CEA-R-4S76 - CHOLLET Jean-Pierre, COLIN Jacques

CEA-R-4S76 - CHOLLET Jean-Pierre, COLIN Jacques, GOUIN Jean
EVALUATION EXPERIMENTALE DE LA SENSIBILITE D'UN DETECTEUR DE RAYONS X
EN FONCTION CE L'ENERGIE ENTRE 1 keV ET 20 keV
Sommaire. - Ce rapport d é f i n i t l a méthode expérimentale de mesure de
l a s e n s i b i l i t é â basse énergie d'un détecteur de rayonnement X asso­
ciant un s c i n t i l l h t e u r plastique rapide type SPF ou NE 104 9 un photo­
multiplicateur RTC 56 DVP. Le générateur de rayonnement X monochroma­
tique e t l ' a p p a r e i l l a g e expérimental spécialement développé pour c e t t e
étude font l ' o b j e t d'une description d é t a i l l é e . Les résultats d'étalon­
nage obtenus sont présentés sous forme de courbes e t de tableau'1"4
2
6
p
.
Commissariat à l'Energie Atomique - France
CEA-R-4S76 - CHOLLET JeanPierre, COLIN Jacques, COUIN Jean
EXPERIMENTAL EVALUATION OF AN X RAY DETECTOR SENSITIVITY TO 1 - 20 keV
PHOTONS
Summary. - This report contains an experimental technique t o measure
an X-Ray detector s e n s i t i v i t y at low energies. The detector parts'
are a 56 DVP photomuttipliers associated t o a f a s t p l a s t i c s c i n t i l l a t o r
(SPF gr NE 104}. The monochromatic X Ray machine and the arrangement
especially b u i l t for t h i s purpose are described with d e t a i l s . Figures
end tables summarizes calibration r e s u l t s .
1974
.ommissariat a l'Energie Atomique - France
z 6
p
.
g
CEA-R-4S7B
£
COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE
u
EA1
EVALUATION EXPERIMENTALE
DE LA SENSIBILITE D'UN DETECTEUR
DE RAYONS X EN FONCTION
DE L'ENERGIE ENTRE 1 keV ET 20 keV
par
Jean-Pierre CHOLLET, Jacques COLIN,
Jean GOUIN
Centre d'Etudes de Bruyères-le-Châtel
Rapport CEA-R-4576
<mmmmœmm
1974
SERVICE DE DOCUMENTATION
Ca
L.F.N - SACLAY B.P. n' 2, 9 1 190 - GIF-sur-YVETTE • T.ance
- Rapport CEA-R-4576 -
Centre d'Etudes de Bmyères-le-Châtel
EVALUATION EXPERIMENTALE DE LA SENSIBILITE
D'UN DETECTEUR DE RAYONS X EN FONCTION
DE L'ENERGIE ENTRE 1 keV ET 20 keV
par
Jean-Pietre CHOLLET, Jacques COLIN, Jean GOUIN
- Juillet 1974 -
SOMMAIRE
I - INTRODUCTION
II - DEFINITION ET PRINCIPE DE LA MESURE
11.1 - Définition du détecteur
11.2 - Principe de la mesure
III - DESCRIPTION DE L'APPAREILLAGE EXPERIMENTAL
111.1 - L e générateur X
111.2 - Le dispositif expérimental
111.3 - Le rayonnement de fluorescence
IV - EVALUATION EXPERIMENTALE DE LA SENSIBIMTE
IV. 1 - Données
IV.2 - Mesura de l'énergie incidente et de la sensibilité du détecteur d étalonner
V - PRESENTATION DES RESULTATS DE MESURE
VI - DISCUSSION DE LA PRECISION DES MESURES
VII - CONTROLE DE LA SENSIBILITE A L'AIDE D'UNE SOURCE DE C o
VIII - CONCLUSION
- ANNEXE i
Tableaux I, I I , III, IV, V , VI
Figures : 1 , 2, 3, 4 , 5, 5 bis, 6 , 7, 8, 9.
6 0
EVALUATION EXPERIMENTALE DE LA SENSIBILITE
D'UN DETECTEUR DE RAYONS X EN FONCTION
DE L'ENERGIE ENTRE 1 keV ET 20 kaV
I - INTRODUCTION
La distribution spectrale des rayonnements X entés, dans les phénomènes de fusion à haute tempe*
rarure ou dans les plasmas est obtenue avec des détecteurs qui associent dei absorbeurs, des seintlllateurs plastiques
rapides et des éléments photoélectriques.
Cette mesure nous imposa de connaître la réponse du système de détection en fonction de l'énergie
des photons incidents.
Nous avons tenté dans une première étape d'utiliser les résultats obtenus dons la littérature spécialisée sur le rendement lumineux des sclntillateurs plastiques â faible énergie.
L'exploitation de ces données nous a conduit à des différences, d'évaluation de la sensibilité de
notre détecteur incompatibles avec la précision recherches / 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 / .
Nous avons donc été amené â construire un appareillage destiné â étalonner notre matériel de
mesure avec des flux de royonnements X monochromatiques produits par les techniques de fluorescence habituelles.
Le but du présent travail est de présenter le principe de la mesure, l'appareillage utilisé et les
résultats obtenus avec le modèle de détecteur étudié.
II - DEFINITION ET PRINCIPE DE LA MESURE
l l . l - Définition du détecteur
Le détecteur étudié est constitué par (figure 1) :
- un scintîHateur plastique de 16 mm de diamètre et de 1 cm d'épaisseur,
- une fenêtre de béryllium d'épaisseur 20 tun destinée à protéger le scintîHateur de la lumière,
- un guide de lumière constitué par un faisceau de fibres de verre,
- un photomultiplicateur d'électron RTC56 DVP (gain : 2.10 , courant d'obscurité inférieure 10 nA,
linéarité 300 mA).
La géométrie particulière de ce détecteur nous a été imposée par le type de mesure pour lequel
il avait été élaboré.
-
4 -
11.2 - Principe de l a
La sensibilité S (E) c l 'énergie E d'un détecteur est par definition l e quotient de fa charge
( Q ) Coulombs créé dans le détecteur, par l'énergie ( E , N ) correspondant à N photons incidents d'énergie E.
S(E) = - g - ^ p CoulombAeV incident (1)
La dé»
.Tiïnation de 5 ( E ) , E étant choisi, implique donc les mesures de N et de Q .
Le principe de l'expérience consiste â envoyer sur le détecteur o étalonner, un faisceau de
rayonnements monoértergëtïques connu puis a mesurer la charge correspondante produite.
Dans l'intervalle d'énergie compris entre 1 et 20 k e V , nous avons utilisé successivement les photons
caractéristiques d e 18 cibles fluorescentes excitées a u niveau K par le rayonnement de freinage issu d'une a n t i cathode en tungstène.
La pureté et l'interui"* **e ce rayonnement sont déterminées avec un détecteur solide associé a un
analyseur multîcanaux, puis, sont optimisées en fonction du débit sur l'anticathode, e t , de la haute tension.
I I ! - DESCRIPTION DE L'APPAREILLAGE EXPERIMENTAL
I I I . 1 - Le générateur X
Pour exciter les cibles fluorescentes, on utilise un générateur de rayons X dont la haute tension
est réglable de 1 a 25 k e V .
Le rendement de fluorescence diminuant rapidement avec Z , ïl est nécessaire, avec les cibles
de faible Z , d'avoir un tube à rayons X pouvant fonctionner à basse tension et ù forts débits.
Ce tube, entièrement démontable, est constitué par :
- une cathode en tantale a chauffage indirect,
- une anode en tungstène refroidie par circulation d ' e a u ,
- une fenêtre de sortie du rayonnement en béryllium d'épaisseur 20 u.m.
L'ensemble fonctionne sous un vide secondaire entretenu de l'ordre de 10
torr.
Au bout d'une cinquantaine d'heures d e fonctionnement au régime maximum il est en général
nécessaire de changer l a cathode, l'anode et la fenêtre de sortie en béryllium pour retrouver un débit de rayonnement satisfaisant à basse énergie.
Le tableau suivant donne les caractéristiques maximum de débit et de tension utilisables :
- 5 -
Débit
mA
Tension
kV
too
1
300
3
500
4
500
10
333
IS
250
20
200
25
La fenêtre en béryllium ne pouvant résister à une pression différentielle de l'ordre de lo pression
atmosphériquA, une vanne a tiroir télécommandée permet de l'isoler du reste de l'installation.
H I . 2 - Le dispositif expérimental
(Schémas n° 2 et 3 , photographie)
_2
Dons une enceinte sous vide primaire ( 1 0
torr) on dispose un tiroir vertical équipé de quatre cibles
fluorescentes, que l'an positionne successivement dans l'axe du faisceau émis par le tube a rayons X .
Le rayonnement de fluorescence, produit par chaque c i b l e , est utilisé suivant un axe perpendiculaire
â celui du faisceau excitateur. L? fonctionnement sous vide primaire permet de s'affranchir des phénomènes
d'absorption et de diffusion des rayonnements X de basses énergies qui ont lieu avec de l'aîr 6 la pression
atmosphérique.
La haute tension et le débit du générateur X étant f i x '
pour la cible choisie, celle-ci est d'abord
inclinée ù + 4 5 ° dans la direction d'un compteur proportionnel, utilisé comme moniteur, puis elle est inclinée a
- 4 5 ° dans la direction d'un détecteur solide S î - L i qui permet de contrôler lo pureté du rayonnement et de mesurer
le nombre de photons incidents.
Les caractéristiques physiques du détecteur solide sont données plus l o i n . O n recommence le même
processus avec les trois cibles restantes en changeant o, chaque fois lo haute tension et l e débit si cela s'avère
nécessaire.
Après avoir remis l'installation à la pression atmosphérique, on démonte le détecteur solide pour le
remplacer par le détecteur X 4 étalonner.
O n en profite pour :
- retirer les collimateurs en plomb qui limitent les taux de comptages sur le détecteur 5 ï - L i à des valeurs
acceptables,
- mettre des collimateurs en plomb de plus grand diamètre afin de disposer d'un fl-jx suffisant sur le détecteur
à étalonner qui fonctionne en "courant".
Les caractéristiques physiques concernant ces collimateurs sont données plus loin ainsi que sur la
figure 4 .
Le vide étant de non/eau réalisé dans ''installation et les conditions de tension et de débit du
générateur X reproduites pour chaque c i b l e , on incline alors successivement chacune d'entre elles vers le
moniteur, puis, vers le détecteur â étalonner.
Le courant débité par le détecteur est mesuré a l'aide d'un intégrateur de courant Ortec modèle 439
donnant une précision meilleure que 1 % pour des courants de l'ordre de 10
A.
I I I . 3 - Le rayonnement de Hucfescence
Quand an utilise les photons de freinage issus d'une anticathode en tungstène, il est possible de
remarquer que :
- l'émission du rayonnement de fluorescence apparaît lorsque la haute tension de FaneHcnnement du tube â
rayons X est supérieure à l'énergie du niveau E „
de l'élément.
- les bruits de fend dus aux rayonnement primaires diffusés par l'élément cible sont minimisés lorsque la H . T .
ne dépasse pas deux â trois fais la valeur en énergie du niveau E „ .
E
K
< V
$ 2 à 3 fois E
R
Le rayonnement de fluorescence obtenu est constitué par plusieurs raies d'énergies voisines {VOIT
Nuclear Tables Section A , 1970).
O n distingue, pour simplifier, au niveau E „
;
- le groupe de raies d'énergie moyenne : E -p- •
- le groupe de raies d'énergie n. jyenne -. E g - _
- le mélange des deux groupes de raies dont l'énergie pondérée est notée : E-
E
Tc5F = ^
N
K -
E
K /
|
N
K*ë
K
où N j , est le nombre de photons â l'énergie Ê „ ,
Nous donnons, suivant le tableau I , les caractéristiques physiques des carp- utilisés comme cibles
fluorescentes ainsi que les énergies et les meilleures conditions d'excitation correspondantes obtenues.
Nous donnons, suivant le tableau I I , les caractéristiques physiques des couples d'éléments utilisés
comme cibles fluorescentes et comme filtres pour disposer d'un rayonnement "monochromatique'' d'énergie E „ j en éliminant la composante d'énergie Bg-_- .
K(s
Nous indiquons dans les mêmes tableaux les puretés expérimentales des rayonnements obtenues,
définies par le rapport
:
Nombre de photons dans le pic de Fluorescence Es • a
ou E.,
Nombre total de photons enregistrés entre zéro et l'énergie
correspondant a la H . T . du générateur X .
- 7 -
Les raies L d'énergie inférieures â 1 '<eV ainsi que les électrons Auger sont éliminés par les fenêtres
d'entrée en béryllium des détecteurs. Quand les énergies d-s raies L atteignent 2 â 3 keV (molybdène) on utilise
un filtre de 400 U,m d'aluminium pour les faire disparaître.
La figure 9 montre le spectre du rayonnement de fluorescence du cuivre, non Filtré, puis filtré par
15 urn de nickel, obtenu avec le détecteur Sï-Lt,
IV - EVALUATION EXPERIMENTAI DE LA SENSIBILITE
IV.1 - Données
Le schéma de la figure 4 précise la géométrie employée pour les étalonnages. L'implantation
respective de lo cible et du détecteur solide est Indiquée sur le schéma du haut, le faisceau de fluorescence Kt
2
défini par des collimateurs en plomb de section avoisinnanî 10 mm , les rayons du Faisceau, les plus inclinés,
font avec l'axe un angle de 0,3°.
L'implantation ce la cible et du détecteur à étalonner est montrée sur le schéma du bas, le faisceau
2
2
de fluorescence est élargi, il avoisine 1cm au niveau de la cible et 2 cm ou niveau du détecteur.
Les rayons du faisceau, les plus Inclinés font avec l'axe un angle éj/al â 1 °,
Nous pouvons donc supposer sans risque d'erreur appréciable, que les faisceaux incidents sur les
détecteurs sont des faisceaux parallèles à l'axe.
Les diamètres de tous les collimateurs ont été contrôlés au comparateur (précision + 0,02 mm) ;
on a trouvé pour les couples de collimateurs
côté détecteui
du détecteur solide
$ = 3,656 mm
côté cible j
= 3,642 mm
côté détecteur $
= 1 5 , 9 6 mm
côté cible §
= 11,23 mm
du détecteur à étalonner
La distance de la cible au collimateur du détecteur Sï-Li est de 95,3 cm. La distance de la cible
ou collimateur du détecteur à étudier est de 99,3 cm.
Nous admettons une imprécision de £ 0,2 cm sur ces distances pour tenir compte de l'inexactitude
de la définition du faisceau due à l'épaisseur des collimateurs.
L'erreur de concentrlcïtê sur l'axe du faisceau ne dépassant pas 0,03 mm par construction pour
chaque couple de collimateurs, nous négligerons son influence dans la suite des calculs.
Le détecteur solide Si-Li est constitué par :
- du silicium d'épaisseur 3 mm
2
- d'une fenêtre en or d'épaisseur 40 iig/cm
- d'une F*-.être de protection en béryllium d'épaisseur 25 u.m.
r
Une bonne approximation du endement intrinsèque R (Eï du dérecteur Si-L», représentant le
rapport de la somme des coups enregistrés duns le pic de fluorescence et le pic d'échappement au nombre total
de photons incident normalement a la fenêtre d'entrée, est donnée par :
-ww<("•>„, -w>A«-<"V
R(E) = e
{)*/? 'a
r (}*/?
( f x)_ , ( p x ) .
e
• ( H / f > « •'?>•)«
2
*
'
f f î ' ' d'absorption massique en énergie exprimé en cm / g
du béryllium, de l'or et du silicon-..
é
)/> ' ty/f V
ant
e s c o e
c
e ,
a
2
étant les épaisseurs des éléments correspondar^ exprimées en g/cm .
, ( p x)ç,
La courbe de la figure 6 donne R (E) en fonction de l'énergie et le tableau III, Tes voleurs
numériques obtenues ainsi que les imprécisions calculées correspondantes.
L'erreur sur R provient :
- des erreurs sur les sections efficaces relevées dans UCRL50 174 Sec. I.
(l'erreur sur f/
P*.
domine au-dessous de 5 keV et l'erreur sur p / / ç * domine au-?dessus de 13 keV).
- des erreurs admissibles sur les épaisseurs des constituants du détecteur.
-4
• l'erreur sur l'épaisseur de la fenêtre de béryllium : +10 cm.
""
2
- l'erreur sur l'épaisseur de la fenêtre d'or : + 2,5 g/cm .
-2~
- l'erreur sur l'épaisseur du silicium : +10 cm.
Le détecteur solide est relié ?. un analyseur d'amplitude multicanaux fnterrechnique DIDAC 4000
équipé d'un convertisseur C 44 8.
IV.2 - Mesure de l'énergie incidente et de la sensibilité du détecteur ô étalonner
Soit n-j* le nombre d'impulsions enregistré dan* ••; pic a fluorescence a l'énergie E par Is détecteur
solide pendant le temps t .
Le nombre de photons incident n si - le détecteur solide est donc :
n
"
DS
R(Ë)
Soit N le nombre de photons încidenU sur le détecteur à étalonner pendant lo même durée de temps.
Avec les valeurs indiquées en IV.1 et sur les schémas de la figure 4 on obtient facilement :
/
^
2
n_ . 10,50 . 10.42
/ 961.5 . 99.3 . 795
N " ZOO . 99 • I 953 . 7E8.5 . 998
•| f
3
3,12 . 1 0 ' + 0,12 . 10"
3
(3)
Les mesures de r w et de ta charge Q délivrées par le détecteur à étalonner sont faites successivement en se référant a un moniteur constitué par un compteur proportionnel. On corrige la valeur de - r p en
la multipliant par le rapport n '
c p
/ n>. .
p
n ' p et .£p sont les valeurs des comptarjes du moniteur obtenuus pendanr les mesures respectives
de Q et n - .
s
La valeur de l'énergie incidente K sur le détecteur â étalonner est **tnr -.
k
-
%
s
(41
6,12.10 *
IV.3 - Mesure de la sensibilité
La sensibilité est d'après (1) :
6,12.10"
S (E) =
n
3
. Q . R(E). n
= — ;
—
DS •
• " CP
(5)
E
L'évaluation expérimentale de la sensibilité du détecteur consiste donc à mesurer pour chaque cible
Fluorescente utilisée ;
n
D S
, n
c p
et Q
Ces mesures sont répétées au ir oins six Fois à chaque énergie considérée et l'imprécision sur b (E)
est nilculée en tenant compte ;
- des Imprécisions sur le* données et lâs mesures (aî-e sous pie estimée 6 0,5 %)
- des fluctua tiens statistique dos comptages ' N ^ 2 v N)
- des écarts types sur les mesures de Q :
,
—
v
«
„
n- 1
V - PRESENTATION DES RESULTATS DE MESURE
Deux modèles de seintîdateurs plastiques ont été reidnus pour équiper le détecteur :
- le S.P.F. Fabriqué par R.T.C.
- le NE 104 fabriqué par Nuclear Entreprises.
Las résultats des mesures de la sensibilité du détecteur sont présentés en fonction de l'énergie entre
1 et 18 keV, avec chaque scïntiflateur, en utilisant les rayonnements X d'énergie Moyenne É' " ,
produit*
par 16 ft 18 cibles fluorescentes. Ces résultats sont complétés avec le S.P.F. per ceux obtenus en employant des
rayonnements de fluorescence d'énergie E„
(Tableau V - Figures 5 et 5 bis).
I3ur examen montre que |« détecteur, équipé d'un scintillateur NE 104 est environ 1,4 fais plus
sensible que celui équipé a \ n S.P.F, On peut noter dans les deu> -as, l'existence d'un maximum de sensibilité
à 7,5 keV ; à cette énergie les estimations montrent que les scintnl --_ - ccuîdérés absorbent entièrement le
rayonnement incident alors que la fenêtre en béryllium d'épaisseur 20 u,m l'atténue de façon négligeable. Quand
l'énergie augmente le scintillateur absorbe de moins en moins l'énergie et la sensibilité déçoit.
-
10
Quand l'énergie diminue, la sensibilité décroît plu: rapidement que celle due à l'absorption du
rayonnement incident dans le fenêtre en b é r y l l i u m . La figura 8 montre les résultats expérimentaux obtenus pour
!e détecteur équipé du scintlllateur S . P . F . et du scîntïllaraur NE 104, après normalisation de S ( E L - S (E)
N E
1
M
c l'énergie 7,5
et
keV,
La courbe en traits pleins
(T (~)
fonction de l ' é n e r g ' j des sclntillateurs S . P . F .
est une h "ne approximation expérimentale de la réponse en
et N E 1 0 4 .
La courbe en tirets représente le facteur de transmission d'une fenêtre béryllium d'épaisseur 20
La comparaison des deux courbes montre ayti le coefficient d'efficacité quantlque lumineux
fcm.
des scinrlllateurs
S . P . F . et NE 104 décroît avec l'énergie du rayonnement X en-dessous de 7,5 IceV.
V i - D I S C U S S I O N DE LA PRECISION DES MESURES
L'imprécision sur la déterminât! OÎS de la sensibilité provient d'une part, de la méconnaissance des
épaisseurs et des sections efficaces des constituants du détecteur solide, et d'autre part, aux erreurs expérimentales.
L'erreur sur le rendement du détecteur solide Si—Lî est surtout importance à basse énergie (25 % à
1,25 k e V ) , e l l e est due principalement à l'incertitude sur la valeur du coefficient d' transmission de la fenêtre en
béryllium. Cette erreur diminue pour devenir négligeable entre 5 keV et 13 keV {R,~
=j#= 1 ) .
Au-dessus de 13 keV apparaît l'incertitude sur le coefficient d'absorplkn du silicium ( 2 % à l 8 k e V ) .
Les imprécisions expérimentales «r.l pour origine
:
- la géométrie des collimateurs 2 %
- les fluctuations statistiques des comptages 2 % a 20 %
- l'étalonnage de l'intégrateur de courant 1 %
J
L'imprécision globale de ïa mesure de sensibilité onnée dens le tableau I V est de l'ordre de 5 %
entre 5 et 18 k e V , elle augmente à basse énergie (20 % ri 1,5 keV) pour atteindre 50 % a 1,25 kev*.
Les mesures a basse énergie ne peuvent être améliorées qu'à la condition de munir les détecteurs et
le tub& à rayons X de fenêtres en béryllium moins épaisses. O n pourrait améliorer l a precision des mesures à
1,25 k e V d'un facteur 1,8 en rtîlisant des Fenêtres en béryllium de 10 u m d'épaisseur (limite technologique
actuelle).
V I I - C O N T R O L E DE LA SENSIBILITE A L'AIDE D ' U N E SOURCE DE c /
j
0
Les étalonnages et les contrôles de sensibilité de plusieurs détecteurs de même modèle, avec les
raies de fluorescence nécessitent des moyens importaiits. Pour simplifier, il est p. .posé de compare.* la réponse
d'un détecteur X étalon a celles de fous les autres détecteurs, auprès d'une source de Co
miné le rapport de la sensibilité S (7,5 IceV) par celle à 1 250 keV S (Co
(+) Nota
, après avoir déter-
) du détecteur «talon.
: Le coefficient d'efficacité quantlque lumineux représente le rapport He l'énergie lumineuse produite
par le scintlllateur a l'énergie X absorbée.
Le schéma du dispositif expérimental est indiqué Figure 7 . La sourt/e de Co
est positionnée à
environ un mètre du détecteur, e l l e est fortement collimarée, te rayonnement qu'elle émet, est défini au niveau
du détecteur par un collimateur en plomb de diamètre 16 mm et d'épaisseur 100 mm. Le détecteur est r e l i é à un
intégrateur de courant Ortec modèle 4 3 9 .
L'activité de la source le jour de la mesure étant de :
2,94 . 1 0
-
3
a
a 4%
près
on peut calculer facilement I t nombre K de keV incident sur le détecteur à l'aide des paramètres géométriques
relevés Figure 7 :
3
K = 2.2,94.10- .l 50_J,7,,0
U ,
2
4 .
TT . 97.9
,,r,î76*
. _
4
M
IQ
6
U e V / s
. A
(Pour simplifier la source émet deux gammas de I 250 keV par désintégration et l'autoabsorption dans lo source
est négligée).
Lo mesure du courant débité par le détecteur équipé d'un scintillateur S . P . F . étant de :
= 81 . 10
Ll sensibilité
S (Co
A à I % près
(courant d ' o b urité du P . M . déduit)
! est donc
6 0
S (Co )
*
1,790 . 1 0 "
S !7.5keV)
x
2
,
7
.
)
0
M
c A e V incident +
- 1 3
#
Le rapport
6 0
S (Co )
1,8
.
5%
lu
-
1
15
4
(E) étant la fonction iéponse du modèle de détecteur étudié normalisée â 1 a 7,5 keV on obtient la sensib i l i t é de tous les détecteurs de même typ». par lo Formule empirique suivante
5
:
6 0
(E) c / k e V Incident = 15 . <r (E) . S ( C o ) c A e V incident
A géométrie f i x é e , les précisions relatives obtenues sur les valeurs de sensibilité des détecteurs de
même modèle ne dépendent que des précisions relatives sur les mesures des I, soit : 2 % .
-
VIII -
12
-
CONCLUSION
La sensibilité du détecteur X proposé a été étudiée d'abord avec un scintillateur S . P . F . puis avec
un scîntîllateur N E 104 en régime permanent, e t , à très basse énergie à l'aide des rayonnements de fluorescence
issus d'un dispositif expérimental réalisé par les auteurs de ce t r a v a i l .
Les mesures de sensibilité d'un lot de détecteurs de même modèle étant facilitées par l'emploi d'une
source de Co
. l e s auteurs de ce rapport se proposent, dans une prochaine étape, de donner une méthode pour
étalonner des détecteurs de rayons X , peu sensibles, équipés d'un photomulHpIïcateur XP 1 1 4 3 .
-
13 -
BIBLIOGRAPHIE
1 1 1
J.B. BlRKS, F.D. BROOKS
Scintillation response of anthracene to soft Xrays.
Physical Review, Vol. 94, p. 1800, 1954.
( 2 I
J . M . FOWLER and C.E. ROOST
Response of anthracene and stilbene tal low energy protons and X rays.
Physical Review, Vol. 98, n° 4, p. 996, 1955.
[ 3 I
G . T . WRIGHT
Scintillation response of phosphors at low energy particles.
Physical Review, Vol. 96, p. 569, 1954.
14]
L. EVAN BAIUIY
Fluorescent yield in the phosphor NE 102 for X rays from 4 to 17 keV.
Journal of applied phv.ics. Vol. 34, n° 10, October 1963, pp. 3008 et 3009.
[51
J . H. ADLAM and J . N . BURCHAM
The variation of the conversion efficiency of a NE 102 A plastic scintillator with X rays
energy In the range 1,8 - 4,5 keV.
Journal of Scientific! Instruments, Vol. 43, pp. 93-96, 1966.
I 6 ]
A . J . MEYEROTT, P.C. FISHER and D.T. ROETHIG
Plastic scintillator response to 1 - 10 keV photons.
Journal of Scientific Instruments, Vol. 35, n° 6, June 1964, pp. 669-672.
-
1 7.]
14
M.A. BL0KH1N
The physics of X rays par.
AECTr. 4502 (S.P.H.T.T.L., Moscou 1957).
I 8 ]
H. JOFFRE
Les problèmes physiques de radioprotecHon.
Génie Atomique C.IX, p. 19.
Manuscrit reçu le 26 mars 1974
TABLEAU I
Energies d'après Nuclear Data Table Sect. A (1970)
Cible
Energie
Niveau
atomique
koV
Etat physique
Epaisseur
E
keV
keV
K*f>
keV
Pureté
chimique
Générale-.,, X
h.T. en
kV
Débit
mA
fureté du
rayonnement
E
K<(Î
Mg
1,305
1,255
1,255
pui'ille (Vitrée
2 mm
99,99
3,2
320
99
AI
1,560
1,487
1,487
feuille
6/urn
99,99
3,5
320
99
SOftm
99,999
4,5
300
99
99
5
250
97
7
250
92
96
Si
1,839
1,739
1,838
1,742
feuille
S
2,472
2,307
2,468
2,314
pastille
2 mm
Ca
4,037
3,690
4,012
3,721
pastille C O . C a + araldlte
1 mm
Tl
4,966
4,508
4,931
4,551
feuille
11
75
Va
5,465
4,949
5,427
4,999
pas Ille poudre Va + araldlte
1 mm
? .
11
200
91
Cr
5,989
5,411
5,947
5,467
pastille poudre Cr + araldlte
1 mm
?
17
40
95
Mn
6,539
5,895
6,492
5,959
M n oxyde + support plastique
200 fim
?
20
20
92
Fe
7,112
6,400
7,039
6,470
Fe oxyde + support plastique
200pm
?
20
32
89
Co
7,709
6,925
7,649
7,003
pat'dre Co + araldite
?
20
20
96
L
25 Jim
1 mm
?
99,9
Ni
8,332
7,472
8,265
7,558
fei.lle
15 urn
99,9
24
20
96
Cu
8,981
6,041
8,907
8,136
Fet lie
45 u m
99,9
25
20
96
poi. dre Z n + aratdite
1 mm
?
25
20
95
pasiille G e
1 mm
99,999
25
2J
96
Zn
9,659
8,631
9,572
8,735
Ge
11,104
9,876
10,983
10,005
Se
12,658
11,210
12,503
11,372
p a . dre Se + oraidi'e
1 mm
?
?5
100
82E
Rb
15,200
13,375
14,980
13,596
hyr'roxyde Rb + araldite
1 mm
?
25
160
94
Y
17,038
14,933
15,200
Zr
17,998
15,746
17,700
Mo
20,000
17,443
19,648
ih
feuille
65 pm
99,9
25
160
16,035
feille
90 pm
99,9
25
160
95
94 l '
17,781
faille
250um
99,9
25
160
931
u
. ..
1
5
%
-17-
TABLEAU II
Rayonnement de fluorescence d'énergie £
Ener pie
Cible
FMrreE^
l
E
w
K*~
Niveau
atomique
keV
Epaisseur
Pureté du
rayonnement
Va
4,949
5,427
T!
4,966
25
95
Cu
6,041
8,907
Ni
8,332
15
96
Zr
15,748
17,700
Y
17,038
65
93
Ma
17,443
19,648
Zr
17,998
90
93
TABLEAU HI
Rendement du détecteur solide
(Valeurs et précision des sections efficaces relevées dans UCRL 50 174)
E
R
dR/R
1,25
0,225
21
1,487
0,409
14
1,74
0,555
9
2,317
0,710
6
3,719
0,900
1,5
4,55
0,940
1
4,998
0,955
0.6
5,467
0,947
0,1
5,959
0,975
6,472
0,985
7,006
0,9»
7,563
0.990
8,142
0,995
8,744
0,998
keV
%
11,38
1
"
"
"
"
"
"
"
»
13,6
1
0,15
15,2
0,990
0,30
17,78
0,097
0,9
20
0,938
1,6
25
0,760
3,7
30
0,537
6,7
10,01
1
- 18 -
TABLEAU IV
Cible
Energie Ko<(3
kev
-
Sensibilité détecteur monté
ovee5.P.F. 1 0
_ 1 3
Précision
Sensibilité détecteur monté
%
avec NE 104 1 0 ~ C / k e V
C/keV
13
Mg
1,25
0,56
50
Al
1,487
0,74
20
1,00
Si
1,742
1,20
16
1,50
S
2,317
1,55
10
2,34
fa
3,719
2,11
7
3,48
Ti
4,55
2,32
6
3,50
Va
4,998
2,48
5
3,85
Cr
5,447
2,47
5
3,77
Mn
5,959
2,49
5
3,48
Fe
6,472
2,89
4
Cp
7,004
2,73
4
3,88
Ni
7,543
5
3,89
Cu
8,143
2,58
5
4,00
Zn
8,744
2,73
4
3,94
Ge
10,015
2,35
5
3,58
Se
11,38
2,35
5
3,29
Rb
13,402
1,42
4
2,39
Zr
14,04
1,12
4
1,45
Mo
17,787
0,92
5
1,22
TABLEAU V
Cible
Energie
E^
keV
Sensibilité détecteur avec
3
S.P.F. 10""' C/keV incident
Précision
%
Va
4,949
2,39
5
Cu
8,041
2,57
4
Zr
15,770
1,19
4
Mo
17,443
0,89
4
-
19-
TABUAU VI
FoncHon réponse <T(E)
E
keV
•r(E)
E
lceV
<r(E)
1,25
0,150
10
0,925
2
0,510
11
O.BoO
3
0,720
12
0,770
4
0,840
13
0,666
5
0,920
14
0,570
6
0,970
'5
0,487
7
0,995
16
0,470
8
0,995
17
0,370
9
0,970
18
0,330
a 7,5 keV
(E) = 1 par définition.
SufptdjPM
PROTOTYPE DU DÈTTCTEUR D E •
RATOHNEHINT X ! V*™» liboulc.it)
Figure 1
-
HT
20
-
MM
•*
S
ImpriMiMite 1 E R
Sélecteur
AoQOcoraw
wt*i
|
ftrf»
DIAP05ITIF
TAU*
CXPERIMCNTAL
x
Nuiira
du
Figure
Flo» 2
cWoi^oi Ar|wi.rU)iiM« *o.«
AKnmtttfMA T H T
DllPOamr
EXPERIMENTAL
:
Etalonna^*
du
Fjgure
3
dtactcui-
21 -
n
N
.
1 0 . 5 0 . 10,42 J 9 6 I . 5 . 9 3 3 . 785 \
20Q . 99 * \ 953 . 759~5 . 8981
. , , ,„J
«M»-"»
t
*
Figure 4
WHtftW
• 'rfllMjf
:
tte
iffit' t~TfT
33H
1LM.
yfeStH'f J T J :
H!:
K'
::
ff
•
I
1
;
ïïï|ii
||i:fê:ffii
;
; • .
:
!
n
|ff |if|
^MfJH^ i t t j fr ^t Tl"f"
"TT
i-4-j-T+rr
| ! : •
5^*-*
ffiisï*:
• * • * * « •
-Hf+-i-i >- • • • r •
• m - -F
T
T-
i
-î +1
jft + ï " ' î _ __î _ ^ j_ x i L , _
:
:
i t t a l + l q: :
ffi(ti..J.j
rjiiBi m^i * X »|4T
:. x i i+-, "
^aPixwttfpfe*
i t i + i . . ri» R J : • & - . "
j " - ^ = : *
n + .; ; :t-
tlfi
}fflaSffi:± T irr
:
4 - 1 . ; •' 11
ttffP "''^
)fi I i j l t l 1
à
B
'igure
L
.1
-A !"! . ;.
h -4B î j T
l
ÎT
iSilillË ^ r i ï T
mml
rtateiefcsr > -
I
1
T* lljf'fe T l H "t* T TaTT
HtfTT
;
IT libiliU . j n Ifoiicti
1
: Il
^FrftmtT+r-
• -r
- • t ù
r
- 22 -
-
!
*G)n]*A
-
»
.-.& MiiibiUU en function
•
51 I .
,
*
-
i-T-r-i
r : ••[-
- r-
-
•
-
'
-
. ..
< • .%
,
/
.
"T"S
i
.
i
M.MV9B;
- ,A
: */ '
!L
|
- I .
!
<
* . i . (
i r<
v
"
1
_L
•
•^SLTÎ j
! »*K;
J_I
A' -- X X .
fri­
J. l l '!
IX '
!
L
'
•
_1 :
-• ._- "1 i
'- 1 J
l
:T
>
•
J r .
. i
-
-
-
•
•
>
;
-• !
J'
«
•
•
.
1
iiu
j_j ,
9
-
i ; ! !
I 1i I
xx
-tfrr
;-
t
T
> j
v
*
i
4-
-
•
1.
;;
: i
i
-
:;:i.|-!.::
..1 ; . . . ; .
i
v '.i-
•
m^
>
)
•
L.
- f!f
r
.
:
..;. .j.. .,l
:
,
.
•i lit
i .
:
1
I-!-
. . .PHaiHP.L.f
'Jr-f— m | - ^ - j
••
\~y•
• t
•
i. 1 . .
A. " * î -À-
: l i c A_
-
•;
del finis.
loll rrnti
»
ii
a
tS
H
:
i -
-r-i-T-lt
n»
7
Figure 6
:
tttmiitirrithtrtI hI ! I ;i^^fHî ^i±i^Hmt4 Ji 1 iiirnilTmTF
UUUlSlnlluȔ*<
BBBX::::::::::
,
i
i
,
;;aa^r""a''Tr'^'?Fii'iwffTra:nn'»wwfli».TffUiia;:aK:;si;t;iiiaB
• « » • • * • • > • • SB • • • • r i a
•via I * » • • • • » • » • • • • • •
:::::::::::::::::::^:::;:::;:::::;::::::BHQUBUB:::U:::::::::::::::::::B
:::::::::::::::::::::::::::::;:::::i:::::ni[sniiRHU:;:3u::»:>::::::ii::::u
;:::::::::::;:--.;::::-.i3:i::r::::a::::::nBBUBBe:::::sK:::::^:::i:::::a
::::::::::::;v»:::::::::::::::E::i::s3itBBRiln!iBii::::::aa::::a:H:::a
Figure 7
SPPft16+aO[lBe
Bf9
1
Saura Ce *
I , ^
^SO.
Pfrchvr*
.
Vtru'cn lnwlw4ire>
Ifi «Ct3!J\
le 19^l/M
N
3
n
— (jeomcfcrie
de let mesure de sensibilité du detccfceurX - version labo.
Figure 8
bitHi-riiTÎi : i"!"!- !"lf ^ - T + i - ^ ± i ± h t t 4 :
. . . .
'
,
t
'
r
1
î
"
I t i
"'
|
i
î J R * » " !
:
BT
''typ^rF^^
•
I ' 1' ! 1 1 1 1'
.
i
,
.
rfn'PlwL<#
J
ï
.
i •
!
s "t PÈ » k- L! C .;
1 .
•
5
'
;|;
+
y J * - * - r - . . T > - .. Tty • t
•
' 1•
î
- - 1- • } • • ( - • • •
ji 4
-
:
M
• kkJ-iUi«:±5s
iW*Li l•i -•. i -•i .i+•' i..±::±±::±:::"±±:±L:±:
h j-hnlttMrttMn ÏÏTT
1 1t~ ~- fN IlA^TiJi-rr
;
!
T
: ! i:
i
5
4
}
,:!i
:
;
lli ''liï-llrTirlM
' ' i r« ' + *î T *" f + l S S
roMrlffiPklllri
[ -W • -tir 111 A11111 il 1111 IrrH f mff' ffrfffS
H:!;:::g;::î^:::iDBHïânnBBiinBBiiiiiuinBi:<EiBE:ien^ai.;...M^^:°^
•;;::5^::ri:j:?;iMM«B!mn^niiF«wiiMHi?HmiHiHS!!iE!:iB!::!iEni:::::s!:
g : | | ! : : : : : : : - - : | : : T — T!
w
,
Jj^--|;::--::-::::-:::::|::::
1
It
Wljfj::::::::i::---:::-TT" * " i"
•* lfffj-tt|'"
J- -
*
;::-n^:::::v--f.:^::^ ;:....: •
w
t ^ - " l -"' ';;:::•:':.: : ^ T : : ::
!
î ï jij-nj. -1 • — i
._
t
:
iin|jJ.ilLyJi '.|.' !:[... ' Tn" r
t'-^ ' l ' - l ' i ' l ; î'< J , w
Figure 9
1
j
T
..:
"V 1 t
*
L.
^ •
:
:
" ': :
;r
• •-
T
1
- *
i l t" - n
M^iVl »"
1
j
-
24
Pi,-10
Jpecbre
du rayonnement, de fluorescence
du Cuivre
avec
le détecteur Si.-Li.
Cmvre Filtre Nickel
1
s.10
CuK«
CUKK CuKfb
Visualisation
Visualiaabiori
linéaire
logarithmique