Département de Physique des Particules

Les tests des détecteurs de LUMINEU sont en cours depuis 2013 au laboratoire de cryogénie du CSNSM (Orsay, France), au LSM (France) et au laboratoire souterrain du Gran Sasso (LNGS, Italie).

• Nous avons développé un protocole de purification et cristallisation pour la production de cristaux de haute qualité pour obtenir de faibles pertes irrécupérables (< 4 %) de molybdène enrichi, qui coûte cher. La production des cristaux est effectuée au NIIC (Novosibirsk, Russie).
• Nous avons établi que la croissance des cristaux est beaucoup plus facile pour le Li₂MoO₄ que pour le ZnMoO₄, le premier compose donnant des cristaux de formes plus régulières et présentant moins de défauts macroscopiques et d’inclusions.
• Plusieurs photodétecteurs au germanium, de diamètre 44 mm et d’épaisseur 170 µm, ont été fabriqués selon un schéma de montage robuste développé au CSNSM et testés avec succès sur différents détecteurs ZMO. L’étude de l’immunité aux vibrations sonores et de la réponse en lumière absolue de photodétecteurs existants (de diamètre 25 mm & 40 mm développés à l’IAS) a été réalisée au CSNSM dans le cryostat Ulysse.
• Nous avons effectué une R&D dédiée pour contrôler la teneur interne du Li₂MoO₄ en ⁴⁰K. La recette actuelle, qui inclut l’utilisation d’une poudre ultrapure de Li₂CO₃ pour la synthèse du composé et une procédure de double cristallisation, nous a permis d’atteindre une activité de ⁴⁰K sans impact, inférieure à 6 mBq/kg.
• Dix “wafers” de Ge ont été irradiés au réacteur Orphée pour produire des capteurs NTD spécifiques pour LUMINEU. Plusieurs thermistances à film de NbSi supraconducteur ont été fabriquées et qualifiées comme capteurs de température alternatifs.
• Une simulation Monte Carlo du bruit de fond attendu pour les détecteurs LMO dans le cryostat d’EDELWEISS est en cours d’élaboration, avec pour objectif d’évaluer la sensibilité de la phase pilote de LUMINEU (4 cristaux et 0.7 kg de matière enrichie) et d’une possible experience CUPID-MO avec 40 cristaux et 6 kg de matière enrichie.
• En 2015-2016, nous avons réalisé un test de deux modules de grand volume (des cristaux de ZnMoO₄ et de Li₂¹⁰⁰MoO₄) au LSM, France. Le molybdène enrichi a été fourni par l’équipe LUMINEU de l’ITEP (Moscou, Russie) et de KINR (Kyiv, Ukraine). Le but était de comparer deux types de détecteurs pour choisir celui présentant les meilleures propriétés et performances, et pour tester le nouveau systèmede suspension destine à réduire les bruits basses fréquences. Bien que le ZnMoO₄ soit un matériau très prometteur, le détecteur à base de Li₂MoO₄ montre des performances et une radiopureté supérieures, et une dépendance moindre à la position du lingot. Toutes ces caractéristiques font que nous avons choisi le composé Li₂¹⁰⁰MoO₄ comme ingrédient de base des détecteurs de la phase finale de LUMINEU à 40 cristaux.
• Une mesure indépendante du Li₂¹⁰⁰MoO₄  a été réalisée en 2016 au LNGS, Italie, pour comparer la radiopureté et les performances de deux cristaux du même lingot.
• En 2016, une nouvelle campagne de prise de données a démarré avec deux tours suspendues au LSM. Le but est de tester les performances et la mise en oeuvre de quatre cristaux enrichis de Li₂¹⁰⁰MoO₄ avant la preparation et l’utilisation d’un démonstrateur à 20 cristaux pour CUPID. Les tours contiennent aussi deux détecteursde R&D: CdWO₄ et TeO₂ équipés de détecteurs de lumière dits "à effet Neganov-Luke".
• La croissance de 20 cristaux enrichis de Li2MoO4 a démarré en 2016 au NIIC, equivalent à  ~ 3 kg de ¹⁰⁰Mo an total. 20 cristaux supplémentaires seront produits en 2017.