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Gérard Maurel IFMEM 2005
détecteurs de rayonnements ionisants
détecteurs : plan
I introductionII filmIII détecteurs à gazIV détecteurs à scintillationV spectrométrieVI autres détecteursVII paramètres caractéristiquesVIII conclusion
détecteurs
I introduction1 objectif2 principe3 place des détecteurs dans un service de médecine nucléaire4 techniques5 choix du détecteur
I introduction
1 objectif
- nombre de particules : mesure globale ou individuelle- déterminer leur énergie
I introduction
1 objectif- nombre de particules : mesure globale ou individuelle- déterminer leur énergie
2 principe - interaction rayonnement - matière- production : lumière, e-, énergie
I introduction
3 place des détecteurs de rayonnements dans un service de médecine nucléaire
gamma-caméra
salled’attente
médecin
sonde
vestiairedosimètre
labo chaud
activimètre
mains
informatiqueaccueil
injectionscompteur
I introduction
4 techniques variées : chimique, gaz, solide, liquide
I introduction
5 le choix du détecteur dépend :
a du type de particule :
b de son énergie
c de l'objectif : - image- fixation- calibration dose- radioprotection
I introduction
5 le choix du détecteur dépend :
a du type de particule :
b de son énergie
c de l'objectif : - image- fixation- calibration dose- radioprotection
d du paramètre à mesurer : - nombre de particules (total ou taux/sec) - activité volumique - énergie
détecteurs
I introductionII filmIII détecteurs à gazIV détecteurs à scintillationV spectrométrieVI autres détecteursVII paramètres caractéristiquesVIII conclusion
II film
1 Principe2 applications
II film : activation chimique
radioactivité naturelle : Radium P et M Curie
II film : activation chimique
II film : activation chimique
1 Principe :le rayonnement ionise les sels Ag+Br- la densité Ag+ présensibilisé proportionnelle à l'irradiationréduction des sels d'Ag+ en Ag métalélimination des Ag+ restant
II film : activation chimique 1 principe :
le rayonnement ionise les sels Ag+Br- la densité Ag+ présensibilisé proportionnelle à l'irradiationréduction des sels d'Ag+ en Ag métalélimination des Ag+ restant
- mesure cumulée, usage unique
2 applications :- film dosimètreobligation légale de radioprotection- film radio
détecteurs
I introductionII filmIII détecteurs à gazIV détecteurs à scintillationV spectrométrieVI autres détecteursVII paramètres caractéristiquesVIII conclusion
III détecteurs à gaz
1 principe2 types de détecteurs à gaz
a chambre d'ionisationb compteur proportionnelc Geiger-Müllerd chambre à fil
III détecteurs à gaz1 principe
III détecteurs à gaz
1 principeionisation gaz rare par les particules "ionisantes"les e- libérés sont attirés par l'anode centrale impulsion négative
III détecteurs à gaz1 principeionisation gaz rare par les particules "ionisantes"les e- libérés sont attirés par l'anode centrale impulsion négative
2 types de détecteurs à gaz
productionde chargesélectriques :
fonction de la HT
III détecteurs à gaz
2 types de détecteurs à gaz
a chambre d'ionisationHT = 100 Volts gaz raresignal électrique mesurableà partir d'un grand nombre de particules incidentes
application : activimètre calibrage des doses administrées
III détecteurs à gaz
2 types de détecteurs à gaz
a chambre d'ionisationHT = 100 Volts gaz rare signal électrique mesurable à partir d'un grand nombre de particules incidentes
application : activimètre calibrage des doses administrées
III détecteurs à gaz
2 types de détecteurs à gaz
b compteur proportionnel
HT = 2000 V
1 particule ---> 1 impulsion
amplitude de l'impulsion proportionnelle à l'énergie déposée par la particule
III détecteurs à gaz
2 types de détecteurs à gaz
c Geiger-MüllerHT 3000 V gaz rare + traces de vapeur organique1 particule ---> 1 impulsion : tout ou riensignal indépendant de l'énergie de la particule
applications : faibles activités recherche de contaminationBabyline
III détecteurs à gaz
2 types de détecteurs à gaz
d chambre à filgaz rare sous 3 Atm multiples fils (anodes)localisation sur un axe résolution < 1 mm
application radiographie
détecteurs
I introductionII filmIII détecteurs à gazIV détecteurs à scintillationV spectrométrieVI autres détecteursVII paramètres caractéristiquesVIII conclusion
détecteurs
IV détecteurs à scintillation1 cristal2 photomultiplicateur3 propriétés4 chaîne de comptage
IV détecteurs à scintillation
photomultiplicateur cristal
IV détecteurs à scintillation
1 cristal
photon incident -> cristal INa(Tl)
---> excitation, ionisation
----> excitation du Thallium
----> désexcitation du Tl : fluorescence visible
IV détecteurs à scintillation
2 photomultiplicateur
photons lumineux -> produit quelques électrons
IV détecteurs à scintillation 2 photomultiplicateur
photons lumineux -> produit quelques électrons
multiplication des électrons :
entre chaque dynode une ddp accélératrice (100V) arrache n électrons
coefficient multiplicateur = nnombre de dynode
IV détecteurs à scintillation 2 photomultiplicateur
photons lumineux -> produit quelques électrons multiplication des électrons: entre chaque dynode une ddp accélératrice (100V) arrache n électrons coefficient multiplicateur = nnombre de dynodes
3 propriétés
- 1 photon gamma ---> 1 impulsion - impulsion de sortie négative - impulsion proportionnelle à l'énergie déposée par le photon gamma incident dans le cristal
IV détecteurs à scintillation
4 chaînede comptage
IV détecteurs à scintillation
4 chaînede comptage
a applicationscomptage externespectrométrie
IV détecteurs à scintillation 4 chaîne de comptage
b discriminateur
détecteurs
I introductionII filmIII détecteurs à gazIV détecteurs à scintillationV spectrométrieVI autres détecteursVII paramètres caractéristiquesVIII conclusion
détecteurs
V spectrométrie1 principe2 spectromètre monocanal3 convertisseur analogique-numérique4 spectromètre multicanal
V spectrométrie 1principe
détecteur à scintillation :1 photon gamma ---> 1 impulsionimpulsion proportionnelle à l'énergie déposéedans le cristal
exemple:99mTc: 140 keV dépose 140 keV
V spectrométrie 1 principedétecteur à scintillation :1 photon gamma ---> 1 impulsion proportionnelle à l'énergie déposée dans le cristal
a interactions 99mTc: 140 keV dépose 140 keV
mais :photons diffusés
V spectrométrie 1 principe
détecteur à scintillation :1 photon gamma ---> 1 impulsion proportionnelle à l'énergie déposée dans le cristal
a interactions 99mTc: 140 keV dépose 140 keV
b histogramme :du nombre d'impulsions détectées en fonction de leur amplitude en mVolts
V spectrométrie 1 principe
b histogrammehistogramme du nombre d'impulsions détectées en fonction de leur amplitude en mVolts
spectrethéorique :
nombred’évènements
Amplitude 100 200 mV
V spectrométrie 1 principe
histogramme du nombre d'impulsions détectées en fonction de leur amplitude en mVolts
spectreréel :
nombred’évènements
Amplitude 100 200 mV
V spectrométrie 1 principe
histogramme du nombre d'impulsions détectées en fonction de leur amplitude en mVolts
spectreréel :
V spectrométrie 2 spectromètre monocanal principe : double comparateur sélectionne les impulsions d'amplitude comprise entre seuils inférieur et supérieur
a < V1
V1 < b < V2
c > V2
V spectrométrie 2 spectromètre monocanal principe : double comparateur sélectionne les impulsions d'amplitude comprise entre seuils inférieur et supérieur
applications:- mesure de fixation non parasitée par un autre isotope d'énergie plus élevée- identification d'un spectreenregistrement du spectre en énergie d'un photon gamma, comparaison avec des spectres connus
V spectrométrie
3 convertisseur analogique-numérique
a convertisseur flash
diode
100mV
80mV
60mV
40mV
20mV
a
b
a b
V spectrométrie 3 convertisseur analogique-numérique
b convertisseur à rampe
V spectrométrie 3 convertisseur analogique-numérique
b convertisseur à rampe
0 0 1
V spectrométrie 3 convertisseur analogique-numérique
b convertisseur à rampe
0 0 122
V spectrométrie 3 convertisseur analogique-numérique
b convertisseur à rampe
0 0 1223
V spectrométrie 4 spectromètre multicanal
principe:mesure de l'amplitude de chaque impulsionutilise un convertisseur analogique-numérique
tension ---> valeur numérique
Intérêt : rapide
V spectrométrie 4 spectromètre multicanal
principe:mesure de l'amplitude de chaque impulsionutilise un convertisseur analogique-numériquetension ---> valeur numériqueIntérêt : rapide
applications:* contrôle des sources* réglage des gamma-caméras
V spectrométrie
conclusion : intérêt de la spectrométrie :éliminer les impulsions indésirables : - bruit - rayonnement diffusé - autre isotope - autre source
détecteurs
I introductionII filmIII détecteurs à gazIV détecteurs à scintillationV spectrométrieVI autres détecteursVII paramètres caractéristiquesVIII conclusion
VI autres détecteurs1 semi-conducteurs (jonction)le rayonnement incident mobilise les e- qui vont peupler les trous positifs > production de courant
VI autres détecteurs1 semi-conducteursle rayonnement incident mobilise les e- qui vont peupler les trous positifs > production de courant
- refroidi : Ge-Ligermanium lithiumhaute résolutionpeu sensible
- température ambiante : CdTe (tellure de cadmium)
VI autres détecteurs
2 scintillation liquidemesure rayonnement qui serait sinon absorbés par le milieu
VI autres détecteurs
2 scintillation liquidemesure rayonnement qui serait sinon absorbés par le milieu
3 thermoluminescencerayonnement sur fluorures provoque des défauts stables qui produisent de la lumière par chauffage
VI autres détecteurs
2 scintillation liquidemesure rayonnement qui serait sinon absorbés par le milieu
3 thermoluminescencerayonnement sur fluorures provoque des défauts stables qui produisent de la lumière par chauffage
4 calorimètremesure le dépôt d’énergie
VI autres détecteurs
5 autres scintillateurs solides- CsI(Tl) (Iodure de césium) détection gamma- plastiques scintillants : détection béta- BGO : germanate de bismuth- LSO : oxy-orthosilicate de lutétium
détecteurs
I introductionII filmIII détecteurs à gazIV détecteurs à scintillationV spectrométrieVI autres détecteursVII paramètres caractéristiquesVIII conclusion
VII paramètres caractéristiques d’un détecteur
1 sensibilité fonction de :- type de particule : - énergie des particules- épaisseur du détecteur- masse volumique du détecteur :dépôt d'énergie croit avec masse et épaisseur
VII paramètres caractéristiques d’un détecteur
1 sensibilité fonction de :- type de particule : - énergie des particules- épaisseur du détecteur- masse volumique du détecteur :dépôt d'énergie croit avec masse et épaisseur
2 efficacité géométrique
nombre de particules détectéesnombre de particules émises
VII paramètres caractéristiques d’un détecteur
2 efficacité géométrique
nombre de particules détectéesnombre de particules émises fonction de la géométrie
VII paramètres caractéristiques d’un détecteur
3 temps mort durée impulsion
VII paramètres caractéristiques d’un détecteur
3 temps mortparalysie du comptage> non linéarité
VII paramètres caractéristiques d’un détecteur
4 résolution en énergie
= Largeur à mi-hauteur hauteur du pic PE
15% pour INa
VII paramètres caractéristiques d’un détecteur
4 résolution en énergie
Ge-Li : très bonINa : bonCd-Te : médiocre
INa
VII paramètres caractéristiques d’un détecteur
4 résolution en énergie
Ge-Li : très bonINa : bonCd-Te : médiocre
5 seuil de détection par rapport au bruit de fond :INa : bonCd-Te : médiocre :
détecteurs
I introductionII filmIII détecteurs à gazIV détecteurs à scintillationV spectrométrieVI autres détecteursVII paramètres caractéristiquesVIII conclusion
VIII CONCLUSION suivant le types de détecteurs:
1 activation chimique: film dosimètre
VIII CONCLUSION suivant le types de détecteurs :
1 activation chimique : film dosimètre2 ionisation:
a basse tension: peu sensiblepour grand flux de particules
chambre à ionisationb haute tension
1 impulsion par particuleG-M --> comptage
VIII CONCLUSION suivant le types de détecteurs :
1 activation chimique : film dosimètre2 ionisation: a basse tension : peu sensible, grand flux de particules, chambre à ionisation b haute tension 1 impulsion par particule --> comptage
3 scintillation a solide NaI, BGO, LSO b liquide : détection 1 impulsion par particule proportionnelle à l'énergie