Pr

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SIMULATION DE LA DETECTION DE RAYONNEMENT GAMMA
PAR UN DETECTEUR GERMANIUM AVEC LA PLATE-FORME
G.A.T.E. BASEE SUR G.E.A.N.T.4 COURTINE Fabien,
MIALLIER Didier, PILLEYRE Thierry, SANZELLE
Serge Équipe THERMOLUMINESCENCE (TL)-Laboratoire
de Physique Corpusculaire (LPC) IN2P3-CNRS-Univers
ité Blaise Pascal-63177 Aubière cedex



RESUME Dans le cadre dun étalonnage en
efficacité dun spectromètre gamma dont le
détecteur est un monocristal de germanium
intrinsèque, nous avons été amenés à réaliser
des modélisations à partir de la plate-forme de
simulation G.A.T.E.. Nous avons réalisé ceci pour
une configuration puits, avec une source
ponctuelle, en ajustant efficacité expérimentale
et efficacité simulée. Loriginalité de notre
travail repose sur le fait que nous navons pas
travaillé avec une position fixe de la source
mais au contraire nous lavons déplacée à
lintérieur du puits ce qui nous a conduit à
mettre en évidence une zone morte dépaisseur
variable dans les simulations. Moyennant quoi,
nous obtenons un très bon accord entre la
simulation et lexpérience le rapport moyen des
deux efficacités est de (0.97 /- 0.01).

• PROBLEMATIQUE
• Objectif déterminer lactivité de
  radio-émetteurs gamma dans un intervalle
  dénergie 20 keV1500 keV pour différents
  milieux solides et liquides.
• Dispositif expérimental chaîne de spectrométrie
  gamma avec détecteur Ge intrinsèque coaxial (cf.
  figure n1).
• Problème évaluer lefficacité de comptage e
  nombre de photons mesurés/ nombre de photons émis
  par léchantillon. e différent de 1 parce que
• Effet de géométrie ( la détection ne se fait pas
  sur les 4p stéradian)
• Effet de matrice (absorption partielle ou totale
  des photons dans léchantillon étudié)
• Absorption par les parois (capot, conteneur, etc.
  )
• Défaut de comptage dans le cristal de germanium
  lui-même ( zone morte  région superficielle
  non sensible)

photon partiellement absorbé par le cristal
échantillon
conteneur
photon totalement absorbé par le cristal
capot (Al)
photon non détecté
zone morte du germanium
photon absorbé par la matrice
photon absorbé par la zone morte
support (Cu)
cristal (Ge)
Figure n 1 schéma du détecteur au germanium Le
cristal est sous vide. La taille des zones mortes
a été augmentée dans un souci de clarté (les
zones mortes externes ne sont pas représentées).

• METHODE
• Approche semi-expérimentale
• Étalonnage avec des milieux de composition et
  dactivité connue simulation informatique sous
  G.E.A.N.T.4.
• calculs des effets de matrice
• extension à des énergies de gamma non disponibles
• Le travail présenté ici n est quune première
  étape de la validation de la simulation
• Simulation avec une source ponctuelle de gamma de
  32 keV déplacée verticalement dans le puits
• Comparaison avec les résultats expérimentaux
  (photons de 32 keV dune source ponctuelle de
  137Cs)

Rapport
Efficacité ()
(2a) zone morte négligée

• RESULTATS
• Simulation simplifiée
• Hypothèse les zones mortes sont comprises dans
  le volume de détection (leurs dimensions mal
  connues sont faibles ce qui permet dans un
  premier temps de les négliger), cest-à-dire que
  le cristal de Ge est entièrement sensible (cf.
  figure n 1).
• Les courbes obtenues (cf. figure n 2a) sont
   semblables  mais il y a un mauvais accord
  lefficacité simulée est supérieure à
  lefficacité expérimentale.
• Interprétation il faut prendre en compte le
  fait que les zones mortes ne sont pas sensibles
  et jouent un rôle significatif dabsorbeur.
• Simulation avec les zones mortes non sensibles
• Recherche de laccord entre efficacité simulée et
  expérimentale par ajustement des dimensions des
  zones mortes dans la simulation.
• Étape 1 couche dépaisseur constante pour
  toutes les zones mortes. On narrive pas à avoir
  un bon accord pour toutes les positions de la
  source.
• Étape 2 en introduisant un gradient dépaisseur
  de zone morte, on arrive par ajustement à un
  très bon accord simulation/expérience le
  rapport moyen obtenu est de 0.97 /- 0.01 (cf.
  figure n 2b).
• Commentaire
• Cette approche permet de mettre en évidence une
  variation de lépaisseur des zones mortes, ce que
  navaient pas vu dautres auteurs 1 en fixant
  la position de la source.

Haut du cristal de Ge
Rapport
Efficacité ()
(2b) zone morte dépaisseur variable
Fond du puits
Position de la source à partir du fond du puits
(mm)
Figure n 2 efficacité expérimentale et
théorique ainsi que le rapport des deux, à 32
keV. Les barres derreur expérimentales sont à
deux écart-types. Lerreur sur lefficacité
simulée est estimée à 2 .
efficacité expérimentale (), efficacité
simulée () rapport efficacité
simulée/efficacité expérimentale
CONCLUSION En se limitant à lintérieur du puits,
et aux faibles énergies, on peut utiliser les
paramètres ajustés dans ce travail pour étendre
les calculs defficacité à des sources non
ponctuelles (milieux radioactifs, naturels ou
artificiels).
BIBLIOGRAPHIE 1  Sunita Kamboj and Bernd Kahn,
 Evaluation of Monte Carlo simulation of photon
counting efficiency for germanium detectors ,
Health Physics-April 1996, Volume 70, Number 4,
pp 512-519