Clover™ Detectors

Description

Dans l’ensemble de détecteurs CLOVER, les cristaux sont maintenus sur un support minimisé afin de réduire la quantité de matériau les entourant et ainsi améliorer le rapport entre pics et bruit de fond. C’est en se basant sur ce principe que Mirion peut offrir une quantité de matériau HPGe optimisée dans la limite.

Les cristaux sont par ailleurs très serrés entre eux afin d’améliorer le facteur d’ajout ou « add-back ». L’écart maximal entre deux cristaux adjacents est ≤0,7mm, sans aucun matériau absorbant sur toute la longueur du cristal, qui absorbera plus de 1% des rayons gamma de 20keV.

Les quatre cristaux sont montés dans un cryostat commun avec capot carré standard ou conique.

La distance entre le bouchon de détecteur et les cristaux a été réduite au minimum pour améliorer l’angle et l’efficacité de n’importe quel détecteur de veto (BGO) qui peut entourer le bouchon de détecteur CLOVER. Des cryostats de type capteur arrière sont également disponibles pour certains types de CLOVER, où un détecteur BGO dédié peut être installé à l’arrière du bouchon.

Leur haute efficacité d’absorption est l’un des principaux avantages des détecteurs CLOVER : non seulement les résultats sont quatre fois supérieurs à ceux obtenus avec un seul cristal, mais comme les cristaux sont montés sans aucun matériau absorbant supplémentaire, il est également possible de déterminer l’énergie maximale d’un photon Compton diffusée et absorbée dans un deuxième (voire un troisième) cristal. Le pic d’énergie maximale peut être obtenu en additionnant (« add-back ») les énergies déposées dans l’anneau à Nsegments.

Dans les détecteurs CLOVER EUROGAM (dia. = 50 mm, L = 70 mm), l’efficacité relative moyenne de chaque cristal est comprise entre 21 % et 22 %, alors que l’efficacité relative totale en mode « add-back » est comprise entre 130 % et 140 %. Voir Duchêne et Al, NIM A432-1999-90.

La résolution de l'énergie des quatre cristaux façonnés est généralement inférieure à 2,1 keV à 1,33 MeV et 1,05 keV à 122 keV. En mode « add-back », la résolution énergétique est toujours excellente : 2,3keV à 1,33MeV.

Des résolutions similaires ont été obtenues avec des détecteurs CLOVER plus grands.

Des fiches techniques pour différentes tailles de détecteurs avec ou sans segments en cryostats de type EUROBALL ou de type « back catcher » sont disponibles sur demande.

L’utilisation de plusieurs petits cristaux de type n'offre d’autres avantages par rapport à un grand cristal unique :

• La réduction de l’angle d’ouverture du cristal permet une réduction de l’élargissement Doppler. La segmentation de la zone externe (disponible sur certains détecteurs de type CLOVER) peut également permettre de réduire encore l’élargissement Doppler).
• L’utilisation de cristaux HPGe de type n permet également de réduire la sensibilité aux dommages neutroniques.
• La réponse temporelle de chaque cristal individuel, mesurée avec une source de ⁶⁰ Co en coïncidence avec un petit scintillateur BaF2, est très bonne. La FWHM moyenne est de 5 à 6 ns et la FWTM/FWHM est d’environ 3,0 pour un seuil d’énergie de 50 keV et un retard DFC de 30 ns.
• Grâce à la présence de quatre cristaux, les détecteurs CLOVER peuvent également être utilisés comme polarimètres.

Mirion a continuellement amélioré sa gamme de détecteurs CLOVER au cours des 15 dernières années, d’abord en augmentant l’efficacité totale des détecteurs avec l’utilisation de cristaux de plus grande taille, puis en améliorant la granularité des détecteurs afin d’augmenter la puissance de résolution.

La granularité désigne le nombre de cellules indépendantes qui constituent le détecteur. Les premiers détecteurs CLOVER avaient une granularité de quatre cristaux. La segmentation longitudinale des cristaux par 2 ou 4 fois augmente considérablement cette granularité.

De tels détecteurs permettent une réduction importante de l’élargissement des rayons gamma dû à l’effet Doppler. De plus, l’utilisation des contacts internes et externes du cristal (en cas de segmentation du détecteur) fournit des informations de position des interactions :

• Verticalement et transversalement en analysant les signaux induits par la charge du miroir pour encore augmenter la granularité.
• Radialement, en effectuant une analyse de la forme des impulsions.

La localisation précise des points d’interaction permet non seulement de réduire l’élargissement Doppler, mais également de suivre les rayons gamma dans le détecteur.

Qui plus est, la maintenance de tels outils a été simplifiée pour les utilisateurs, qui peuvent désormais accéder facilement à l’étage d’entrée refroidi du préamplificateur sensible à la charge pour remplacer le transistor à effet de champ (FET). Mirion peut au besoin fournir une formation pour la maintenance sur site. Des cartes de préamplificateur sont également disponibles. Tous les détecteurs Clover disposent de cartes mères à l’intérieur du boîtier du préamplificateur, où les cartes de préamplificateur et les cartes d’alarme sont également connectées.

Les vases Dewar des détecteurs CLOVER sont petits et offrent :

• Un agencement compact couvrant presque 4 π.
• Un positionnement dans toutes les directions sans changement significatif de température.
• Un temps de maintien du LN₂ d’une journée complète.

D’autres détecteurs Clover ont été conçus, comme le détecteur de type « puits », par exemple, qui permet la mesure d’échantillons volumineux avec une couverture angulaire de presque 4 π.

Applications

• Physique nucléaire
• Mesures de polarisation
• Physique de la santé (détecteur CLOVER de type puits)
• Toute application où l’efficacité la plus élevée est requise sans compromettre la résolution énergétique ou temporelle