Simulation interactions rayonnement-matière
La simulation des interactions rayonnement-matière, notamment à l’aide de codes Monte-Carlo, est devenue un outil indispensable de la métrologie des rayonnements ionisants. Elle permet d’optimiser les dispositifs de mesure et de production de rayonnement lors de leur conception et d’aider à la compréhension des résultats expérimentaux, autant de manière qualitative que quantitative. Ces calculs permettent de déterminer des facteurs correctifs, en particulier lorsque ceux-ci ne sont pas accessibles expérimentalement, comme des valeurs de rendements de détection, ou encore de caractéristiques du faisceau de rayonnement produit par une source (distribution en énergie, angulaire, etc.).
En conséquence, la simulation est une activité transversale qui intervient dans un grand nombre d’études réalisées au LNHB. Ainsi, le LNHB peut faire appel à plusieurs codes (EGS, PENELOPE, MCNPX, Geant4). Le choix se fait en fonction des applications. Autant que possible, un même calcul est effectué au moyen de plusieurs codes différents, afin de pouvoir mettre en évidence des biais éventuels.
Étude d’un modèle stochastique pour la méthode du Rapport des Coïncidences Triples à Doubles (RCTD)
La méthode de mesure d’activité RCTD est une méthode primaire utilisant un compteur à scintillation liquide comprenant trois photomultiplicateurs. Un modèle statistique de l’émission lumineuse est utilisé dans la plupart des laboratoires nationaux de métrologie pour déterminer l’activité.
Au moyen du code de simulation d’interactions rayonnement-matière Geant4, incluant les interactions des photons lumineux, le LNHB a développé une approche stochastique permettant de modéliser l’ensemble des processus conduisant à la création des photoélectrons dans les photocathodes des photomultiplicateurs : interaction des rayonnements ionisants, création des photons lumineux dans le scintillateur, suivi de leurs parcours (incluant les phénomènes associés à l’optique géométrique tels que la réfraction et la réflexion aux interfaces de la cavité optique) jusqu’à leur arrivée sur les photocathodes des photomultiplicateurs.
Ce nouveau modèle RCTD-Geant4 a notamment permis de mettre en évidence un phénomène de dépendance stochastique de type géométrique entre les photomultiplicateurs : cet effet se manifeste pour les radionucléides émetteurs de rayonnement de basse énergie lorsque le comptage des coïncidences devient sensible au point d’origine de l’émission des photons dans le flacon contenant le scintillateur liquide.
La réponse lumineuse des scintillateurs utilisée dans le modèle Geant4 a été vérifiée expérimentalement grâce à un générateur X de basses énergies.
Le modèle RCTD-Geant4 est étendu à la méthode des coïncidences 4πβ−γ dans le but d’optimiser les conditions d’application de la technique d’extrapolation du rendement de détection.