Second étalonnage de GENIX

Suite à un défaut d’étanchéité, le vide à l’intérieur du capot de GENIX ne pouvait plus être maintenu et le détecteur a dû être envoyé en réparation. En parallèle, une modification sur la géométrie de mesure a été apportée pour tenir compte des résultats obtenus lors du premier étalonnage et le collimateur au niveau du détecteur a été changé. Le diamètre d’ouverture de celui-ci a été diminué pour passer de 14 mm à 12 mm. Ainsi, l’angle solide de mesure a été réduit ce qui permet de diminuer les effets de diffusion dus à l’interaction des photons dans la zone de faible champ électrique du cristal. Un nouvel étalonnage du détecteur a donc été réalisé et d’autres points d’étalonnage ont été ajoutés (tableau 4.12), notamment du fait de nouvelles disponibilités de radionucléides.

La figure 4.46 présente les nouveaux points expérimentaux obtenus par l’acquisition des sources étalons ponctuelles disposées à la même distance du détecteur (8 cm) que lors du

Figure 4.45 – Nombre de coup sous le pic de 60 keV de 241Am en fonction de sa position au-dessus du détecteur.

Radionucléide Énergie (keV) Intensité d’émission (%) 57 Co − 14,4130 (3) − 9,18 (12) − 122,0607 (1) − 85,49 (14) − 136,4736 − 10,71 (15) 85_Sr 13,3359 13,3758 17,16 (17) 50,20 (30) 13,3955 33,04 (29) 14,9994 15,0193 8,04 (10) 8,97 (11) 15,1953 0,93 (4) 113 Sn 24,0023 24,1376 27,69 (21) 79,59 (37) 24,21 51,9 (3) 27,3364 27,4275 14,58 (17) 17,35 (20) 27,9093 2,77 (10) 139 Ce 33,0344 33,2982 22,80 (24) 64,70 (47) 33,4421 41,9 (4) 37,8687 38,6619 12,47 (18) 15,63 (20) 38,8228 3,16 (8) − 165,8575 (11) − 79,90 (4)

Tableau 4.12 – Liste des radionucléides supplémentaires utilisés pour le second étalonnage de GENIX

De même, des étalonnages en énergie et en résolution du détecteur ont été effectués préala- blement à l’étalonnage en rendement (figures 4.47 et 4.48).

Un premier ajustement des points expérimentaux a ensuite été effectué avec ACORES (fi- gure 4.49), avant le calcul des corrections de coïncidence. Afin de déterminer les valeurs de rendement d’absorption totale pour les énergies supérieures à 165 keV ainsi que celles du ren- dement total pour calculer ces corrections, la nouvelle géométrie de GENIX a été implémentée sur PENELOPE et GEANT4.

Figure 4.46 – Variation du rendement d’absorption totale de GENIX en fonction de l’énergie des photons pour une distance source-détecteur d’environ 8 cm - Second étalonnage

Figure 4.47 – Variation de l’énergie en fonction du numéro du canal pour le détecteur GENIX - Second étélonnage

La seule modification porte sur le diamètre d’ouverture du collimateur au niveau du détec- teur, puisque aucun autre élément du détecteur n’est censé avoir été modifié. La comparaison

Figure 4.48 – Variation de la résolution de GENIX en fonction de l’énergie des photons - Second étalonnage

Figure 4.49 – Variation du rendement d’absorption totale de GENIX en fonction de l’énergie des photons pour une distance source-détecteur d’environ 8 cm et premier ajustement des points expérimentaux par ACORES - Second étalonnage

Comme dans le cas du détecteur de la plateforme MADERE, Voie X2, il y a un écart systé- matique entre l’ajustement des résultats expérimentaux et la simulation Monte Carlo, particu- lièrement en haute énergie. Ce dernier point peut s’expliquer par un changement d’électronique du préamplificateur lors de la réparation du détecteur, la saturation de celle-ci serait plus im- portante que la précédente. Il ne peut pas provenir d’une augmentation de l’épaisseur de la zone de diffusion des ions lithium dans le cristal de germanium car cela signifierait qu’elle serait

Figure 4.50 – Comparaison des résultats obtenus par simulation Monte Carlo aux résultats expérimentaux - Second étalonnage

passée d’une valeur de 4,4 mm à une valeur de 6,6 mm environ, ce qui est peu vraisemblable. L’écart observé sur l’ensemble de la gamme d’énergie de détection pourrait être expliqué par un angle solide de mesure en réalité plus faible que supposé. Cela voudrait dire que le collimateur en tantale au niveau du détecteur ne limite pas sa valeur et que le diamètre actif du détecteur a diminué ou que la distance entre la fenêtre de béryllium a suffisamment augmenté pour que le collimateur ne masque pas en partie le volume actif de germanium. Un moyen simple de vérifier cette hypothèse est de considérer les taux de comptage sous les pics d’un radionucléide, le 133_{Ba par exemple, et de constater s’ils augmentent en enlevant le collimateur en tantale}

situé au niveau du détecteur. Le test a été effectué et une augmentation du taux de comptage d’environ 30 % sur l’ensemble des pics du baryum a été relevé, ce qui signifie que le nouveau collimateur en tantale limite efficacement l’angle solide de mesure de GENIX ; ainsi les écarts entre les résultats expérimentaux et la simulation ont une autre origine. Dans le même temps, le rendement d’absorption totale de GENIX a été déterminé grâce à l’expression analytique 4.4 puis comparé aux autres données (voir figure 4.51 et le zoom sur la partie 10-70 keV figure 4.52). Les résultats obtenus sont en adéquation avec la simulation Monte Carlo, mais ils conservent un écart avec l’ajustement des points expérimentaux. Cela confirme bien qu’un phénomène, probablement lié à la création des charges et à leur collection, n’est pas pris en compte dans les simulations de Monte Carlo.

Figure 4.51 – Comparaison du calcul du rendement analytique avec l’expérimental et la si- mulation Monte Carlo

Figure 4.52 – Comparaison du calcul du rendement analytique avec l’expérimental et la si- mulation Monte Carlo, zoom sur les énergies entre 10 et 70 keV

Conclusion

Dans ce chapitre, une attention particulière a été portée sur la partie instrumentation, dé- tection et l’électronique associée. Une étude préliminaire a été menée sur un module numérique nanoMCA de traitement du signal. Cela permet de donner des recommandations quant au choix des paramètres de mise en forme pour optimiser la résolution du détecteur et sa réponse en fonction du taux de comptage. Bien que l’électronique analogique ait été maintenue sur la chaîne de mesure GENIX afin de conserver la cohérence avec les autres chaînes de mesures en spectrométrie γ, ce module a été utilisé avec d’autres détecteurs (SDD par exemple), pour les mesures des rendements de fluorescence (voir section 6.1) au synchrotron SOLEIL, en utilisant les paramètres ayant été recommandés.

Les étalonnages en rendement présentés en détail montrent les nombreuses difficultés et le peu d’informations expérimentales à disposition dans la gamme d’énergies inférieures à 100 keV. Ainsi, plusieurs problèmes ont été mis en évidence, révélant parfois l’incohérence de certaines données. C’est le cas notamment des intensités d’émissions des photons de 152_{Eu. Les études}

menées sur la mesure de l’homogénéité de l’épaisseur des zones mortes du détecteur sur l’en- semble de son diamètre ont conduit à la définition d’un nouveau collimateur sur la géométrie de mesure, afin de limiter l’interaction des photons dans les zones de faible champ électrique du cristal de germanium. Suite à une panne du détecteur, l’étalonnage initial a dû être refait, en diminuant l’angle solide de mesure par l’utilisation du nouveau collimateur.

Les résultats obtenus par les simulations Monte Carlo, comparés aux valeurs expérimentales, ré- vèlent la forte influence de la zone morte en entrée sur la mesure des photons d’énergie inférieure à 30 keV, puisque la variation de quelques dixièmes de micromètre de son épaisseur entraîne une variation d’au moins 1 % du rendement d’absorption totale. Les simulations attestent également de l’influence de l’épaisseur des zones mortes en sortie et latérale sur le rendement du détec- teur. De manière plus générale, les études ont mis en évidence la difficulté de faire correspondre les simulations Monte Carlo avec les fonctions d’ajustement des points expérimentaux par les fonctions mathématiques (polynomiales logarithmiques) couramment utilisées en spectrométrie

γ, sur toute la gamme d’énergie. Les calculs par méthodes semi-empiriques, présentent un bon

accord avec les valeurs expérimentales en-dessous de 40 keV, qui est la gamme d’énergie d’inté- rêt pour la suite de l’étude, tant que la géométrie de collimation ne limite pas l’angle solide de détection. En particulier, le second étalonnage a mis en évidence des phénomènes vraisembla- blement liés à l’électronique et la collection des charges, qui ne sont pas pris en compte dans les méthodes semi-empiriques et de Monte Carlo utilisées.

Suite à cette étude détaillée, les résultats qui seront utilisés pour les résultats quantitatifs dans la suite des travaux sont présentés sur la figure 4.35, en ce qui concerne le premier étalonnage, et la figure 4.49 après la réparation du détecteur. Les incertitudes-types relatives associées au rendement d’absorption totale sont comprises entre 1 et 1,4 % sur la gamme d’étalonnage de GENIX.

Chapitre 5

Facteurs de correction

La mesure des dosimètres nécessite la prise en compte de différents facteurs de correction, particulièrement en basse énergie où l’absorption des photons dans la source (auto-absorption) n’est pas négligeable. Ceux-ci sont examinés au cours de ce chapitre. Le transfert de rendement nécessaire pour la mesure d’échantillons volumiques sur le détecteur dont le rendement est connu pour un échantillon ponctuel est présenté dans la première partie. La diffusion dans les matériaux et son influence sur la forme des pics en basse énergie est l’objet de la deuxième partie. Dans la troisième partie, les phénomènes de fluorescence dans le volume du dosimètre, qui ont un impact significatif sur les comptages enregistrés, sont détaillés pour les deux types de matériau, et les coefficients de correction permettant de prendre en compte ces effets sont présentés.

5.1

Transfert de rendement

Comme évoqué dans la section précédente, l’étalonnage est réalisé à l’aide de sources dites ponctuelles. Il s’agit d’un dépôt d’une solution radioactive d’un diamètre de 2 ou 3 mm au maximum, d’épaisseur minimale et de masse volumique très proche de celle de l’eau. De ce fait la source peut être considérée comme ponctuelle par rapport à la distance source-détecteur et aux dimensions de ce dernier. En revanche, lors de la mesure d’échantillons radioactifs de volume un peu plus important, comme les dosimètres niobium et rhodium, ceux-ci ne peuvent plus être considérés comme ponctuels ; ce changement de géométrie entraîne une variation de l’angle solide de mesure, de la distance moyenne source-détecteur et l’absorption des photons émis dans la source elle-même (auto-absorption).