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Mesure du flux de neutrons dans le laboratoire
Study of neutron flux at Modane Underground Laboratory
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octobre 2008
Evgeny Yakushev du JINR à Dubna (Russie) effectue actuellement des mesures des flux de neutrons dans le laboratoire. L'objectif est également de cartographier le flux dans les différentes pièces.
Evgeny Yakushev of JINR in Dubna (Russia) is currently conducting measurements of neutron flux in the laboratory. The aim is also to map the flux in different places.
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Les mesures sont effectuées dans différents endroits du LSM afin de cartographier le flux de neutrons. Ici, le détecteur est installé dans le sas.
The measurements are carried out in different parts of the LSM to map the flux of neutrons. Here, the sensor is installed in the entrance.
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Grâce à la situation du Laboratoire Souterrain de Modane, le flux de neutrons 104 plus faible qu'au niveau de la mer (environ 1500 neutrons avec énergie de plus de 1 MeV par m² par jour)
Les neutrons au laboratoire souterrain proviennent de:
- Neutrons rapides d'énergie relativement faible induits par les activités U / Th (SF et (alpha, n)) des réactions dans la roche, le blindage, les matériaux de construction et les détecteurs (énergie <10 MeV)
- Neutrons de haute énergie induites par les muons (énergie à partir de 10 MeV)
- Neutrons thermiques (distribution de Maxwell-Boltzmann avec la température de l'environnement)
Motivations pour des mesures détaillées des neutrons au LSM:
1) Les neutrons et le bruit de fond induit par les neutrons deviennent de plus en plus important, pour chaque nouvelle génération de neutrinos, les expériences double bêta et de matière noire. Les estimations de bruit de fond et les MC ne suffisent plus.
2) Pour les différentes expériences, les différentes énergies du flux de neutrons sont importantes. Par exemple: les neutrons rapides sont un bruit de fond dangereux pour les expériences de recherche de matière noire, parce que la diffusion élastique pourrait produire des signaux semblables aux WIMP dans le détecteur. Un autre exemple est la recherche de la double désintégration bêta sans émission de neutrino pour laquelle les neutrons thermiques sont une source de bruit de fond, en raison de l'activation du détecteur et de ses matériaux construction. Des gamma de haute énergie pourraient être produits et réduire la sensibilité de l'expérience.
Le LSM va être agrandi et sera le site d'installation de futures expériences exigeant un niveau sans précédent compréhension de l'origine du bruit de fond (EURECA - Recherche de matière noire, SuperNEMO - double désintégration bêta sans émission de neutrino). Ainsi, il est clair que l'éventail de toutes les énergies de neutrons doit faire l'objet d'une étude attentive.
3) Pour les expériences de matière noire, c'est une question essentielle et critique pour l'interprétation correcte des données. Non seulement pour la valeur du bruit de fond, mais aussi des fluctuations de ces flux de neutrons dans le temps.
4) points de mesures particuliers des neutrons au LSM
a) Estimation des valeurs des flux de neutrons thermiques et des neutrons rapides.
b) Etudes des fluctuations à la fois de longue (année) et de courte durée (jour / nuit).
c) Faire une carte des flux de neutrons au LSM, les mesures sont effectuées dans de plusieurs endroits.
Thanks to it deep location Laboratoire Souterrain de
Modane has neutron flux 104 times less than at see level (about 1500 neutrons with energy above 1 MeV per m2 per day)
Neutrons at deep underground laboratory coming from:
- Relatively low energy fast neutrons induced by U/Th activities (SF and (alpha,n)) reactions in rock, shielding, construction materials and detectors (Energy<10 MeV)
- High energy neutrons induced by muons (Energy>10 MeV)
- Thermolized neutrons (Maxwell-Boltzmann distribution with environment temperature)
Motivations for detailed neutron measurements at LSM:
Neutrons and neutron induced background becomes more and more important, for each next generation of neutrino, double beta and dark matter experiments. Just MC or estimations of background is not enough any more.
For different experiments, different energy regions of neutron flux are important. For example: fast neutrons are dangerous background for dark matter search experiments, because its elastic scattering could produce WIMP-like signals at a detector. Another example is search for neutrinoless double beta decay for which thermal neutrons are critical source of background, due activation of construction and detector materials. In result of which high energy gamma could be produced and reduce sensitivity of an experiment.
LSM laboratory will be rebuild (enlarged) soon and will be the place for future experiments requiring unprecedented level of understanding of backgrounds (EURECA – dark matter search, SuperNEMO – neutrinoless double beta decay). Thus, it is clear that all spectrum of neutron energies is the desired target for careful study.
3) For dark matter experiments not only value of background but also fluctuations of it with time are key issue and critical for correct interpretation of data.
4) Particular points of LSM neutron measurements
a) Estimation of values of fast and thermolized neutron flux.
b) Investigations of both long (year) and short (day/night) fluctuations.
c) Making a map of neutron flux at LSM, means to perform measurements in many places.
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Détecteur de neutrons thermiques. Compteurs proportionnels remplis d'3He
Detector ot thermolized neutrons. '3He proportional couters.
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Détecteur de neutrons rapides
Detector of fast neutrons |
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for further questions please contact ...
Dr. Evgeny Yakushev
yakushev@jinr.ru
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