Étude expérimentale de la résolution en temps des détecteurs à scintillation

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Étude expérimentale de la résolution en temps des détecteurs à scintillation

Armand Sarazin, Jean-Jacques Samueli, Christian Meynadier

To cite this version:

Armand Sarazin, Jean-Jacques Samueli, Christian Meynadier. Étude expérimentale de la résolution

en temps des détecteurs à scintillation. J. Phys. Radium, 1962, 23 (2), pp.119-122. �10.1051/jphys-

rad:01962002302011900�. �jpa-00236606�

119.

ÉTUDE EXPÉRIMENTALE DE LA RÉSOLUTION EN TEMPS DES DÉTECTEURS A SCINTILLATION

Par ARMAND SARAZIN, JEAN-JACQUES ^{SAMUELI et CHRISTIAN} MEYNADIER,

Institut d’Études Nucléaires d’Alger

Résumé.

Les variations de la résolution en temps des détecteurs à scintillation sont étudiées

en fonction du seuil de l’électronique ^{de mesure.} L’influence des divers paramètres intervenant dans les mesures d’intervalles de temps courts est passée ^{en revue et une} comparaison ^{avec la}

théorie est effectuée.

Abstract.

The spread in time resolution of scintillation detectors is studied versus the thres- holds of the electronic apparatus. ^{The influence of the} parameters ^{involved in time measure-} ments ^{is taken} in account and a comparison ^{is made with} theory.

LE JOURNAL DE PHYSIQUE RADIUM 23, ^FÉVRIER 1962,

Introduction.

L’étude de la résolution en

temps d’une chaîne de détection à scintillateur a

donné lieu à de nombreux travaux en raison de l’intérêt présenté par les mesures d’intervalles de

temps ^{très courts en} physique ^nucléaire [1] [2]. ^En fait, ^bien qu’une ^{théorie tenant} compte ^{de tous}

les phénomènes ^{connus ait été} développée, ^aucune

étude expérimentale systématique ^n’avait jusqu’à présent ^été effectuée. Or, ^{la valeur} théorique ^{de la}

résolution ^ne présente qu’un ^intérêt restreint, ^car l’expérience impose ^des conditions contradictoires pour l’obtention d’une résolution intrinsèque ^éle-

vée et d’un taux de comptage acceptable. ^Nous

avons donc effectué un travail expérimental qui

nous a permis ^{d’obtenir les} courbes de variation de la résolution ^et de la position ^{du centre de} gravité

des courbes de résolution en fonction de l’ampli-

tùde des signaux ^{détectés. Nous avons} également

étudié l’influence des largeurs des bandes d’ampli-

tude acceptées ^{et la} variation de la pente ^{des flancs}

des courbes de résolution.

Dispositif ’expérimental.

^Le dispositif’ expé-

rimental utilisé était ^un montage lent-rapide ^du

FIG. 1.

Convertisseur multiplicatif. ^{Dans cette} figure ^ainsi que dans la figure ^{3 les valeurs des} capacités ^{sont indi-} quées ^en microfarads, ^celles des résistances en ohms. En l’absence d’indication les capacités ont pour valeur 0,01 microfarad.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:01962002302011900

120

type Bell, ^{Graham et Petch} [3] utilisant soit un

convertisseur temps-amplitude multiplicatif [4],

soit un convertisseur additif [5] ^suivi d’un sélec-

Fie. 2.

Réponse du convertisseur additif.

teur d’amplitude multicanaux. Lis schémas et les courbes de réponse des convertisseurs sont rappelés figures 1 ^{à 4. Les} détecteurs étaient composés ^de

scintillateurs NE 102 de 1"1/2 ^X 1"1/2 ^{et de} pho- tomultiplicateurs Radiotechnique ^{56 AVP.}

Importance ^du dispositif électronique.

^Pour

obtenir un phénomène ^aussi pur que possible,

c’est.à-dire _pour mettre en évidence les variations de résolution liées à la détection, ^aux caractéris-

tiques ^du photomultiplicateur ^{et au} processus de définition de l’instant correspondant ^au signal, ^il

faut _que le dispositif électronique (essentiellement

le convertisseur temps-amplitude) soit stable et linéaire et qu’il ^{ait un faible} temps ^de restitution pour éviter l’effet d’empilement ^{aux taux de comp-} tage ^élevés.

En fait, les circuits de mise en forme n’étant _pas

parfaits, ^les signaux ^délivrés par ^ces circuits va-

rient quelque ^{peu avec} l’amplitude ^{et la forme des} signaux d’entrée, ^ce qui ^{entraine un} déplacement

du centre de gravité des courbes de résolution ou un élargissement ^{de ces mêmes courbes.}

Courbes expérimentales.

^{Ces courbes ont été}

obtenues par l’étude de la variation de la résolu- tion correspondant aux rayonnements ^d’annihi- lation du Na22 ou à la cascade 1,17

1,33 ^MeV

du Co 60. Nous donnons les courbes suivantes :

a) ^{Variation de la} position ^{du centre de} gravité

des courbes de résolution ^en fonction de l’amplitude

des signaux ^d’entré3 (fig. 5). ^{Deux courbes sont} données, ^elles correspondent ^à des retards tels _que

FIC. 3.

Convertisseur additif.

121

la sensibilité ^du convertisseur temps-amplitude

soit successivement positive, paiç négative,

FIG. 4.

Réponse du convertisseur multiplicatif.

FIG. 5.

FIG. 6.

b) Variation de la largeur ^à mi-hauteur des courbes de résolution en fonction de l’amplitude

des signaux ^d’entrée pour diverses largeurs ^de

bande des sélections latérales et pour des énergies

de rayonnements ^de 0,51 ^et 1,2 ^MeV (fig. 6).

c) ^Courbes comparatives des résolutions ’obte-

nues avec les convertisseurs additif et multipli-

catif (fin. 7).

FIG. 7.

Fm. 8.

FIG. 9.

d) ^{Variation de la} pente ^des flancs des courbes de résolution en fonction de l’amplitude ^{des im-} pulsions ^d’entrée (fig. 8).

e) ^Courbes comparatives des résultats expéri-

mentaux et de la théorie de Gatti et collabora- teurs [2] (fig. ^{9 et} 10). ^{La courbe} théorique ^{a été}

tracée pour ^les valeurs suivantes des divers _para-

122

mètres correspondant approximativement ^{à nos}

conditions expérimentales : temps ^de décroissance des scintillateurs : 4.10-9 _{s ;} nombre de photons

’

FIG, 10.

correspondant ^{à un} gamma de 0,51 MeV: 205; ^lar-

geur moyenne de l’impulsion réponse ^{à un} photo-

électron unique : ^2.10-9 s ; écart-type ^{de l’in-} tervalle de temps séparant l’émission d’un photo-

électron unique ^{de l’instant} auquel ^{le centre de} gravité ^de l’impulsion réponse ^{arrive à} la sortie : 5 .10-1° s.

Conclusions relatives ^aux diverses courbes.

INFLUENCE DE LA BANDE ACCEPTÉE.

Les courbes de la figure 6 montrent que pour les basses énergies,

on peut, ^sans détérioration sensible de la résolu-

tion, accepter ^{une bande} d’amplitude large. ^Par contre, l’élargissement ^{relatif de,} la résolution est

plus ^{sensible aux} énergies élevées, c’est-à-dire _que pour bénéficier de l’excellente résolution inhé- rente aux fortes énergies, ^{il faut} utiliser des bandes de sélection étroites.

VARIATION DE LA PENTE DES COURBES DE RÉSO-

LUTION. - La comparaison ^{des courbes 6 et 8}

montre que la pente ^{des courbes varie} plus rapide-

ment avec l’amplitude que la résolution elle-même.

La détermination des conditions expérimentales

doit donc être plus précise ^{dans le cas de l’utili-}

sation de la méthode de la pente que dans le cas

de la méthode des centres de gravité.

COMPARAISON AYEC LA THEORIE. -- L’accord

avec la théorie est satisfaisant. On peut cependant

constater que les courbes varient légèrement ^avec

le type de convertisseur. On sait qu’on ^utilise généralement deux processus différents de défini- tion de l’instqnt correspondant ^au signal ^délivré

par le photomultiplicateur : ^instant auquel ^une

certaine charge ^est atteinte ^{ou centre de} gravité

de la fraction d’impulsion ^{utilisée. La courbe théo-}

rique ^tracée d’après les calculs de Gatti correspond

à la définition par le seuil. Dans le ^cas de la seconde

définition, la courbe varie plus ^{lentement avec} f amplitude. ^Les divergences ^{des courbes} expéri-

mentales peuvent ^donc signifier qu’en fait les deux processus de définition ne sont pas essentiellement dissociés dans des circuits de mise en forme com-

plexes tels que ^ceux utilisés présentement (mises

en forme _par câble et limiteurs multiples

Conclusion.

L’étude expérimentale ^{de la réso-}

lution en temps des détecteurs à scintillation _per- met donc de constater le bon accord avec la théo- rie. De plus, ^{elle met en} lumière certaines consta- tations utiles ^{en ce} qui ^concerne les bandes de sélec- tion latérales utilisées, ^{la variation de la} _pente ^des

courbes et l’influence de l’électronique.

Remerciements.

Les auteurs souhaitent expri-

mer leurs remerciements à M. le Professeur Blanc-

Lapierre, directeur de l’Institut d’Études Nucléaires,

. pour les conseils et l’aide qu’il ^{leur a} apportés.

Manuscrit reçu le 13 octobre 1961..

BIBLIOGRAPHIE [1] ^PosT (R. F.), ^SCHIFF (L. I.), Phys. Rev., 1950, 80, 1113.

[2] ^COLOMBO (S.), ^GATTI (E.), PIGNANELLI (M.), ^Nuovo Cimento, ^1957, 5, ^1739.

[3] ^{BELL (R.} E.), ^GRAHAM (R. L.), ^PETCH (H. E.), ^Canad.

J. Phys., 1952, 30, ^35.

[4] ^SAMUELI (J.), ^SARAZIN (A.), ^J. Physique Rad., ^1958,

19, 109 ^A.

[5] ^SAMUELI (J.), ^SARAZIN (A.), ^J. Physique Rad., ^1960,

21, 390.