4.4 L'instrumentation autour du réacteur Caliban
4.4.3 Etalonnage de l'instrumentation additionnelle
La mise en oeuvre de cette instrumentation nécessite au préalable une opération d'étalonnage, il s'agit d'une part de régler la tension de polarisation appliquée à la chambre et d'autre part d'ajuster le seuil de discrimination des impulsions.
Réglage de la tension de polarisation
La réponse d'une chambre à ionisations lors de la détection d'une interaction dépend fonda- mentalement de l'amplitude de la tension appliquée entre les deux électrodes collectrices placées de part et d'autre de celle-ci. Plusieurs régimes de fonctionnement sont accessibles, citons notam- ment :
le régime de recombinaison, dans lequel la tension de polarisation n'est pas su sante pour pouvoir empêcher la recombinaison des paires électrons-ions formées ;
le régime d'ionisation, dans lequel le champ électrique est su samment important pour que les charges créées puissent être collectées ; ce dernier n'est cependant pas su samment important pour induire une ampli cation des impulsions électriques, un traitement spéci que aux signaux de faibles amplitudes est donc nécessaire en aval de la chambre ;
le régime proportionnel, dans lequel le champ électrique est su samment important pour permettre l'accélération des électrons produits, ces derniers sont alors en mesure d'induire à leur tour des ionisations secondaires ; l'ensemble des charges collectées produites lors de ces cascades d'ionisations est proportionnel au nombre d'ionisations initiales, le facteur d'ampli- cation étant notamment dépendant de la distance séparant les deux électrodes collectrices ; le régime de saturation, dans lequel la tension de polarisation est telle que les charges initiales créées lors de l'interaction ux-détecteur produisent une avalanche très intense d'ionisations secondaires, la réponse du détecteur dans un tel régime est indépendante du nombre d'ioni- sations initiales.
Le régime d'ionisation et le régime proportionnel sont les deux seuls à fournir un signal repré- sentatif de l'intensité du ux neutronique que l'on cherche à évaluer, c'est donc l'un de ces deux régimes qui doit être adopté.
Suite à la collection des charges produites lors de l'interaction entre le ux de neutrons et le détecteur, un temps de latence est nécessaire pour que les paires ions-électrons puissent se recombiner. Lors de cet phase appelée "temps mort", la détection d'une interaction conduit à un signal d'amplitude amoindrie induisant un biais sur le ux mesuré. Il est donc nécessaire de faire en sorte que ce temps mort soit négligeable devant l'intervalle de temps séparant les évènements que l'on cherche à compter.
La longueur du temps mort augmente avec le nombre de recombinaisons à eectuer après la détection d'un évènement, ce dernier est donc dépendant notamment de la tension de polarisation appliquée. Plus cette dernière est importante et plus le temps mort sera long. Etant donné que les expériences eectuées au cours de ce travail sont très sensibles à cette contrainte (voir paragraphe 4.4.4), nous avons fait le choix de xer la tension de polarisation à une valeur qui soit la plus basse possible. La mise en oeuvre de l'instrumentation dans un régime d'ionisation a donc été adoptée pour ces applications.
L'objectif de la procédure d'étalonnage consiste à déterminer la tension de polarisation qui permet le fonctionnement du dispositif dans un tel régime. Pour ce faire, la courbe représentant le taux de comptage obtenu en fonction de la tension de polarisation a été tracée pour chacun des dispositifs utilisés. Cette courbe est obtenue par l'acquisition de la réponse du dispositif soumis à une source neutronique d'intensité constante placée à proximité de la chambre d'ionisation, le réglage de la tension de polarisation s'eectue à partir d'un potentiomètre et sa mesure est obtenue
par le biais d'une sonde haute-tension. La courbe obtenue avec la chambre BF3basse pression est
présentée sur la gure 4.9.
Trois domaines distincts peuvent être identi és sur cette courbe :
1. pour les tensions les plus basses, une partie des paires ions-électrons se recombinent, ce qui a pour conséquence d'amputer le nombre de charges collectées et de conduire à un taux de comptages plus faible que celui que l'on obtiendrait si toutes les charges étaient collectées ; 2. on observe aux tensions plus élevées un palier qui correspond au régime d'ionisation, l'en-
semble des charges initialement produites sont collectées sans ampli cation, la sensibilité du taux de comptages à la tension de polarisation est minimale au sein de ce domaine ; 3. pour les tensions plus importantes, on observe une ampli cation induite par les cascades
d'ionisations secondaires, c'est le régime de fonctionnement proportionnel.
La tension de polarisation appropriée correspond au milieu du palier d'ionisation, dans l'exemple
de la chambre BF3basse pression, une valeur de 2850 V a été xée.
4.4. L'INSTRUMENTATION AUTOUR DU RÉACTEUR CALIBAN 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 2400 2500 2600 2700 2800 2900 3000 3100 3200 Tension de polarisation (V) Co m p ta g e
Figure 4.9 Courbe d'étalonnage de la tension de polarisation pour la chambre BF3
basse pression
Réglage du seuil de discrimination
Le rayonnement alpha présent dans l'environnement autour de la chambre est susceptible d'induire des ionisations au sein de celle-ci. Cette contribution non désirée est à l'origine d'un bruit dont il est nécessaire de réduire l'impact. Le réglage du seuil de discrimination à un niveau approprié permet d'eectuer cette correction.
Lorsque la chambre fonctionne dans un régime d'ionisation, l'amplitude en volts d'une im- pulsion électrique dépend de la particule qui y est à l'origine. Les particules alpha produisent notamment des impulsions d'amplitude plus faible que celles induites par des neutrons. On pré- sente sur la gure 4.10 les allures des distributions en amplitude des impulsions délivrées par la détection des particules alpha et des neutrons.
Le dispositif de discrimination a pour objectif de ltrer les impulsions en fonction de leur amplitude, les impulsions ayant une amplitude plus faible que son seuil n'étant tout simplement pas traitées. Le but de l'opération d'étalonnage consiste à régler la tension du seuil de discrimination de manière à ne conserver que la contribution des impulsions induites par des réactions neutroniques. Les distributions en amplitude des impulsions délivrées d'une part par les particules alpha (bruit) et d'autre part par les neutrons (information utile) se recouvrant, il n'est a priori pas possible de
discriminer proprement ces deux contributions. Néanmoins, le seuil de discrimination Vdiscri peut
être réglé de manière à ce que la contribution des impulsions neutroniques "coupées" en deçà de ce seuil An soit compensée par la contribution des impulsions "alpha" comptées au delà du seuil Aα.
La détermination de ce seuil s'eectue en pratique d'une manière similaire à celle de la tension de polarisation. En présence d'une source neutronique placée à proximité de la chambre, on trace la courbe représentant le taux de comptage neutronique en fonction de la tension du seuil de dis-
N o m b re d 'i m p u ls io n s Amplitude (Volts) Impulsions particules alpha Impulsions neutrons Aα An Vdiscri
Figure 4.10 Distributions en amplitudes des impulsions délivrées par la détection de particules alpha et de neutrons
crimination. La gure 4.11 présente une courbe obtenue de cette manière, trois domaines peuvent y être distingués :
1. pour les faibles valeurs de seuil, le taux de comptages est signi cativement impacté par la contribution des particules alpha ;
2. il s'en suit un palier au sein duquel le taux de comptages est peu dépendant du seuil de discrimination, cette région correspond au domaine pour lequel la contribution des neutrons coupée correspond à la contribution des particules alpha comptées ;
3. pour les valeurs de seuil les plus élevées, on observe une diminution du taux de comptages consécutive à l'élimination d'une part croissante des impulsions induites par les neutrons. Le seuil de discrimination doit être choisi à l'intérieur du palier central, on le xe en pratique à la valeur centrale de ce dernier.
On présente sur le tableau 4.2 les valeurs adoptées pour la tension de polarisation et le seuil de discrimination à l'issue de l'étalonnage de l'ensemble des instruments utilisés au cours des expé- riences. Ces paramètres étant susceptibles de varier dans le temps, une véri cation systématique de ces derniers est eectuée avant le début d'une expérience. On procède également à un réajustement de ces tensions dans le cas échéant.
Détecteur polarisation (V) discrimination (V)Tension de Seuil de
CAF 350 1,40
BF3 2850 1,50
basse pression
BF3 2750 1,60
haute pression
Table 4.2 Etalonnage de l'instrumentation
4.4. L'INSTRUMENTATION AUTOUR DU RÉACTEUR CALIBAN 2550 2600 2650 2700 2750 2800 2850 2900 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 Seuil de discrimination (V) Co m p ta g e
Figure 4.11 Taux de comptages en fonction du seuil de discrimination pour la
chambre BF3 basse pression