Etude et conception d'une nouvelle génération de détecteur Gamma pour les caméras Compton

Study and Design of a New Generation of Gamma Detector for Compton Cameras

• Auteur / Autrice : Mohamed Zied Hmissi
• Direction : Christian Morel, Hichem Snoussi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optimisation et Sureté des Systèmes
• Date : Soutenance le 27/11/2019
• Etablissement(s) : Troyes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Andra (Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Informatique et Société Numérique / LIST3N
• Jury : Président / Présidente : Danielle Nuzillard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christian Morel, Hichem Snoussi, Danielle Nuzillard, José-Maria Benlloch Baviera, Hana Baili, Alain Iltis
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : José-Maria Benlloch Baviera
• DOI : 10.70675/5a4c2323z99cdz4943zbfa2ze734fa6d00b0

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse stochastique

Méthode de Monte-Carlo

Effet Compton

Rayons gamma

Mots clés libres

Rayons gamma

Compton, Effet

Monte-Carlo, Méthode de

Analyse stochastique

Gamma rays

Compton effect

Monte-Carlo method

Stochastic analysis

Résumé

La caméra Compton est un dispositif permettant d'imager les sources de rayonnement gamma. Elle est composée de deux détecteurs placés l'un derrière l'autre. Chaque détecteur doit mesurer l'énergie déposée par un photon gamma et sa position d'interaction. En utilisant ces données collectées, on va chercher à estimer la direction de la source émettrice de ces rayons gamma. Pour cela, le problème de localisation de la source radioactive dans l'espace sera traité en se positionnant dans le cadre bayésien. Plusieurs solutions pour résoudre ce problème ont été abordées dans la littérature scientifique, utilisant des méthodologies variées telles que les algorithmes de maximisation de la vraisemblance ou les algorithmes génétiques pour retrouver la position de la source à partir des mesures fournies par le capteur. L'approche bayésienne aborde ce problème sous un aspect probabiliste, en cherchant à construire la densité de probabilité a posteriori du paramètre à retrouver. Un tel choix est justifié par l'incertitude qui entoure les observations fournies par les détecteurs, mais est rendu difficile à cause de l'aspect non-linéaire des phénomènes physiques qui rentrent jeu. Il devient alors nécessaire d'avoir recours à des méthodes de type Monte-Carlo, basées sur une analyse stochastique, et permettant d'approximer numériquement la loi a posteriori recherchée.

The Compton camera is a device for imaging gamma radiation sources. It consists of two detectors placed behind each other. Each detector must measure the energy deposited by a gamma photon and its interaction position. Using these collected data, we will try to estimate the direction of the emitting source of these gamma rays. For this purpose, the problem of locating the radioactive source in space will be dealt with by positioning oneself within the Bayesian framework. Several solutions to this problem have been addressed in the scientific literature, using various methodologies such as likelihood maximization algorithms or genetic algorithms to locate the source position from measurements provided by the sensor. The Bayesian method approaches this problem from a probabilistic point of view, seeking to construct the posterior density of the parameter to be found. Such a choice is justified by the uncertainty surrounding the observations provided by the detectors, but is made difficult because of the non-linear aspect of the physical phenomena that come into play. It then becomes necessary to resort to Monte-Carlo methods, based on stochastic analysis, and allowing to approximate numerically the posterior density sought.