Cristal-puits

La méthode 4πγ dite « cristal-puits » est largement utilisée dans le domaine de la métrologie de la radioactivité depuis les années 60 et est reconnue comme étant particulièrement adaptée pour les radionucléides à schéma de désintégration complexe avec émission en coïncidence de photons [1, 2].

La méthode repose sur l’utilisation d’un cristal NaI de gros volume muni d’un puits au fond duquel l’échantillon à mesurer est placé afin de permettre une détection sur quasiment 4π sr. Du fait des propriétés de sommation du système de détection basé sur une telle méthode, pour des désintégrations présentant l’émission de quelques rayonnements gamma en coïncidence, le rendement de détection est proche de l’unité. Par ailleurs, l’incertitude associée est faible malgré des incertitudes importantes sur les différents paramètres nécessaires au calcul de rendement. Ces caractéristiques confèrent un caractère primaire à cette méthode.

De fait, la méthode 4πγ est utilisée au LNHB pour la mesure de tout radionucléide émetteur gamma, plus particulièrement à schéma de désintégration complexe, essentiellement dans le cadre de comparaisons internationales pour le SIR (Système International de Référence pour les radionucléides émetteurs de photons gamma), EURAMET, le CCRI, ou d’étalonnage de laboratoires secondaires, ou d’étalonnages internes.

L’instrumentation dédiée au LNHB est composée d’un détecteur à scintillation d’iodure de sodium dopé au thallium NaI(Tl) de 152 mm de diamètre et de 127 mm de hauteur, doté d’un puits central de 21 mm de diamètre et de 47,5 mm de profondeur. Le détecteur est couplé à un tube photomultiplicateur et l’ensemble est installé dans une enceinte de protection composée de plomb et de cuivre afin de réduire au minimum le mouvement propre du système. Les signaux détectés sont traités par un ensemble de modules électroniques spécifiques développés au laboratoire, fonctionnant sur le principe des temps morts reconductibles et sur la mesure du temps actif. L’activité est alors obtenue à partir des taux de comptages mesurés et du rendement de détection propre à chaque radionucléide, généralement déterminé par calcul Monte Carlo [3].

La gamme d’activité couverte au LNHB est de l’ordre de quelques dizaines de becquerels à quelques centaines de kilobecquerels. L’incertitude type est de l’ordre de 0,1 à 0,5 % pour des radionucléides avec un rendement proche de l’unité tels que ¹³³Ba, ¹⁹²Ir ou ²⁰⁷Bi.

Liste non exhaustive de radionucléides mesurés au LNHB par la méthode 4πγ : ¹⁸F, ²²Na, ²⁴Na, ⁴⁶Sc, ⁵⁶Mn, ⁵⁶Co, ⁶⁰Co, ⁶⁷Cu, ⁶⁷Ga, ⁷⁵Se, ^87mSr, ⁸⁸Y, ^110mAg, ¹¹¹In, ¹²⁴Sb, ¹³³Ba, ¹³⁴Cs, ¹³⁹Ce, ¹⁵²Eu, ¹⁵⁴Eu, ^166mHo, ¹⁶⁹Yb, ¹⁷⁶Lu, ¹⁹²Ir ²⁰³Hg, ²⁰⁷Bi, etc.

POUR ALLER PLUS LOIN :
[1] Ballaux C. 1983 High-efficiency gamma-ray detection systems for radionuclides metrology Int. J. Appl. Isot. 34 493–9.
[2] Winkler G. and Pavlik A. 1983 Some aspects of activity measurements with NaI(Tl) well-type detectors J. Appl. Radiat. Isot. 34 547–53.
[3] Thiam C., Bobin C., Maringer F.J., Peyres V., Pommé S. 2015 Assessment of the uncertainty budget associated with 4πγ counting. Metrologia 52 S97–S107.