Département de Physique des Particules

Moyens d'investigation

Un détecteur de Double-Chooz est constitué de volumes concentriques imbriqués les uns dans les autres à la manière des  "poupées russes". chaque région est remplie de liquides de densité similaire mais de propriétés optiques différentes. Les cœurs des deux détecteurs doivent être identiques.

• Le détecteur « proche » est situé à 400 m des cœurs des réacteurs et sous l’équivalent de 45 mètres de roche. Un tunnel de 200 m environ et un nouveau laboratoire neutrino sont à l'étude en collaboration avec EDF.

• Le détecteur « lointain » est situé à 1,05 km des coeurs des réacteurs (en moyenne) et offre la possibilité de réutiliser le laboratoire existant pour accueillir la nouvelle expérience. La taille du hall du laboratoire et de la cuve déjà existante (7 mètres de diamètre et 7 mètres de hauteur) contraint la taille du nouveau détecteur.

 L’architecture préliminaire d’un détecteur est la suivante :

Région I : volume fiduciel (Target ) est composé de :

Un volume de 10,3 m3 de liquide scintillant dopé au gadolinium (0,1% de Gd) sont contenu dansne enceinte cylindrique en acrylique étanche mais transparente aux photons visibles; cette enceinte constitue le cœur du détecteur car c'est là que les neutrinos qui interagissent sont comptabilisés. u
Un système de calibration qui permet le déploiement de sources pour mesurer la fonction de réponse du détecteur (en fonction de l’énergie et de la position du dépôt d’énergie) 
Calibration :
Une calibration hebdomadaire sera faite au moyen d’une ligne de pécheur pour déployer des sources selon l’axe verticale du détecteur.
Une calibration exceptionnelle sera réalisée quelquefois par an à l’aide d’un bras articulé permettant d’évaluer la réponse du détecteur en tout point de la cible. Ce système sera très important pour la comparaison des deux détecteurs. Il n’est pas nécessaire pour la phase de

Double Chooz avec le détecteur lointain uniquement. 

Région II : volume calorimètre à positron (ou Gamma Catcher) :

Un volume de 22,6 m3 utilisé principalement comme calorimètre. Ainsi, l’ensemble du spectre en énergie des antineutrinos pourra être mesuré (y compris les neutrinos interagissant au bord de la cible qui seraient mal mesuré en l'absence de cette zone scintillante additionnelle). On ne met pas de Gadolinium pour discriminer les interactions de neutrinos dans cette région.

Le Gamma Catcher est composé de :

- Une épaisseur de 55 cm de liquide scintillant enrobant la région I, contenue dans
- Une enceinte acrylique cylindrique étanche mais transparente aux photons visibles.
- Calibration
- Un système de calibration tubulairegCatcher. Il n’y aura sans doute qu’un tube inox. à l’étude afin de faire circuler des sources radioactives dans le

Région III : le Buffer

Il protège la cible et le Gamma Cacther de la radioactivité résiduelle des tubes photomultiplicateurs et des matériaux extérieurs au Buffer.

Il est composé de
- Une épaisseur de 105 cm d'huile non scintillante contenue dans
- Une enceinte rigide de 114 m3 en acier inoxydable basse radioactivité, étanche, opaque qui servira aussi de maintient à la structure porteuse des tubes photomultiplicateurs.
- 390 tubes photomultiplicateurs 8’’, couvrant une surface efficace de ~13%. 

- Calibration
- Un système de calibration tubulaire accroché à 5 cm à l’extérieur de l’enceinte acrylique GC afin de calibrer le GC avec des sources gamma.

Région IV : veto de muons interne (Inner Muon VETO)

Son but est de détecter les muons qui traversent le détecteur, particulièrement la cible et le GC, ainsi que les muons qui s’arrêtent dans le détecteur. On éliminera off-line les évènements associés (dans une fenêtre temporelle de quelques centaines de micro secondes de part et d'autre); cela permettra aussi de signer les bruits de fonds.

Cette fonction sera assurée par
- Une épaisseur de 50 cm d’huile minérale faiblement scintillante contenue dansune enceinte étanchevue par ~ 70 tubes photomultiplicateurs 8¨

Région V: Blindage contre la radioactivité des roches environnantes (Steel shielding)
Ce blindage est composé de deux élément :
- 15 cm de fer basse radioactivité pour protéger l’intérieur du détecteur de la radioactivité des roches qui entourent le puits. Ce blindage peut prendre une forme différente pour le détecteur proche puisque la taille du puits qu’il faudra construire n’est pas encore figée (une épaisseur plus importante de sable par exemple)
- Ce blindage est recouvert par une cuve de 1 cm de fer basse radioactivité. Cette enceinte garantie l’étanchéité du détecteur.

Région VI : Veto de muons externe (Outer Veto)

Cet élément de détecteur permet d’augmenter la réjection des bruits de fond induits par les muons. Il permettra de corréler les bruits de

fond induits par les neutrons dans le cœur du détecteur aux gerbes de muons qui passent dans la roche à coté des zones instrumentées, en générant des neutrons rapides qui peuvent pénétrer dans la zone sensible. Il sera essentiellement constitué de barreau de scintillateur plastique, sur 2 voire 4 couches, lues d’un seul où des deux extrémités par des tubes photomultiplicateur. Ces différentes variantes seront précisées en fonction du financement. Les architectures de l’Outer Veto du détecteur lointain et du détecteur proche seront différentes. Dans tous les cas la surface de couverture de ce veto restera constante.

Site lointain : un ‘lower Outer Veto’ extérieur composé de 2 panneaux (6,4m X 6,4m) à la surface du détecteur sous la Glove Box+ un ‘Upper outer Veto’ composé d’un panneau au dessus de la Glove Box.

Site proche : un ‘lower outer veto ‘ composé de 4 panneaux (6,4m X 6,4m) + un ‘upper Outer Veto’ composé d’un panneau.