Spectrométrie de neutrons rapides par bolomètres à cible lithium pour la réduction du fond des expériences de détection directe de matière noire - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2010

Fast neutron spectrometry by bolometers lithium target for the reduction of background experiences of direct detection of dark matter

Spectrométrie de neutrons rapides par bolomètres à cible lithium pour la réduction du fond des expériences de détection directe de matière noire

Résumé

Fast neutron spectrometry is a common interest for both direct dark matter detection and for nuclear research centres. Fast neutrons are usually detected indirectly. Neutrons are first slowed down by moderating materials for being detected in low energy range. Nevertheless, these detection techniques are and are limited in energy resolution. A new kind of fast neutron spectroscopy has been developed at the Institut d'Astrophysique Spaciale (IAS) in the aim of having a better knowledge of neutron backgrounds by the association of the bolometric technique with neutron sensitive crystals containing Li. Lithium-6 is indeed an element which has one the highest cross section for neutron capture with the 6Li(n,)3H reaction. This reaction releases 4,78 MeV tagging energetically each neutron capture. In particular for fast neutrons, the total energy measured by the bolometer would be the sum of this energy reaction and of the incoming fast neutron energy. To validate this principle, a spectrometer for fast neutrons, compact and semi-transportable, was built in IAS. This cryogenic detector, operated at 300 - 400 mK, consists of a 0.5 g LiF 95% 6Li enriched crystal read out by a NTD-Ge sensor. This PhD thesis was on the study of the spectrometer characteristics, from the first measurements at IAS, to the measurements in the nuclear research centre of the Paul Scherrer Institute (PSI) until the final calibration with the Amande instrument of the Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN).
La spectrométrie des neutrons rapides est une technique essentielle dans plusieurs domaines notamment pour les expériences de détection d'évènements rares, telles que celles de détection directe de la matière noire, et pour les centres de recherches nucléaires. La détection des neutrons rapides se fait habituellement de manière indirecte. Les neutrons sont d'abord ralentis par des matériaux modérateurs pour être détectés ensuite dans une gamme d'énergie plus basse. Ces techniques de détection sont cependant complexes à mettre en place et sont limitées en résolution en énergie. Un nouveau type de spectrométrie de neutrons rapides a été développée à l'Institut d'Astrophysique Spatiale (IAS) dans le but d'avoir une meilleure connaissance des fonds de neutrons : il associe la technique bolométrique à des cristaux à base de lithium sensibles aux neutrons. Le lithium-6 est en effet un élément ayant une des plus grandes sections efficaces de capture neutronique avec la réaction 6Li(n,)3H. La réaction libère 4.78 MeV signant ainsi énergétiquement chaque capture de neutron et lors de l'interaction avec un neutron rapide, l'énergie totale mesurée par le bolomètre devrait être la somme de cette énergie de réaction et de l'énergie cinétique du neutron rapide incident. Afin de valider ce principe, un prototype de spectromètre à neutrons rapides, compact et semi portable, a été construit à l'IAS. Ce détecteur cryogénique, fonctionnant entre 300 et 400 mK, consiste en un cristal de 0.5 g de 6LiF enrichi à 95%, associé un thermomètre en Ge-NTD. Cette thèse a porté sur l'étude des caractéristiques de ce spectromètre, des premières mesures à l'IAS, aux mesures dans le centre de recherche de l'Institut Paul Scherrer (PSI), jusqu'au calibrage final sur l'installation Amande de l'Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN).
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Dates et versions

tel-00633437 , version 1 (18-10-2011)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00633437 , version 1

Citer

Johann Gironnet. Spectrométrie de neutrons rapides par bolomètres à cible lithium pour la réduction du fond des expériences de détection directe de matière noire. Astrophysique [astro-ph]. Université Paris Sud II, 2010. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00633437⟩
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