Etude, installation et exploitation d’un spectromètre à base d’un détecteur de type Germanium Hyper-Pur (HPGe) / Maar, Salah  

Public ISBD Titre : Etude, installation et exploitation d’un spectromètre à base d’un détecteur de type Germanium Hyper-Pur (HPGe) Type de document : texte imprimé Auteurs : Maar, Salah, Auteur ; Messai,Adnane, Directeur de thèse Editeur : Setif:UFA Année de publication : 2019 Importance : 1 vol (59 f .) Format : 29 cm Langues : Français (fre) Catégories : Thèses & Mémoires:Physique Mots-clés : Chain spectrométrie Gamma Détecteur HPGe Index. décimale : 530 Physique Résumé : Ce travail a pour but d’investiguer la chaîne spectrométrique gamma à base d’un semi-conducteur de Type HPGe. Cette investigation passe par l’identification, l’étude et l’installation des différents modules constituants de la chaîne (Détecteur, Préamplificateur, Amplificateur, MCA…etc.), la qualification de la chaîne et puis sa calibration en vue d’une exploitation optimale. Dans la partie expérimentale et qui concernait l’exploitation effective de la chaîne, on a mis l'accent sur les pics de rétrodiffusion des rayonnements gammas relatifs aux radioéléments utilisés. La position énergétique de ces pics sur les spectres obtenus expérimentalement a été validée par comparaison avec les valeurs théoriques publiées dans la documentation spécialisée. Le phénomène a été également examiné de près en utilisant des blindages (en acier) d'épaisseurs connues et ayant la même géométrie de la source pour des différentes positions et ce afin d'avoir la quasi-totalité des photons rétrodiffusés sur le détecteur. Les effets obtenus ont été commentés et analysé pour chaque spectre. Note de contenu : Sommaire Table des Matières .............................................................................................................................. : 00 Liste des figures .................................................................................................................................. : 00 Liste des tableaux ................................................................................................................................ : 00 Introduction général ............................................................................................................................ : 01 A. Etude bibliographique Chapitre I : Interaction Photons-Matière I.1- Introduction .................................................................................................................................. : 03 I.2- Origine du rayonnement gamma ................................................................................................. : 03 I.3- Origine du rayonnement X ........................................................................................................... : 04 I.4- Interaction γ/X avec la matière ..................................................................................................... : 05 I.4.1- Effet photoélectrique ............................................................................................................ : 06 I.4.2- Effet Compton ...................................................................................................................... : 08 I.4.3- Effet de création de paires .................................................................................................... : 10 I.5- Spectre d’interaction des photons avec la matière ....................................................................... : 11 I.5.1- Pic d’absorption total (Full energy peak (FEP)) .................................................................. : 12 I.5.2- Pic d’annihilation et création de paires................................................................................. : 12 I.5.3- Front Compton et Compton continuum ................................................................................ : 13 I.5.4- Pic de rétrodiffusion (Backscatter peak) ............................................................................. : 13 I.5.5- Pic de rayons X .................................................................................................................... : 14 I.5.6- Pic de sommation (sum peak)............................................................................................... : 14 I.6- Conclusion .................................................................................................................................... : 14 Chapitre â…¡ : Introduction au partie sensible de détecteur â…¡.1- Généralités .................................................................................................................................. : 15 â…¡.2- Les bands d'énergie .................................................................................................................... : 17 â…¡.3- Porteurs de charge ...................................................................................................................... : 18 â…¡.4- Le semi-conducteur intrinsèque ................................................................................................. : 21 â…¡.5- Le semi-conducteur extrinsèque ................................................................................................. : 22 Table des matières pages â…¡.5.1- Semi-conducteur type n ...................................................................................................... : 24 â…¡.5.2- Semi-conducteur type p ...................................................................................................... : 25 â…¡.6- La jonction p-n ........................................................................................................................... : 26 â…¡.6.1- La jonction p-n à l'équilibre thermique ............................................................................... : 26 â…¡.6.2- La jonction p-n polarisée par un générateur de tension ...................................................... : 29 â…¡.7- Conclusion ................................................................................................................................. : 29 Chapitre III : Les détecteurs HPGe III.1- Introduction ............................................................................................................................... : 30 III.2- Détecteur Structure .................................................................................................................... : 33 III.2.1- Détecteur planaire .............................................................................................................. : 33 III.2.2- Détecteur coaxial ............................................................................................................... : 34 III.2.3- Détecteur puits ................................................................................................................... : 37 III.3- La couche morte ........................................................................................................................ : 38 III.4- Caractéristiques de fonctionnement d’un détecteur HPGe ........................................................ : 39 III.4.1- Collection de charge .......................................................................................................... : 39 III.4.2- Résolution en énergie ......................................................................................................... : 40 III.4.2.1- Fluctuation statistique du nombre de paires créées Rs .............................................. : 41 III.4.2.2- Bruit électroniques Re ............................................................................................... : 41 III.4.2.3- La contribution des phénomènes de piégeage Rt ....................................................... : 42 III.4.3- Efficacité de la détection .................................................................................................... : 42 III.4.3.1- Efficacité absolue ....................................................................................................... : 42 III.4.3.2- Efficacité relative ....................................................................................................... : 43 III.4.3.3- Efficacité intrinsèque ................................................................................................. : 43 III.4.7- Caractéristiques de l’efficacité ........................................................................................... : 45 III.4.8- Calibration en efficacité ................................................................................................ : 45 III.5- Interpolation a l’aide de fonctions ajustées ...................................................................... : 47 III.6- Comparaison avec d’autres spectromètres Gamma .......................................................... : 47 III.2.2- Le calibration et son concept .................................................................................................. : 49 III.2.2- Effets divers sur les performances du détecteur HPGe .......................................................... : 50 III.4.8- Dommages au rayonnement .......................................................................................... : 50 III.2.2- Conclusion .............................................................................................................................. : 51 Table des matières pages B. Etude Expérimental : Chapitre IV : Etude de pic de Rétrodiffusion â…£.1- Introduction ................................................................................................................................ : 52 â…£.2- Etude bibliographique sur le pic de rétrodiffusion ..................................................................... : 52 â…£.3- Description de la chaine spectrométrique utilisée lors de la partie expérimentale ..................... : 53 â…£.4- Manipulation de la chaîne et exploitation des données .............................................................. : 56 â…£.4.1- Calibration en énergie ......................................................................................................... : 56 â…£.4.2- Calibration en efficacité ...................................................................................................... : 59 â…£.4.2- Mesure de l’efficacité relative du détecteur utilisé ............................................................ : 62 â…£.4.2- Calcul de la Résolution en énergie (R) .............................................................................. : 64 â…£.4.2- Calcul de rapport Pic /Compton ......................................................................................... : 66 â…£.5- Analyse spectrale et Pics de rétrodiffusion ................................................................................ : 66 â…£.6- Conclusion .................................................................................................................................. : 73 Conclusion générale ............................................................................................................................ : 74 Bibliographie Annexes Résumé Côte titre : MAPH/0331 En ligne : https://drive.google.com/file/d/1Vbs5gmMg-Ff1RPKfex1EppJCrrhZIE9Q/view?usp=shari [...] Format de la ressource électronique : pdf Etude, installation et exploitation d’un spectromètre à base d’un détecteur de type Germanium Hyper-Pur (HPGe) [texte imprimé] / Maar, Salah, Auteur ; Messai,Adnane, Directeur de thèse . - [S.l.] : Setif:UFA, 2019 . - 1 vol (59 f .) ; 29 cm. Langues : Français (fre) Catégories : Thèses & Mémoires:Physique Mots-clés : Chain spectrométrie Gamma Détecteur HPGe Index. décimale : 530 Physique Résumé : Ce travail a pour but d’investiguer la chaîne spectrométrique gamma à base d’un semi-conducteur de Type HPGe. Cette investigation passe par l’identification, l’étude et l’installation des différents modules constituants de la chaîne (Détecteur, Préamplificateur, Amplificateur, MCA…etc.), la qualification de la chaîne et puis sa calibration en vue d’une exploitation optimale. Dans la partie expérimentale et qui concernait l’exploitation effective de la chaîne, on a mis l'accent sur les pics de rétrodiffusion des rayonnements gammas relatifs aux radioéléments utilisés. La position énergétique de ces pics sur les spectres obtenus expérimentalement a été validée par comparaison avec les valeurs théoriques publiées dans la documentation spécialisée. Le phénomène a été également examiné de près en utilisant des blindages (en acier) d'épaisseurs connues et ayant la même géométrie de la source pour des différentes positions et ce afin d'avoir la quasi-totalité des photons rétrodiffusés sur le détecteur. Les effets obtenus ont été commentés et analysé pour chaque spectre. Note de contenu : Sommaire Table des Matières .............................................................................................................................. : 00 Liste des figures .................................................................................................................................. : 00 Liste des tableaux ................................................................................................................................ : 00 Introduction général ............................................................................................................................ : 01 A. Etude bibliographique Chapitre I : Interaction Photons-Matière I.1- Introduction .................................................................................................................................. : 03 I.2- Origine du rayonnement gamma ................................................................................................. : 03 I.3- Origine du rayonnement X ........................................................................................................... : 04 I.4- Interaction γ/X avec la matière ..................................................................................................... : 05 I.4.1- Effet photoélectrique ............................................................................................................ : 06 I.4.2- Effet Compton ...................................................................................................................... : 08 I.4.3- Effet de création de paires .................................................................................................... : 10 I.5- Spectre d’interaction des photons avec la matière ....................................................................... : 11 I.5.1- Pic d’absorption total (Full energy peak (FEP)) .................................................................. : 12 I.5.2- Pic d’annihilation et création de paires................................................................................. : 12 I.5.3- Front Compton et Compton continuum ................................................................................ : 13 I.5.4- Pic de rétrodiffusion (Backscatter peak) ............................................................................. : 13 I.5.5- Pic de rayons X .................................................................................................................... : 14 I.5.6- Pic de sommation (sum peak)............................................................................................... : 14 I.6- Conclusion .................................................................................................................................... : 14 Chapitre â…¡ : Introduction au partie sensible de détecteur â…¡.1- Généralités .................................................................................................................................. : 15 â…¡.2- Les bands d'énergie .................................................................................................................... : 17 â…¡.3- Porteurs de charge ...................................................................................................................... : 18 â…¡.4- Le semi-conducteur intrinsèque ................................................................................................. : 21 â…¡.5- Le semi-conducteur extrinsèque ................................................................................................. : 22 Table des matières pages â…¡.5.1- Semi-conducteur type n ...................................................................................................... : 24 â…¡.5.2- Semi-conducteur type p ...................................................................................................... : 25 â…¡.6- La jonction p-n ........................................................................................................................... : 26 â…¡.6.1- La jonction p-n à l'équilibre thermique ............................................................................... : 26 â…¡.6.2- La jonction p-n polarisée par un générateur de tension ...................................................... : 29 â…¡.7- Conclusion ................................................................................................................................. : 29 Chapitre III : Les détecteurs HPGe III.1- Introduction ............................................................................................................................... : 30 III.2- Détecteur Structure .................................................................................................................... : 33 III.2.1- Détecteur planaire .............................................................................................................. : 33 III.2.2- Détecteur coaxial ............................................................................................................... : 34 III.2.3- Détecteur puits ................................................................................................................... : 37 III.3- La couche morte ........................................................................................................................ : 38 III.4- Caractéristiques de fonctionnement d’un détecteur HPGe ........................................................ : 39 III.4.1- Collection de charge .......................................................................................................... : 39 III.4.2- Résolution en énergie ......................................................................................................... : 40 III.4.2.1- Fluctuation statistique du nombre de paires créées Rs .............................................. : 41 III.4.2.2- Bruit électroniques Re ............................................................................................... : 41 III.4.2.3- La contribution des phénomènes de piégeage Rt ....................................................... : 42 III.4.3- Efficacité de la détection .................................................................................................... : 42 III.4.3.1- Efficacité absolue ....................................................................................................... : 42 III.4.3.2- Efficacité relative ....................................................................................................... : 43 III.4.3.3- Efficacité intrinsèque ................................................................................................. : 43 III.4.7- Caractéristiques de l’efficacité ........................................................................................... : 45 III.4.8- Calibration en efficacité ................................................................................................ : 45 III.5- Interpolation a l’aide de fonctions ajustées ...................................................................... : 47 III.6- Comparaison avec d’autres spectromètres Gamma .......................................................... : 47 III.2.2- Le calibration et son concept .................................................................................................. : 49 III.2.2- Effets divers sur les performances du détecteur HPGe .......................................................... : 50 III.4.8- Dommages au rayonnement .......................................................................................... : 50 III.2.2- Conclusion .............................................................................................................................. : 51 Table des matières pages B. Etude Expérimental : Chapitre IV : Etude de pic de Rétrodiffusion â…£.1- Introduction ................................................................................................................................ : 52 â…£.2- Etude bibliographique sur le pic de rétrodiffusion ..................................................................... : 52 â…£.3- Description de la chaine spectrométrique utilisée lors de la partie expérimentale ..................... : 53 â…£.4- Manipulation de la chaîne et exploitation des données .............................................................. : 56 â…£.4.1- Calibration en énergie ......................................................................................................... : 56 â…£.4.2- Calibration en efficacité ...................................................................................................... : 59 â…£.4.2- Mesure de l’efficacité relative du détecteur utilisé ............................................................ : 62 â…£.4.2- Calcul de la Résolution en énergie (R) .............................................................................. : 64 â…£.4.2- Calcul de rapport Pic /Compton ......................................................................................... : 66 â…£.5- Analyse spectrale et Pics de rétrodiffusion ................................................................................ : 66 â…£.6- Conclusion .................................................................................................................................. : 73 Conclusion générale ............................................................................................................................ : 74 Bibliographie Annexes Résumé Côte titre : MAPH/0331 En ligne : https://drive.google.com/file/d/1Vbs5gmMg-Ff1RPKfex1EppJCrrhZIE9Q/view?usp=shari [...] Format de la ressource électronique : pdf

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