La détection des neutrons rapides ainsi que la mesure de leur énergie est complexe, du fait que le neutron est une particule électriquement neutre, donc difficilement détectable directement : sa détection doit se faire de façon indirecte.

Mimac-FastN est une enceinte étanche remplie d’un gaz neutre, non inflammable, non réglementé et à la pression atmosphérique environ (donc pas d’3He, de haute pression, ou d’hydrogène, qui limitent les utilisations dans certains milieux industriels).

Les neutrons peuvent interagir avec les noyaux du gaz du détecteur. Cette interaction résulte en un recul nucléaire : il y a transfert d’énergie partiel, du neutron incident au noyau.

Le détecteur comporte une caméra à échantillonnage très rapide (40 MHz). Grâce à cette caméra, le détecteur fournit des images en 3D des traces des reculs nucléaires dans le gaz.

De manière synchrone à cet enregistrement d’image, est mesurée l’énergie déposée en ionisation par le recul nucléaire dans le gaz.

A partir de ces deux informations, les traces et l’énergie d’ionisation, on peut calculer l’énergie du neutron incident.

Ci-dessous un schéma du principe de détection :

FastN

Les développements de Mimac-FastN résultent de 15  ans de savoir-faire autour des détecteurs gazeux. On peut citer comme spécificités :

1/ L’électronique rapide et bas bruit, qui donne accès à une détection 3D avec une bonne résolution.

2/ Le logiciel d’acquisition, qui permet avec l’électronique de gérer les déclenchements sur les événements physiques.

3/ La capacité à reconstruire l’énergie cinétique des reculs nucléaires à partir de la mesure de leur énergie d’ionisationCette reconstruction est spécifique à chaque milieu gazeux, et varie en fonction de l’énergie d’ionisation. Plus l’énergie des neutrons est élevée, plus ce paramètre est important pour reconstruire l’énergie cinétique des neutrons incidents à partir de l’énergie d’ionisation des reculs nucléaires.

4/ Le logiciel d’analyse des données, qui permet de sélectionner les événements à considérer pour la reconstruction du spectre neutronique ou pour la localisation d’une source de neutrons.

Mimac-FastN se différencie des technologies existantes par sa performance qui ne se limite pas à du comptage de neutrons mais qui permet de mesurer également leur énergie, par sa mobilité, par l’approche 3D qui permet de différencier exhaustivement toutes les contributions physiques, et par sa capacité directionnelle.

La preuve de concept a été réalisée sur champs neutroniques mono-énergétiques, avec un petit prototype mobile, en réalisant des acquisitions pendant 1 heure.

Des cas d’usage sont actuellement explorés, pour des applications aussi variées que la détection de matière fissile dans des fûts de déchets, la caractérisation des neutrons atmosphériques, ou des mesures de dose neutronique dans des milieux industriels utilisant des sources de neutrons.

Référence : Article publié dans la revue NIM A : https://doi.org/10.1016/j.nima.2020.163799

Nadine Sauzet : Responsable scientifique & technique, simulations, analyses de données

Olivier Guillaudin : Développements détecteurs, micromegas & cages de champs de dérive

Marc Marton : Conception CAO 3D, suivi de réalisation & montage

 

  • Conception, réalisation d'un détecteur gazeux sphérique 10 bar
  • Couplage du détecteur sphérique à la plateforme COMIMAC
  • Organisation et participation aux campagnes de test

index

190130 14h28 jfm sphere comimac

Jean-François Muraz : Responsable Technique, Conception détecteur sphérique
Mohammed Chala :Montage
Olivier Guillaudin : Expertise détecteur gaseux


  • Coordination du projet au LPSC.
  • Définition, conception, suivi de réalisation d’un module bi-chambre de µTPC utilisant une nouvelle génération de MicroMegas (Bulk) pour l’amplification gazeuse.
  • Définition, intégration et participation à l’exploitation du banc de mesure du facteur de Quenching pour l’étalonnage des détecteurs MicroMegas.
  • Définition et tests d’une source d’ions miniature (CoMIMAC) pour l’étalonnage des µTPC.
  • Conception et réalisation d’une station de mélange et de filtration de gaz.
  • Prise en charge des opérations de logistique pour les campagnes de mesures hors site.
  • Développement de logiciels de contrôle-commande pour les sources d’ions.
  • Participation à la valorisation du concept MicroTPC auprès d’industriels.
 190130 14h28 jfm sphere comimac

 

Olivier Guillaudin : Responsable Technique
Alain Pélissier : Développement Détecteur
Jean-François Muraz : Conception Détecteur, Responsable de la plateforme COMIMAC
Marc Marton : Conception Détecteur/CAO


190510 11h06 oz dame1 labview190510 11h06 oz dame2 setup190510 11h06 oz dame3 detecteur

  • Conception, élaboration et tests des prototypes de détecteurs gazeux pour la mesure du profil du faisceau en radiothérapie conformationnelle.
  • Co-auteur de brevet
  • Acquisition de données haut débit

Olivier Guillaudin : Développement Détecteur
Olivier Zimmermann : Contrôle/Commande

190117 14h17 oz hyperlinkPage DAMe au LPSC


Sur l’expérience LOHENGRIN installée à l’Institut Laue Langevin (ILL), le SDI est intervenu pour la construction d’un double petit détecteur à neutrons, avec lecture de courant sur les fils d’anodes XY composé de 4 plans cathode et de 8 plans anode de dimensions extérieures 75 mm × 38 mm, la fenêtre utile de détection étant de 20 mm par 20 mm. Cette activité, qui s’est déroulée courant 2007, correspond à :
- La construction de 4 plans cathodes collés, soit 4 fois 2 cadres FR4/Cu, 2 faces de 16/10 de mm. d’épaisseur. Ces deux cadres sont en coïncidence avec, au milieu, une fenêtre de Mylar aluminisé, 2 faces de 23 μm, avec les plots d’alimentation HT.
- Le tissage de 2 plans de fils (cadres aluminium 250 × 140 × 10 mm). Les fils sont du type W/Au/Re de 30 μm, avec une tension de 30 g, au pas de 1 mm, soit 115 fils par cadre, pour transfert sur les cadres anodes.
- Le transfert, les soudures et les coupes des fils sur les pads des cadres anodes XY. Il y a 4 groupes XY, c’est à dire 8 cadres de FR4/Cu, deux faces de 16/10 d’épaisseur.
Par anode, il y a donc 20 fils au pas de 1 mm par fenêtre utile de 20 mm × 20 mm. Chaque anode a son système électronique de lecture directement câblé sur le cadre (circuit imprimé).

LOHENGRIN 1-rogne

LOHENGRIN 2-rogne

190117 14h17 oz hyperlink Page de l'expérience LOHENGRIN


Pour l’étude du CMB (Cosmic Microwave Backgroung), les expériences ont pour objectif la mesure de la polarisation du rayonnement.

D’autre part, le LPSC, en collaboration avec le goupe Ultra Basses Température de l'institut Louis Neel (ex CRTBT), a eu la responsabilité du projet de construction de la partie mécanique d’un interféromètre de type Martin Puplett (MPI), appareillage dédié aux tests des matrices dans le domaine millimétrique et submillimétrique.

En 2004, le service a participé activement au dimensionnement de l’interféromètre et à la spécification des composants. Le service d’étude et réalisation mécanique du LPSC a ensuite conçu et réalisé l’ensemble des pièces du Martin Puplett durant l’année 2005. Le montage final et l’installation au CRTBT se sont déroulé en décembre 2005 (collaboration du SDI et de l’atelier).

Le SDI a également assuré l’opération de tissage des polariseurs utilisés dans le Martin Puplett. Ces polariseur sont constitués de plans de fils fins (30 microns Inox ou Tungstène doré) tissés au pas de 75 microns sur des cadres métalliques de ~30 cm de diamètre. Pour ces réalisations, le service a amélioré la mécanique de la machine à tisser du laboratoire afin d’augmenter la précision de positionnement des fils.

 

Contact : Myriam Migliore

Martin Puplet Interferometer

RDCMB3

RDCMB4

 

190117 14h17 oz hyperlink Le fond diffus cosmologique (Wikipedia)