Expérience de filtrage du faisceau X

Afin de pouvoir spécifier l’épaisseur de LF5G19 nécessaire, nous avons rentré les don-nées de la table5.3dans le logiciel XRV, pour estimer le filtrage du spectre X de la Ligne en fonction de l’épaisseur de verre, puis nous avons réalisé une série de mesure sur deux échan-tillons de LF5 : le verre standard d’une épaisseur de 1mmet le verre stabilisé d’épaisseur 5mm. Ce dernier a été découpé comme représenté sur la figure5.22a) pour pouvoir aug-menter l’épaisseur du filtre jusque 30mm par pas de 5mm. Nous avons alors réalisé deux tests principaux. Le premier consiste à irradier chacun des deux échantillons en faisceau blanc, avec la détection indirecte derrière, pour observer si la détection détecte un phéno-mène de fluorescence. Si tel est le cas, c’est que l’épaisseur de verre de5mmn’est alors pas suffisante. Le second test consiste à irradier en faisceau blanc et monochromatique, le LF5 seul puis protégé par différentes épaisseurs de LF5G19 et à analyser le temps de marquage.

Les bancs expérimentaux associés à ces deux tests sont illustrés sur la figure5.22b) et c).

FIGURE 5.22: Expériences d’irradiation, a) Échantillons de LF5 et LF5G19 avant irradiation, b) Montage d’analyse du flux X transmis en fonction du verre, c) Expérience de protection du LF5 par différentes épaisseurs de

LF5G19.

Le spectre de la ligne a été simulé pour une intensité de charge de l’anneau de 500mA.

Le logiciel XRV nous permet alors d’obtenir les courbes représentées sur la figure5.23pour un faisceau de2,5×2,5mm² d’ouverture. La comparaison des deux spectres avec et sans lame de5mmde LF5G19 semble démontrer que le faisceau est totalement coupé par la lame sur la figure a). En réalité la figure b) démontre qu’il reste une partie du spectre non filtrée par la lame entre50et88keV, mais le pic est atténué d’un facteur2×10⁶.

Pour les deux échantillons, un signal de fluorescence est mesuré par le système de détec-tion indirecte sur60sde temps d’acquisition, ce qui veut dire que même les5mmde LFG519 ne suffisent pas à couper totalement le faisceau X. Ceci s’est confirmé sur la caméra de vi-sualisation de la cabane X durs dont nous avons reporté les images en couleur en figure 5.24. Nous observons une source de lumière jaune-vert au niveau du scintillateur : il s’agit de la fluorescence générée par le faisceau X non coupé par les lames de verre. Celle-ci est plus intense pour le LF5 que pour le LF5G19. En effet, le LF5 est moins épais et de plus ne possède pas de plomb dans sa formulation ; par conséquent il n’absorbe que très peu le rayonnement X. Le verre stabilisé réduit le flux du faisceau transmis, mais ne l’absorbe pas totalement. Ce constat est cohérent avec la courbe bleue de5.23b) du spectre transmis à tra-vers5mmde LF5G19 avec un pic autour de70keV de10⁴ photons/s. Les rayons X les plus durs ne sont pas stoppés par le filtre et produisent la scintillation du YAG :Ce. La coupure du spectre à88keV correspond à une raie d’absorption du plomb contenu dans le verre. Enfin, ceci est corroboré expérimentalement par un autre phénomène : nous observons du bruit

FIGURE 5.23: Spectres de l’expérience d’irradiation, a) Spectre de la Ligne pour une intensité de charge de 500mA, et après5mmde LF5G19, b)Idem

en adaptant l’échelle sur la transmission après5mmde LF5G19.

de photons X sur la caméra ; ce sont les rayons X les plus durs qui traversent la totalité de la combinaison et viennent frapper la matrice CCD. Des petits points chauds apparaissent sur tout le champ de la détection. Ce premier test démontre que pour les conditions de flux maximal de la ligne (faisceau blanc 500mA), les5mmde verre plombé à hauteur de30−40%

ne sont pas suffisants pour couper les énergies les plus hautes du spectre.

FIGURE5.24: Images de la caméra de visualisation de la cabane X durs, a) LF5 sous test, b) LF5G19 sous test.

De plus, nous observons expérimentalement une seconde source lumineuse violette sur les caméras de visualisation de la cabane optique au niveau de chacun des deux verres.

Il semblerait même que dans le cas du LF5G19 de la figure 5.24 b) il y ait une seconde source lumineuse en face arrière. Afin de vérifier ceci, nous avons enlevé le scintillateur de la détection indirecte et placé la lame de verre au plus proche de la monture d’un objectif

×5 de faible ouverture (0,14) de sorte que les 5mmde verre ne dégradent pas la qualité de l’image. Par suite, nous avons reculé la lame jusque faire l’image d’une première source lumineuse représentée sur la figure5.25a) et en coupe sur b). Celle-ci mesure244µmà mi-hauteur, ce qui est cohérent avec les paramètres géométriques de la Ligne. En effet, nous

5.3. Protection de la détection face au rayonnement X

avions ouvert les fentes placées à12mde la source à100×100µm², ce qui à une distance totale d’environ32mdans la cabane d’expérience mène à un faisceau magnifié de267µmau niveau du verre. Nous vérifions, en poursuivant la course de la lame de verre, qu’il n’existe pas de source en face arrière.

La présence de cette source de lumière s’explique par la génération d’un plasma de sur-face, lié à l’interaction du rayonnement ionisant avec la surface de l’optique. Le flux de photons arrivant en face avant du verre est tellement élevé (3.10¹⁴photons par seconde sur tout le spectre et sur une ouverture de2,5×2,5mm²), qu’il peut se produire à la surface du verre une réaction chimique de génération d’ozone à partir de l’oxygène de l’air accompa-gné d’une émission de lumière. La réaction peut être catalysée par les aspérités de la surface de l’optique. L’effet ne se produit pas en face arrière car le flux de photons intégré sur tout le spectre est trop faible pour initier la réaction et produire en quantité remarquable de l’ozone.

FIGURE5.25: a) Image au travers du système optique (grandissement×5) sans scintillateur du foyer lumineux en face avant du LF5G19, temps d’acquisition

100ms, b) Coupe de a) de largeur à mi-hauteur165pixels soit244µm.

En conclusion, de ce premier test en faisceau blanc, il faut s’attendre à générer une source de lumière parasite sur la première face de la lame de verre. Il s’agit d’une source de bruit que nous n’avions pas anticipée ; cependant, nous arrivons ici à10000niveaux de gris pour un temps d’acquisition de100ms. Toutefois, la source de fluorescence du YAG :Ce est bien plus lumineuse ; en effet, pour un temps d’acquisition de 5ms, nous mesurons un signal moyen de20000niveaux avec l’objectif×5peu ouvert pour seulement650niveaux pour la source de lumière parasite. Il conviendra tout de même de placer la face avant de la lame de protection la plus éloignée possible du plan focal du système d’imagerie, afin de limiter la collection de flux parasite. Nous collerons donc la lame contre l’objectif.

Enfin, nous avons analysé le comportement du LF5G19 en faisceau monochromatique.

Tout d’abord, lorsque la lame est placée en amont du système de détection indirecte complet {scintillateur + optique + caméra}, nous n’observons aucun effet de scintillation ; la lame ab-sorbe bien l’ensemble des photons X. Ce test a été réalisé aux bords du spectre de travail en monochromatique à10keV et30keV. En revanche, nous observons en détection directe (sans scintillateur) un effet de fluorescence dû au dopage en oxyde de cerium. Il s’agit du même dopage que pour le cristal de scintillateur, mais en plus faible proportion. Cette émission de fluorescence n’est localisée qu’en face avant de la lame de verre, sur la distance néces-saire à l’absorption de la totalité du rayonnement. De plus, cet effet est relativement faible : nous avons530et700niveaux de gris respectivement à10et30keV pour60sde temps d’ac-quisition, sachant que les niveaux moyens des interférogrammes sont de l’ordre de20000 niveaux de gris. Nous considérerons donc l’effet de fluorescence comme négligeable.