Les études de l'interaction du neutron avec le noyau ont commencé avec le dispositif nToF au Cern. En bombardant différents noyaux avec des neutrons, les physiciens mesureront leurs probabilités de capture neutronique et de fission, grandeurs souvent mal connues. L'originalité de nToF réside dans le haut flux de neutrons incidents et leur grande gamme d'énergie couverte dans une expérience.

Après un travail de longue haleine pour réduire le bruit de fond du nouveau spectromètre neutronique par temps de vol du CERN, la phase de "commissioning" s'est achevée le 18 juin 2002. Cette étape franchie, la campagne de mesures 2002 a alors débuté. Le programme expérimental concerne des mesures de capture et fission neutronique d'intérêt pour la physique nucléaire, l'astrophysique et l'électronucléaire comme la transmutation des déchets, le cycle du thorium ou encore les réacteurs hybrides pilotés par accélérateur.

Les neutrons de spallation, créés au moyen d'un faisceau de protons pulsé de 20 GeV/c bombardant une cible de plomb, sont collimatés et transportés dans un tube à vide jusqu'à une aire expérimentale située à 185 m de la cible de production. Cette installation présente deux avantages majeurs par rapport aux dispositifs existants. D'une part le grand flux de neutrons par pulse donne un rapport signal sur bruit particulièrement favorable qui permettra d?étudier des échantillons de faible masse ou radioactifs. D'autre part, la gamme d'énergie s'étend simultanément de 1 eV jusqu'à environ 250 MeV.

Pour la campagne 2002, des mesures de capture neutronique avec des scintillateurs de type C₆D₆ ont été réalisées pour les isotopes ¹⁵¹Sm, ^{204,206,207,208}Pb ²⁰⁹Bi et ²³²Th. Elles sont actuellement complétées par des mesures de fission sur ²³⁴U et ²³²Th. Ces expériences se font dans le cadre d'une collaboration entre le CEA, le CNRS et plusieurs laboratoires européens.

Dans un futur proche, un calorimètre 4π de BaF₂ sera installé permettant des mesures de capture neutronique pour des échantillons fissiles ou de très faible masse. La figure, ci-dessous, montre un spectre d'énergie pour la réaction ²³²Th(n,γ), dont le SPhN est responsable, comparé à une estimation du bruit de fond ambiant, indépendant du temps de vol, lié essentiellement à la radioactivité de l'échantillon, ainsi qu'aux gammas produits dans la cible de spallation et présents dans le faisceau de neutron.

Résonnances dans le ²³²Th (en rouge) qui se superposent à un spectre de bruit de fond lié aux photons du faisceau (en bleu) et à la radioactivité de l'échantillon (en vert).

Zoom en énergie du spectre précédent dans la région du keV

G. Aerts, S. Andriamonje, E. Berthoumieux, F. Gunsing, J. Pancin, L. Perrot.