Spectrométrie bêta

Un nouveau dispositif expérimental dédié à la mesure de spectres bêta avec une précision métrologique est en développement. Dans sa version actuelle, il a été conçu autour d’un détecteur semi-conducteur silicium de type PIPS de 0,5 mm d’épaisseur et 450 mm² de surface. Des simulations Monte-Carlo préliminaires de la chambre de détection ont permis de déterminer la géométrie et les matériaux à utiliser afin de limiter au maximum les déformations dans le spectre mesuré.

Ces déformations proviennent des phénomènes physiques (diffusion et rétrodiffusion des électrons, auto-absorption dans la source) et de détection (résolution et linéarité). Le détecteur est refroidi à la température de l’azote liquide et maintenu sous un vide secondaire.

La qualité des sources radioactives étant déterminante pour obtenir des spectres de qualité, une étude a été menée sur la préparation de sources minces. La technique retenue consiste à fabriquer les sources par électro-pulvérisation puis lyophilisation du dépôt radioactif sur un film de Vyns de 500 nm d’épaisseur.

L’étalonnage a été réalisé à l’aide de sources d’électrons de conversion de ¹⁰⁹Cd et de ¹³³Ba. Une résolution de 4,4 keV est obtenue à 60 keV et le seuil de détection est de 15 keV. Différents types de spectres bêta (¹⁴C, ⁶⁰Co, ¹⁵¹Sm, ⁹⁹Tc) ont été mesurés et corrigés des déformations restantes. Une fonction de réponse peut être déterminée pour chaque géométrie de mesure à l’aide des simulations Monte-Carlo. Ces simulations incluent les informations géométriques très précises du détecteur obtenues par radiographie X. Elles ont été validées par l’excellent accord obtenu entre les spectres simulés et les spectres mesurés.

L’analyse de la réponse impulsionnelle simulée du système de détection est la voie la plus prometteuse pour définir cette fonction de réponse précisément. Les premiers résultats montrent qu’une déconvolution du spectre mesuré avec la réponse du système de détection permet d’obtenir la forme réelle du spectre bêta avec une grande précision.

POUR ALLER PLUS LOIN :
Bisch et al., Evaluation of the beta spectral shapes, 16^th International Congress of Metrology, (Paris, France, 7-10 October 2013,) EDPSciences, Web of Conferences, 07004 (2013)
DOI : 10.1051/ metrology/201307004
Mougeot X., Systematic comparison of beta spectra calculations using improved analytical screening correction with experimental shape factors, Applied Radiations and Isotopes 109,177-182 (2016).
DOI : 10.1016/j.apradiso.2015.11.030