Development of analysis tools for gamma-ray spectrometry
Développement d’outils d’aide à l’expertise en spectrométrie gamma
Résumé
Gamma-ray spectrometry is one of the main techniques used for the measurement of radioactivity, which allows identifying and quantifying radionuclides. The objective of this thesis is to develop new spectrum analysis methods to improve the detection limits. In this context, the first contribution is investigating the activity estimation in gamma-ray spectrometry with spectral unmixing, which decomposes a measured spectrum into individual radionuclides' spectra. Contrary to standard methods, this approach allows accounting for the full spectrum analysis of a gamma-ray spectrum and the Poisson statistics underlying the detection process. By formulating the activity estimation as an inverse problem under non-negativity constraint, the sparse spectral unmixing is investigated to estimate the subset of active radionuclides and their activities jointly. The second contribution is the metrological use of the investigated spectral unmixing method, which further necessitates the evaluation of characteristic limits for decision making purposes and the instruments' calibration for quantitative analysis.
La spectrométrie gamma est une des techniques principales pour la mesure de la radioactivité, qui permet d'identifier et quantifier les radionucléides. L'objectif de la thèse est de développer de nouvelles méthodes d’analyse des spectres gamma afin d'améliorer les limites de détection. Dans ce contexte, la première contribution est la proposition de nouvelle approches statistiques pour l'estimation des activités en spectrométrie gamma par le démélange spectral, qui consiste à décomposer un spectre gamma mesuré en spectres individuels des radionucléides. Contrairement aux méthodes standard, cette approche permet de traiter un spectre gamma dans sa globalité et prendre en compte la statistique Poisson du processus de détection. En modélisant l'estimation des activités comme un problème inverse sous la contrainte de non-négativité, le démélange spectral parcimonieuse est étudié pour estimer conjointement l'ensemble des radionucléides actifs et leurs activités. La deuxième contribution est l'utilisation métrologique du démélange spectral étudié, qui nécessite en plus l'évaluation des limites caractéristiques pour la prise de décision et l'étalonnage des instruments pour l'analyse quantitative.
Origine : Version validée par le jury (STAR)