ICRM Beta Particle Spectrometry Working Group

Le groupe de travail « Beta Particle Spectrometry » est dédié au développement des aspects métrologiques de la spectrométrie bêta et de ses applications. Ceci inclut, mais n’est pas limité à :

  • Théorie
    • Transitions bêta (β±) et par capture électronique (ε)
    • Facteurs de forme théoriques et influence du courant nucléaire
    • Effets atomiques
  • Expériences
    • Instrumentations utilisées pour la spectrométrie bêta
    • Techniques nécessitant des informations bêta
    • Confiance dans les facteurs de forme expérimentaux
    • Méthodes d’analyse et de déconvolution spectrale
  • Simulations
    • Confiance dans les processus physiques : basses énergies, décroissances radioactives, réarrangements atomiques
    • Comparaison des résultats de différents codes : Geant4, Penelope, etc.
  • Évaluations et diffusion
    • Confiance et incertitudes sur les facteurs de forme expérimentaux
    • Procédure d’évaluation pour établir les facteurs de forme expérimentaux recommandés
    • Énergies moyennes, valeurs de log ft, base de données

Les communautés intéressées par la métrologie des radionucléides sont : les données de décroissance nucléaire, le comptage par scintillation liquide, les chambres d’ionisation, le comptage 4π β-γ

Tout facteur de forme expérimental trouvé dans la littérature peut être envoyé au coordinateur qui tiendra à jour une base de données dédiée.

Tout autre sujet proposé est le bienvenu. Si vous souhaitez participer à ce groupe de travail, veuillez envoyer votre contribution par courrier électronique au coordinateur : xavier.mougeot@cea.fr

Projets

Projet ANR bSTILED “b: Search for Tensor Interactions in nuclear beta decays” (2020 – 2026)

Cette proposition a comme objectif de réaliser la recherche la plus sensible d’interactions exotiques de type tensoriel qui pourraient contribuer à l’interaction faible impliquant les quarks légers. L’observation d’une telle contribution impliquerait l’existence de nouvelle physique au-delà du modèle standard électrofaible alors que la non-observation fournirait les contraintes les plus fortes sur les couplages associés à ces interactions. La recherche sera réalisée à travers des mesures de grande précision du spectre complet en énergie des particules bêta dans la décroissance de noyaux de 6He. La difficulté instrumentale qui a empêché de réaliser ce type de mesures jusqu’à présent, liée à la rétrodiffusion des particules bêta sur les détecteurs, est éliminée en améliorant et en implémentant des techniques calorimétriques dans lesquelles le volume actif des détecteurs de particules renferme totalement la source.

Coordinateur : Oscar Naviliat-Cuncic (naviliat@lpccaen.in2p3.fr)

Projet EMPIR PrimA-LTD « Towards new primary activity standardisation methods based on low-temperature detectors » (2021 – 2024)

La métrologie de la radioactivité, et plus particulièrement la normalisation de l’activité, reposent sur des techniques de mesure bien établies, utilisées et améliorées depuis des décennies. Cependant, selon le mode de désintégration, pour certains nucléides, l’incertitude réalisable sur l’activité est jusqu’à un ordre de grandeur plus élevé que l’incertitude-type habituelle. L’objectif de ce projet est de mettre au point de nouvelles méthodes de normalisation de l’activité primaire basées sur des détecteurs à basse température, en particulier en mesurant avec des statistiques élevées les désintégrations du 55Fe et du 129I. Une description théorique de haute précision de ces deux désintégrations, incluant à la fois les structures nucléaire et atomique, sera également réalisée.

Coordinateur : Ole Nähle (ole.j.naehle@ptb.de)

Site web : https://prima-ltd.net/

Projet EMPIR MetroMMC « Measurement of fundamental nuclear decay data using metallic magnetic calorimeters » (2018 – 2021)

L’objectif principal du projet MetroMMC est d’améliorer la connaissance des désintégrations par capture électronique et les processus de relaxation atomique qui en découlent. De nouvelles techniques de calcul théorique et des expériences de grande précision utilisant les calorimètres métalliques magnétiques (MMC) seront développées pour déterminer les données les plus pertinentes pour la normalisation de l’activité primaire en métrologie de la radioactivité, en radiothérapie du cancer au niveau de l’ADN et dans l’étude de la formation du système solaire. La partie expérimentale inclura le développement d’une nouvelle approche basée sur des résonateurs couplés par micro-ondes.

Coordinateur : Dirk Arnold (dirk.arnold@ptb.de)

Site web : http://empir.npl.co.uk/metrommc/

Projet EMPIR MetroBeta « Radionuclide beta spectra metrology » (2016 – 2019)

Ce projet propose des approches théoriques et expérimentales pour améliorer la connaissance des spectres bêta. Sur le plan théorique, les connaissances actuelles du calcul des fonctions d’ondes nucléaires seront utilisées pour tenir compte de l’effet de la structure nucléaire sur ces spectres. Sur le plan expérimental, le développement de la spectrométrie bêta avec des calorimètres métalliques magnétiques, un type de détecteurs cryogéniques fonctionnant à très basse température, et des scintillateurs solides contenant les émetteurs bêta dans la structure du cristal scintillateur sont abordés. Ces détecteurs ont la capacité de mesurer les formes des spectres bêta avec une précision sans précédent et, en particulier dans le cas des calorimètres métalliques magnétiques, avec de faibles erreurs systématiques. La comparaison des spectres nouvellement calculés et mesurés, ainsi que l’application de plusieurs techniques de détection complémentaires, permettront de valider la qualité des spectres.

Coordinateur : Mark A. Kellett (mark.kellett@cea.fr)

Site web : http://metrobeta-empir.eu/

Réunions

  • Workshop MetroMRT – Paris, France, 21-22 mai 2014. Site web : http://projects.npl.co.uk/metromrt/
  • ICRM 2015, 20ème conférence internationale sur la métrologie des radionucléides et ses applications – Vienne, Autriche, 8-11 juin 2015. Première réunion du groupe de travail « Beta Particle Spectrometry ».
  • Réunion de lancement de MetroBeta – Saclay, France, 5-6 juillet 2016.
  • 6ème Workshop du DDEP (Decay Data Evaluation Project) et réunions des groupes de travail de l’ICRM – National Physical Laboratory, Teddington, Royaume-Uni, 19-22 septembre 2016.
  • Une réunion du groupe de travail a eu lieu à Buenos Aires lors de la dernière conférence de l’ICRM (du 15 au 19 mai 2017).

  • Des réunions conjointes sur la métrologie des radionucléides ont eu lieu au NIST (du 10 au 14 septembre 2018) :
    1. Decay Data Evaluation Project (10-11 septembre 2018)
    2. Nuclear Decay Data Working Group (11 septembre 2018)
    3. Beta-Particle Spectrometry Working Group (11 septembre 2018)
    4. Radionuclide Metrology Technique Working Group (12 septembre 2018)
    5. NIST – BIPM Workshop on low electrical current measurement for radioactivity metrology (13 septembre 2018)
    6. MetroBeta Workshop (14 septembre 2018)
    7. MetroMMC Workshop (24 octobre 2019)

  • Une réunion du groupe de travail s’est tenue à Salamanque lors de la conférence ICRM 2019 (du 27 au 31 mai 2019). Trois présentations ont été faites :
    1. M. A. Kellett (LNHB), Overview of the MetroBeta Project.
    2. K. Kossert (PTB), Comparison and validation of beta spectra measurements.
    3. D. Arnold (PTB), Overview of the MetroMMC project.

  • Le Workshop du projet MetroMMC a eu lieu au LNHB (24 octobre 2019).

  • Des réunions conjointes sur la métrologie des radionucléides ont eu lieu virtuellement au LNHB (du 26 au 30 octobre 2020) :
    1. Decay Data Evaluation Project (26 octobre 2020).
    2. Nuclear Decay Data Working Group (27 octobre 2020).
    3. Beta-Particle Spectrometry Working Group (27 octobre 2020).
    4. Radionuclide Metrology Technique Working Group (28 octobre 2020).
    5. Gamma Spectrometry Working Group (29-30 octobre 2020).

    Le caractère virtuel de la réunion du groupe de travail (27 octobre 2020) a permis d’augmenter sensiblement la participation, avec 26 participants. Cette possibilité devrait être maintenue pour les réunions futures, même sans restriction de déplacement. Quatre présentations ont été données :
    1. M. Loidl (LNHB), Measurement of nuclear decay data by means of metallic magnetic calorimeters within European metrology research (EMPIR) projects.
    2. P. Ranitzsch (PTB), MMC measurements at PTB-BS.
    3. A. Singh (LNHB), Measurements of beta spectra with silicon detectors.
    4. X. Mougeot (LNHB), New version of the BetaShape code.

    B. Zimmerman (NIST) a annoncé que le Groupe Radioactivité a défendu avec succès un projet de développement d’une installation cryogénique pour les mesures de rayonnement. Ce projet durera cinq ans, à compter de 2021.

  • La deuxième réunion des parties prenantes de MetroMMC a eu lieu au NPL (17 décembre 2021).

  • Le Workshop du projet PrimA-LTD a eu lieu au CIEMAT (24 novembre 2022).

  • Une réunion du groupe de travail s’est tenue à Bucarest lors de la conférence ICRM 2023 (du 27 au 31 mars 2023). Elle s’est déroulée en format hybride, avec les participants de la conférence ICRM et 24 autres participants en ligne. Quatre présentations ont été données, dont une en ligne :
    1. K. Kossert (PTB) – Overview of the European project PrimA-LTD.
    2. D. Bergeron (NIST) – Progresses and plans on Decay Energy Spectrometry with Transition Edge Sensors.
    3. G. Cavoto (Sapienza Uni. Roma & INFN Roma) – Development of detectors for ultra-low energy neutrinos. (en ligne)
    4. X. Mougeot (LNHB) – Recent collaborative studies on beta decays.

  • Un Workshop virtuel MMC a été organisé dans le cadre du projet PrimA-LTD (2-3 mai 2024).

  • Le deuxième Workshop des parties prenantes du projet PrimA-LTD a eu lieu au PTB Braunschweig (23 mai 2024).

  • La dernière réunion du groupe de travail s’est tenue à Paris lors de la conférence ICRM 2025 (du 19 au 22 mai 2025). Trois présentations ont été données :
    1. K. Kossert (PTB) – Outcomes of the PrimA-LTD partners.
    2. D. Bergeron (NIST) – Towards beta spectroscopy with transition edge sensors at NIST: Experience with 239Np.
    3. X. Mougeot (LNHB) – Theoretical calculation of the 99Tc forbidden non-unique transition.

  • Un Workshop s’est tenu au CEA Saclay (France) dans le cadre de l’ « Espace de Structure et Théorie des Réactions Nucléaires » (ESNT) du 7 au 11 juillet 2025. Il était co-organisé par B. Charles Rasco (Division de Physique, Laboratoire National d’Oak Ridge) et X. Mougeot (LNHB) sur le thème « Étude de la structure nucléaire avec les spectres d’énergie de désintégration β, état présent et futur proche ». Cet atelier a réuni une vingtaine de participants d’Amérique du Nord, d’Europe et du Royaume-Uni, composés pour moitié de théoriciens et pour moitié d’expérimentateurs. Les discussions ont été très fructueuses et il est prévu qu’une réunion similaire soit organisée prochainement.
    Site web : https://esnt.cea.fr/Phocea/Page/index.php?id=129

Logiciel

BetaShape

Le programme BetaShape a été conçu pour améliorer les données nucléaires relatives aux propriétés des émissions bêta. Le modèle théorique a été mis en œuvre avec des calculs analytiques, à l’exception des fonctions d’ondes électroniques relativistes qui sont des solutions numériques des équations radiales de Dirac. Les énergies moyennes, les valeurs de log ft ainsi que les spectres bêta et neutrinos pour les transitions simples et multiples sont fournis. Une base de données des facteurs de forme expérimentaux est également incluse et les incertitudes des paramètres d’entrée sont propagées.

Lien : http://www.lnhb.fr/activites-recherche-developpement/logiciels-traitement-spectres/

Rapports des groupes de travail

Les rapports annuels du groupe de travail sont disponibles ici :

Publications scientifiques

Les articles, livres et rapports pertinents pour la spectrométrie bêta et ses applications seront énumérés ici après accord des membres du groupe de travail.

Preliminary measurement of the 147Pm beta decay spectrum with a 4π Si(Li) beta spectrometer G. Craveiro et al. Applied Radiation and Isotopes 226, 112193 (2025) DOI Internal bremsstrahlung in beta decays X. Mougeot et al. Applied Radiation and Isotopes 226, 112197 (2025) DOI Direct experimental constraints on the spatial extent of a neutrino wavepacket J. Smolsky et al. Nature 638, 640-644 (2025) DOI Influence of atomic modeling on electron capture and shaking processes A. Andoche, L. Mouawad, P.-A. Hervieux, X. Mougeot, J. Machado, J. P. Santos Physical Review A 109 (2024), 032826 DOI / OpenAccess High precision measurement of the 99Tc β spectrum M. Paulsen et al. Physical Review C 110, 055503 (2024) DOI Unfolding experimental distortions in beta spectrometry G. Craveiro et al. Frontiers in Physics 12, 1435615 (2024) DOI Comprehensive revision of the summation method for the prediction of reactor νe fluxes and spectra L. Périssé et al. Physical Review C 108, 055501 (2023) DOI Search for low-mass dark matter WIMPs with 12 ton-day exposure of DarkSide-50 P. Agnes et al. Physical Review D 107, 063001 (2023) DOI Development of a 4π detection system for the measurement of the shape of β spectra A. Singh et al. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, A 1053, 168354 (2023) DOI Activity standardization of 60Co and 106Ru/106Rh by means of the TDCR method and the importance of the beta spectrum C. Bobin et al. Applied Radiation and Isotopes 201, 110993 (2023) DOI Atomic exchange correction in forbidden unique beta transitions X. Mougeot Applied Radiation and Isotopes 201 (2023) 111018 DOIOpenAccess Updated evaluation of potential ultralow Q-value β-decay candidates D.K. Keblbeck et al. Physical Review C 107, 015504 (2023) DOI Measurements and computational analysis of the natural decay of 176Lu F. G. A. Quarati, G. Bollen, P. Dorenbos, M. Eibach, K. Gulyuz, A. Hamaker, C. Izzo, D. K. Keblbeck, X. Mougeot, D. Puentes, M. Redshaw, R. Ringle, R. Sandler, J. Surbrook, I. Yandow Physical Review C 107, 024313 (2023) DOI / OpenAccess Systematics of log ft values for β-, and EC/β+ transitions Steffen Turkat, Xavier Mougeot, Balraj Singh, Kai Zuber Atomic Data and Nuclear Data Tables 152 (2023) 101584 DOIOpenAccess K- and L-shell theoretical fluorescence yields for the Fe isonuclear sequence Daniel Pinheiro, André Fernandes, César Godinho, Jorge Machado, Gonçalo Baptista, Filipe Grilo, Luís Sustelo, Jorge M. Sampaio, Pedro Amaro, Roberta G. Leitão, José P. Marques, Fernando Parente, Paul Indelicato, Miguel de Avillez, José Paulo Santos, Mauro Guerra Radiation Physics and Chemistry 203 (2023) 110594 DOIOpenAccess High precision measurement of the 151Sm beta decay by means of a metallic magnetic calorimeter Karsten Kossert, Martin Loidl, Xavier Mougeot, Michael Paulsen, Philipp Ranitzsch, Matias Rodrigues Applied Radiation and Isotopes 185 (2022) 110237 DOIOpenAccess High-precision measurement of the 6He half-life M. Kanafani et al. Physical Review C 106, 045502 (2022) DOI Improved activity standardization of 90Sr/90Y by means of liquid scintillation counting K. Kossert, X. Mougeot Applied Radiation and Isotopes 168, 109478 (2021) DOI Improved calculations of beta decay backgrounds to new physics in liquid xenon detectors S. Haselschwardt, J. Kostensalo, X. Mougeot, J. Suhonen Physical Review C 102, 065501 (2020) DOI Excess Electronic Recoil Events in XENON1T E. Aprile et al. Physical Review D 102, 072004 (2020) DOI Direct measurement of the 7Be L/K capture ratio in Ta-based superconducting tunnel junctions S. Fretwell et al. Physical Review Letters 125, 032701 (2020) DOI Toward high-precision calculation of electron capture decays X. Mougeot Applied Radiation and Isotopes 154, 108884 (2019) DOI Activity determination of 60Co and the importance of its beta spectrum K. Kossert, J. Marganiec-Gałązka, X. Mougeot, O.J. Nähle Applied Radiation and Isotopes 134, 212-218 (2018) DOI Improved calculations of electron capture transitions for decay data and radionuclide metrology X. Mougeot Applied Radiation and Isotopes 134, 225-232 (2018) DOI High precision analytical description of the allowed β spectrum shape L. Hayen, N. Severijns, K. Bodek, D. Rozpedzik, X. Mougeot Reviews of Modern Physics 90, 015008 (2018) DOI Experiments and theory of 138La radioactive decay F. G. A. Quarati, P. Dorenbos, X. Mougeot Applied Radiations and Isotopes 109, 172-176 (2016) DOI Reliability of usual assumptions in the calculation of β and ν spectra X. Mougeot Physical Review C 91, 055504 (2015) DOI The importance of the beta spectrum calculation for accurate activity determination of 63Ni by means of liquid scintillation counting K. Kossert, X. Mougeot Applied Radiation and Isotopes 101, 40-43 (2015) DOI Beta spectrometry with metallic magnetic calorimeters M. Loidl et al. Applied Radiation and Isotopes 87, 302-305 (2014) DOI

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