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

par Johann Gironnet

Thèse de doctorat en Terre, océan, espace. Astrophysique

Sous la direction de Pierre de Marcillac.


  • Résumé

    La spectrométrie des neutrons rapides est une technique essentielle dans plusieurs domaines notamment pour les expériences de détection d'évènements rares et pour les centres de recherches nucléaires. La détection des neutrons rapides se fait habituellement de manière indirecte. Ces techniques de détections sont souvent 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 associant la technique bolométrique à des cristaux à base de lithium sensibles aux neutrons. Le lithium-6 est un élément ayant une des plus grandes sections efficaces de capture neutronique avec la réaction 6Li(n,α)3H. La réaction libère 4. 78 MeV signant ainsi énergétiquement la capture d'un neutron. L'énergie totale mesurée par le bolomètre devrait être la somme de cette énergie de réaction et de l'énergie d'un neutron rapide incident. Afin de valider ce principe, un prototype de spectromètre à neutrons rapides, compact et semi portable, a été construit. 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. L'objectif de mon travail a été de valider le principe de spectrométrie de ce bolomètre en 6LiF dans différents champs neutroniques, de définir ses spécificités et d'établir les développements futurs en vue d'utilisations dans différents champs neutroniques.

  • Titre traduit

    Fast neutron spectrometry with lithium bolometers in the aim of reduction of background in dark-matter direct detection experiments


  • Résumé

    Fast neutron spectroscopy is a common interest for both direct dark matter detection and for nuclear research centres. Fast neutrons are usually detected indirectly. Neutrons are first slow 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 (lAS) 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,α)3H reaction. This reaction releases 4. 78 MeV tagging energetically each neutron capture. 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 lAS. 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 sens or. This PhD thesis was on the study of the spectrometer characteristics, from the fust measurements at lAS, 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 (lRSN). The goal of my work was to validate the spectroscopy principle of this 6LiF bolometer, to determine its specifications and to define the further developments for different neutron field measurements.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (X-140 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 133-138

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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2010)205

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