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Submitted on 1 Jan 1963
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A propos de la détermination précise du coefficient d’absorption gamma
R. Quivy
To cite this version:
R. Quivy. A propos de la détermination précise du coefficient d’absorption gamma. Journal de
Physique, 1963, 24 (3), pp.169-172. �10.1051/jphys:01963002403016900�. �jpa-00205443�
LE JOURNAL. DE PHYSIQUE
A PROPOS DE LA DÉTERMINATION PRÉCISE DU COEFFICIENT D’ABSORPTION GAMMA Par R. QUIVY,
Institut Interuniversitaire des Sciences Nucléaires, Centre de la Faculté Polytechnique de Mons (Belgique).
Résumé.
2014Une méthode de mesure du coefficient d’absorption gamma est proposée, qui fournit
des résultats à quelques ~ près. Différentes interprétations possibles de la réponse d’un scintil-
lateur-analyseur sont discutées.
On détermine expérimentalement la vitesse maximum de comptage ne provoquant pas de déformation de la raie photoélectrique de détection.
Abstract.2014We propose a method for the determination of the gamma absorption coefficient, with
a precision of a few ~. Different possible interpretations of the response of a group scintillator-
analyser are discussed. The maximum counting rate is experimentally limited by the deformation of the photoelectric peak.
Tome 24 N° 3 MARS 1963
1. Introduction.
-La connaissance précise du
coefficient d’absorption gamma par la matière est à la base de la mesure expérimentale des sections efficaces d’effet photoélectrique, d’effet Compton et
de créations de paires.
De nombreux expérimentateurs ont proposé des méthode de détermination du coefficient d’absorp-
tion dont les résultats présentent des différences
importantes (10 à 20. %) [1].
Notre but est d’étudier une méthode de mesure
qui fournit des résultats indépendants du dispositif géométrique expérimental et qui par un réglage optimum des appareils permet d’obtenir une grande précision sur les déterminations.
2. Position du problème.
-On sait que la trans- mission d’un faisceau de photons gamma mono-
énergétiques et de directions parallèles vérifie la loi
avec N : nombre de photons d’énergie hv ayant
traversé l’épaisseur de matière x sans
interaction.
No : nombre de photons d’énergie hv inci-
dents à l’absorbant.
x : épaisseur de l’absorbant.
.
: : coefficient total d’absorption du maté-
riau constituant l’absorbant.
La pente de la droite
donne la valeur du coefficient [.L auquel nous nous
intéressons.
La mesure précise du coefficient d’absorption y
est donc soumise à deux conditions : 1° parallé-
lisme du faisceau de photons effectivement utilisés pour la détermination expérimentale ; 20 détection des photons n’ayant pas interagi, imposant l’utili-
sation d’un scintillateur suivi d’un analyseur d’im- pulsions.
3. Interprétation de la réponse du seintillateur- analyseur.
-Lors de la détection de photons mo- noénergétiques, le scintillateur donne une raie pho- toélectrique centrée sur l’énergie des photons et un spectre continu d’électrons Compton. Dans notre
cas où le faisceau monoénergétique traverse un absorbant, on détectera en plus des photons dif-
fusés par celui-ci et dont les impulsions se répar-
tiront dans le spectre d’électrons Compton. Pour ne
pas tenir compte de ces photons diffusés, on ne
pourra utiliser que la raie photoélectrique pour calculer le nombre de photons n’ayant pas interagi.
Pour représenter l’activité mesurée, on peut con-
venir de choisir différentes grandeurs.
a) Toute l’aire sous-tendue par la raie (fig. 1).
-Le choix difficile et assez arbitraire des canaux A et B n’entraîne pas d’erreur très appréciable sur
l’aire de la raie, le nombre de coups y figurant
étant faible (10-3) vis-à-vis de l’aire totale de la raie.
Toutefois, dans la partie AC (flanc gauche), des photons diffusés sous petit angle par l’absorbant
peuvent être détectés par effet photoélectrique.
b) Le canal C correspondant au sommet de la raie (fig. 1).
-Dans les conditions normales de fonc-
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:01963002403016900
170
tionnement d’un analyseur (256 canaux), le som-
met de la raie n’est pas très bien précisé.
c) L’aire sous-tendue par le flanc droit (CB) de la
raie (fig. 1).
-L’indétermination sur le point C
n’entraîne plus une aussi grande erreur que dans le
cas précédent. Un grand avantage du choix du
FIG. 1.
flanc droit de la raie réside dans le fait qu’on se prémunit de la sorte’ contre la détection éventuelle de photons diffusés sous de petits angles. Cette der-
nière propriété nous a conduit à étudier le flanc droit de façon particulière.
On admet généralement que la réponse d’un scin-
tillateur recevant un rayonnement monoénergé- tique a une forme de courbe de Gauss [2].
La raie photoélectrique peut donc être repré-
sentée par
avec Ni : nombre de coups comptés dans le canal x xo : canal du sommet de la raie.
ki : constante,. fonction de l’activité
comptée.
kz : constantei fonction des conditions de
fonctionnement de tout l’appareillage.
Si m est un nombre entier, on peut écrire :
Du tracé de Yi
=f (x), on tire k2 et Xo, et en
introduisant ces valeurs dans (1), on calcule kl, grandeur proportionnelle à l’activité mesurée.
Les grandeurs de k2 et .xo sont obtenues avec une
très bonne précision ; malheureusement, la déter-
mination de kl est entachée d’une assez grande
erreur.
-
Ces trois procédés ont été appliqués aux mesures
obtenues. sur la figure 2, nous avons porté le coef-
ficient d’absorption en fonction de la distance absorbant-scintillateur caractérisant le dispositif expérimental. Les résultats sont assez dispersés et
de plus, on enregistre de fortes variations sur la détermination du coefficient d’absorption en fonc-
tion de la géométrie de l’appareillage.
FIG. 2.
Ces premiers résultats ne donnent pas satis-
faction, ce qui peut être dû soit à la déformation de la raie photoélectrique en fonction de la vitesse de comptage, soit à l’imprécision de la détermi- nation du sommet de la raie, soit encore à ces deux
facteurs simultanément.
a) ËTUDE DE LA DÉFORMATION DE LA RAIE.
-Nous avons étudié l’influence de la vitesse de comp-
tage sur la forme de la raie photoélectrique.
Nous avons choisi comme élément de référence la raie photoélectrique relevée avec une source de faible activité (sur la figure 3, nous caractérisons
FIG. 3.
l’activité de la source par le « temps mort ) de l’analyseur, proportion du temps pendant laquelle
.
l’appareil n’accepte pas d’impulsion).
Plus la vitesse de comptage est grande, plus le temps mort est grand. Nous avons choisi ce temps
mort pour caractériser la vitesse de comptage ou
l’activité de la source puisque le dispositif expéri-
mental reste inchangé.
L’augmentation de la vitesse de comptage dé-
forme la raie. Une série de mesures a montré que cette déformation doit être imputée à la super-
position d’impulsions provenant du photomulti- plicateur. Cet élargissement anormal de la raie, qu’il est impossible d’éliminer, impose de travailler
avec des sources faibles ou avec des angles solides petits. Nous avons préféré choisir des sources
d’activité suffisamment faible, ce qui permet de supprimer les blindages de protection, cause de
diffusions parasites.
Le rayonnement émis par une source faible et
ayant traversé un absorbant de 12 mm de plomb
donne une raie qui coïncide avec la raie de réfé-
rence sauf à la partie inférieure du flanc gauche où
se manifeste la détection de photons diffusés par l’absorbant sous petits angles. On voit de la sorte que le sommet de la raie pourra être considéré comme représentatif de l’activité comptée pourvu que le temps mort soit assez faible ( 10 %).
Ces résultats expliquent la variation du coef- ficient d’absorption en fonction de la distance
absorbant-scintillateur, celle-ci modifiant la vitesse de comptage du détecteur.
°b) DÉTERMINATION DL1 SOMMET DE LA RAIE.
--Le problème se ramène maintenant à pouvoir dé-
terminer avec précision l’ordonnée du sommet de la raie. Dans ce but, nous avons modifié la largeur
relative de canal de l’analyseur (1, 2 et 4 0/00 de l’énergie maximum). L’expérience établit (fige 4)
que la meilleure précision sur la détermination du sommet sera obtenue pour la plus petite largeur
relative de canal.
FIG. 4.
4. Résultats.
-aEn utilisant une source de césium 137 d’activité faible, nous avons appliqué
la méthode qui vient d’être exposée, pour des lar- geurs relatives de canal différentes et pour plu-
sieurs dispositifs géométriques catactérisés par la distance absorbant-scintillateur. Les résultats sont
consignés au tableau 1 et sur la figure 5 (Les
TABLEAU 1
écarts sont calculés par la méthode des moindres carrés.)
FIG. 5.
On remarque que pour différentes largeurs rela-
tives de canal, on peut considérer que la valeur
expérimentale du coefficient d’absorption est indé-
pendante du dispositif géométrique (les différences
172
observées sont de l’ordre de grandeur de l’erreur de
mesure).
De plus, l’influence de la largeur relative de canal sur la précision de la mesure est nettement
mise en évidence.
Les grandeurs que nous avons obtenues sont légè-
rement inférieures à celles qui sont publiées dans la
littérature.
5. Conclusions.
-La détermination expérimen-
tale précise du coefficient d’absorption gamma est subordonnée aux conditions suivantes :
1. Utilisation de sources non collimatées et absence de blindage de protection de façon à éviter
autant que possible les interactions parasites. Ces
considérations sont imposées par la méthode même de la mesure.
Le parallélisme du faisceau des photons utilisés
pour la mesure est obtenu en utilisant un petit angle solide de détection.
2. Détection des photons par scintillateur-photo- multiplicateur à haut pouvoir de résolution (sélec-
tion des énergies) et étalement maximum de la raie
photoélectrique par réglage convenable de l’ana-
lyseur (amélioration de la précision de rnesure).
’
3. Imitation de la vitesse de comptage à une
valeur correspondant à une détection par effet
photoélectrique sans déformation de la raie, de façon à rendre les mesures indépendantes du dispo-
sitif géométrique expérimental.
On peut, avec cette méthode, mesurer des coef-
ficients d’absorption à quelques ° joo près, indé- pendamment du dispositif géométrique, la durée
des comptages nécessaires à la mesure n’étant pas
trop longue.
Ce travail a été effectué sous la direction de M. le pr J. Franeau qui n’a cessé de nous prodiguer
conseils et directives. Nous tenons à lui en exprimer
notre très vive reconnaissance.
,Nous tenons à remercier M. Marc L’Allemand pour l’aide qu’il nous a apportée lors des mesures expérimentales et des longs calculs nécessités par notre travail.
Manuscrit reçu le 25 septembre 1962.
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