsions ultérieures
2.19
matériau de base
métal de base
matériau sur lequel les revêtements sont appliqués ou produits
[ISO 2080:1981, définition 134]
2.20
substrat
matériau sur lequel un revêtement est déposé directement
NOTE Pour un revêtement unique ou pour la première couche, le substrat est identique au matériau de base; pour les
couches subséquentes, c’est la courbe intermédiaire qui joue le rôle du substrat.
[ISO 2080:1981, définition 630]
3Principe
Lorsque des particules bêta viennent frapper un corps, une certaine proportion d’entre elles est rétrodiffusée.
L’intensité de rétrodiffusion des particules est essentiellement fonction du numéro atomique du corps.
Si le corps est recouvert d’un revêtement superficiel dont le numéro atomique est assez différent de celui du
substrat, l’intensité de la rétrodiffusion se situera entre deux limites: intensité de rétrodiffusion du substrat et
intensité de rétrodiffusion du revêtement. Ainsi, un appareillage de mesure approprié, notamment quant au
dispositif de lecture, permet d’utiliser l’intensité de la rétrodiffusion pour mesurer la masse par unité de surface du
revêtement qui, à condition que la masse volumique soit uniforme, est directement proportionnelle à l’épaisseur,
c’est-à-dire l’épaisseur moyenne dans l’aire de mesurage.
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La courbe représentant l’épaisseur du revêtement en fonction de l’intensité de rétrodiffusion est une courbe
continue qui peut se subdiviser en trois régions distinctes comme le montre la Figure 1, sur laquelle le comptage
normalisé, X , est porté sur l’axe des x, et le logarithme de l’épaisseur du revêtement sur l’axe des y.Dans
n
l’intervalle 0 u X u 0,3, la courbe est essentiellement linéaire. Dans l’intervalle 0,3 u X u 0,8, la courbe est
n n
presque logarithmique; cela implique que, dessinée sur une papier semi-logarithmique, comme sur la Figure 1, la
courbe se rapproche d’une ligne droite. Dans l’intervalle 0,8u X u 1, la courbe est presque hyperbolique.
n
Légende
1 Substrat à l’épaisseur de saturation
2Revêtement à l’épaisseur de saturation
a
Presque linéaire
b
Presque logarithmique
c
Presque hyperbolique
Figure 1 — Courbe normaliséetypederétrodiffusion
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4 Appareillage
4.1 Jauge à rétrodiffusion des rayons bêta, comprenant
a) une source émettrice (isotope), émettant principalement des particules bêta ayant une énergie appropriée
pour l’épaisseur de revêtement à mesurer;
b) un palpeur ou un système de mesure, ayant une gamme d’ouvertures permettant de limiter le rayonnement de
particules bêta à la zone de l’éprouvette sur laquelle doit être mesuréel’épaisseur du revêtement, et contenant
un détecteur capable de compter le nombre des particules rétrodiffusées, par exemple un compteur (ou tube)
de Geiger-Müller;
c) un instrument de lecture directe, sur lequel est visualiséel’intensité de la rétrodiffusion;
d) un instrument de lecture directe, soit en unitésmétriques, soit sous forme numérique, proportionnel au
comptage absolu ou au comptage normalisé absolu, ou à l’épaisseur de revêtement expriméesoitdefaçon
linéaire, soit en masse par unité de surface.
5 Facteurs se rapportant à l’incertitude de mesurage
5.1 Statistique du comptage
La désintégration radioactive est de nature aléatoire. Cela implique que, durant un intervalle de temps donné,le
nombre de particules bêta rétrodiffusées est variable. Cela donne naissance à des erreurs statistiques inhérentes
au comptage des radiations. En conséquence, une estimation du taux de comptage, basée sur une courte durée
de mesurage (par exemple 5 s), peut différer de façon appréciable d’une estimation basée sur une longue période
de comptage, en particulier si le taux de comptage est faible. Pour réduire l’erreur statistique à un niveau
acceptable, la durée de comptage doit être suffisamment longue pour permettre d’accumuler un nombre élevé de
comptages.
Pour les comptages normalement évalués, l’écart-type, �,est très voisin de la racine carrée du comptage absolu,
c’est-à-dire � � X ; dans 95 % des cas, le comptage exact sera à l’intérieur de l’intervalle X � 2�. Pour estimer la
précision, il est souvent utile d’exprimer l’écart-type comme un pourcentage du comptage, c’est-à-dire 100 XX/
ou 100 X. Ainsi, un comptage de 100 000 conduira à un résultat 10 fois plus précis que celui obtenu avec un
comptage de 1 000. Si possible, la durée du comptage doit être choisie de façon à conduire à un comptage total
d’environ 10 000, ce qui correspondrait à un écart-typede 1%en raisondelanaturealéatoire de la désintégration
radioactive.
Les instruments à lecture directe sont également soumis à ces erreurs statistiques dues au caractère aléatoire.
Toutefois, si ces instruments ne fournissent pas l’enregistrement du taux de comptage réel, une manière d’estimer
la précision de la mesure est d’effectuer un grand nombre de mesurages répétitifs au même endroit du même
échantillon revêtu,etdecalculer l’écart-type par les méthodes conventionnelles.
NOTE La précision d’un mesurage par rétrodiffusion des rayons bêta est toujours inférieure à la précision indiquéeen5.1,
étant donné qu’elle dépend d’autres facteurs répertoriésde 5.2 à 5.17.
5.2 Matières constituant le revêtement et le substrat
L’intensité de la rétrodiffusion dépendant des numéros atomiques du substrat et du revêtement, l’incertitude du
mesurage dépend, dans une large mesure, de la différence entre ces numéros; avec les mêmes paramètres de
mesure donc, plus la différence est grande, plus le mesurage est précis.
Pour la plupart des utilisations, il peut être établi à titre indicatif que la différence des numéros atomiques doit être
d’au moins 5. Pour les matières dont le numéro atomique est inférieur à 20, cette différence peut être réduite de
25 % du numéro le plus élevé; pour les matières de numéro atomique supérieur à 50, la différence doit être d’au
moins 10 % du numéro le plus élevé. La plupart des plastiques non chargéset autres matières organiques
connexes (par exemple photorésistantes) sont censés avoir un numéro atomique apparent proche de 6.
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NOTE Le Tableau A.2 donne les numéros atomiques de matériaux de revêtements et de substrats couramment utilisés.
5.3 Ouverture
En dépit du caractère de collimateur des sources utilisées dans les jauges à rétrodiffusion du commerce, la
rétrodiffusion enregistrée par le détecteur est, en général, la sommedelarétrodiffusion causéepar l’éprouvette
exposée dans l’ouverture et de celle du su
...
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