Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers

Les premiers neutrons produits par l’interaction d’un faisceau de protons avec des cibles (convertisseurs) minces de lithium et de béryllium ont été produits en septembre 2020. Le spectre en énergie et le flux des neutrons produits à zéro degré ont été mesurés avec un détecteur constitué d’une cellule de scintillateur plastique couplé à un photomultiplicateur. L’énergie des neutrons était déterminée par la technique du temps de vol, c’est-à-dire par la mesure du temps que les neutrons mettent à parcourir la distance séparant leur point de production du détecteur. Les caractéristiques temporelles du faisceau (largeur en temps d’une bouffée de neutrons et fréquence de ces paquets) autorisent la mesure de l’énergie des neutrons sur tout le domaine en énergie (1-30 MeV) avec une bonne résolution. Le spectre des neutrons générés par l’interaction des protons avec des cibles minces de lithium et de béryllium est quasi mono-énergétique comme le montre la figure 2.

Un convertisseur rotatif plus épais en Béryllium conçu pour supporter un dépôt de puissance de 2 kW correspondant à un faisceau de deutons de 40 MeV à une intensité moyenne de 50 μA a été réalisé par le DIS (voir la vidéo du chargement et déchargement d’une cible réalisée en 2018 avant sa livraison au Ganil). Les compétences du DIS allant des calculs thermiques, de la conception et la réalisation mécanique à l’électrotechnique, l'instrumentation et l’automatisme, leurs équipes ont conçu, réalisé, monté et mis au point l’ensemble robotisé. Celui-ci permet de charger une cible d’épaisseur variable, puis de piloter sa rotation et de surveiller son intégrité sous 2 kW de deutons. Une gestion à distance permet finalement de garantir le chargement et le déchargement de la cible à l’intérieur de la chambre à réaction jusqu’à sa mise en stockage.

Ce dispositif est essentiel pour la réalisation des futures expériences sur NFS car il permettra de produire les flux de neutrons les plus intenses. Les deutons n’étant pas encore disponibles auprès du Linac au moment du test, c’est un faisceau de protons de 31,9 MeV qui a été utilisé. Le spectre en énergie des neutrons mesuré par la méthode du temps de vol est présenté sur la figure 3. Dans ce cas le spectre en énergie est continu. Comme illustré dans la figure, il est en très bon accord avec des données antérieures. Des tests de puissance ont également été réalisés au cours desquels l’évolution de la température en différents points du convertisseur était mesurée en fonction de la puissance de faisceau déposée. Une puissance de 1350 W a été atteinte et les températures mesurées sont en accord avec les valeurs simulées.

Enfin au cours de l’automne 2020, une première expérience test a été réalisée à l’aide du détecteur MEDLEY. Il est constitué d’une chambre à réaction contenant plusieurs télescopes (Si-Si-CsI) permettant de détecter les particules chargées légères émises par une cible placée dans la trajectoire des faisceaux de neutrons. Les signaux générés par ces détecteurs étaient traités par des modules électroniques NUMEXO2 réalisés au GANIL. Deux cibles de CH₂ et de C ont été utilisées. La figure 4 montre un exemple de spectre produit à l’aide de deux détecteurs d’un télescope permettant l'identification des particules chargées légères émises au travers de leurs pertes d’énergies dans les détecteurs (ΔE1-ΔE2).

Contact:  (Ganil)