Improving gamma spectrometry performance for accurate environmental measurements

Abstract

Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre d'un mégaprojet national d'exploitation des phosphates mis en œuvre en 2020 dans l'est de l'Algérie. Les gisements de phosphate sont généralement caractérisés par des concentrations de radionucléides accrues par rapport aux niveaux naturels. Par conséquent, la quantification et les mesures de l’activité de l'Uranium, Thorium et du Potassium représentent une tâche vitale à la fois pour l'étude radiologique et la cartographie des radionucléides des gisements de phosphate algériens. La mesure de la radioactivité naturelle sera réalisée par la technique de spectrométrie gamma. Pour des mesures précises, ce travail met l'accent sur l'amélioration des performances du détecteur via l'optimisation la configuration de mesure à l'aide de la simulation Monte Carlo (MCNP). Une détermination précise de l'efficacité de détection est nécessaire pour déduire de manière fiable l'activité d'une source radioactive. MCNP5 a été utilisé pour créer une configuration typiquement réaliste du détecteur HPGe. Une procédure complète a été développée pour optimiser les paramètres du cristal tels que la dimension active du Crystal, l'épaisseur de la couche morte, et ainsi définir des facteurs de correction d'efficacité (effet de sommation de coïncidence…). Le modèle de détecteur a été validé par comparaison des efficacités simulées avec les valeurs expérimentales mesurées pour des sources ponctuelles et source étendue préparée au laboratoire. EDXRF a été utilisé dans cette étude pour la détermination de la composition élémentaire intégrée dans l'input MCNP. Les résultats obtenus à partir de la mesure de la radioactivité à l'aide du détecteur HPGe sont comparés à la valeur obtenue par l'analyse par activation neutronique instrumentale (INAA) qui est signalée comme la technique nucléaire la plus sensible et non destructive et généralement utilisée comme méthode de référence pour tester l'exactitude d'autres méthodes d'analyse. Un juste accord a été trouvé entre les résultats obtenus avec les deux techniques nucléaires. Les résultats de cette étude devraient évaluer la distribution totale de l'uranium, du thorium et du potassium dans les gisements de phosphate pour les stratégies d'exploration, l'évaluation des ressources et leur développement durable.