Principe de fonctionnement d'une chaîne d'acquisition de spectrométrie gamma

Les spectromètres conventionnels sont à base de semi-conducteur, généralement au germanium "hyperpur" (GeHP), de type coaxial ou plan. Leur usage métrologique nécessite des détecteurs étalonnés en rendement avec des incertitudes de l’ordre de 1 % ou mieux.

Le LNHB dispose d'une dizaine de détecteurs au germanium utilisés pour la spectrométrie gamma :

Pour les mesures courantes des énergies de 20 keV à 2 MeV (photons gamma), le laboratoire dispose de trois détecteurs GeHP coaxiaux. Ces détecteurs sont inclus dans une cellule en plomb, doublé de cuivre et de cadmium afin de les protéger contre le rayonnement parasite externe (rayonnement cosmique, puis photons de fluorescence). Deux d’entre eux sont munis d’un système de positionnement optique, permettant de placer la source de manière très précise et reproductible.

Cellule de spectrométrie gamma avec
système de positionnement optique

Radiographie X d'un détecteur GeHP

Deux détecteurs GeHP plans sont utilisés pour la gamme des énergies comprises entre 10 keV et 200 keV (photons gamma et X). Pour les photons de basse énergie (1 à 50 keV), le laboratoire dispose d’un détecteur GeHP de très faible volume et d'un détecteur au silicium-lithium (Si(Li)).

Outre ces spectromètres classiques, deux installations spécifiques sont adaptées aux taux de comptage extrêmes :
Une cellule est spécialement équipée pour les forts taux de comptage, la source pouvant être placée à 3 mètres de la fenêtre d’entrée du détecteur avec un système de collimation adapté : cet ensemble permet la mesure de sources ayant des activités de l’ordre du gigabecquerel.

A l’autre extrémité des possibilités de mesure, un détecteur muni d’un dispositif anti-cosmiques est localisé dans un laboratoire en sous-sol dédié aux mesures des faibles activités ; ce détecteur est utilisé pour les mesures d’environnement pour des activités de l’ordre de quelques millibecquerels.

Spectromètre gamma bas bruit de fond équipé d’un système anti-cosmiques

Une chaîne classique d'acquisition de spectre comporte, outre le détecteur et son préamplificateur, un amplificateur assurant l'amplification et la mise en forme du signal, un convertisseur numérique et un analyseur multicanaux.


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