Interaction entre rayon gamma et matière

Rapport de stage interaction entre rayon gamma et matière, tutoriel & guide de travaux pratiques en pdf.

Généralités sur le détecteur

Le détecteur est un l’élément crucial pour la spectrométrie gamma. La composition et le fonctionnement d’un détecteur sont déjà mentionnés dans le chapitre « Principe de la spectrométrie gamma » .Alors, ce que nous allons voir ici, ce sont les différents types de détecteur et surtout les caractéristiques du détecteur CZT, car c’est ce détecteur qu’on utilise dans le laboratoire L.P.N.P.E (Laboratoire de Physique Nucléaire et Physique de l’Environnement).

a) Rôles du détecteur

Les rayons gammas ne sont pas détectables par nos cinq sens : c’est pour cela que des détecteurs sont conçus pour faire :
– Des COMPTAGES, permettant des mesures d’activités – De la SPECTROMETRIE, permettant l’identification des radionucléides par discrimination d’énergie du rayonnement et d’avoir une mesure spécifique d’activité. – De la DOSIMETRIE, par la mesure de la quantité d’énergie absorbée.

b) Les différents types du détecteur

 Les détecteurs à gaz Principe
La différence de potentiel U doit être suffisante car il faut que les armatures captent les ions créés par le passage du rayonnement gamma ; si non, on a la recombinaison des charges et un dégagement de chaleur.
Souvent, le condensateur est cylindrique avec électrode positive axiale.
 Les scintillateurs
Ce sont des substances qui convertissent l’énergie absorbée en lumière visible, elles sont couplées à un photomultiplicateur.
Ces détecteurs sont utilisés en médecine nucléaire, en industrie et pour la surveillance de l’environnement.
 Compteurs à semi-conducteurs
On a le même circuit que le compteur à gaz, mais le condensateur est un semi-conducteur (Si, Ge, …), beaucoup plus dense que les gaz (chambre d’ionisation solide). Les porteurs de charges sont des électrons et des trous, il suffit d’une énergie de 3,76 eV dans le Si et 2,96 eV dans le Ge pour créer une paire de charge alors qu’il en faut à peu près de 40 eV dans un gaz.
Alors, l’utilisation du détecteur semi-conducteur est très pratique car le mouvement des porteurs des charges existe à une faible énergie.
Les détecteurs à semi-conducteur ont une bonne résolution car le nombre de charge collectée est élevé. La présence de courant de fuite nécessite le refroidissement sous azote liquide des semi-conducteurs. Pour la détection des rayons X, on utilise du Si compensé au Li (Si(Li)) et du Ge compensé au Li (Ge(Li)) pour les rayons gammas. Ces détecteurs sont remplacés par des détecteurs de Ge à haute pureté pour les rayons X et gammas.
Dans le laboratoire de L.P.N.P.E, on utilise le détecteur CdZnTe (CZT) mais il dispose aussi de trois détecteurs NaI(Tl). Le CZT est un type de détecteur à semi-conducteur qui n’a pas besoin de refroidissement azote liquide car il fonctionne à température ambiante.

c) La chaine de détection

La chaine de détection est constituée par le dispositif suivant :
– Le détecteur CZT – Un préamplificateur – Un amplificateur – Un MCA – Un palmtop
Nous allons voir chacun des élements :
Le détecteur CZT
C’est un cristal cylindrique composé de Cadmium, de Zinc et de Tellure (CdZnTe), d’où son nom CZT. Ce détecteur est polarisé de 1400 V.

……