Paramètres caractérisant une chaîne de spectrométrie gamma

Paramètres spectraux (quantification et courbe d’étalonnage en énergie) [52] Outre le phénomène de détection et de conversion, la variance du signal contribue aussi sur la qualité et la résolution relative d’un spectre de signaux. Cela est dû au caractère stochastique du phénomène de désintégration radioactive. Cette variance est proportionnelle à la racine carrée du nombre de photoélectrons formés.   N Le nombre de porteurs de charges réellement créés fluctue, en fonction de la variation statistique du modèle de détection et des bruits électroniques. Cette fluctuation provoque un étalement du spectre du pic d’absorption.  les systèmes de détection à gain élevée, cas d’une chaîne à détecteur NaI(Tl), sont plus sensibles à la fluctuation ou variance du signal d’entrée.  Les détecteurs à faible gain, cas des détecteurs solides (au Germanium et au Silicium), ils sont très sensibles aux bruits électroniques. La qualité de la performance d’une chaîne de spectrométrie se mesure par son pouvoir de résolution relative en énergie : E FWHM E E R    2 1 (3.30) Pour un détecteur à NaI(Tl), la résolution est mesurée pour un pic de 137Cs d’énergie 662keV. Tableau-3. 1 : Valeurs de resolutions relatives pour quelques énergies de références Chapitre 3 Les Paramètres caractérisant une chaîne de spectrométrie gamma 61 Il a été mesuré expérimentalement [58] que pour un détecteur à NaI(Tl), l’expression la résolution relative en énergie est de la forme:   4 2 1,5138 10 1 3,7869            E E keV E (3.31) En règle générale, pour être considéré comme un pic de photons une distribution gaussienne du spectre doit avoir un FWHMmin de 5 canaux au minimum. Suivant l’expression en (3.28), on en déduit le nombre minimum de canaux nécessaire pour pouvoir stocker convenablement un pic : 1 2 min 5 R CH  (3.32) Ainsi avec un détecteur de résolution de 10%, on devrait allouer un minimum de 50 canaux.

METHODES D’OPTIMISATION

Différentiation et shaping – Baseline restoration – Pile up rejection

Dans le paragraphe 1.1 on a vu les paramètres temporels pour lesquels le processus de détection est optimum ( a s   pour une détection avec le NaITl et   d avec les semiconducteurs). Pour le traitement des signaux à haut débit de comptage (constante du circuit de détection est de même ordre de grandeur ou inférieure à celle du signal à analyser), un circuit de mise en forme (dit de « CLIPPING ») serait à prévoir pour réduire et ajuster la constante de détection par rapport à la spécificité du signal [56]. Figure-3. 14 : Effet du circuit de « Clipping » sur le train d’impulsions à haut débit de comptage Chapitre 3 Les Paramètres caractérisant une chaîne de spectrométrie gamma 62 La fonction dite de « Clipping » consiste à profiler le signal en taillant la constante de temps de telle sorte que C d   . Elle peut être réalisée avec un filtre passif R-C (passe-Haut) :  C  RC d RD CD    Figure-3. 15 : Signal de sortie d’un filtre Passe-Haut, en réponse d’un signal échelon H(t) Un effet négatif de la présence d’un filtre passif sur le circuit, est le tiraillement du signal différencié au dessous de la ligne de base (« undershoot » du signal b), avant de revenir sur la ligne de base, avec un facteur de temps proportionnel à l’exponentielle de l’inverse de d  , (constante de temps du détecteur). Une méthode qui permet de minimiser la présence de la queue négative, consiste à utiliser un circuit d’anihilation du pôle zéro (PZC) crée par le circuit de filtrage dont la fonction de transfert possède un pôle zéro : s s D  1 Un circuit de correction (BLR) est ainsi utile pour éventuellement corriger le glissement du niveau de la ligne de base. Cependant les filtres constituant le circuit de « Clipping », amplifient les bruits hautes fréquences (favorisés par les filtres « passe-haut »). L’insertion d’un étage de filtre « passe-bas » serait aussi nécessaire pour éliminer ces bruits. Un schéma complet du circuit de traitement et d’amplification est présenté cidessous. Figure-3. 16 : Circuit complet pour un traitement analogique Chapitre 3 Les Paramètres caractérisant une chaîne de spectrométrie gamma 63 Dans les instruments de spectrométrie moderne, la fonction de « Clipping » est réalisée à l’aide des circuits de mise en forme à pôles complexes. Ces circuits se trouvent au bout de chaîne, tandis que le circuit de différenciation tout au début. Figure-3. 17 : Schéma bloc et respectives fonctions de transferts des modules de traitement d’impulsions nucléaires dans les instruments modernes La fonction de transfert de l’étage différenciateur D est: s s D       1 (3.33) Les impulsions sont amplifiées par les étages qui suivent (de quelques mV en quelques volts), avant d’être filtrées par les étages pseudo-intégrateurs F1 et F2. La fonction de transfert de ces filtres pseudo-intégrateurs est égale à:   n s F s F s F s      1  1 ( ) ( ) ( ) 1 2 (3.34) avec 2  n  4 L’expression de la fonction de transfert de la chaîne complète pour le traitement de mise en forme est donc la suivante :   n s s s D s F s            1 1 1 ( ) ( ) (3.35) 2.2. Evaluation de la Quantité de Charge Equivalente des Bruits électroniques (ENC) [52] La grandeur physique qui donne une signification pratique de la contribution des bruits électroniques d’un circuit est la quantité de charge équivalente ou ENC.