EP3583447A1 - Procédé d'étalonnage d'un spectromètre gamma et dispositif permettant un tel étalonnage - Google Patents

Procédé d'étalonnage d'un spectromètre gamma et dispositif permettant un tel étalonnage

Info

Publication number
EP3583447A1
EP3583447A1 EP18706823.4A EP18706823A EP3583447A1 EP 3583447 A1 EP3583447 A1 EP 3583447A1 EP 18706823 A EP18706823 A EP 18706823A EP 3583447 A1 EP3583447 A1 EP 3583447A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
energy
gamma
radiation
spectrometer
calibration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18706823.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Quentin LECOMTE
Mounir BAKKALI
Dominique Chambellan
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP3583447A1 publication Critical patent/EP3583447A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/36—Measuring spectral distribution of X-rays or of nuclear radiation spectrometry
    • G01T1/40—Stabilisation of spectrometers

Definitions

  • the invention relates to the field of gamma spectroscopy based on inorganic scintillation materials and the calibration of gamma spectrometers for such spectroscopy.
  • the subject of the invention is a method for calibrating a gamma spectrometer, a gamma spectroscopy method, a calibration device and a gamma spectrometry system.
  • Gamma spectrometry based on inorganic scintillation materials is generally used to quantify and identify radionuclides by measuring the gamma radiation energy emitted by said radionuclides.
  • inorganic scintillation materials on which the spectroscopy is based mention may especially be made of sodium iodides doped with thallium Nal (TI), cerium-activated lanthanum bromides LaBr3 (Ce) and cesium iodide doped with thallium CsI (IT). These materials used for ga mma spectrometry have a low production cost and a small footprint, while offering a relative simplicity of use. These scintillation materials are coupled to a gain photo / electron converting device, such as a photomultiplier.
  • a gain photo / electron converting device such as a photomultiplier.
  • Such a method therefore makes it possible, unlike other processes based on the use of light-emitting diodes such as that described in document US Pat. No. 5,556,446, to provide a correction of the scintillation efficiency of the fluorescence photons coming from the scintillator as well as a correction.
  • the object of the invention is to remedy this drawback and thus aims to provide a method for calibrating an inorganic scintillator gamma spectrometer to provide a correction of the temperature drift of both the scintillation material and of the photo / electron gain converting device, from a source which is temperature independent, said method using a source having a reduction in the radioactive source management regulation with respect to a method using a radioactive source such as americium 241 241 Am.
  • the invention relates to a method for calibrating an inorganic scintillator gamma spectrometer, the method comprising the following steps:
  • such a method makes it possible, starting from a modified radiation obtained by modifying an emitted X-ray radiation, thus of a similar nature to the gamma rays measured by the photo / electron gain conversion device, to provide a drift correction function. in temperature taking into account the temperature drift of the scintillation material and that of the photo / electron gain conversion device.
  • the X-ray sources generally provided by an X-ray tube, has the advantage of being relatively stable with temperature.
  • the regulation of X-ray sources is greatly reduced with respect to radioactive sources such as americium 241 241 Am, which facilitates the implementation of such a method.
  • the method according to the invention therefore makes it possible to provide a correction of the temperature drift of both the scintillation material and the photo / electron conversion device to gain this from a source which is independent of the temperature, this same method using a source not subject to the radioactive source management regulations unlike the method of the prior art based on the use of a radioactive source such as americium 241 241 Am.
  • modification of an emitted X-ray both a modification made directly on the X-ray radiation, such as energy or temporal filtering, or the generation of an emission of X-ray radiation.
  • X-ray fluorescence by interception of a target material a modification made to the emission of this same X-ray radiation, such as a switching of the electron beam allowing the generation of X-radiation.
  • the step of modifying the X-radiation may be a step of filtering a portion of the X-radiation in order to provide a modified radiation capable of generating, upon reception by the gamma spectrometer, a gamma spectrum having at least one energy peak of which the energy is predetermined.
  • Such a filtration step allows a precise selection of the predetermined energy to make it correspond to an energy of interest. It is thus possible to precisely identify the energy channel of the gamma spectrometer corresponding to said energy of interest.
  • the filtration step may be an energy filtration step of the high-pass filter type.
  • the filtration step may be a time filtration step to provide modified radiation received by the gamma spectrometer over at least a time range less than an integration time of the gamma spectrometer.
  • the predetermined energy can be easily varied by changing the duration of the time range (s) on which the gamma radiation is received.
  • a method is based on the accumulation of X photons, it is possible to provide a relatively high predetermined energy from a X low energy radiation. The possible dangers for a technician implementing such a method are therefore particularly weak
  • the time filtration step may be provided by the use of an electronic filter to modulate the X-radiation emitted to provide the modified radiation.
  • Such a modification allows easy adjustment of the duration of the time range (s) on which the gamma radiation is received.
  • the step of modifying the X-radiation may be a step of subjecting a target material having an X-ray fluorescence peak to the predetermined energy at said X-ray radiation to generate a fluorescence emission forming the modified radiation.
  • Such a target material makes it possible to provide an X-ray fluorescence peak whose predetermined energy is perfectly controlled since it is related to the very nature of the target material.
  • the invention also relates to a method for measuring a gamma spectrum of a sample from an inorganic scintillator gamma spectrometer, the method comprising the steps of:
  • Such a measurement method makes it possible to provide a gamma spectrum calibrated with the advantages associated with the calibration according to the invention.
  • the invention also relates to a calibration device for calibrating an inorganic scintillator gamma spectrometer, the device comprising:
  • an X-ray source a system for modifying the X-radiation emitted by the X-ray source configured to modify the emitted X-rays so as to provide modified radiation capable of generating, upon reception by the spectrometer, a gamma spectrum having an energy peak of which the predetermined energy.
  • Such a calibration device makes it possible to perform a calibration of a gamma spectrometer according to the principle of the invention without using a radioactive source.
  • Such a calibration device is therefore subject to the regulation concerning the sources of X-rays, which is greatly reduced with respect to that concerning radioactive sources such as americium 241 241 Am.
  • the modification system may be a filter adapted to filter a portion of the X-radiation to provide a modified radiation capable of generating upon reception by the gamma spectrometer a gamma spectrum having an energy peak whose energy is predetermined.
  • Such a filter by the choice of its configuration, allows a precise selection of the predetermined energy to make it correspond to an energy of interest. It is thus possible to precisely identify the energy channel of the gamma spectrometer corresponding to said energy of interest.
  • the filter may be an energy filter of the high-pass filter type.
  • the filter may be a plate of an absorbent material, the absorbent material being preferably selected from the group comprising copper and zinc.
  • the filter is a time filter configured to provide an intermittent modified radiation corresponding to the X-radiation over at least a lower time range, the or each time range being less than an integration time of the spectrometer.
  • the filter is a mechanical shutter, preferably of the mobile disk shutter type, or electronic, preferably of the electron beam switch type.
  • the modification system may comprise a target material having a fluorescence peak X capable of generating upon reception by the gamma spectrometer a gamma spectrum having at least one energy peak whose energy is predetermined.
  • the target material may be selected from the group consisting of iodine, uranium 238, tin, tantalum, tungsten and gold.
  • the invention also relates to a calibration system for calibrating an inorganic scintillator gamma spectrometer, the calibration system comprising:
  • a processing unit adapted for, from a measured gamma spectrum having an energy peak at a measured energy, said measured gamma spectrum having been provided by the gamma spectrometer to be calibrated upon receipt of a modified radiation generated by the calibration device, making a comparison of the measured energy with the predetermined energy and determining a correction function from the result of said comparison to match the measured energy to the predetermined energy.
  • the invention also relates to a gamma spectrometry assembly comprising:
  • FIG. 1 schematically illustrates the general principle of the invention
  • FIG. 2 schematically illustrates the principle of a first embodiment of the invention in which a modification system is provided by a target material having at least one X-ray fluorescence peak at a predetermined energy
  • FIGS. 3A and 3B illustrate examples of gamma spectra obtained in the context of the first embodiment for which iodine is used as the target material
  • FIG. 3B corresponding to a close-up view on a restricted range of energies showing the predetermined energy peak.
  • FIG. 4 illustrates examples of gamma spectra obtained in the context of the first embodiment for which uranium 235 is used as a target material
  • FIG. 5 schematically illustrates the principle of a second embodiment of the invention in which the modification system is provided by a high-pass energy filter
  • FIGS. 6A and 6B illustrate examples of gamma spectra obtained in the context of the second embodiment for which the energy filter is provided by copper plates, FIG. 6A illustrating the feasibility of using such a filter in energy and FIG. 6B illustrating the predetermined energy variation allowed by the use of several copper plates as an energy filter, FIG. 7 schematically illustrates the principle of a third embodiment of the invention in which the modification system is provided by a temporal filter,
  • FIG. 8 illustrates a calibration system according to the principle of the third embodiment illustrated in FIG. 7, said system comprising a movable disk shutter as a temporal filter,
  • FIG. 9 illustrates examples of gamma spectra obtained in the context of the third embodiment for which the temporal filter is provided by a mobile disc shutter with two rotation frequencies
  • FIG. 10 schematically illustrates a variant of the principle of the third embodiment of the invention wherein the modification system is provided by a time filter.
  • FIG. 1 schematically illustrates a set of gamma spectrometry 1 according to the invention which makes it possible to provide a measurement of gamma spectrum based on an inorganic scintillation material with a correction of the temperature drift.
  • Such a set of gamma spectrometry 1 comprises:
  • an emitted X-ray modifying system 20 configured to modify the emitted X-rays to provide modified radiation capable of generating upon reception by the spectrometer a gamma spectrum having an energy peak whose energy is predetermined
  • Source 10 is a broadband X-ray source such as an X-ray tube or synchrotron.
  • the emitted X-ray modification system 14 is an optical, mechanical or electronic system, such as a filter system or an X-ray fluorescence target, which allows the X-ray emitted radiation 14 to be modified to provide modified radiation 26 having an adaptation, in particular by these characteristics such as energy, the pulse duration or its shape, which makes it possible to generate, when it is received by the gamma spectrometer 30, a gamma spectrum having a peak of energy whose energy is predetermined .
  • the present document thus describes, via a first, a second and a third embodiment, three non-limiting examples of such modification systems 20.
  • the source 10 and the modification system 20 together form a calibration device 2.
  • Such a set of gamma spectrometry 1 makes it possible to implement a calibration method of the gamma spectrometer 30, said method comprising the following steps:
  • the predetermined energy can be chosen for its proximity to an energy of interest, such as that of a peak of the emission of a source of interest.
  • an energy of interest such as that of a peak of the emission of a source of interest.
  • the gamma spectroscopy set 1 makes it possible to implement a gamma spectroscopy measurement method of a sample, based on this same calibration method, comprising the following steps:
  • FIG. 2 schematically illustrates a gamma spectrometry set 1 according to a first embodiment in which the modification system 20 is provided by a target 21 comprising a target material having an X-ray fluorescence peak at the predetermined energy.
  • a target 21 comprising a target material having an X-ray fluorescence peak at the predetermined energy.
  • Such a target due to the target material and the associated X-ray fluorescence peak, is capable of generating an energy peak of the gamma spectrometer at the determined energy.
  • the source 10 comprises:
  • an X-ray generator 11 such as an X-ray tube
  • a first high-voltage supply 12 for supplying the X-ray generator 11 with high voltage
  • control unit 13 configured to control the high-voltage supply 12 and thus the emission of X-radiation 14 emitted by the X-ray generator 11.
  • the supply voltage supplied by the high-voltage power supply 12 under the control of the control unit 13 makes it possible to modify the bandwidth of the X-ray radiation 14, the maximum energy of the X-ray 14 increasing with the applied voltage.
  • the X-radiation emitted by the X-ray generator is emitted at the output of the X-ray generator 11 along an emission axis.
  • Target 21 is a target comprising at least one target material having X-ray fluorescence with at least one fluorescence X-ray peak in a wavelength range of interest of the gamma spectrometer.
  • the target material may be iodine I which has a first peak of X-ray fluorescence emission of energy 28.61 keV (line ⁇ ⁇ ⁇ ) and a second peak of energy X fluorescence 32 , 29 keV ( ⁇ ).
  • the target material may be uranium 238 238 U which has a first peak of 98.43 keV energy fluorescence emission and a second peak of fluorescence emission. 111.29 keV energy.
  • the target 21 is disposed at the output of the X-ray generator 11 so as to intercept the X-ray radiation 14.
  • the target 21 preferably has an inclination vis-à-vis the transmission axis of between 10 ° and 80 °, or between 25 ° and 60 °, and particularly preferably between 40 and 50 °.
  • the angle of inclination of target 21 vis-à-vis the axis of emission is thus, in a particularly optimized configuration, substantially equal to 45 °.
  • the target 21 issues after absorption of said X-ray portion 14, the modified radiation 26 composed by the X-ray fluorescence emission of the target material.
  • the gamma spectrometer 30 comprises:
  • a scintillator 31 consisting of a scintillation material, a photomultiplier 32 capable of generating a current, said scintillation signal, from the scintillation radiation emitted by the scintillator 31 during the reception of a particle or an ionizing photon ,
  • a second high-voltage power supply 33 for supplying voltage to the photomultiplier 32
  • a processing unit 34 configured to receive the scintillation signal and generate a gamma spectrum.
  • the processing unit 34 can be configured to implement the following steps:
  • the processing unit 34 is adapted so that from a measured gamma spectrum having a peak of energy at a measured energy, said measured gamma spectrum having been provided by the gamma spectrometer 30 upon receipt of the modified radiation 26 generated by the calibration device, making a comparison of the measured energy with the predetermined energy and determining a correction function from the result of said comparison to match the measured energy to the predetermined energy.
  • processing unit 34 can also be configured to implement the following steps when measuring a gamma spectrum of a sample (not shown):
  • the step of modifying the X-ray radiation 14 is a step subjecting a target material, having an X-ray fluorescence peak, to said X-ray 14 to generate an X-ray fluorescence emission forming the modified radiation 26.
  • the gamma spectrometry set 1 may comprise at least a second target comprising at least one other target material having an X-ray fluorescence with at least one X-ray fluorescence emission peak in a wavelength range of interest of the gamma spectrometer 30 which is different from that of the target material of the target 21.
  • the target 21 and the second target a calibration particularly precise since it implements two different peaks.
  • FIGS. 3A and 3B illustrate a first example of practical implementation of a method according to this first embodiment in order to demonstrate the effectiveness of this calibration method and in particular to show the accuracy in the calibration of an accessible gamma spectrometer with such a method.
  • FIG. 3A illustrates a first, a second and a third gamma spectrum 101, 102, 103 obtained respectively with a cesium 137 137 Cs source disposed at 1 cm from the scintillator 31, the modified radiation 26 for an iodine target 21 and the combination of the cesium 137 137 Cs source and the modified radiation 26 for an iodine target 21.
  • FIG. 3B illustrates a close-up view of these same gamma spectra 101, 102, 103 around the peak of the X-ray fluorescence energy of the iodine target. It should be noted that the intensity of the energy peak at 662 keV cesium 137 137 Cs is not identical for the first and the third gamma spectrum 101, 103 because of the use of different acquisition times.
  • the measurement conditions used to make the first, second and third gamma spectra 101, 102, 103 are as follows:
  • the X-ray generator 11 is provided by an X-ray tube having a tungsten filament as a cathode,
  • the supply voltage supplied by the first high voltage supply 12 to the X-ray generator 11 is set at 40 kV for a current of 1 ⁇
  • the target 21 is an iodine I target to provide a predetermined energy peak at 28.61 keV,
  • the scintillator 31 consisting of potassium iodides activated with thallium Nal (TI),
  • the cesium 137 137 Cs source has an activity of 532 kBq. It can thus be seen on the first gamma spectrum 101 that the cesium 137 137 Cs source emits on the one hand a gamma radiation at an energy of 662 keV and on the other hand an X-ray at 32.1 keV which is, in the framework of this example of implementation, the energy of interest. Thus, the predetermined peak of energy provided by the target 21 consisting of iodine I is expected to be close to the energy of interest.
  • This X-ray at 32.1 keV has a relatively high intensity, particularly with respect to gamma radiation.
  • the modified radiation 24, as shown in the second gamma spectrum 102 has a single peak energy 30 keV high intensity greater than that of the source of cesium 137 137 Cs, corresponding to the two fluorescence lines X ⁇ ⁇ ⁇ and ⁇ of iodine I.
  • the emission peak of the 137 137 Cs cesium source at the energy of interest is close to the 30 keV energy peak provided by the modified radiation. 26, with a difference close to the resolution of the gamma spectrometer for this energy range, namely about 3 keV. It can thus be seen that the combination of the modified radiation 26 and 32.1 keV X radiation emitted by the 137 137 Cs cesium source results, due to the resolution of the gamma spectrometer 30, in a single peak of 30 keV energy. This demonstrates the effectiveness of the method according to the invention for providing accurate calibration of a gamma spectrometer.
  • FIG. 4 illustrates a second example of practical implementation of a method according to this first embodiment to demonstrate the possibility of providing a calibration for other energies of interest.
  • the target used is a target consisting of uranium 238 238 U.
  • FIG. 4 more precisely illustrates a fourth, a fifth and a sixth gamma spectrum 201, 202, 203 obtained respectively with a cesium source 137 137 Cs arranged at 10 cm from the scintillator 31, the modified radiation 26 for a target 21 consisting of uranium 238 238 U and the source of cesium 137 137 Cs and the modified radiation 26 for a target 21 of uranium 238 238 U.
  • the measurement conditions used to make the fourth, fifth and sixth gamma spectra 201, 202, 203 are as follows:
  • the X-ray generator 11 is provided by an X-ray tube having a tungsten filament as a cathode,
  • the supply voltage supplied by the first high voltage supply to the X-ray generator 11 is set at 150 kV for a current of 400 ⁇ with a copper plate 6 mm thick placed at the output of the X-ray generator 11,
  • the target 21 is a target consisting of uranium 238 238 U in order to provide a predetermined energy peak at 100 keV corresponding to the convolution of the X fluorescence lines of uranium 238 238 U at 98.43 keV and 111.29 keV
  • the scintillator 31 consisting of sodium iodides doped with thallium
  • the 137 137 Cs cesium source has an activity of 4.82MBq. It is thus possible to see on the fourth gamma spectrum 201 and in the same way as on the first gamma spectrum 101, that the cesium source 137 137 Cs emits a from gamma radiation at an energy of 662 keV and at the other hand X radiation at 32.1 keV.
  • the modified radiation 24, as shown by the second gamma spectrum 102, has a single peak of energy at 100 keV of high intensity, greater than that of the first and the second source of cesium 137 137 CS, corresponding to the two fluorescence lines X uranium 238 238 U. This energy peak makes it possible to provide a calibration in a separate predetermined energy from that calculated for a target comprising iodine I as target material.
  • FIG. 5 schematically illustrates a set of gamma spectrometry 1 according to a second embodiment in which the modification system 20 is provided by a high pass type energy filter 22.
  • the gamma spectrometry set 1 according to this second embodiment differs from a set of gamma spectrometry 1 according to the first embodiment in that the modification system 20 is provided by a high-pass type energy filter 22 having a threshold in energy, and in that the X emission of the X-ray generator 11 is configured to present a maximum energy greater than the energy threshold of the energy filter.
  • the energy filter 22 is made of a material that absorbs X-rays, such as copper, and has a thickness adapted to absorb the majority of the X-ray radiation 14 emitted by the X-ray generator 11, whose energy is below a threshold in energy.
  • the absorbent material may be chosen so that it has:
  • a mass attenuation discontinuity at a low energy typically less than 15 keV, even 10 keV,
  • zinc Zn and copper Cu make it possible to meet all of these criteria and are therefore absorbent materials of choice for the implementation of a calibration method according to this second embodiment.
  • the energy filter 22 is chosen such that the difference between the energy threshold of the energy filter 22 and the maximum energy of the x-ray emission of the X-ray generator 11 is typically between 0.5 and 5 times the resolution of the gamma spectrometer 30 in the energy threshold value range of the energy filter 22.
  • Such an optimization can be provided, among other examples, by:
  • control unit 13 configured to control the high voltage supply 12 to provide a power supply adapted to the X-ray generator 11,
  • control unit 13 configured to communicate with the processing unit 34 so as to adapt the power supply as a function of the width and the intensity of the peak to the predetermined energy detected by the gamma spectrometer
  • Such a set of gamma spectrometry 1 makes it possible to implement a calibration method according to this second embodiment with the particularity with respect to the general principle of the method according to the invention that the step of modifying the X-ray radiation 14 emitted is a step of high-pass filter energy filtration of part of the X-ray radiation 14 to provide a modified radiation 26 capable of generating upon its reception by the spectrometer a gamma spectrum having at least one peak of energy whose energy is predetermined.
  • FIG. 6A illustrates a first example of practical implementation of a method according to this second embodiment in order to demonstrate the effectiveness of this method and in particular to show the precision accessible with such a method during the calibration of a spectrometer.
  • gamma 30 illustrates a seventh, an eighth and a ninth gamma spectrum 301, 302, 303 obtained respectively with a 137 137 Cs cesium source arranged at 1 cm from the scintillator 31, the modified radiation 26 for an energy filter 22 provided by a 600 ⁇ copper plate, and the combination of the 137 137 Cs cesium source and the modified radiation 26 for an energy filter 22 consisting of a 600 ⁇ thick copper plate.
  • the measurement conditions used to make the seventh, eighth and ninth gamma spectra 301, 302, 303 are as follows:
  • the X-ray generator 11 is provided by an X-ray tube having a tungsten filament as a cathode,
  • the supply voltage supplied by the first high-voltage power supply to the X-ray generator 11 is set at 40 kV for a current of 1 ⁇ , thus making it possible to provide X-rays 14 with a maximum energy of 40 keV,
  • the energy filter 21 consists of a copper plate 600 ⁇ thick
  • the scintillator 31 consisting of sodium iodides doped with thallium
  • the cesium 137 137 Cs source has an activity of 532 kBq.
  • the seventh gamma spectrum 301 is naturally identical to the first spectrum 101 shown in FIGS. 3A and 3B, and is therefore referred to the description of the first gamma spectrum 101 described in the context of the first embodiment.
  • FIG. 6B illustrates a second example of practical implementation of a method according to this second embodiment in which several energy filters 22 have been used in order to show the possibility of calibration at several peaks of energy of interest authorized by a method according to this second embodiment.
  • FIG. 6B illustrates a tenth, an eleventh and a twelfth gamma spectrum 304, 305, 306 obtained by means of a cesium source 137 137 Cs arranged at 10 cm of the scintillator 31 and a modified radiation 26 for a filter in energy 22 consisting of copper plates of respective thicknesses of 7.5 mm, 12.2 mm and 30.8 mm.
  • the measurement conditions used to make the tenth, eleventh and twelfth gamma spectra 301, 302, 303 are as follows:
  • the X-ray generator 11 is provided by an X-ray tube having a tungsten filament as a cathode,
  • the supply voltage supplied by the first high-voltage supply to the X-ray generator 11 is set at 70 kV for a current of 241 ⁇ , 100 kV for a current of 50 ⁇ and 140 kV for a current of 300 ⁇ respectively, allowing provide X-ray 14 with maximum energy of 70 keV, 100 keV and 140 keV, respectively
  • the energy filter 21 consists of a copper plate whose respective thickness is 7.5 mm, 12.2 mm and 30.8 mm,
  • the scintillator 31 consisting of sodium iodides doped with thallium
  • the 137 137 Cs cesium source has an activity of 4.82MBq. It can thus be seen on these tenth, eleventh and twelfth gamma spectrum that it is easy, with such an embodiment and a suitable energy filter 22, to select a predetermined peak of energy allowing a calibration which is not disturbed by the presence of ionizing radiation.
  • an energy filter 22 made of copper and having a respective thickness of 7.5 mm, 12.2 mm and 30.8 mm, it is possible to obtain a respective predetermined energy of 70 keV, 100 keV and 140 keV.
  • this second embodiment it is possible to provide a set of gamma spectroscopy comprising at least two energy filters 22 to allow a calibration of gamma spectrometer 30 at two predetermined energies.
  • the two energy filters 22 are then used in turn with a supply of the X-ray generator 11 supplied by the first high voltage supply 12 adapted to said filter in energy 22 used.
  • FIG. 7 schematically illustrates a set of gamma spectrometry 1 according to a third embodiment in which the modification system 20 is provided by the use of a time filter 23 and a collimator 24.
  • a set of gamma spectrometry 1 according to this third embodiment differs from a set of gamma spectrometry 1 according to the first embodiment in that the modification system 20 comprises the temporal filter 23 and the collimator 24, and in that the gamma spectrometer further comprises, between the photomultiplier 32 and the processing unit, a preamplifier 35 for amplifying the output signal of the photomultiplier.
  • Figure 8 further illustrates the configuration of the modification system 20 with respect to the gamma spectrometer 30.
  • the time filter 23 is provided by a movable disk shutter.
  • a movable disk shutter comprises a disk 23A made of an X-ray opaque material 14 and provided with a first and a second slot 23B.
  • the disk 23A is rotatably mounted in such a manner as to intercept the X-radiation 14 emitted at the output of the X-ray generator 11 with only one of the first and second slots 23B at a time.
  • the scintillator 31 is illuminated by X-ray radiation 14 during the time period during which X-ray radiation 14 is intercepted by one of the first and second slots 23B.
  • the first and second slots 23B are diametrically opposed radial slots.
  • the width of the first and the second slot 23B and the frequency of rotation of the disk 23B are adapted so that at each rotation the time range during which the scintillator 31 is illuminated by the X-ray radiation 14 during its interception by one the first and the second slot 23B is less than the integration time of the gamma spectrometer 30.
  • a first and a second slot width of 350 ⁇ and a rotation frequency of 100'000 rpm allow, for a diameter of the disk 15 cm, to obtain at each turn, a time range of 8 ⁇ pendant during which the scintillator 31 is illuminated by X radiation 14 through a predetermined slot among the first and second slot.
  • the collimator 24 is disposed on the surface of the scintillator 31 in order to perfectly control the illumination time of the scintillator by the X-ray radiation 14 when it is intercepted by one of the first and second slots 23B.
  • the scintillator 31 generally having a larger dimension than the first and second slots 23B, it is necessary to limit the area capable of being illuminated by the X-ray 24 to perfectly define the lighting time range.
  • the emitted X-radiation 14 is modified by the temporal filter 23 and the collimator 24 in order to subject the scintillator 31 to X-radiation intermittently over time periods less than the integration time of the gamma spectrometer 30.
  • the photons X of the modified radiation of a time range are integrated and are perceived by the gamma spectrometer as a single photon of higher energy.
  • this third embodiment has the advantage, vis-à-vis the first and the second embodiment, of requiring a maximum energy of the lower X-ray while giving access to relatively large predetermined energies.
  • the possible risks associated with the generated X-rays are therefore limited for the technician having to implement the method according to the invention.
  • FIG. 9 illustrates a thirteenth, a fourteenth and a fifteenth gamma spectrum 401, 402, 403 obtained respectively with a 137 137 Cs cesium source disposed at 1 cm from the scintillator 31, the modified radiation 26 with a generator supply at 22, 2 kV and 100 ⁇ , and a rotation frequency of the disc 23A of 10 000 rpm, and the modified radiation 26 with a power supply of the generator at 30 kV and 60 ⁇ , and a rotational frequency of the disc 23A 4 ' 500 rpm.
  • the measurement conditions used to make the thirteenth, fourteenth and fifteenth gamma spectra 401, 402, 403 are as follows: the X-ray generator 11 is provided by an X-ray tube having a tungsten filament as a cathode,
  • the supply voltage supplied by the first high-voltage supply to the X-ray generator 11 is set for the fourteenth and fifteenth spectrum range 402, 403 to respectively 22.2 kV and 30 kV for a respective current of 100 ⁇ and 60 ⁇ allowing to provide an X-ray 14 with a maximum energy of 22.2 keV and 30 keV respectively,
  • the temporal filter 23 comprises a disk 23A whose diameter is 15 cm which has the first and the second slot 23B of 350 ⁇ width, the disk 23A having a rotation frequency set for the fourteenth and fifteenth spectrum to respectively 10'000 rpm and 4,500 rpm,
  • the scintillator 31 consisting of potassium iodides activated with thallium Nal (TI),
  • the cesium 137 137 Cs source has an activity of 532 kBq.
  • the thirteenth gamma spectrum 401 is naturally identical to the first spectrum 101 shown in FIGS. 3A and 3B, it is therefore referred to the description of the first gamma spectrum 101 described in the context of the first embodiment.
  • the fourteenth gamma spectrum 402 demonstrates that such high predetermined energies can be obtained with relatively low energy X photons, since the photons of the modified radiation 26 have an energy of 22.2 keV.
  • this third embodiment it is conceivable to use two x-ray source configurations 10 / filter time 23 to provide two peaks having predetermined energies different from each other to complete the calibration.
  • FIG. 10 illustrates a variant of this third embodiment in which the temporal filter 23 is an electronic filter and in which it is not necessary to use a collimator 24.
  • the temporal filter 23 is more precisely an electronic switch configured to switch an electron beam of the X-ray generator 11. Such a switching of the electron beam makes it possible to modulate the X-ray emission and thus to modify the X-radiation emitted in order to obtain, according to the principle of this third embodiment, an emission of an intermittent modified radiation 26 over time ranges less than the integration time of the gamma spectrometer 30.
  • Such a switch is generally, as illustrated in FIG. 10, integrated in the control unit 13.
  • the X-ray modification system is preferably capable of providing a modified radiation equivalent to a gamma radiation dose of less than or equal to at 20ms / h, even 4ms / h, or at lms / h.
  • the X-ray modification system is preferably configured to provide a modified radiation (26) capable of generating upon reception by the gamma spectrometer (30) a gamma spectrum having at least one energy peak of which energy is greater than or equal to 22 keV, even 100 keV or 150 keV.
  • the third embodiment makes it possible to provide, during the modification of the X-ray radiation, modified radiation capable of generating upon receipt by the gamma spectrometer a gamma spectrum having at least one energy peak whose energy is predetermined which may be in a range of gamma wavelengths outside the conventional wavelength range of the rays X, that is to say having an energy higher than 100 keV.

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Abstract

L'invention concerne un Procédé d'étalonnage d'un spectromètre gamma (30) à scintillateur inorganique le procédé comporte: l'émission d'un rayonnement X (14); la modification du rayonnement X (14) émis afin de fournir un rayonnement modifié (26) pour fournir un spectre gamma présentant au moins un pic d'énergie dont l'énergie est prédéterminée; génération par le spectromètre gamma (30) d'un spectre gamma mesuré présentant ledit pic d'énergie à une énergie mesurée; comparaison de l'énergie mesurée avec l'énergie prédéterminée; détermination d'une fonction de correction. L'invention concerne en outre un dispositif d'étalonnage, un système d'étalonnage et un ensemble de spectrométrie gamma (1).

Description

PROCÉDÉ D'ÉTALONNAGE D'UN SPECTROMÈTRE GAMMA ET DISPOSITIF PERMETTANT
UN TEL ÉTALONNAGE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention concerne le domaine de la spectroscopie gamma basée sur les matériaux de scintillation inorganiques et l'étalonnage des spectromètres gamma permettant une telle spectroscopie.
L'invention a ainsi plus précisément pour objet un procédé d'étalonnage d'un spectromètre gamma, un procédé de spectroscopie gamma, un dispositif d'étalonnage et un ensemble de spectrométrie gamma. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
La spectrométrie gamma basée sur les matériaux de scintillation inorganiques est généralement utilisée pour quantifier et identifier les radionucléides ceci en mesurant l'énergie du rayonnement gamma émis par lesdits radionucléides.
Parmi ces matériaux de scintillation inorganique sur lesquels est basée la spectroscopie, on peut notamment citer les iodures de sodium dopés au thallium Nal(TI), les bromures de lanthane activés au cérium LaBr3(Ce) et l'iodure de césium dopés au thallium Csl(TI). Ces matéria ux utilisés pour la spectrométrie ga mma présentent un faible coût de production et un faible encombrement ceci en offrant une relative simplicité d'utilisation. Ces matériaux de scintillation sont couplés à un dispositif de conversion photo/électron à gain, tel qu'un photomultiplicateur.
Néanmoins, ces matériaux de scintillation présentant comme inconvénient de posséder une dépendance relativement importante avec la température et ne permettent donc pas de fournir une mesure reproductible en énergie. Avec de tels matériaux de scintillation, il est donc nécessaire de mettre en place un procédé d'étalonnage préalable à la mesure d'un spectre gamma, ceci notamment pour faire correspondre une énergie d'intérêt, tel que celle d'un pic d'émission d'une source de rayonnement gamma d'intérêt, à un canal d'énergie du spectromètre.
Un tel procédé d'étalonnage est notamment décrit pas R. Shepard et ses collaborateurs da ns leurs travaux publiés da ns le journal scientifique « I EEE transactions on nuclear science » volume 44 numéro 3 pages 568 à 571. Ce procédé consiste à utiliser l'émission de particules alpha émises par l'américium 241 241Am. Cette émission ayant lieu à 3,3 MeV, le pic d'énergie sur le spectre gamma en énergie permet de déterminer une fonction de correction applica ble aux spectres mesurés pa r ledit spectromètre gamma et ainsi d'identifier le canal correspondant à cette énergie de 3,3 MeV.
Un tel procédé permet donc, contrairement à d'autres procédés basés sur l'utilisation de diodes électroluminescentes tels que celui décrit dans le document US 7005646, de fournir une correction du rendement de scintillation des photons de fluorescence issus du scintillateur ainsi qu'une correction de la dérive du gain du dispositif de conversion photo/électron à gain, tel qu'un photomultiplicateur, et tout ceci à partir d'une source radioactive qui est indépendante de la température.
Néanmoins, ce procédé d'étalonnage présente un inconvénient important puisqu'il nécessite une source radioactive, à savoir l'américium 241 241Am. Ainsi, sa mise en œuvre est fortement réglementé en terme de gestion des sources radioactives ce qui en limite donc, de fait, son utilisation. EXPOSÉ DE L'INVENTION
L'invention vise à remédier à cet inconvénient et a ainsi pour objet la fourniture d'un procédé d'étalonnage d'un spectromètre gamma à scintillateur inorganique permettant de fournir une correction de la dérive en température, à la fois du matériau de scintillation et du dispositif de conversion photo/électron à gain, ceci à partir d'une source qui est indépendante de la température, ledit procédé faisant appel à une source présentant un allégement quant à la réglementation de gestion des sources radioactives vis-à-vis d'un procédé faisant appel à une source radioactive telle que l'américium 241 241Am. L'invention concerne à cet effet un procédé d'étalonnage d'un spectromètre gamma à scintillateur inorganique, le procédé comportant les étapes suivantes :
émission d'un rayonnement X,
modification du rayonnement X émis afin de fournir un rayonnement modifié apte à générer lors de sa réception par le spectromètre gamma un spectre gamma présentant au moins un pic d'énergie dont l'énergie est prédéterminée,
réception du rayonnement modifié par le spectromètre gamma et génération d'un spectre gamma mesuré présentant ledit pic d'énergie à une énergie mesurée,
comparaison de l'énergie mesurée avec l'énergie prédéterminée, détermination d'une fonction de correction à partir du résultat de ladite comparaison afin de faire correspondre l'énergie mesurée à l'énergie prédéterminée.
Ainsi, un tel procédé permet à partir d'un rayonnement modifié obtenu par modification d'un rayonnement X émis, donc de nature similaire aux rayonnements gamma mesurés par le dispositif de conversion photo/électron à gain, de fournir une fonction correction de la dérive en température prenant en compte la dérive en température du matériau de scintillation et celle du dispositif de conversion photo/électron à gain. En effet, les sources de rayonnement X, généralement fournies par un tube à rayons X, présente l'avantage d'être relativement stables avec la température.
On notera en particulier, qu'avec un tel procédé il est possible d'utiliser une modification appropriée pour faire correspondre l'énergie prédéterminée avec une énergie d'intérêt, tel que celle d'un pic d'émission d'une source d'intérêt, afin de faire correspondre le canal d'énergie du spectromètre gamma correspondant à l'énergie mesurée avec le pic d'émission de la source d'intérêt.
De plus, la réglementation concernant les sources de rayons X est fortement allégée vis-à-vis des sources radioactives telle que l'américium 241 241Am, ce qui facilite la mise en œuvre d'un tel procédé. Le procédé selon l'invention permet donc de fournir une correction de la dérive en température à la fois du matériau de scintillation et du dispositif de conversion photo/électron à gain ceci à partir d'une source qui est indépendante de la température, ce même procédé faisant appel à une source n'étant pas soumise à la réglementation de gestion des sources radioactives contrairement au procédé de l'art antérieur basé sur l'utilisation d'une source radioactive telle que l'américium 241 241Am.
On entend ci-dessus et dans le reste de ce document par « modification d'un rayonnement X émis » aussi bien une modification apportée directement sur le rayonnement X, tel qu'un filtrage en énergie ou temporel ou la génération d'une émission de fluorescence X par interception d'un matériau cible, qu'une modification apportée sur l'émission de ce même rayonnement X, tel qu'une commutation du faisceau électronique permettant la génération du rayonnement X.
L'étape de modification du rayonnement X peut être une étape de filtration d'une partie du rayonnement X afin de fournir un rayonnement modifié apte à générer lors de sa réception par le spectromètre gamma un spectre gamma présentant au moins un pic d'énergie dont l'énergie est prédéterminée.
Une telle étape de filtration, de par le choix de sa configuration, autorise une sélection précise de l'énergie prédéterminée permettant de la faire correspondre à une énergie d'intérêt. Il est ainsi possible d'identifier précisément le canal d'énergie du spectromètre gamma correspondant à ladite énergie d'intérêt.
L'étape de filtration peut être une étape de filtration en énergie du type filtre passe-haut.
L'étape de filtration peut être une étape de filtration temporelle pour fournir un rayonnement modifié reçu par le spectromètre gamma sur au moins une plage de temps inférieure à un temps d'intégration du spectromètre gamma.
Avec une telle étape de filtration, l'énergie prédéterminée peut être aisément variée en modifiant la durée de la ou des plages de temps sur lesquelles est reçu le rayonnement gamma. De plus, un tel procédé étant basé sur l'accumulation de photons X, il est possible de fournir une énergie prédéterminée relativement élevée à partir d'un rayonnement X de faible énergie. Les éventuels dangers pour un technicien mettant en œuvre un tel procédé sont donc particulièrement faibles
L'étape de filtration temporelle peut être fournie par l'utilisation d'un filtre électronique afin de moduler le rayonnement X émis pour fournir le rayonnement modifié.
Une telle modification permet un réglage aisé de la durée de la ou les plages temps sur lesquelles est reçu le rayonnement gamma.
L'étape de modification du rayonnement X peut être une étape de soumission d'un matériau cible présentant un pic de fluorescence X à l'énergie prédéterminée audit rayonnement X afin de générer une émission de fluorescence formant le rayonnement modifié.
Un tel matériau cible permet de fournir un pic de fluorescence X dont l'énergie prédéterminée est parfaitement maîtrisée puisqu'elle est liée à la nature même du matériau cible.
L'invention concerne également un procédé de mesure d'un spectre gamma d'un échantillon à partir d'un spectromètre gamma à scintillateur inorganique, le procédé comprenant les étapes suivantes :
étalonnage du spectromètre gamma par la mise en œuvre d'un procédé d'étalonnage selon l'invention ceci afin de déterminer une fonction de correction,
mesure d'un spectre gamma de l'échantillon dit spectre gamma non corrigé,
application au spectre gamma non corrigé de la fonction de correction déterminée lors de l'étape d'étalonnage pour fournir un spectre gamma corrigé.
Un tel procédé de mesure permet de fournir un spectre gamma étalonné ceci avec les avantages associés à l'étalonnage selon l'invention.
L'invention concerne également un dispositif d'étalonnage pour l'étalonnage d'un spectromètre gamma à scintillateur inorganique, le dispositif comportant :
- une source de rayonnement X, - un système de modification du rayonnement X émis par la source à rayonnement X configuré pour modifier le rayonnement X émis afin de fournir un rayonnement modifié apte à générer lors de sa réception par le spectromètre un spectre gamma présentant un pic d'énergie dont l'énergie prédéterminée.
Un tel dispositif d'étalonnage permet de réalisé un étalonnage d'un spectromètre gamma ceci, selon le principe de l'invention, sans faire appel à une source radioactive. Un tel dispositif d'étalonnage est donc soumis à la réglementation concernant les sources de rayons X qui est fortement allégée vis-à-vis de celle concernant les sources radioactives telle que l'américium 241 241Am.
Le système de modification peut être un filtre adapté pour filtrer une partie du rayonnement X afin de fournir un rayonnement modifié apte à générer lors de sa réception par le spectromètre gamma un spectre gamma présentant un pic d'énergie dont l'énergie est prédéterminée.
Un tel filtre, de par le choix de sa configuration, autorise une sélection précise de l'énergie prédéterminée permettant de la faire correspondre à une énergie d'intérêt. Il est ainsi possible d'identifier précisément le canal d'énergie du spectromètre gamma correspondant à ladite énergie d'intérêt.
Le filtre peut être un filtre en énergie du type filtre passe-haut.
Le filtre peut être une plaque d'un matériau absorbant, le matériau absorbant étant préférentiellement sélectionné dans le groupe comprenant le cuivre et le zinc.
Avec un tel matériau absorbant, il est possible de sélectionner le seuil en énergie du filtre passe-haut au moyen de l'épaisseur de la plaque. Une épaisseur donnée donnant ainsi accès à un seuil, et donc à une énergie prédéterminée, donnés.
Le filtre est un filtre temporel configuré pour fournir un rayonnement modifié intermittent correspondant au rayonnement X sur au moins une plage de temps inférieur, la ou chaque plage de temps étant inférieure à un temps d'intégration du spectromètre.
Avec un tel filtre, il est possible de faire varier la durée de la ou des plages de temps en permettant ainsi de régler l'énergie prédéterminée. On notera, de plus, qu'un tel dispositif étant basé sur l'accumulation de photons X, il est possible de fournir une énergie prédéterminée relativement élevée à partir d'un rayonnement X de faible énergie. Les éventuels dangers pour un technicien mettant en œuvre un tel dispositif sont donc particulièrement faibles.
Le filtre est un obturateur mécanique, préférentiellement du type obturateur à disque mobile, ou électronique, préférentiellement du type commutateur de faisceau électronique.
Le système de modification peut comporter un matériau cible présentant un pic de fluorescence X apte à générer lors de sa réception par le spectromètre gamma un spectre gamma présentant au moins un pic d'énergie dont l'énergie est prédéterminée.
Le matériau cible peut être choisi dans le groupe comportant l'iode, l'uranium 238, l'étain, le tantale, le tungstène et l'or.
L'invention concerne également un système d'étalonnage pour l'étalonnage d'un spectromètre gamma à scintillateur inorganique, le système d'étalonnage comportant :
un dispositif d'étalonnage selon l'invention,
une unité de traitement adaptée pour, à partir d'un spectre gamma mesuré présentant un pic d'énergie à une énergie mesurée, ledit spectre gamma mesuré ayant été fourni par le spectromètre gamma à étalonner lors de la réception d'un rayonnement modifié généré par le dispositif d'étalonnage, faire une comparaison de l'énergie mesurée avec l'énergie prédéterminée et déterminer une fonction de correction à partir du résultat de ladite comparaison afin de faire correspondre l'énergie mesurée à l'énergie prédéterminée.
Un tel système d'étalonnage bénéficie des avantages liés au dispositif d'étalonnage selon l'invention.
L'invention concerne également un ensemble de spectrométrie gamma comportant :
un spectromètre gamma, et
un dispositif d'étalonnage selon l'invention. Un tel système d'étalonnage bénéficie des avantages liés au dispositif d'étalonnage selon l'invention.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation, donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :
la figure 1 illustre schématiquement le principe général de l'invention,
- la figure 2 illustre schématiquement le principe d'un premier mode de réalisation de l'invention dans lequel un système de modification est fourni par un matériau cible présentant au moins un pic de fluorescence X à une énergie prédéterminée, les figures 3A et 3B illustrent des exemples de spectres gamma obtenus dans le cadre du premier mode de réalisation pour lequel l'iode est utilisé en tant que matériau cible, la figure 3B correspondant à une vue rapprochée sur une plage restreinte d'énergies montrant le pic d'énergie prédéterminée.
la figure 4 illustre des exemples de spectres gamma obtenus dans le cadre du premier mode de réalisation pour lequel l'uranium 235 est utilisé en tant que matériau cible,
- la figure 5 illustre schématiquement le principe d'un deuxième mode de réalisation de l'invention dans lequel le système de modification est fourni par un filtre en énergie du type passe haut,
les figures 6A et 6B illustrent des exemples de spectres gamma obtenus dans le cadre du deuxième mode de réalisation pour lequel le filtre en énergie est fourni par des plaques de cuivre, la figure 6A illustrant la faisabilité de l'utilisation d'un tel filtre en énergie et la figure 6B illustrant la variation d'énergie prédéterminée autorisée par l'utilisation de plusieurs plaques de cuivre en tant que filtre en énergie, la figure 7 illustre schématiquement le principe d'un troisième mode de réalisation de l'invention dans lequel le système de modification est fourni par un filtre temporel,
la figure 8 illustre un système d'étalonnage selon le principe du troisième mode de réalisation illustré sur la figure 7, ledit système comprenant un obturateur à disque mobile en tant que filtre temporel,
la figure 9 illustre des exemples de spectres gamma obtenus dans le cadre du troisième mode de réalisation pour lequel le filtre temporel est fourni par un obturateur à disque mobile à deux fréquences de rotation,
- la figure 10 illustre schématiquement une variante du principe du troisième mode de réalisation de l'invention dans lequel le système de modification est fourni par un filtre temporel.
Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
La figure 1 illustre schématiquement un ensemble de spectrométrie gamma 1 selon l'invention et qui permet de fournir une mesure de spectre gamma basée sur un matériau de scintillation inorganique ceci avec une correction de la dérive en température.
Un tel ensemble de spectrométrie gamma 1 comporte :
une source 10 de rayonnement X,
un système de modification 20 du rayonnement X émis configuré pour modifier le rayonnement X émis afin de fournir un rayonnement modifié apte à générer lors de sa réception par le spectromètre un spectre gamma présentant un pic d'énergie dont l'énergie est prédéterminée,
un spectromètre gamma 30 à scintillateur inorganique.
La source 10 est une source de rayonnement X à large bande telle qu'un tube à rayons X ou un synchrotron. Le système de modification 20 du rayonnement X 14 émis est un système optique, mécanique ou électronique, tel qu'un système de filtre ou une cible à fluorescence X, qui permet de modifier le rayonnement X 14 émis afin de fournir un rayonnement modifié 26 présentant une adaptation, notamment par ces caractéristiques telles que l'énergie, la durée d'impulsion ou sa forme, qui permet de générer lors de sa réception par le spectromètre gamma 30 un spectre gamma présentant un pic d'énergie dont l'énergie est prédéterminée. Le présent document décrit ainsi, par l'intermédiaire d'un premier, d'un deuxième et d'un troisième mode de réalisation, trois exemples non limitatifs de tels systèmes de modification 20.
La source 10 et le système de modification 20 forment ensemble un dispositif d'étalonnage 2.
Un tel ensemble de spectrométrie gamma 1 permet de mettre un œuvre un procédé d'étalonnage du spectromètre gamma 30, ledit procédé comportant les étapes suivantes :
- émission d'un rayonnement X 14 par la source 10,
modification du rayonnement X 14 émis afin de fournir un rayonnement modifié 26 apte à générer lors de sa réception par le spectromètre gamma 30 un spectre gamma présentant un pic d'énergie dont l'énergie est prédéterminée, ladite modification pouvant se faire par interception du rayonnement X 14 par le système de modification 20 ou par modulation du rayonnement X émis par ce même système de modification 20,
réception du rayonnement modifié 14 par le spectromètre gamma 30 et génération d'un spectre gamma mesuré présentant ledit pic d'énergie à une énergie mesurée,
- comparaison de l'énergie mesurée avec l'énergie prédéterminée, détermination d'une fonction de correction à partir du résultat de ladite comparaison afin de faire correspondre l'énergie mesurée à l'énergie prédéterminée.
En pratique, l'énergie prédéterminée peut être choisie pour sa proximité avec une énergie d'intérêt, telle que celle d'un pic de l'émission d'une source d'intérêt. De cette manière, il est possible de faire correspondre un canal énergétique du spectromètre gamma pour lequel le pic d'énergie prédéterminée est détecté avec le l'énergie d'intérêt et donc le pic d'émission de ladite source d'intérêt.
De la même façon, l'ensemble de spectroscopie gamma 1 permet de mettre en œuvre un procédé de mesure de spectroscopie gamma d'un échantillon, basé sur ce même procédé d'étalonnage, comportant les étapes suivantes :
étalonnage par la mise en œuvre d'un procédé d'étalonnage selon l'invention ceci afin de déterminer une fonction de correction,
mesure d'un spectre gamma de l'échantillon dit spectre gamma non corrigé,
application au spectre gamma non corrigé de la fonction de correction déterminée lors de l'étape d'étalonnage pour fournir un spectre gamma corrigé.
La figure 2 illustre schématiquement un ensemble de spectrométrie gamma 1 selon un premier mode de réalisation dans lequel le système de modification 20 est fourni par une cible 21 comportant un matériau cible présentant un pic de fluorescence X à l'énergie prédéterminée. Une telle cible, de par le matériau cible et le pic de fluorescence X associé, est apte à générer un pic d'énergie du spectromètre gamma à l'énergie déterminée.
Dans ce premier mode de réalisation, la source 10 comporte :
- un générateur de rayons X 11 tel qu'un tube à rayons X,
une première alimentation haute tension 12 pour alimenter en haute tension le générateur de rayons X 11,
une unité de commande 13 configurée pour commander l'alimentation haute tension 12 et ainsi l'émission du rayonnement X 14 émis par le générateur de rayons X 11.
Avec un tel générateur de rayons X 11, la tension d'alimentation fournie par l'alimentation haute tension 12 sous la commande de l'unité de commande 13, permet de modifier la largeur de bande du rayonnement X 14, l'énergie maximum du rayonnement X 14 augmentant avec la tension appliquée. Ainsi, il est possible de fournir un rayonnement X 14 adapté pour exciter la fluorescence X de la cible 21. Le rayonnement X émis par le générateur de rayons X est émis en sortie du générateur de rayons X 11 selon un axe d'émission.
La cible 21 est une cible comportant au moins un matériau cible présentant une fluorescence X avec au moins un pic d'émission X de fluorescence dans une gamme de longueur d'onde d'intérêt du spectromètre gamma. Ainsi, par exemple, le matériau cible peut être de l'iode I qui présente un premier pic d'émission de fluorescence X d'énergie 28,61 keV (raie Και) et un deuxième pic de fluorescence X d'énergie 32,29 keV (Κβΐ). De la même manière et selon un deuxième exemple, le matériau cible peut être de l'uranium 238 238U qui présente un premier pic d'émission de fluorescence X d'énergie 98,43 keV et un deuxième pic d'émission de fluorescence d'énergie 111,29 keV.
Bien entendu, en fonction de l'énergie d'intérêt, d'autre matériau sont parfaitement envisageable dans le cadre de l'invention. On peut ainsi citer en particulier et à titre d'exemple l'étain Sn qui présente deux pics d'émission de fluorescence X à respectivement à 25,27 keV et 28,48 keV, le tantale Ta qui présente deux pics d'émission de fluorescence X à respectivement à 57,52 keV et 65,21 keV, le tungstène qui présente deux pics d'émission de fluorescence X à respectivement à 59,31 keV et 67,23 keV et l'or Au qui présente deux pics d'émission de fluorescence X à respectivement à 68,69 keV et 77,97 keV.
La cible 21 est disposée en sortie du générateur de rayons X 11 de manière à intercepter le rayonnement X 14. Afin d'assurer que le spectromètre gamma 30 soit soumis principalement au rayonnement modifié 26 sans interférence de la part du rayonnement X 14 non absorbée par la cible 21, la cible 21 présente préférentiellement une inclinaison vis-à-vis de l'axe d'émission comprise entre 10° et 80°, voire entre 25° et 60°, et de manière particulièrement préférentielle entre 40 et 50°. L'angle d'inclinaison de cible 21 vis-à-vis de l'axe d'émission est ainsi, dans une configuration particulièrement optimisée, sensiblement égal à 45°.
De cette manière, lorsque le rayonnement X 14 est intercepté par la cible 21 avec une partie de ce rayonnement X 14 présentant l'énergie adaptée pour exciter le ou les pics d'émission de fluorescence X du matériau cible de la cible 21, la cible 21 émet, après absorption de ladite partie du rayonnement X 14, le rayonnement modifié 26 composé par l'émission de fluorescence X du matériau cible.
Le spectromètre gamma 30 comporte :
un scintillateur 31 constitué d'un matériau de scintillation, un photomultiplicateur 32 apte à générer un courant, dit signal de scintillation, à partir du rayonnement de scintillation émis par le scintillateur 31 lors de la réception d'une particule ou d'un photon ionisant,
une deuxième alimentation haute tension 33 afin d'alimenter en tension le photomultiplicateur 32,
une unité de traitement 34 configurée pour recevoir le signal de scintillation et générer un spectre gamma.
Afin de permettre la mise en œuvre automatisée du procédé d'étalonnage selon l'invention, l'unité de traitement 34 peut être configurée pour mettre en œuvre les étapes suivantes :
génération d'un spectre gamma mesuré présentant le pic d'énergie à une énergie mesurée ceci à partir d'un signal de scintillation fourni par le scintillateur 31 et le photomultiplicateur 32 lors de la réception du rayonnement modifié 26,
comparaison de l'énergie mesurée avec l'énergie prédéterminée, détermination d'une fonction de correction à partir du résultat de ladite comparaison afin de faire correspondre l'énergie mesurée à l'énergie prédéterminée.
comparaison de l'énergie mesurée avec l'énergie prédéterminée, détermination d'une fonction de correction à partir du résultat de ladite comparaison afin de faire correspondre l'énergie mesurée à l'énergie prédéterminée.
Ainsi, l'unité de traitement 34 est adaptée pour, qu'à partir d'un spectre gamma mesuré présentant un pic d'énergie à une énergie mesurée, ledit spectre gamma mesuré ayant été fourni par le spectromètre gamma 30 lors de la réception du rayonnement modifié 26 généré par le dispositif d'étalonnage, faire une comparaison de l'énergie mesurée avec l'énergie prédéterminée et déterminer une fonction de correction à partir du résultat de ladite comparaison afin de faire correspondre l'énergie mesurée à l'énergie prédéterminée.
De la même façon, l'unité de traitement 34 peut également être configurée pour mettre en œuvre les étapes suivantes lors d'une mesure d'un spectre gamma d'un échantillon (non représenté) :
mesure d'un spectre gamma de l'échantillon dit spectre gamma non corrigé,
application au spectre gamma non corrigé de la fonction de correction déterminée lors d'un étalonnage préalable pour fournir un spectre gamma corrigé.
Un tel ensemble permet donc de mettre en œuvre un procédé d'étalonnage selon ce premier mode de réalisation avec la particularité vis-à-vis du principe général du procédé selon l'invention que l'étape de modification du rayonnement X 14 est une étape de soumission d'un matériau cible, présentant un pic de fluorescence X, audit rayonnement X 14 afin de générer une émission de fluorescence X formant le rayonnement modifié 26.
Selon une possibilité de ce premier mode de réalisation non illustrée, l'ensemble de spectrométrie gamma 1 peut comporter au moins une deuxième cible comprenant au moins un autre matériau cible présentant une fluorescence X avec au moins un pic d'émission de fluorescence X dans une gamme de longueur d'onde d'intérêt du spectromètre gamma 30 qui est différent de celui du matériau cible de la cible 21. De cette manière, il est possible de réaliser, au moyen de la cible 21 et de la deuxième cible un étalonnage particulièrement précis puisqu'il met en œuvre deux pic différents.
Les figures 3A et 3B illustrent un premier exemple de mise en œuvre pratique d'un procédé selon ce premier mode réalisation afin de démontrer l'effectivité de ce procédé d'étalonnage et notamment montrer la précision dans l'étalonnage d'un spectromètre gamma accessible avec un tel procédé.
Ainsi la figure 3A illustre un premier, un deuxième et un troisième spectre gamma 101, 102, 103 obtenus avec respectivement une source de césium 137 137Cs disposée à 1 cm du scintillateur 31, le rayonnement modifié 26 pour une cible 21 d'iode I et la combinaison de la source de césium 137 137Cs et du rayonnement modifié 26 pour une cible 21 d'iode. La figure 3B illustre une vue rapprochée de ces mêmes spectres gamma 101, 102, 103 autour du pic d'énergie de fluorescence X de la cible d'iode I. Il est à noter que l'intensité du pic d'énergie à 662 keV du césium 137 137Cs n'est pas identique pour le premier et le troisième spectre gamma 101, 103 en raison de l'utilisation de temps d'acquisition différents.
Les conditions de mesure utilisées pour réaliser les premier, deuxième et troisième spectres gamma 101, 102, 103 sont les suivantes :
le générateur de rayons X 11 est fourni par un tube à rayon X possédant un filament tungstène en tant que cathode,
la tension d'alimentation fournie par la première alimentation haute tension 12 au générateur de rayons X 11 est fixée à 40 kV pour un courant de 1 μΑ,
la cible 21 est une cible constituée d'iode I afin de fournir un pic d'énergie prédéterminée à 28,61 keV,
- le scintillateur 31 constitué d'iodures de potassium activés au thallium Nal(TI),
la source de césium 137 137Cs présente une activité de 532 kBq. On peut ainsi voir sur le premier spectre gamma 101 que la source de césium 137 137Cs émet d'une part un rayonnement gamma à une énergie de 662 keV et d'autre part un rayonnement X à 32,1 keV qui est, dans le cadre de cette exemple de mise en œuvre, l'énergie d'intérêt. Ainsi, le pic d"énergie prédéterminée fourni par la cible 21 constituée d'iode I est attendu comme proche de l'énergie d'intérêt. Ce rayonnement X à 32,1 keV présente une intensité relativement élevée notamment par rapport au rayonnement gamma. Le rayonnement modifié 24, comme le montre le deuxième spectre gamma 102, présente un seul pic d'énergie à 30 keV de forte intensité, supérieure à celle de la source de césium 137 137Cs, correspondant aux deux raies de fluorescence X Και et Κβΐ de l'iode I.
Ainsi, comme le montre le troisième spectre gamma 103 sur la figure 3B, le pic d'émission de la source de césium 137 137Cs à l'énergie d'intérêt est proche du pic d'énergie à 30 keV fourni par le rayonnement modifié 26, avec une différence proche de la résolution du spectromètre gamma pour cette gamme d'énergie, à savoir environ 3 keV. On voit ainsi que la combinaison du rayonnement modifié 26 et du rayonnement X à 32,1 keV émis par la source de césium 137 137Cs résulte, en raison de la résolution du spectromètre gamma 30, en un unique pic d'énergie 30 keV. Cela démontre l'effectivité du procédé selon l'invention pour fournir un étalonnage précis d'un spectromètre gamma.
La figure 4 illustre un deuxième exemple de mise en œuvre pratique d'un procédé selon ce premier mode réalisation afin de démontrer la possibilité de fournir un étalonnage pour d'autres énergies d'intérêt.
Pour ce deuxième exemple, la cible utilisée est une cible constituée d'uranium 238 238U. La figure 4 illustre plus précisément un quatrième, un cinquième et un sixième spectre gamma 201, 202, 203 obtenus avec respectivement une source de césium 137 137Cs disposées à 10 cm du scintillateur 31, le rayonnement modifié 26 pour une cible 21 constituée d'uranium 238 238U et la source de césium 137 137Cs et du rayonnement modifié 26 pour une cible 21 d'uranium 238 238U.
Les conditions de mesure utilisées pour réaliser les quatrième, cinquième et sixième spectres gamma 201, 202, 203 sont les suivantes :
le générateur de rayons X 11 est fourni par un tube à rayon X possédant un filament tungstène en tant que cathode,
la tension d'alimentation fournie par la première alimentation haute tension au générateur de rayons X 11 est fixée à 150 kV pour un courant de 400 μΑ avec une plaque de cuivre de 6 mm d'épaisseur placée en sortie du générateur de rayons X 11, la cible 21 est une cible constituée d'uranium 238 238U afin de fournir un pic d'énergie prédéterminée à 100 keV correspondant à la convolution des raies de fluorescence X de l'uranium 238 238U à 98,43 keV et 111,29 keV, le scintillateur 31 constitué d'iodures de sodium dopés au thallium
Nal(TI),
la source de césium 137 137Cs présentent une activité de 4,82MBq. On peut ainsi voir sur le quatrième spectre gamma 201 et de la même façon que sur le premier spectre gamma 101, que la source de césium 137 137Cs émet d'une part un rayonnement gamma à une énergie de 662 keV et d'autre part un rayonnement X à 32,1 keV. Le rayonnement modifié 24, comme le montre le deuxième spectre gamma 102, présente un seul pic d'énergie à 100 keV de forte intensité, supérieure à celle de la première et la deuxième source de césium 137 137CS, correspondant aux deux raies de fluorescence X de l'uranium 238 238U. Ce pic d'énergie permet donc de fournir un étalonnage à une énergie prédéterminée distincte de celle obtenue pour une cible comprenant de l'iode I en tant que matériau cible.
Ainsi, comme le montre ces deux exemples de mises en œuvre, en choisissant un matériau cible adapté, il est possible d'étalonné précisément un spectromètre gamma vis-à-vis d'un pic d'émission d'une source d'intérêt.
La figure 5 illustre schématiquement un ensemble de spectrométrie gamma 1 selon un deuxième mode de réalisation dans lequel le système de modification 20 est fourni par un filtre en énergie 22 du type passe haut.
L'ensemble de spectrométrie gamma 1 selon ce deuxième mode de réalisation se différencie d'un ensemble de spectrométrie gamma 1 selon le premier mode de réalisation en ce que le système de modification 20 est fourni par un filtre en énergie 22 du type passe haut présentant un seuil en énergie, et en ce que l'émission X du générateur de rayons X 11 est configurée pour présenter une énergie maximale supérieure au seuil en énergie du filtre en énergie.
Le filtre en énergie 22 est réalisé dans un matériau absorbant partiellement les rayons X tel que le cuivre et présente une épaisseur adaptée pour absorber majoritairement la partie du rayonnement X 14 émis par le générateur de rayons X 11 dont l'énergie est inférieure à un seuil en énergie.
On peut noter que, de manière à optimiser la mise en œuvre du procédé d'étalonnage selon ce deuxième mode de réalisation de l'invention, le matériau absorbant peut être choisi de manière à ce qu'il présente :
une discontinuité d'atténuation massique à une énergie faible, typiquement inférieure à 15 keV, voire 10 keV,
peu d'impureté, matériau présentant une densité massique élevée, typiquement supérieure à 5000 kg/m3, voire supérieure à 7000 kg/m3.
Ainsi par exemple, le zinc Zn et le cuivre Cu permettent de répondre à l'ensemble de ces critères et sont donc des matériaux absorbants de prédilection pour la mise en œuvre d'un procédé d'étalonnage selon ce deuxième mode de réalisation.
Dans une configuration optimisée de l'invention, le filtre en énergie 22 est choisi de telle manière que la différence entre le seuil en énergie du filtre en énergie 22 et l'énergie maximale de l'émission rayons X du générateur de rayons X 11 soit faible typiquement entre 0,5 fois et 5 fois la résolution du spectromètre gamma 30 dans la plage de valeur du seuil en énergie du filtre en énergie 22. Une telle optimisation peut être fournie, entre autres exemples, par:
une unité de commande 13 configurée pour commander l'alimentation haute tension 12 afin de fournir une alimentation adaptée au générateur de rayons X 11,
- une unité de commande 13 configurée pour communiquer avec l'unité de traitement 34 de manière à adapter l'alimentation en fonction de la largeur et l'intensité du pic à l'énergie prédéterminée détectée par le spectromètre gamma,
un système de plusieurs filtres en énergie qui peuvent être couplés afin de fournir un seuil en énergie adapté.
Un tel ensemble de spectrométrie gamma 1 permet de mettre en œuvre un procédé d'étalonnage selon ce deuxième mode de réalisation avec la particularité vis- à-vis du principe général du procédé selon l'invention que l'étape de modification du rayonnement X 14 émis est une étape de filtration en énergie du type filtre passe-haut d'une partie du rayonnement X 14 afin de fournir un rayonnement modifié 26 apte à générer lors de sa réception par le spectromètre un spectre gamma présentant au moins un pic d'énergie dont l'énergie est prédéterminée.
La figure 6A illustre un premier exemple de mise en œuvre pratique d'un procédé selon ce deuxième mode de réalisation afin de démontrer l'effectivité de ce procédé et notamment montrer la précision accessible avec un tel procédé lors de l'étalonnage d'un spectromètre gamma 30. Ainsi la figure 6A illustre un septième, un huitième et un neuvième spectre gamma 301, 302, 303 obtenus avec respectivement une source de césium 137 137Cs disposée à 1 cm du scintillateur 31, le rayonnement modifié 26 pour un filtre en énergie 22 fourni par une plaque de cuivre de 600 μιη, et la combinaison de la source de césium 137 137Cs et du rayonnement modifié 26 pour un filtre en énergie 22 constitué par une plaque de cuivre de 600 μιη d'épaisseur.
Les conditions de mesure utilisées pour réaliser les septième, huitième et neuvième spectres gamma 301, 302, 303 sont les suivantes :
le générateur de rayons X 11 est fourni par un tube à rayon X possédant un filament tungstène en tant que cathode,
la tension d'alimentation fournie par la première alimentation haute tension au générateur de rayons X 11 est fixée à 40 kV pour un courant de 1 μΑ permettant ainsi de fournir un rayonnement X 14 avec une énergie maximale de 40 keV,
le filtre en énergie 21 est constitué d'une plaque de cuivre de 600 μιη d'épaisseur,
le scintillateur 31 constitué d'iodures de sodium dopés au thallium
Nal(TI),
la source de césium 137 137Cs présente une activité de 532 kBq. Le septième spectre gamma 301 est naturellement identique au premier spectre 101 montré sur les figures 3A et 3B, il est donc renvoyé à la description du premier spectre gamma 101 décrit dans le cadre du premier mode de réalisation. Sur le huitième spectre gamma 302, on peut voir que l'utilisation d'un générateur de rayons X en tant que tel permet, malgré la partie du rayonnement X 14 filtré, de fournir un pic à 40 keV dont l'intensité est 6 fois plus élevée que l'intensité du pic d'émission du rayonnement X à 32,1 keV émis par la source de césium 137 137Cs. La différence d'énergie entre l'énergie prédéterminé du rayonnement modifié et l'énergie d'intérêt du pic à 32,1 keV émis par la source de césium 137 137Cs est suffisamment faible pour autoriser l'identification du canal d'énergie du spectromètre gamma correspondant à l'énergie d'intérêt et donc fournir un étalonnage précis du spectromètre gamma 30. La figure 6B illustre un deuxième exemple de mise en œuvre pratique d'un procédé selon ce deuxième mode réalisation dans lequel plusieurs filtres en énergie 22 ont été utilisés afin de montrer la possibilité d'étalonnage à plusieurs pics d'énergie d'intérêt autorisée par un procédé selon ce deuxième mode de réalisation.
Ainsi la figure 6B illustre un dixième, un onzième et un douzième spectre gamma 304, 305, 306 obtenus avec au moyen d'une source de césium 137 137Cs disposées à 10 cm du scintillateur 31 et d'un rayonnement modifié 26 pour un filtre en énergie 22 constitué par des plaques de cuivre d'épaisseur respective de7,5 mm, de 12,2 mm et de 30,8 mm.
Les conditions de mesure utilisées pour réaliser les dixième, onzième et douzième spectres gamma 301, 302, 303 sont les suivantes :
le générateur de rayons X 11 est fourni par un tube à rayon X possédant un filament tungstène en tant que cathode,
la tension d'alimentation fournie par la première alimentation haute tension au générateur de rayons X 11 est fixée à respectivement 70 kV pour un courant de 241 μΑ, 100 kV pour un courant de 50 μΑ et 140 kV pour un courant 300 μΑ permettant ainsi de fournir un rayonnement X 14 avec une énergie maximale de respectivement 70 keV, 100 keV et 140 keV,
le filtre en énergie 21 est constitué d'une plaque de cuivre dont l'épaisseur respective est 7,5 mm, 12,2 mm et 30,8 mm,
le scintillateur 31 constitué d'iodures de sodium dopés au thallium
Nal(TI),
la source de césium 137 137Cs présentent une activité de 4,82MBq. On peut ainsi voir sur ces dixième, onzième et douzième spectre gamma qu'il est aisé, avec un tel mode de réalisation et un filtre en énergie 22 adapté, de sélectionner un pic d'énergie prédéterminée permettant un étalonnage qui ne soit pas perturbé par la présence de rayonnement ionisant. Ainsi, avec un filtre en énergie 22 réalisé en cuivre et présentant une épaisseur respective de 7,5 mm, de 12,2 mm et de 30,8 mm, il est possible d'obtenir une énergie prédéterminée respective de 70 keV, 100 keV et 140 keV. Ces différentes énergies prédéterminées offre ainsi la possibilité d'étalonner le spectromètre gamma pour trois énergies prédéterminées différentes.
Ainsi, avec un procédé d'étalonnage selon ce deuxième mode de réalisation, il est possible de définir le filtre en énergie et configurer l'unité de commande 13 pour fournir un pic d'énergie prédéterminée en correspondance à une énergie d'intérêt correspondant à l'émission d'une source d'intérêt afin de d'étalonner le canal énergétique correspondant du spectromètre gamma.
On notera que selon une possibilité de ce deuxième mode de réalisation, non illustré, il est possible de prévoir un ensemble de spectroscopie gamma comportant au moins deux filtres en énergie 22 ceci pour permettre un étalonnage du spectromètre gamma 30 à deux énergies prédéterminées. Bien entendu, en application du principe de ce deuxième mode de réalisation de l'invention, les deux filtres en énergie 22 sont alors utilisés tour à tour avec une alimentation du générateur de rayons X 11 fournie par la première alimentation haute tension 12 adaptée audit filtre en énergie 22 utilisé.
La figure 7 illustre schématiquement un ensemble de spectrométrie gamma 1 selon un troisième mode de réalisation dans lequel le système de modification 20 est fourni par l'utilisation d'un filtre temporel 23 et d'un collimateur 24.
Un ensemble de spectrométrie gamma 1 selon ce troisième mode de réalisation se différencie d'un ensemble de spectrométrie gamma 1 selon le premier mode de réalisation en ce que le système de modification 20 comporte le filtre temporel 23 et le collimateur 24 ,et en ce que le spectromètre gamma comporte en outre, entre le photomultiplicateur 32 et l'unité de traitement, un préamplificateur 35 pour amplifier le signal en sortie du photomultiplicateur.
La figure 8 illustre plus précisément la configuration du système de modification 20 vis-à-vis du spectromètre gamma 30. Ainsi, le filtre temporel 23 est fourni par un obturateur à disque mobile. Un tel obturateur à disque mobile comporte un disque 23A réalisé dans un matériau opaque au rayonnement X 14 et muni d'une première et d'une deuxième fente 23B. Le disque 23A est monté mobile en rotation de tel manière à intercepter le rayonnement X 14 émis en sortie du générateur à rayonnement X 11 avec une seule de la première et la deuxième fente 23B à la fois. De cette manière, le scintillateur 31 est éclairé par le rayonnement X 14 pendant la plage de temps pendant laquelle le rayonnement X 14 est intercepté par l'une des première et deuxième fentes 23B.
La première et la deuxième fente 23B sont des fentes radiales diamétralement opposées. La largeur de la première et la deuxième fente 23B et la fréquence de rotation du disque 23B sont adaptées pour qu'à chaque rotation la plage de temps pendant laquelle le scintillateur 31 est éclairé par le rayonnement X 14 lors de son interception par l'une de la première et la deuxième fente 23B soit inférieure au temps d'intégration du spectromètre gamma 30.
Ainsi, si on prend l'exemple d'un temps d'intégration de 24 μ≤, une première et une deuxième fente de 350 μιη de largeur et une fréquence de rotation de ÎO'OOO tours/min permettent, pour un diamètre du disque de 15 cm, d'obtenir à chaque tour, une plage de temps de 8 μ≤ pendant laquelle le scintillateur 31 est éclairé par le rayonnement X 14 au travers d'une fente prédéterminée parmi la première et deuxième fente.
Le collimateur 24 est disposé à la surface du scintillateur 31 afin de parfaitement contrôler la durée d'éclairement du scintillateur par le rayonnement X 14 lorsqu'il est intercepté par l'une des première et deuxième fentes 23B. En effet, le scintillateur 31 présentant généralement une dimension supérieure à celle des première et deuxième fentes 23B, il est nécessaire de limiter la surface susceptible d'être éclairée par le rayonnement X 24 afin de parfaitement définir la plage de temps d'éclairage.
De cette manière, le rayonnement X 14 émis est modifié par le filtre temporel 23 et le collimateur 24 afin de soumettre le scintillateur 31 à un rayonnement X par intermittence sur des plages de temps inférieures au temps d'intégration du spectromètre gamma 30. Avec une telle soumission du scintillateur 31, les photons X du rayonnement modifié d'une plage de temps sont intégrés et sont perçus par le spectromètre gamma comme un unique photon d'énergie supérieure.
En effet, si on prend l'exemple simplifié d'un rayonnement modifié 26 constitué, pour une plage de temps de soumission donnée, de 33 photons de 20 keV générant chacun, lors de leur absorption par le scintillateur 31, 800 photons lumineux. Ces 33 photons du rayonnement génère ensemble 26400 photons lumineux, soit sensiblement la même quantité de photons lumineux générée par l'interaction d'un photon gamma 662 keV émis par une source de césium 137 137Cs. Ainsi, ces 26400 photons lumineux générés par les 33 photons X arrivés dans une plage de temps inférieure au temps d'intégration du spectromètre gamma 30, sont donc identifiés comme un unique photon comportant une énergie de 660 keV.
De cette manière, avec un tel filtre temporel 24, il est possible de réguler l'énergie prédéterminée en modifiant la plage de temps de soumission ceci en jouant sur l'un des paramètres parmi la fréquence de rotation du disque 23A, la largeur des première et deuxième fentes 23B et l'alimentation du générateur de rayons X 11. De la même manière, il est possible de modifier l'intensité du pic d'énergie prédéterminé en modifiant la fréquence à laquelle est soumis le scintillateur 31 à une plage de temps en augmentant la fréquence de rotation du disque 23A ceci sans modifier l'énergie prédéterminée au moyen d'une régulation de l'alimentation du générateur de rayons X 11.
On notera également, que ce troisième mode de réalisation présente comme avantage, vis-à-vis du premier et du deuxième mode de réalisation, de nécessiter une énergie maximale du rayonnement X inférieure tout en donnant accès à des énergies prédéterminées relativement importantes. Les éventuels risques liés au rayonnement X généré sont donc limité pour le technicien ayant à mettre en œuvre le procédé selon l'invention..
Cela est notamment illustré par l'exemple de mise en œuvre pratique d'un procédé selon ce troisième mode réalisation illustré sur la figure 9.
Ainsi la figure 9 illustre un treizième, un quatorzième et un quinzième spectre gamma 401, 402, 403 obtenus avec respectivement une source de césium 137 137Cs disposée à 1 cm du scintillateur 31, le rayonnement modifié 26 avec une alimentation du générateur à 22,2 kV et 100 μΑ, et une fréquence de rotation du disque 23A de ÎO'OOO tr/min, et le rayonnement modifié 26 avec une alimentation du générateur à 30 kV et 60 μΑ, et une fréquence de rotation du disque 23A de 4'500 tr/min.
Les conditions de mesure utilisées pour réaliser les treizième, quatorzième et quinzième spectres gamma 401, 402, 403 sont les suivantes : le générateur de rayons X 11 est fourni par un tube à rayon X possédant un filament tungstène en tant que cathode,
la tension d'alimentation fournie par la première alimentation haute tension au générateur de rayons X 11 est fixée pour le quatorzième et le quinzième spectre gamme 402, 403 à respectivement 22,2 kV et 30 kV pour un courant respectif de 100 μΑ et 60 μΑ permettant ainsi de fournir un rayonnement X 14 avec une énergie maximale respective de 22,2 keV et 30 keV,
le filtre temporel 23 comporte un disque 23A dont le diamètre est 15 cm qui présente la première et la deuxième fente 23B de 350 μιη de largeur, le disque 23A présentant une fréquence de rotation fixée pour le quatorzième et le quinzième spectre à respectivement ÎO'OOO tr/min et 4'500 tr/min,
le scintillateur 31 constitué d'iodures de potassium activés au thallium Nal(TI),
la source de césium 137 137Cs présente une activité de 532 kBq. Le treizième spectre gamma 401 est naturellement identique au premier spectre 101 montré sur les figures 3A et 3B, il est donc renvoyé à la description du premier spectre gamma 101 décrit dans le cadre du premier mode de réalisation. Sur le quatorzième et le quinzième spectre gamma 402, 403, on peut voir qu'il est possible, en modifiant la fréquence de rotation du disque 23A et l'alimentation du générateur de rayons X 11, d'obtenir un pic à une énergie prédéterminée élevée, ici 660 keV, parfaitement contrôlée. Ainsi, de la même façon que pour le deuxième mode réalisation, il est possible avec un tel procédé d'étalonnage de choisir une énergie prédéterminée en correspondance à une énergie d'intérêt d'un pic d'émission d'une source d'intérêt, ici le pic gamma à une énergie de 532 keV émis par la source de césium 137 137Cs. On notera de plus, que le quatorzième spectre gamma 402, démontre que de telles énergies prédéterminées élevées peuvent être obtenues avec des photons X de relativement faibles énergies, puisque les photons du rayonnement modifié 26 présente une énergie de 22,2 keV.
Selon une possibilité de ce troisième mode de réalisation non illustrée, il est envisageable d'utiliser deux configurations source de rayons X 10/filtre temporel 23 pour fournir deux pics présentant des énergies prédéterminées différentes l'une de l'autre afin de parfaire l'étalonnage.
La figure 10 illustre une variante de ce troisième mode de réalisation dans lequel le filtre temporel 23 est un filtre électronique et dans lequel il n'est pas nécessaire d'utiliser un collimateur 24.
Selon cette variante, le filtre temporel 23 est plus précisément un commutateur électronique configuré pour commuter un faisceau électronique du générateur de rayons X 11. Une telle commutation du faisceau électronique permet de moduler l'émission de rayons X et ainsi de modifier le rayonnement X émis afin d'obtenir, selon le principe de ce troisième mode de réalisation, une émission d'un rayonnement modifié 26 intermittent sur des plages de temps inférieures au temps d'intégration du spectromètre gamma 30.
On notera qu'un tel commutateur est généralement, comme illustré sur la figure 10, intégré à l'unité de commande 13.
L'utilisation d'un tel commutateur du faisceau électronique présente entre autre avantage de permettre une modification de la durée de chacune des plages de temps pendant lesquelles le scintillateur 31 est soumis au rayonnement modifié 26. Il est donc particulièrement aisé avec une telle variante du troisième mode de réalisation de prévoir deux pics, voire plus, présentant des énergies prédéterminées différentes l'une de l'autre afin de parfaire l'étalonnage.
On notera que dans le cadre de l'invention et ce pour l'ensemble des modes de réalisation décrit ci-dessus, le système de modification du rayonnement X est préférentiellement apte à fournir un rayonnement modifié équivalent à une dose de rayonnement gamma inférieure ou égale à 20ms/h, voire 4ms/h, ou encore à lms/h. De la même façon, le système de modification du rayonnement X est préférentiellement configuré pour fournir un rayonnement modifié (26) apte à générer lors de sa réception par le spectromètre gamma (30) un spectre gamma présentant au moins un pic d'énergie dont l'énergie est supérieure ou égale à 22 keV, voire 100 keV ou encore à 150 keV.
On notera de plus, que le troisième mode de réalisation permet de fournir, lors de la modification du rayonnement X, un rayonnement modifié apte à générer lors de sa réception par le spectromètre gamma un spectre gamma présentant au moins un pic d'énergie dont l'énergie est prédéterminée qui peut être dans une gamme de longueur d'onde gamma en dehors de la gamme de longueur d'onde classique des rayons X, c'est-à-dire présentant une énergie supérieure à 100 keV.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'étalonnage d'un spectromètre gamma (30) à scintillateur inorganique, le procédé comportant les étapes suivantes :
- émission d'un rayonnement X (14),
modification du rayonnement X (14) émis afin de fournir un rayonnement modifié (26) apte à générer lors de sa réception par le spectromètre gamma (30) un spectre gamma présentant au moins un pic d'énergie dont l'énergie est prédéterminée,
- réception du rayonnement modifié par le spectromètre gamma (30) et génération d'un spectre gamma mesuré présentant ledit pic d'énergie à une énergie mesurée,
comparaison de l'énergie mesurée avec l'énergie prédéterminée, détermination d'une fonction de correction à partir du résultat de ladite comparaison afin de faire correspondre l'énergie mesurée à l'énergie prédéterminée.
2. Procédé d'étalonnage selon la revendication 1, dans lequel l'étape de modification du rayonnement X (14) est une étape de filtration d'une partie du rayonnement X (14) afin de fournir un rayonnement modifié (26) apte à générer lors de sa réception par le spectromètre gamma (30) un spectre gamma présentant au moins un pic d'énergie dont l'énergie est prédéterminée.
3. Procédé d'étalonnage selon la revendication 2, dans lequel l'étape de filtration est une étape de filtration en énergie du type filtre passe-haut.
4. Procédé d'étalonnage selon la revendication 2, dans lequel l'étape de filtration est une étape de filtration temporelle pour fournir un rayonnement modifié (26) reçu par le spectromètre gamma (30) sur au moins une plage de temps inférieure à un temps d'intégration du spectromètre gamma (30).
5. Procédé d'étalonnage selon la revendication 4, dans lequel l'étape de filtration temporelle est fournie par l'utilisation d'un filtre électronique afin de moduler le rayonnement X (14) émis pour fournir le rayonnement modifié (26).
6. Procédé d'étalonnage selon la revendication 1, dans lequel l'étape de modification du rayonnement X (14) est une étape de soumission d'un matériau cible présentant un pic de fluorescence X à l'énergie prédéterminée audit rayonnement X (14) afin de générer une émission de fluorescence formant le rayonnement modifié (26).
7. Procédé de mesure d'un spectre gamma d'un échantillon à partir d'un spectromètre gamma (30) à scintillateur inorganique, le procédé comprenant les étapes suivantes :
étalonnage du spectromètre gamma (30) par la mise en œuvre d'un procédé d'étalonnage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 ceci afin de déterminer une fonction de correction,
mesure d'un spectre gamma de l'échantillon dit spectre gamma non corrigé,
application au spectre gamma non corrigé de la fonction de correction déterminée lors de l'étape d'étalonnage pour fournir un spectre gamma corrigé.
8. Dispositif d'étalonnage (2) pour l'étalonnage d'un spectromètre gamma (30) à scintillateur inorganique, le dispositif comportant :
- une source (10) de rayonnement X (14),
- un système de modification (20) du rayonnement X (14) émis par la source (10) à rayonnement X configuré pour modifier le rayonnement X (14) émis afin de fournir un rayonnement modifié (26) apte à générer lors de sa réception par le spectromètre un spectre gamma présentant un pic d'énergie dont l'énergie prédéterminée.
9. Dispositif d'étalonnage (2) selon la revendication 8, dans lequel le système de modification (20) est un filtre adapté pour filtrer une partie du rayonnement X (14) afin de fournir un rayonnement modifié (26) apte à générer lors de sa réception par le spectromètre gamma (30) un spectre gamma présentant un pic d'énergie dont l'énergie est prédéterminée.
10. Dispositif d'étalonnage (2) selon la revendication 9, dans lequel le filtre est un filtre en énergie du type filtre passe-haut.
11. Dispositif d'étalonnage (2) selon la revendication 10, dans lequel le filtre est une plaque de matériau absorbant, le matériau absorbant étant préférentiellement sélectionné dans le groupe comprenant le cuivre et le zinc.
12. Dispositif d'étalonnage (2) selon la revendication 9, dans lequel le filtre est un filtre temporel configuré pour fournir un rayonnement modifié (14) intermittent correspondant au rayonnement X (14) sur au moins une plage de temps sur au moins une plage de temps inférieur, la ou chaque plage de temps étant inférieure à un temps d'intégration du spectromètre.
13. Dispositif d'étalonnage (2) selon la revendication 12, dans lequel le filtre est un obturateur mécanique, préférentiellement du type obturateur à disque mobile, ou électronique, préférentiellement du type commutateur de faisceau électronique.
14. Dispositif d'étalonnage (2) selon la revendication 8, dans lequel le système de modification (20) comporte un matériau cible présentant un pic de fluorescence X apte à générer lors de sa réception par le spectromètre gamma (30) un spectre gamma présentant au moins un pic d'énergie dont l'énergie est prédéterminée
15. Dispositif d'étalonnage (2) selon la revendication 14, dans lequel le matériau cible est choisi dans le groupe comportant l'iode, l'uranium 238, l'étain, le tantale, le tungstène et l'or.
16. Système d'étalonnage pour l'étalonnage d'un spectromètre gamma à scintillateur inorganique, le système d'étalonnage comportant :
un dispositif d'étalonnage (2) selon l'une quelconque des revendications 8 à 15,
une unité de traitement (34) adaptée pour, à partir d'un spectre gamma mesuré présentant un pic d'énergie à une énergie mesurée, ledit spectre gamma mesuré ayant été fourni par le spectromètre gamma à étalonner lors de la réception d'un rayonnement modifié généré par le dispositif d'étalonnage, faire une comparaison de l'énergie mesurée avec l'énergie prédéterminée et déterminer une fonction de correction à partir du résultat de ladite comparaison afin de faire correspondre l'énergie mesurée à l'énergie prédéterminée.
17. Ensemble de spectrométrie gamma (1) comportant :
un spectromètre gamma (30), et
un dispositif d'étalonnage (2) selon l'une quelconque des revendications 8 à 15.
18. Ensemble de spectrométrie gamma (1) selon la revendication 17, comprenant en outre :
- une unité de traitement (34) adaptée pour, à partir d'un spectre gamma mesuré présentant un pic d'énergie à une énergie mesurée, ledit spectre gamma mesuré ayant été fourni par le spectromètre gamma (30) à étalonner lors de la réception d'un rayonnement modifié généré par le dispositif d'étalonnage (2), faire une comparaison de l'énergie mesurée avec l'énergie prédéterminée et déterminer une fonction de correction à partir du résultat de ladite comparaison afin de faire correspondre l'énergie mesurée à l'énergie prédéterminée.
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