Le LNHB maintient et diffuse des données de référence sur les schémas de désintégration des radionucléides, notamment les intensités d’émission photonique essentielles à l’étalonnage des spectromètres gamma/X.
Ce projet vise à établir la courbe d’étalonnage en rendement d’absorption totale d’un détecteur au germanium hyper-pur (GeHP) à l'aide d'une nouvelle méthode qui ne fait pas appel à des radionucléides et ainsi avoir un étalonnage qui pourra être considéré comme absolu.
Contexte
Le LNHB maintient et diffuse aux utilisateurs des données recommandées caractérisant les schémas de désintégration des radionucléides.
Parmi ces données, les intensités d’émission photoniques sont des données cruciales, largement utilisées pour l’étalonnage des spectromètres gamma et X, avec pour but, la quantification de l’activité des radionucléides mesurés par cette technique. Dans la gamme d’énergie inférieure à 50 keV, les photons émis sont principalement des rayonnements X, consécutifs à la relaxation atomique suivant les processus de conversion interne ou de capture électronique. Que ce soit pour la caractérisation des matériaux à l’échelle nanométrique ou pour les applications médicales (imagerie, diagnostic ou thérapie), la connaissance précise des intensités d’émission X et des rendements de fluorescence est cruciale.
Il est bien connu que la procédure habituelle pour étalonner en rendement un détecteur consiste à analyser les pics d’absorption totale de plusieurs radionucléides, dont on connaît les intensités d’émission, présents dans des sources étalonnées en activité. Cependant, dans le cas où l’on souhaite améliorer la connaissance des intensités d’émission, la procédure de mesure s’appuie en définitive sur les mêmes paramètres que ceux que l’on vise à déterminer. Pour éviter cette dépendance circulaire et réaliser des mesures indépendantes des intensités d’émission tabulées, il est nécessaire d’étalonner le détecteur par un moyen indépendant, qui ne requiert la connaissance préalable d’aucune intensité d’émission.
Objectifs
Etablir la courbe d’étalonnage en rendement d’absorption totale d’un détecteur au germanium hyper-pur (GeHP) dans la gamme d’énergie comprise entre 3 keV et 50 keV avec une incertitude-type relative inférieure ou égale à 1 %.
L’étalonnage doit être effectué sans recours à des radionucléides, au moyen d’un faisceau monochromatique dont le débit de fluence photonique sera déterminé au moyen d’un radiomètre cryogénique à substitution électrique. Le détecteur ainsi étalonné pourra être considéré comme un détecteur « absolu » et permettre la mesure directe d’activité.
Ce détecteur sera utilisé pour améliorer les techniques d’analyse X sans référence, actuellement développées au LNHB, et effectuer des mesures de paramètres atomiques (intensités d’émission, rendements de fluorescence, coefficients de Coster-Kronig) par fluorescence X induite par photo-ionisation.
Résultats et Impacts
Le présent projet a permis d’établir la courbe d’étalonnage en rendement d’absorption totale spectromètre dispersif en énergie, basé sur un détecteur au germanium hyperpur (GeHP), dans la gamme d’énergie inférieure à 50 keV, sans faire appel à des radionucléides. Cet étalonnage s’appuie sur l’utilisation d’un radiomètre cryogénique à substitution électrique et sur l’utilisation d’un faisceau de photons monochromatiques produits par un synchrotron.
Contrairement aux étalonnages traditionnels faisant référence à des radionucléides étalons, cette approche peut être considérée comme absolue, puisqu’elle s’affranchit de la connaissance des données de schémas de désintégration.
La mise en place de spectromètres étalonnés sans radionucléide permettra une avancée importante pour la détermination d’intensités d’émission X dans la gamme d’énergie inférieure à 50 keV et la réduction des incertitudes associées. Par ailleurs, le LNHB développe des méthodes d’analyse X sans référence pour la caractérisation des matériaux innovants pour lesquels il n’existe pas d’étalons (voir le projet Développement des méthodes d'analyse X utilisant le rayonnement synchrotron). Pour ces techniques avancées, il est nécessaire de disposer de détecteurs (photodiodes et spectromètres) étalonnés en absolu et les résultats de ce projet permettront d’améliorer les résultats et la fiabilité de ces nouvelles méthodes.
Partenaires
LCM-Cnam pour son expérience avec les radiomètres cryogéniques.
Synchrotron SOLEIL.
Publications et Communications
V. Hernandez Elvira, M.-C. Lépy, Y. Ménesguen, “Primary calibration of photodiodes with monochromatic X-ray beams using an electrical-substitution radiometer”, X-Ray Spectrometry, 52, 279-289 (2023). DOI : 10.1002/XRS.3318.
HERNANDEZ-ELVIRA V., “Calibration of photodiodes with a monochromatic X-ray beam measured with an electrical-substitution radiometer”, EXRS 2022, 27 juin au 1er juillet, Bruges, Belgique.
V.H. Elvira, Y. Ménesguen, M.-C. Lépy, "Radionuclide-free efficiency calibration of an HP-Ge detector using monochromatic photon beams measured with a cryogenic radiometer", presented at 23rd International Conference on Radionuclide Metrology and its Applications, ICRM 2023, Bucharest, Romania, 27 au 31 mars 2023.