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17-21 novembre 2014
Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien
Fuseau horaire Europe/Paris

Étude et caractérisation d’un nouveau système de spectrométrie gamma à bas bruit de fond

20 nov. 2014 à 15:00
30m
Amphithéâtre Grunwald (Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien)

Amphithéâtre Grunwald

Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien

23 rue du Loess Strasbourg
Instrumentation Instrumentation

Orateur

M. Thomas DESCHLER (IPHC)

Description

Le développement et la mise au point des méthodes d’analyse multi-élémentaires dans l’environnement est l’une des principales activités de recherche de l’équipe RaMsEs (Radioprotection et Mesures Environnementales) de l’Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien (IPHC) de Strasbourg. Cette activité englobe les mesures et les analyses de la radioactivité naturelle et artificielle par différentes méthodes de spectroscopie (, et ). La spectrométrie utilisant les détecteurs semi-conducteurs GeHP (Germanium Hyper Pur) permet une analyse aussi bien quantitative que qualitative des radioéléments émetteurs présents dans un échantillon. Cette technique performante et non destructive permet de déterminer avec une très bonne précision l’activité d’un échantillon si on tient compte de tous les phénomènes d’interaction photon-matière. L’atténuation des photons dans l’échantillon (phénomène d’auto-absorption) et les interférences dues aux pics sommes sont les deux facteurs déterminants dans l’analyse quantitative des échantillons volumineux. Ces phénomènes conduisent à une variation du nombre de coups comptés par le détecteur, biaisant l’efficacité de la mesure à cette énergie. Ce travail a porté sur l’étude de l’auto-absorption d’échantillon conditionnés d’une nouvelle géométrie de conteneur de la forme d’une boite de Petri (type FP80). En effet, il a été montré lors de recherches précédentes que le conteneur FP80 permettait de réduire le phénomène d’auto-absorption. L’étude s’est faite avec une nouvelle chaîne de mesure qui n’était jusque là utilisée que pour l’analyse multi-élémentaire. La première partie de ce travail a été consacrée à l’étude de l’influence de la densité et du numéro atomique effectif (Zeff) des échantillons conditionnés en géométrie FP80 sur leur auto-absorption. Elle a été menée par simulations grâce au code MCNPX (Monte Carlo N-Particle eXtended). L’exploitation des résultats de simulation a permis d’établir des abaques à trois dimensions présentant l’autoabsorption en fonction de la densité et du Zeff de l’échantillon pour différentes énergies d’émission comprises entre 50 keV et 2 MeV. Il ressort de ces graphiques que l’influence du Zeff sur l’auto-absorption devient négligeable audelà de 400 keV, alors qu’elle reste fonction de la densité indépendamment de l’énergie d’émission de l’échantillon. Ces abaques permettent ainsi de retrouver facilement l’auto-absorption d’un échantillon de composition connue, mais si l’échantillon est de composition inconnue seule sa densité est mesurable, il n’est donc possible de déterminer son auto-absorption avec les abaques qu’au delà de 400 keV. La seconde partie du travail a donc été consacrée à l’étude de l’auto-absorption d’échantillons de composition inconnue sous 400 keV en utilisant un nouveau dispositif expérimental conçu et réalisé durant cette étude. L’auto-absorption aux énergies inférieures à 400 keV a été calculée en utilisant la méthode développée par Cutshall et al. 1. Cette méthode repose sur la loi de Beer-Lambert, loi ne s’appliquant qu’à un flux de photons monoénergétiques parallèles. Ainsi, il a été nécessaire de créer un dispositif de collimation s’adaptant sur la chaîne de mesure pour limiter la divergence du faisceau de photons. Pour réduire au maximum le temps de comptage de chaque échantillon, le dispositif expérimental a été optimisé par simulation (MCNPX). Les résultats expérimentaux obtenus par la méthode de transmission sont très encourageants. En effet, la plupart des coefficients d’atténuation linéique mesurés ont un écart avec la valeur théorique inférieur à 5% permettant ainsi de retrouver l’auto-absorption avec une bonne précision. Cette étude à entre autres permis d’améliorer le calcul de l’auto-absorption des échantillons conditionnés en géométrie FP80 grâce à la création d’abaques de l’auto-absorption permettant de se passer du calcul par simulation pour un échantillon aux caractéristiques connues et à la mise en place d’un protocole expérimental pour la mesure du coefficient d’auto-absorption d’échantillons inconnus donnant des bons résultats avec un faible temps de comptage. Ces travaux doivent encore être complétés par des tests d’intercomparaison, tests indispensables pour intégrer le nouveau protocole expérimental dans la démarche qualité du groupe RaMsEs. 1. 1. N.H. Cutshall, I.L. Larsen et C.R. Olsen. Direct analysis of 210 Pb in sediment samples : self-absorption corrections. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, vol. 206, no. 1-2, pages 309–312, 1983

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