L’efficacité de collection du signal de scintillation

Afin de déterminer l’efficacité de collection du signal de scintillation nous avons étudié la variation du nombre de photons UV arrivant sur le PM en fonction de la position de généra-tion de ces photons. Nous générons de manière isotrope des électrons de 511 keV sur l’axe de notre TPC entre 0 et 12 cm. La distance totale entre l’anode et l’entré du PM étant de 13 cm, la distance de génération des électrons du PM varie donc entre 13 et 1 cm. L’erreur de position produite par le parcours de l’électron est négligé.

La figure4.14montre le nombre de photons UV arrivant sur le PM en fonction de la position de génération des électrons primaires. Pour la position la plus éloignée du PM, Z entre 0 et 1 cm, il y a autour de 40 photons collectés par la fenêtre d’entrée du PM.

Ce nombre de photons détecté est obtenu en considérant le rendement de scintillation pour un champ électrique nul. Comme il a été présenté dans le chapitre 2 (figure 2.5), le taux de scintillation dans la réalité dépend du champ électrique. Ce taux est ∼ 0.50 pour un champ électrique E = 1 kV/cm. Prenant cela en compte, le nombre moyen de photons arrivant sur notre

FIGURE 4.14 – La dépendance du nombre de photons UV arrivant sur le PM en fonction de la position de génération des électrons de 511 keV.

PM est estimé à 20 pour les photons générés à z proche de 0. Ce nombre sera réduit encore par l’efficacité quantique du PM, égale à 0.38 pour notre PM Hamamatsu R7600-06MOD-ASSY. La moyenne du nombre minimum des photons UV détectes par notre PM réel est alors estimé à 7, 6. Ce nombre étant suffisant pour déclencher l’acquisition, nous avons une efficacité de ∼ 100% de déclenchement de notre TPC.

4.4 Conclusion

Le logiciel GATE a été utilisé pour simuler notre prototype expérimental XEMIS1. GATE dans sa version originale n’étant pas capable de simuler les chambres à projection temporelle, nous avons ajouté des nouveaux composants. Parmi ces composants il y a : l’aspect multi-système, des modules pour simuler le signal d’ionisation et le signal de scintillation.

Pour simuler le signal d’ionisation, nous avons utilisé les paramètres expérimentaux mesu-rés sur le détecteur XEMIS1. Afin de vérifier notre simulation et de comprendre au mieux la réponse de notre détecteur, nous comparons les simulations avec nos données expérimentales. Un bon accord pour le spectre en énergie, la taille des clusters et la profondeur de l’interaction a été obtenu.

Le signal de scintillation a également été simulé pour estimer l’efficacité de déclenchement. Cette efficacité est proche de 100% pour un champ électrique de E = 1 kV/cm.

Chapitre 5

Simulation de l’imagerie 3γ avec la caméra

XEMIS2

Nous avons vu dans le chapitre précédant que la simulation avec GATE reproduit bien les performances de notre détecteur XEMIS1. Dans ce chapitre nous allons appliquer la même si-mulation pour estimer les performances de notre nouveau système proposé (XEMIS2) de l’ima-gerie 3γ, constitué d’une caméra cylindrique unique remplie de xénon liquide.

Nous commencerons le chapitre par une description générale de cette nouvelle caméra. En-suite, nous présenterons une comparaison de la sensibilité de cette nouvelle caméra par rapport à l’ancien modèle proposé TEP-LXe [8]. La partie suivante sera consacrée à la description de la simulation de la caméra XEMIS2 avec GATE, et plus particulièrement des modules que nous y avons ajoutés pour qu’il soit capable de simuler un tel détecteur. Nous décrirons finalement l’algorithme que nous avons développé pour faire la reconstruction de la position de la désinté-gration du⁴⁴Sc.

5.1 XEMIS2, une caméra cylindrique au xénon liquide pour

l’imagerie du petit animal

5.1.1 Description

La figure 5.1 présente la structure du prototype proposé XEMIS2, il s’agit d’une caméra consacrée à l’imagerie 3γ du petit animal.

Il est à noter que les dimensions de cette caméra sont préliminaires et pourront être mo-difiées d’ici la construction de la caméra réelle. Au niveau de la détection, cette caméra est principalement composée de deux TPC cylindriques et identiques placées dos-à-dos et séparées par la cathode. La zone active du xénon liquide commence à 7 cm de l’axe de la caméra (rayon interne) et finit à 19 cm (rayon externe) ; l’épaisseur de cette zone de xénon liquide est donc de 12 cm ce qui correspond à un bon compromis entre l’efficacité de déclenchement par les PM,

proche de ∼ 100% suivant notre étude dans le chapitre 4, et l’efficacité de détection des photons γ . En fait, un photon γ de 1,157 MeV a une longueur d’atténuation de 6,3 cm dans le xénon liquide. En supposant des photons γ en incidence normale, 85% d’entre eux interagissent dans la TPC. La longueur de la zone active de xénon liquide de chaque TPC suivant z, l’axe de la caméra, est aussi de 12 cm.

Les deux anodes se trouvent aux deux extrémités de la zone active. Elles sont circulaires avec des rayons intérieur et extérieur proches de ceux de la zone active. Chaque anode est com-posée d’une répétition de pixels de 3 × 3 mm²suivant l’axe X et l’axe Y . Cette taille de pixels permet d’atteindre une bonne résolution spatiale transverse. Par contre, cela nécessite un grand nombre de pixels, ∼ 10500 pour chaque anode, et par conséquent de voies électroniques, pour couvrir la zone active. Ce nombre important de voies électroniques sera un défi pour la construc-tion de XEMIS2.

La zone active de la TPC sera entourée par un ensemble de PM afin de réaliser un déclen-chement local de la caméra et ainsi de réduire le temps mort. Le nombre et la répartition de PM mérite une étude détaillée que nous ne faisons pas dans cette thèse.

Les composants de deux TPCs seront montés dans un cryostat cylindrique. L’homogénéité du champ électrique nécessite deux types d’anneaux de champ, un pour la partie interne et l’autre pour la partie externe de la zone active. Les anneaux internes doivent être fins afin de réduire le plus possible la zone morte du xénon liquide.

Le cryostat sera placé dans une enceinte à vide afin d’assurer une bonne isolation thermique. Le rayon interne de cette enceinte de 5 cm est suffisant pour mettre un rat dont la taille typique correspond à un rayon de 2, 5 cm.