Experimental measurement and simulation Monte Carlo of the efficiency intrinsic of the Si(Li) detector : application for the quantitative analyses by XRF and PIXE

Mesures expérimentales et simulation Monte Carlo de la fonction de réponse d'un détecteur Si(Li) : application à l'analyse quantitative multi-élémentaire par XRF et PIXE

Mohammed Mesradi (1, 2)

1 Service de médecine interne [Nantes]
2 DEPE-IPHC - Département Ecologie, Physiologie et Ethologie

In order to diversify the analytical capabilities of the RaMsEs group by the X-ray fluorescence methods XRF and PIXE, quantitative analyses are being developed for environmental samples. Monte Carlo simulations are being used to validate some of the results. The XRF experiments are being performed using 241Am as the primary source of electromagnetic radiation. PIXE experiments are done with protons delivered by the 4 MV Van de Graaff accelerator of the Institut d'Electronique du Solide et des Systèmes (InESS) Laboratory of Strasbourg. Determination of the elemental composition of a sample is based on the measurement of X-rays emitted by the elements present in the sample in conjunction with the detector response and, for all except thin targets, the self-absorption of X-rays in the target (matrix effect). In XRF the self-absorption was experimentally determined by a method described in [Leroux et al., 1966; Tertian and Claisse, 1982] and by simulations with the MCNP code. For PIXE the self-absorption was determined by MCNP. The intrinsic efficiency of the Si(Li) detector has been determined by three methods: with calibrated radioactive sources, XRF by 241Am of metal foils and PIXE with 2 and 3.8 MeV protons. The experimental results were comforted with MCNP and GEANT simulations.

Dans le but de diversifier les chaines de mesures quantitatives dans le group RaMsEs, les méthodes d'analyse XRF (X-ray fluorescence) et PIXE (Particle Induced X-ray Emession) ont été développées pour la mesure des échantillons environnementaux. Dans une grande partie de ce travail de thèse la simulation Monte-Carlo a été utilisée pour valider l'ensemble des résultats expérimentaux. La methode XRF a été utilisé a l'aide d'une source radioactive d'241Am émettant des rayonnements Gamma de 60 keV. La methode PIXE est développée a l'aide d'un accélérateur 4 MV de type Van de Graaff, qui délivre des protons d'énergies entre 2 et 4 MeV auprès du laboratoire InESS (Institut d'Electronique du Solide et des Systèmes) à Strasbourg. La détermination de la composition de l'échantillon est base sur la mesure des rayonnements de fluorescence X émis par ce dernier a l'aide du détecteur Si(Li). Pour la methode XRF l'auto-absorption des rayonnements de fluorescence a été déterminée expérimentalement par la methode décrite dans [Leroux et al., 1966; Tertian and Claisse, 1982], est vérifiée par simulation en utilisant les deux codes MCNP et GEANT. Pour PIXE l'auto-absorption est déterminée par MCNP. L'efficacité intrinsèque du détecteur a été déterminée par trois méthodes : avec des sources radioactives, XRF en utilisant la source d' 241Am et PIXE par des protons de 2 et 3.8 MeV. Les résultats expérimentaux ont été comparé avec des calcules effectuée par MCNP et GEANT.

Mots clés: simulation

Mots clés: simulation; analyse multielementaire

Domaines: Physique Nucléaire Théorique [nucl-th]

Mohammed Mesradi. Mesures expérimentales et simulation Monte Carlo de la fonction de réponse d'un détecteur Si(Li) : application à l'analyse quantitative multi-élémentaire par XRF et PIXE. Physique Nucléaire Théorique [nucl-th]. Université de Strasbourg, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00486769⟩