SEDINE

Spherical Detection of Neutron

IRFU CEA Saclay - Aristotle University of Thessaloniki (GR) - LSM CNRS

SEDINE (Spherical Detection of Neutron) est un détecteur de particules (d'un diamètre de 60 cm). Elle remplace l'ancien détecteur SPC (Spherical Proportional Counter - d'un diamètre de 130cm) au laboratoire souterrain de Modane depuis le mois d'août 2012.

Ce nouveau type de détecteur sphérique gazeux, destiné à la mesure du flux de neutrons et de leur spectre en énergie, est aussi un candidat pour la détection des particules d'événements rares telles que les neutrinos ou la matière noire de faible masse (light WIMP).

Détecteur SEDINE

Schéma simplifié du détecteur avec le

senseur et son support

La particularité de ce nouveau type de détecteur avec sa géométrie sphérique est la simplicité de conception et sa performance, sachant qu'il utilise une seule voie de détection.

Pour la détection des particules, le détecteur est rempli d'un gaz rare. Une haute tension appliquée à l'électrode centrale crée un champ électrique radial dans le volume sphérique. Lorsqu'une particule entre dans la sphère, elle ionise le gaz créant ainsi des électrons qui vont dériver vers le centre. Proche de l'électrode centrale, les électrons sont multipliés par effet d'avalanche et induisent un signal électrique.

Principe de détection dans le détecteur : le passage d'une particule ionise le gaz et crée des électrons.

Ces électrons dérivent vers le centre, proche de l'électrode centrale, ils sont multipliés par l'effet d'avalanche

Plusieurs moyens ont été employés afin d'augmenter la précision des mesures à basse énergie. Outre les matériaux de basse radioactivité et l'installation de SEDINE au LSM, un blindage est nécessaire pour diminuer le bruit de fond du détecteur.

Détecteur SEDINE dans son blindage plomb et polyéthylène

La première étape pour SEDINE est d'étalonner les différents paramètres du détecteur comme la mise sous vide, la quantité des mélanges gazeux, la performance du senseur, etc...

La deuxième étape sera la prise de données.

Lors de la première prise de données, nous avons découvert la présence des signaux indésirables du ²¹⁰Po^* et du ²¹⁴Po^* d'un taux de 150 mHz et 8 mHz respectivement.

Afin de remédier au problème, nous avons décidé de nettoyer le détecteur selon un procédé expérimenté préalablement.

Les résultats après nettoyage montrent la diminution des taux de ²¹⁰Po et de ²¹⁴Po d'un facteur 8 et 99.99 respectivement.

Ce nouveau concept, inventé à l'IRFU (CEA), est une nouvelle voie dans la détection des particules et pourrait avoir différentes applications. On peut en citer quelques-unes dans le domaine de la recherche pour la physique : mesure du spectre des neutrons de basse énergie, recherche de la matière noire, mesure de la diffusion cohérente des neutrinos de réacteur nucléaire ; ou, dans le domaine industriel, la métrologie nucléaire, la sûreté nucléaire....

^*210Po et ²¹⁴Po : isotopes du polonium d'une masse atomique de 210 et 214u

	L'ancien détecteur SPC (Spherical Proportional Counter - d'un diamètre de 130cm) était une ancienne cavité accélératrice du LEP, composée d'une enceinte sphérique en cuivre de 6 mm d'épaisseur et de 1.27 m de diamètre et constitué d'une bille en acier inoxydable de 8 mm de rayon, portée à une tension positive de l'ordre de quelque kV (selon la pression et le gain souhaité).
De gauche à droite : Philippe Delmas, Georges Charpak et Ioannis Giomataris observant les signaux de l'ancien détecteur sphérique (à droite) à l'occasion de la dernière visite de Georges Charpak à Saclay. crédit : I Giomataris