Expertises
Caractérisation et étalonnage en efficacité des détecteurs gamma par MCNP
Caractérisation de détecteurs HPGe, CZT et scintillateurs pour la spectrométrie gamma
Réduire les coûts liés aux surestimations des activités radioactives des déchets et des environnements, ainsi qu’à leurs incertitudes.
Notre approche innovante et rapide repose sur un logiciel inédit, associé à notre expertise en mesures expérimentales, modélisation Monte Carlo et traitement des données de spectrométrie gamma. Cette solution de caractérisation permet aux acteurs de l’industrie nucléaire d’évaluer avec précision les activités radioactives. La caractérisation obtenue (avec MCNP) de vos détecteurs garantit une minimisation des surestimations ou des sous-estimations potentielles, offrant ainsi des résultats fiables pour la prise de décision.
Outil de caractérisation de détecteurs avec MCNP
Radeo propose une solution innovante pour la caractérisation multiparamètre des détecteurs de spectrométrie gamma. Cet outil permet de réduire les écarts entre mesures et simulations en ajustant les valeurs de paramètres inconnus (voir l’exemple 1). Le logiciel détermine ainsi des courbes d’efficacité fiables, et évalue rigoureusement les incertitudes associées à chaque paramètre.
La méthode repose sur un couplage entre le code Monte Carlo (MCNP) et un algorithme d’inférence et d’optimisation multiparamètre permettant l’ajustement automatique jusqu’à une dizaine de paramètres inconnus liés à la géométrie interne du détecteur.
Les livrables inclus :
- les courbes d’efficacité mesurées et simulées (voir l’exemple 2),
- le modèle MCNP complet du détecteur,
- un rapport technique détaillé.
Cette méthode s’applique à tout type de détecteur gamma (semi-conducteur et notamment les détecteurs CZT et les scintillateurs).
Caractérisation des détecteurs HPGe et CZT par MCNP
Les performances d’un modèle MCNP de détecteur HPGe dépendent fortement de la représentation de sa géométrie interne. Les dimensions nominales fournies par le constructeur peuvent différer de la géométrie effective du détecteur, notamment en raison de l’évolution de la zone morte, de la position du cristal, de l’épaisseur des matériaux ou de certaines tolérances de fabrication.
RADEO combine mesures expérimentales et simulation Monte Carlo afin d’identifier les paramètres géométriques permettant de reproduire la réponse réelle du détecteur et d’obtenir une courbe d’efficacité cohérente avec les mesures.
Pourquoi caractériser un détecteur de spectrométrie gamma ?
Une activité exprimée en becquerels (Bq), déterminée par spectrométrie gamma, dépend directement de l’efficacité de détection utilisée :
A(E) = N(E) / (ε(E) × Iγ(E) × t)
Avec :
- N(E) : nombre net de coups dans le pic d’absorption totale à l’énergie E ;
- Iγ : le rendement d’émission gamma à l’énergie E du radionucléide identifié ;
- t : le temps de mesure en secondes
Une erreur sur l’efficacité ε à l’énergie E se répercute donc directement sur l’activité calculée.
Une représentation imprécise de la géométrie interne du détecteur peut conduire à des écarts entre simulation et mesure et introduire un biais dans l’évaluation de l’activité.
Ajustement automatique du modèle MCNP par IA et inférence multiparamètre
À partir d’un ensemble de mesures d’étalonnage réalisées à des positions sélectionnées, notre outil logiciel permet d’ajuster les paramètres inconnus de manière à reproduire les courbes expérimentales d’efficacité. Notre méthode est basée sur le code MCNP, elle offre une modélisation précise des interactions rayonnement-matière, des effets de blindage et de la géométrie des détecteurs.
Les résultats permettent de fiabiliser les calculs d’efficacité, d’évaluer au plus juste les activités radioactives de vos environnements et de réduire le besoin en essais physiques.
Quels paramètres peuvent être ajustés ?
Par exemple :
- dimensions du cristal ;
- position du cristal ;
- distance cristal-fenêtre ;
- épaisseur des zones mortes ;
- dimensions de certaines couches internes ;
- paramètres géométriques mal connus.
Exemple de caractérisation Radeo
Cas d’étude CZT H3D
- Sources de référence : 152Eu et 241Am
- 7 paramètres géométriques initialement inconnus, 91 configurations expérimentales, plage énergétique 59–1409 keV.
Après caractérisation :
- 80 % des points présentent un écart mesure/calcul inférieur à 18 % sur une large plage énergétique.
- Écart maximal observé à 59 keV : <25 %, dans une région énergétique particulièrement sensible aux dimensions internes et aux matériaux absorbants.
Résultats : modèle MCNP validé + courbe d’efficacité + incertitudes
Pourquoi choisir Radeo ?
- Expertises issues de la recherche fondamentale appliquée en physique nucléaire et de l’industrie nucléaire (notamment du site de la Hague).
- Double compétence : mesures expérimentales et modélisation numérique
- Notre Infrastructure de calcul est locale au sein du hall universitaire technologique de Cherbourg
- Label BPI Deeptech garantissant le caractère innovant
- Partenaire pour vos projets de mesure nucléaire et de radioprotection
Accompagnement technique et R&D collaborative
Radeo accompagne ses partenaires dans le développement de nouvelles technologies de détection et de mesure. Nos collaborations avec des laboratoires de recherche et des industriels permettent de co-développer des outils spécifiques, de valider des modèles expérimentaux et de transférer des savoir-faire avancés. Ce service inclut l’assistance technique, la formation et la participation à des projets collaboratifs.
