Détecteurs cryogéniques


Dans différents domaines de la métrologie des rayonnements ionisants, les détecteurs cryogéniques peuvent apporter des performances supérieures à celles des détecteurs conventionnels, et dans certains cas une méthode de mesure redondante, basée sur un principe de détection totalement différent.

Depuis plusieurs années, le LNHB a fait le choix de se focaliser sur le développement de calorimètres métalliques magnétiques (MMC), le type de détecteur cryogénique le mieux adapté pour ses applications. L’absorbeur est constitué d’un métal lourd (or) présentant un numéro atomique élevé et une forte masse volumique qui permettent d’obtenir de bons rendements de détection. Le thermomètre, soumis à un champ magnétique, est constitué d’une feuille d’un alliage paramagnétique or-erbium. Sous l’effet de l’augmentation de température résultant de l’interaction d’une particule dans le matériau, l’aimantation du thermomètre subit une perturbation. Celle-ci est convertie en signal électrique par l’intermédiaire d’un SQUID et amplifiée.

Le projet en cours porte sur plusieurs applications de ce type de détecteur : la mesure de données nucléaires et atomiques, la quantification des actinides, et les spectrométries alpha et bêta.

En particulier les objectifs suivants sont visés :

  • Développement d’une technique de quantification des actinides par spectrométrie X et γ. Cette technique s’appuiera sur les probabilités d’émission X et γ obtenues pour des actinides avec l’un des MMC fabriqués au laboratoire,
  • Développement d’une technique simple de quantification d’actinides par spectrométrie Q (mesure de l’énergie totale de désintégration),
  • Mesure de la forme des spectres bêta avec des MMC offrant un seuil de détection en énergie très bas, un rendement de détection de 100 % entre le seuil de détection et l’énergie maximale du spectre, et une résolution en énergie de quelques pour mille de l’énergie maximale. Cette étude vient en complément de l’étude théorique des spectres bêta menée au LNHB,
  • Mesure des spectres alpha avec une résolution en énergie inférieure à 3 keV et applications : mesures des probabilités d’émission alpha d’un actinide, séparation des raies rapprochées dans des mélanges d’émetteurs alpha, mesure d’impuretés émettrices alpha dans des sources alpha.
PROJET COLLABORATIF :
– MetroBETA (Metrology-based improvements to radionuclide beta spectra)
Site : metrobeta.empir.eu
– Projet ANR : LUMINEU
Site : lumineu.in2p3.fr

COLLABORATIONS :
Université de Heidelberg (Allemagne), CEA (Direction de la Recherche Fondamentale)

RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES :
M. Loidl, M. Rodrigues, C. Le-Bret and X. Mougeot, “Beta spectrometry with metallic magnetic calorimeters”, (2014), Applied Radiation and Isotopes, 87, Pages 302-305
Doi : https://dx.doi.org/10.1016/j.apradiso.2013.11.024
D. Gray, C. Enss, A. Fleischmann, L. Gastaldo, C. Hassel, D. Hengstler, S. Kempf, M. Loidl, X. F. Navick and M. Rodrigues, The first tests of a large area light detector equipped with metallic magnetic calorimeters for scintillating bolometers for the LUMINEU neutrinoless double beta decay search, (2016) J. Low Temp. Phys. (2016), Vol 184, Issue3, pp 904-909
Doi : https://doi.org/10.1007/s10909-016-1535-7