Simulation de la réponse spectrale par le code MCNPX

Afin de mieux comprendre l'influence des mécanismes physiques des coïncidences des pics sommes dans l'ensemble du spectre de la source d’Eu152 caractérisées par des émissions gamma et x en cascade, et mesurée à proximité du détecteur de HPGe type n; le spectre de réponse MCNPX du détecteur n’étant pas affecté par l'effet de coïncidence des pics somme du faite que dans la simulation les photons sont traité individuellement un par un, et comparé au spectre expérimental qui est collecté pendant un temps de collection de 24 heures afin d’amplifier le comptage des pics sommes.

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Il est important de noter que le détecteur de type n utilisé dans ce travail est caractérisé pour permettre l’acquisition des rayons gamma sur une large gamme d’énergie. Le détecteur est aussi caractérisé par une fenêtre très mince en béryllium qui lui permet de comptabiliser en plus des rayons gamma de faible énergie, les rayons X au-delà de 20 keV. Si on ajoute a cela les conditions de comptage à une géométrie étroite par rapport au détecteur, la correction des effets des coïncidences des pics sommes devient pertinente, et aussi compliquée par la contribution des deux rayonnements; gamma et les rayons x [Dirk Arnold, Octavian Sima., 2006)]. Par conséquent, les deux émissions, gammas et les rayons X doivent être pris en compte dans le calcul MCNPX. Ainsi en utilisant l'éditeur nucléide-navigateur qui est jumelé au logiciel Gamma vision, nous avons choisis selon le schéma de désintégration de 152Eu vers le 152Sm et le 152Gd, et selon le degré de probabilité des émissions; 8 rayons X dont l’énergie se situe entre 39,52 à 50 keV, ainsi que 30 rayons gamma de 121,78 keV à 1528,1 keV pour être introduite dans le fichier d'entrée MCNPX.

En utilisant le Tally F8 du Code MCNPX la simulation nous a permis d’obtenir les distributions spectrales des photons en fonction de l'énergie à l'intérieur du détecteur. Le spectre simulé a été normalisé par rapport à l’activité de la source et le temps d’acquisition du spectre en introduisant la notion du poids des photons (WGT). L’estimation du poids de la source est effectuée en prenant en compte l’activité de la source, le temps de comptage (temps expérimental de la mesure) qui est égale à 86000 secondes, ainsi que la somme des probabilités d'émissions des 8 rayons X et les 30 rayons gamma de la source de l’Eu-152 introduites précédemment dans le fichier d’entré du code MCNPX.

Ainsi, la valeur du poids (WGT) égal à 360410295 a été injectée aussi dans la carte SDEF.

Finalement, nous avons séquenciez les calculs MCNPX dans les différents canaux sur la base de la calibration expérimentale du détecteur de 0.3 keV/ Canal pour 8192 canaux utilisés.

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Energie (MeV)

Réponse Experimentale

Réponse MCNPX

Figure III-6: Comparaison entre la réponse spectrale Expérimental et MCNPX de la

source 152Eu, en géométrie bécher Marinelli, compté pendant 24 heures.

Comme on peut le voir dans la figure III-6, en utilisant les cartes supplémentaires du code MCNPX dans le calcul des spectres, nous obtenons un excellent accord entre le spectre simulé (basé sur de modèle optimisé du détecteur HPGe) et la mesure expérimentale; tant bien dans la résolution des pics, que dans la forme du plateau Compton ce qui représente un soutien supplémentaire pour la validation du modèle optimisé de la géométrie du détecteur HPGe dans les conditions d’analyse environnementale.

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Néanmoins, une minutieuse comparaison entre le spectre expérimental et le spectre simulé (MNCPX) révèle la présence de plusieurs pics virtuels émergés dans le spectre expérimental dont l’énergie n’appartient pas réellement aux émissions de la source d’étalonnage de 152Eu. Cela confirme que l’écart observé précédemment dans la figure II-5 entre l’efficacité expérimental et calculé est dû essentiellement à l'influence de l’effet de coïncidence des pics sommes. Parmi les pics sommes émergés dans le spectre expérimental on peut distinguer la présence de plusieurs formes et degrés de pic sommes, à savoir ;

1. Les pics virtuels correspondant aux coïncidences respectives entre rayonnement gamma-gamma de l’Eu-152:

 Pic virtuel à 755 keV issu de la somme de (411 keV avec 344 keV)  Pic virtuel à 989 keV issu de la somme de (121 keV avec 867 keV)  Pic virtuel à 1123 keV issu de la somme de (344 keV avec 779 keV)

2. Les pics sommes avec la combinaison des rayons X; 40 keV et 45 keV issus de le couche K lors de la désintégration de Eu152 vers le Sm-152, avec les émissions gammas de l’Eu152;

 Pic virtuel à 161 keV issu de la somme de (121 keV + 40keV)  Pic virtuel à 167 keV issu de la somme de (121 keV + 45 keV)  Pic virtuel à 284 keV issu de la somme de (244 keV +40keV)  Pic virtuel à 484 keV issu de la somme de (444 keV + 40 keV)

3. Nous avons également l'émergence des pics de coïncidence avec une triple sommation, Gamma-Gamma-rayon-X;

 Pic virtuel à 1152 keV issu de la somme de (121,8 keV + 1086keV+ rayon-X de 40 keV)

 Pic virtuel à 1274 keV issu de la somme de (121,8 keV + 964 keV + rayon-X de 40 keV)

 Pic virtuel à 1249 keV issu de la somme de (244,7 keV + 964 keV + rayon-X de 40 keV)

Il est important de souligner la possibilité d'émergence d'autres coïncidence des pics sommes Gamma-Gamma qui ne figurent pas dans le spectre expérimental, car les énergies additionnées sont ajouté aux pics plein énergie d'un autre photon émis dans le processus de

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désintégration du nucléide 152Eu, et qui peuvent se confondre ainsi avec les pics qui appartiennent aux émissions de la source de l’152Eu comme ;

 Le pic 1086 keV issu de la somme de (121,8 keV à 964 keV)  Le pic 1112 keV issu de la somme de (244,8 keV 867 keV)  Le pic 1408 keV issu de la somme de (444 keV à 964 keV)

La conséquence de tous ces pics virtuels est une évidente diminution ou une augmentation du nombre de coups dans le pic photoélectrique réel appartenant à la source émettrice. Ce qui à pour effet de rendre les mesures de l’efficacité de détection en fonction de l’énergie incorrecte. Cela se répercutera sur l’exactitude des calculs quantitatifs des échantillons analysés. A cet effet des corrections pertinentes de l’effet des pics sommes est nécessaire pour une mesure de haute précision dans la détermination de l'activité d’un radionucléide.

Les résultats obtenus confirment aussi la contribution substantielle des rayons x dans l’effet coïncidence des pics sommes dans un spectre acquis avec un détecteur en germanium de type n.