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Concept
Spectrométrie gamma
Résumé
La spectrométrie gamma est une technique de mesure nucléaire permettant d'identifier certains éléments radioactifs par la mesure de l'énergie des rayonnements gamma qu'ils émettent. Elle diffère de la technique du compteur Geiger, qui ne détecte que la présence de rayonnements gamma sans fournir d'information sur la nature de la source détectée.
La mesure par spectrométrie gamma permet de construire des spectres, qui sont des histogrammes donnant les quantités de photons détectés en fonction de leur énergie.
Les noyaux atomiques ont une structure en niveaux d'énergie comparable à celle des niveaux d'énergie des atomes, de sorte qu'ils peuvent émettre (ou absorber) des photons d'énergie particulière. Comme les atomes, les niveaux d'énergie des noyaux sont caractéristiques de chaque espèce d'atome. De sorte que l'énergie des photons gamma émis, qui correspond aux différences d'énergie dans les noyaux, peuvent servir à identifier des éléments et des isotopes. La différenciation entre les rayons gamma d'énergies légèrement différentes est fondamentale dans l'analyse des spectres qui peuvent être complexes. La qualité d'un spectromètre gamma dépend donc étroitement de sa résolution en énergie, c'est-à-dire de la précision avec laquelle l'énergie des photons est mesurée.
Les photons gamma sont détectables à l'aide de matériaux sensibles aux dépôts d'énergie lors des interactions avec des rayons gamma. Trois effets physiques sont à l'origine de dépôt d'énergie dans la matière par les photons gamma :
l'effet photoélectrique ;
l'effet Compton ;
l'effet de création de paires.
Les détecteurs et leurs systèmes associés permettant de produire des données spectrométriques font partie de la famille de l'instrumentation nucléaire.
Les trois grandes familles de spectromètres gamma sont :
les détecteurs à scintillation ;
les détecteurs à semi-conducteurs ;
les détecteurs à gaz.
Dans un spectromètre gamma à haute résolution, les rayons gamma interagissent avec un détecteur au germanium de haute pureté (HPGe), amenant la production de paires d’électrons excités à un niveau plus élevé énergétiquement, laissant un « trou » dans son ancien niveau.
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