Une équipe SINE2020 financée par l'UE travaille au développement de chambres à plaques résistives pour les détecteurs de neutrons afin d'aider à améliorer les expériences pour les scientifiques à travers l'Europe.

Les chambres à plaques résistives (RPC) sont largement utilisées pour les détecteurs de grande surface, comme par exemple, en Physique des Hautes Energies pour étudier la nature des particules qui constituent la matière ou en Physique des Astroparticules pour observer les rayons cosmiques. En raison de leur structure simple, ces détecteurs ne sont pas chers. Malgré la simplicité, ils offrent une très bonne résolution spatiale et une synchronisation très rapide. Chercheurs du LIP Coimbra, Le Portugal, étudient l'utilisation de RPC pour les détecteurs à diffusion de neutrons dans le cadre du SINE2020 Detectors WP. L'amélioration des expériences neutroniques contribuera à faire progresser les connaissances dans des domaines aussi variés que, par ex. santé, énergie, artistique, et agricole.

J'ai parlé avec Luís Margato qui m'a dit que, Les RPC ne semblent pas avoir jamais été utilisés pour la diffusion des neutrons. Alors pourquoi son équipe pense-t-elle qu'ils pourraient être une bonne solution ?

• Sa configuration en couches intégrée est bien adaptée aux architectures de détecteurs multicouches, nécessaires pour assurer une efficacité de détection élevée.
• Ce sont essentiellement des détecteurs robustes et sans décharge et il n'y a donc pas besoin de "baby-sitting" ou de surveillance continue.
• Les RPC ont une structure très simple :deux plaques dont au moins une en matériau résistif (par exemple du verre ou de la céramique) et un gas-gap.

Regarder à l'intérieur du détecteur

Les détecteurs sont utilisés pour identifier avec une grande précision la localisation de l'interaction des neutrons au cours d'une expérience. L'équipe étudiera ce qui se passe lorsque des RPC revêtus de 10B sont utilisés pour la détection de neutrons et comment ils fonctionnent. Ils travailleront sur la construction de RPC à revêtement 10B4C sensibles à la position avec une configuration multicouche. Les revêtements 10B4C pour les RPC ont été produits par l'European Spallation Source Detector Coatings Workshop. L'évaluation des prototypes de détecteurs à neutrons thermiques sera réalisée dans une ligne de faisceau à la source de neutrons FRM II.

Pas à pas vers une efficacité élevée des détecteurs

L'équipe est partie d'une configuration RPC simple et a ainsi conçu deux prototypes à tester, l'un avec un revêtement 10B4C et un autre sans. Des résultats antérieurs ont montré que l'efficacité de détection du RPC recouvert de 10B4C était tout aussi élevée que prévu. Les résultats expérimentaux ont montré un plateau étendu en fonction de la haute tension, dans une région (voir graphique) où les RPC présentent une faible sensibilité aux particules ionisantes minimales, ce qui signifie que le détecteur est sensible aux neutrons alors que la sensibilité aux rayons gamma devrait rester très faible. Une résolution spatiale inférieure à 1 mm FWHM a été démontrée dans ces tests préliminaires.

Après les premiers bons résultats, l'équipe a rejoint le projet SINE2020 et a commencé à étudier l'un des principaux paramètres des RPC. Ils voulaient comprendre comment la largeur du trou de gaz influence la réponse RPC. Ils ont conçu deux prototypes et les ont testés à la source de neutrons FRM II, Allemagne, en juillet 2016. La résolution s'est considérablement améliorée, avec des résultats montrant une résolution de position 2D d'au moins 0, 5 mm FWHM pour les deux coordonnées.

En ce moment, l'équipe caractérise la sensibilité gamma des deux RPC testés au FRM II avec des sources gamma 22Na et 60Co au LIP; ils examinent les formes d'onde de la composante rapide et lente des signaux induits, avec l'intention de vérifier la possibilité d'une discrimination de forme d'impulsion pour rejeter les rayons gamma et les événements de fond ; et ils conçoivent et construisent une pile de RPC à double écart avec des largeurs d'écart de gaz étroites.

Avantages de participer à SINE2020

Participer à SINE2020 présente des avantages importants. Le financement était essentiel pour que l'équipe poursuive ses activités de R&D sur les technologies innovantes de détection des neutrons thermiques. L'accès permanent aux lignes de faisceau sur les installations neutroniques pour effectuer l'évaluation des prototypes de détecteurs raccourcit le temps nécessaire aux développements et aux nouvelles idées à réaliser.

La possibilité d'échanger des connaissances et des expériences avec la communauté d'experts en détecteurs des principales installations neutroniques européennes est fondamentale pour que l'équipe oriente son savoir-faire vers les exigences des détecteurs.