Optimisation qualitative

3.1.1 Réglages préliminaires du DSP

Avant d’ entrer dans le détail des réglages du DSP, certains paramètres doivent être imposés avant toute utilisation. Tout d’ abord, le préamplificateur qui équipe le détecteur a la particularité de délivrer des tensions négatives. Le DSP doit donc être configuré de la façon suivante :

INP POLARITY NEGATIVE

Le préamplificateur étant de type « résistif », les signaux d’ inhibition du DSP ne sont pas utilisés et le réglage du pôle zéro doit se faire manuellement :

POLE/ZERO MANUAL

Un premier ajustement du pôle zéro est réalisé selon la technique habituelle [55], en connectant un oscilloscope sur la sortie MONITOR OUT et en approchant une source du détecteur afin de déterminer le réglage qui permet d’ obtenir un signal symétrique. L’ ajustement visuel conduit à PZ = 1650, valeur qui sera ensuite plus finement ajustée.

3.1.2 Constantes de temps

L’ étude comparative précédente a montré un excellent compromis entre la résolution et la capacité de traitement pour la chaîne DSP+PCA3. En minimisant le bruit électronique généré par les câbles et les différentes connexions électriques, la résolution est améliorée, autorisant l’ utilisation de constantes de mise en forme plus courtes qu’ avec une électronique analogique, pour une résolution équivalente.

En fixant un critère de temps mort maximum de 50% et sachant que pour des mesures effectuées quelques heures après irradiation en réacteur, le taux de comptage obtenu est de 10⁵ s^-1 au maximum, les constantes de mise en forme suivantes sont imposées :

RISE TIME FLAT TOP

1.2 µs 0.8 µs

3.1.3 Gain

Pour les mesures de taux de fission réalisées à partir de la raie γ à 1596.2 keV émise par le lanthane 140 [56], une limite d’ acquisition en énergie du spectre d’ au moins 1.6 MeV est nécessaire.

Le gain est donc ajusté de telle façon que la gamme acquise couvre un domaine allant de 0 à 2 MeV.

En réalisant plusieurs acquisitions de spectre et par approches successives, on détermine les réglages optimums suivants :

COARSE GAIN FINE GAIN SUPER FINE GAIN

5 0.5380 0.0000e-2

Enfin, compte tenu de la diminution du rendement du détecteur aux énergies de l’ ordre de la dizaine de keV et de la difficulté d’ une mesure quantitative précise dans ce domaine (raies X, phénomènes de diffusion cohérente, K-edge du germanium à 11.104 keV), une coupure basse en énergie à 15 keV est imposée. Pour cela, le paramètre LLD est ajusté à la valeur suivante :

LLD 0.751%

3.1.4 Nombre de canaux

L’ optimisation du nombre de canaux du spectre est un point fréquemment négligé. Un critère généralement admis consiste à utiliser une échelle telle que la largeur totale à mi-hauteur (LTMH) du pic étudié corresponde à environ 4 canaux [15]. Compte tenu de la dépendance de la résolution avec l’ énergie, le choix de l’ échelle en canaux est directement fonction de la raie γ étudiée.

Dans le cas particulier de la mesure du taux de conversion de l’uranium 238, les pics à 277.6 et 293.3 keV, respectivement caractéristiques du neptunium 239 et du cérium 143, ont une LTMH d’ environ 1 keV. Sur la base du critère énoncé ci-dessus et sachant que le domaine d’ acquisition s’ étale jusqu’ à 2 MeV, le nombre de canaux retenu est alors le suivant :

CONVERSION GAIN MCA GAIN

8192 8192

A noter que, dans le cas de la mesure de la raie γ à 1596.2 keV émise par le lanthane 140, la LTMH du pic est d’ environ 2 keV ce qui conduit à une échelle plus adaptée de 4096 canaux.

3.1.5 Pôle zéro

L’ ajustement du pôle zéro est beaucoup plus précis pour le DSP que pour un système analogique, grâce à l’ affichage digital de la valeur et grâce au pas de réglage fin associé (de 0 à 3500 par pas de 1). Son optimisation est cruciale, tant d’ un point de vue qualitatif (amélioration de la résolution en énergie) que quantitatif (calcul de surface nette par l’ algorithme d’ ajustement : cf. §4).

Lorsque le réglage du PZ est optimum, la forme des pics du spectre doit être proche d’ une gaussienne. L’ adéquation entre la forme des pics et ce modèle mathématique peut être contrôlée par une grandeur affichée par logiciel, appelée « coefficient gaussien », et qui converge vers l’ unité lorsque le PZ est bien ajusté [57]. A l’ aide d’ une source de césium 137, on caractérise donc l’ évolution de ce paramètre sur une large plage de réglage (Fig. 30) :

1 1,05 1,1 1,15 1,2 1,25 1,3 1,35 1,4 1,45 1,5 1,55 1,6 1,65

400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 PZ

Coefficient gaussien

Fig. 30 : influence du réglage du pôle zéro sur le coefficient gaussien

La figure ci-dessus montre que la gamme de réglages optimums du PZ est cohérente avec l’ ajustement visuel réalisé à l’ oscilloscope. Une étude plus fine, par incrément unitaire, conduit au réglage optimum suivant :

PZ Setting 1690

3.1.6 Etalonnage de l’ échelle en canaux et des paramètres de forme des pics

Les paramètres de forme du signal étant optimisés, un étalonnage complet de la chaîne de mesure est ensuite réalisé. Il est effectué à l’ aide de diverses sources γ - manganèse 54, cobalt 57 et 60, yttrium 88, cadmium 109, baryum 133, césium 137, europium 152 et américium 241 - permettant de couvrir une gamme en énergie allant de 53 keV à 1836 keV.

La méthode consiste à mesurer individuellement chacune des sources, sur une durée suffisamment longue pour avoir au moins 10⁶ coups (i.e. incertitude statistique inférieure à 0.1%) pour chaque pic étudié. Après avoir spécifié l’ option low tail dans les paramètres d’ étalonnage, permettant de prendre en compte la traîne caractéristique des détecteurs au Ge[HP], obtenue sur la partie gauche des pics, on utilise le module d’ étalonnage du logiciel qui établit la correspondance entre le canal et l’ énergie, tout en évaluant les paramètres de forme (LTMH et tail) des différents pics (Fig. 31).

Fig. 31 : courbes d’ étalonnage de l’ énergie (à gauche) et des paramètres de forme (à droite)

L’ énergie E est une fonction quasi-linéaire du numéro de canal C. La relation déterminée par régression est la suivante :

) ( 2497 . 0 2240 .

0 C keV

E=− + ×

La LTMH (ou FWHM) d’ un pic dépend du bruit électronique (indépendant de l’ énergie), des défauts de collection de charge (proportionnels à l’ énergie) et des fluctuations statistiques du nombre de porteurs de charge (proportionnelles à la racine carrée de l’ énergie). Cette dernière contribution est négligée par GENIE 2000 qui utilise le modèle simplifié suivant :

) ( 04253

. 0 2638 .

0 E keV

LTMH = + ×

Enfin, le paramètre d’ asymétrie tail est caractérisé par une évolution proportionnelle à l’ énergie, dont l’ expression est :

) ( 000398 . 0 7292 .

0 E keV

tail= + ×

La chaîne de mesure est désormais convenablement réglée d’ un point de vue qualitatif. Il reste à caractériser sa capacité de traitement et à finaliser les réglages de la correction de temps mort afin d’ obtenir un fonctionnement quantitatif répondant aux besoins initialement exprimés.

3.2 Performances quantitatives