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Le principe de spectrométrie gamma consiste à identifier des éléments radioactifs en mesurant l'énergie des rayonnements gamma qu'ils émettent. En mesurant l'énergie des photons avec un spectromètre gamma, il est possible de déterminer la nature des éléments radioactifs et leur activité. Cette méthode est employée dans divers domaines, tels que la radioprotection, la gestion des déchets nucléaires et la recherche scientifique, offrant des résultats précis et fiables pour l'analyse des matériaux radioactifs.
Comment les photons gamma interagissent-ils avec la matière ?
Les photons gamma sont une forme de rayonnement électromagnétique à très haute énergie. Lorsqu'ils interagissent avec la matière, ils peuvent subir différents types d'interactions comme l'effet photoélectrique, l'effet Compton et la création de paires.
L'effet photoélectrique est un processus d'interaction où un photon gamma est complètement absorbé par un électron lié d'un atome. Cela permet de mesurer précisément l'énergie du photon gamma incident, car toute son énergie est transférée à l'électron éjecté. C'est un phénomène clé pour l'identification des radionucléides en spectrométrie gamma.
L'effet Compton est un processus d'interaction entre un photon gamma et un électron libre ou faiblement lié de la matière. Lors de cette interaction, le photon gamma transfère une partie de son énergie à l'électron, qui est alors éjecté. Cela produit un photon gamma diffusé d'énergie inférieure à celle du photon incident. L'analyse de ce spectre d'énergie des photons diffusés permet d'identifier les radionucléides présents.
Devis pour une spectromètre gamma
Quels sont les principaux types de détecteurs utilisés en spectrométrie gamma ?
Détecteurs à scintillation
Ces détecteurs utilisent des cristaux, tels que le NaI (Iodure de sodium) activé au thallium. Ils émettent de la lumière lorsqu’ils sont traversés par des photons gamma. La lumière émise est ensuite convertie en signal électrique. Les détecteurs à scintillation peuvent également être intégrés dans des spectromètre gamma portables.
Détecteurs à semi-conducteurs
Les détecteurs en germanium hyperpur (HPGe) sont largement utilisés en raison de leur haute résolution en énergie. Ils sont très sensibles aux photons gamma et sont souvent utilisés dans des environnements nécessitant une grande précision
Qu'est-ce qu'un spectre d'énergie en spectrométrie gamma ?
Un spectre d'énergie en spectrométrie gamma est un graphique qui montre la distribution des photons gamma détectés selon leur énergie, exprimée en keV ou MeV. Chaque pic représente une énergie spécifique émise par un radionucléide, comme un pic à 661,6 keV pour le Césium-137 (Cs-137).
Le détecteur, qu'il soit au NaI(Tl) ou en germanium (HPGe), génère un signal électrique proportionnel à l'énergie du photon. Ce signal est ensuite transformé en histogramme, avec l'énergie des photons sur l'axe horizontal (généralement de 0 à 3000 keV) et le nombre de photons sur l'axe vertical.
Les pics d'absorption totale, avec une résolution pouvant atteindre 0,1 % à 1 MeV pour un détecteur HPGe, fournissent des informations sur la quantité de radionucléides présents. De plus, la surface du pic est proportionnelle à l'activité, mesurée en becquerels
Le bruit de fond se manifeste par un signal continu faible. Le bord Compton qui est à 477 keV pour le Cs-137, influence la forme globale du spectre. Cela doit être pris en compte lors de l'analyse.
Comment se déroule l'étalonnage en énergie des détecteurs gamma ?
L'étalonnage en énergie des détecteurs gamma se fait en utilisant des sources radioactives dont les énergies des photons gamma sont connues avec précision. Ces sources émettent des rayonnements à des énergies spécifiques, comme 661,6 keV pour le Césium-137 ou 1 332 keV pour le Cobalt-60. Le processus consiste à mesurer les impulsions électriques générées par le détecteur pour ces énergies. Par la suite, il faut les associer aux valeurs d'énergie correspondantes.
On trace ensuite une courbe d'étalonnage en associant les amplitudes des impulsions aux énergies. Cette courbe doit être droite, ce qui signifie que la réponse du détecteur est linéaire sur la plage d'énergies mesurées. Le détecteur est ainsi calibré pour des énergies précises. De plus, cela permet de convertir les signaux électriques détectés en valeurs d'énergie photonique lors de futures mesures.
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