Caract´eristiques d’´emission des sources de 109 Cd

Cd

Pour le cadmium on se trouve en pr´esence de la r´eaction suivante :

109Cd−→109Ag∗ −→109Ag. La transmutation du cadmium en argent se fait par capture ´electronique. Un ´electron du cort`ege ´electronique du cadmium

s’associe avec un proton du noyau pour donner un neutron et un neutrino (qui est ind´etectable) : e−+ p −→ n +νe. Le cort`ege ´electronique se d´esexcite imm´ediatement en ´emettant un photon X de 22 ou 25 keV. On se retrouve ainsi avec un atome d’argent dont le noyau est excit´e. Cette d´esexcitation peut se faire par ´emission d’un γ de 88 keV avec une constante de temps de 40 secondes. Mais ce γ de 88 keV peut donner son ´energie `a un ´electron du cort`ege (par effet Auger) qui sort donc avec une ´energie qui est ´egale `a 88 keV moins son ´energie de liaison : soit 62.5 keV pour les ´electrons de la couche K (41% des cas), soit 84 keV pour les ´electrons de la couche L (45% des cas), soit 87 keV pour les ´electrons de la couche M (10% des cas). Cette ´emission s’accompagne de l’´emission simultan´ee d’un photon X de 25.5 keV, de 4 keV ou de 1 keV respectivement par r´eorganisation du cort`ege ´electronique (la somme des ´energies des particules ´emises est toujours de 88 keV). Finale-ment, l’´emission d’un ´electron de 62.5, 84 ou 87 keV s’accompagne toujours de l’´emission simultan´ee d’un photon X de respectivement 25.5, 4 ou 1 keV (il n’y a pas de corr´elation angulaire entre les 2 particules ´emises). Dans 4% des cas on a ´emission d’un γ de 88 keV (dont la longueur d’absorption est d’environ 2 mm).

Par des consid´erations g´eom´etriques (angle solide du d´etecteur vu `a partir de la source), il est possible de calculer la proportion des ´ev`enements o`u l’on a simultan´ement un γ et un ´electron interagissant dans le d´etecteur. Chaque fois qu’un ´electron de 62 keV est d´etect´e la probabilit´e d’avoir un photon X de 25 keV en co¨ıncidence est de 0.34.

La figure 7.1 montre le spectre de l’´energie d´epos´ee dans le d´etecteur si-mul´e dans les conditions exp´erimentales avec le logiciel GEANT 3. Ce spectre n’est calcul´e qu’en simulant ´ev`enement par ´ev`enement. Il ne tient pas compte du fait qu’un ´electron et un γ peuvent interagir en mˆeme temps dans le d´etecteur.

La pr´esence de photons d’´energie d´etermin´ee (22 et 88 keV) permet de ca-librer le d´etecteur. On utilise le mˆeme montage exp´erimental que l’exp´erience pr´ec´edemment d´ecrite au chapitre 5 mais pour tester les caract´eristiques de r´eponse des deux faces du bolom`etre, deux sources sont plac´ees, une sur chaque cˆot´e du d´etecteur. Chaque source donne environ 0.5 coup par seconde dans le d´etecteur. Une simulation de la position d’interaction des ´electrons et des photons d’une source de cadmium dans les conditions exp´erimentales est pr´esent´ee figure 7.2. On observe que les d´epˆots d’´energie d’une source de cadmium se font principalement en surface.

Remarque : le seuil de d´eclenchement est fix´e `a 8 keV sur les ´electrodes CS et CI. Quelle que soit la position de l’´ev`enement dans le d´etecteur, si la charge d´evelopp´ee est sup´erieure au seuil de d´eclenchement l’enregistrement est d´eclench´e car il y a toujours au moins une des ´electrodes CS ou CI qui

0 20 40 60 80 100 0 200 400 600 800 1000 1200

Energie déposée dans le détecteur (keV)

Nombre d’évènements e e p e p p

Fig. 7.1 – Spectre simul´e de l’´energie d´epos´ee par les ´electrons (e) et les photons (p) d’une source de 109Cd (5000 ´ev`enements simul´es). Simulation obtenue avec le logiciel GEANT 3 en tenant compte de la g´eom´etrie du dispositif exp´erimental mais sans tenir compte des ´ev`enements en co¨ıncidence (´electron+γ).

Fig. 7.2 – Simulation de la position des d´epˆots d’´energie d’une source de

109Cd dans les conditions de notre exp´erience. Les sources sont plac´ees en R=0 cm, Z=1.3cm et R=0 cm, Z=-1.3cm. Chaque point correspond `a un d´epˆot d’´energie. Les points rouges signifient que la charge est collect´ee entre l’´electrode collectrice du cˆot´e sup´erieure (CS) et l’´electrode de veto-surface du cˆot´e sup´erieur (VSS) : ce sont principalement les ´electrons de 62 et 84 keV et les photons de 22 et 25 keV. Les points magenta signifient que la charge est d´epos´ee sur les ´electrodes collectrices inf´erieures (CI) et veto-surface inf´erieure (VSI). Les croix vertes signifient que la charge est collect´ee sur les ´electrodes collectrices (CS et CI) et l’´ev`enement est consid´er´e comme ´ev`enement du volume fiduciel (principalement les γ de 88 keV). Les condi-tions de polarisation simul´ees sont : VCS=2 V, VV SS=-0.75 V, VGS=0.5 V, VCI=-2 V, VV SI=0.75 V,VGI=-0.5 V.

collecte toutes les charges d’un type de porteur (dans le cas d’un ´ev`enement `a collecte compl`ete et en faisant abstraction des ´ev`enements de garde).

7.1.2 R´esultats exp´erimentaux

La figure 7.3 pr´esente le rendement d’ionisation en fonction de l’´energie de recul lors d’une prise de donn´ees avant s´election des ´ev`enements de volume mais apr`es rejet des ´ev`enements de garde.

On distingue la ligne des photons γ de 88 keV (p88 sur la figure) pour des rendements d’ionisation group´es autour de 100%. Les photons γ de 22 et 25 keV pr´esentent des rendements d’ionisation tr`es h´et´erog`enes qui vont de 90% jusqu’au seuil de d´eclenchement (p22 sur la figure). La pr´esence de ces ´ev`enements `a des rendements d’ionisation faible doit ˆetre due `a la faible p´en´etration des photons de 22 keV (environ 100 µm) qui peuvent donner de la charge sur les lignes de champ coupant les surfaces libres.

Les ´electrons de 62 et 84 keV (e62, e84) sont plac´es `a des rendements d’io-nisation centr´es autour de 30% (dans la bande de recul nucl´eaire). Cette dis-tribution `a bas rendement d’ionisation ne d´epend pas de la tension appliqu´ee sur l’´electrode collectrice : des exp´eriences avec des tensions appliqu´ees plus ´elev´ees (et moins ´elev´ees) n’ont pas montr´e de variation significative du ren-dement d’ionisation des ´electrons.

Les ´electrons sont des particules charg´ees et perdent donc de l’´energie de mani`ere continuelle d`es leur entr´ee dans le mat´eriau. La profondeur de p´en´etration maximale d’un ´electron de 84 keV est d’environ 20 µm (et d’en-viron 10 µm pour un ´electron de 62 keV (cf 2.1.2)). Une grosse proportion de ces ´ev`enements interagit dans les zones du d´etecteur o`u les lignes de champ coupent les surfaces libres. On en d´eduit donc qu’une forte proportion des ´ev`enements donne lieu `a du pi´egeage en surface. La correction de l’effet Luke n’est rigoureusement exacte que pour des ´ev`enements dont toute la charge est collect´ee. Ceci rend difficile l’interpr´etation du trac´e du rendement d’io-nisation en fonction de l’´energie de recul avant s´election des ´ev`enements de volume (qui eux sont bien collect´es et ont donc un effet Luke bien corrig´e).