Les chambres à plaques résistives (RPC) sont en cours de développement en tant que détecteurs de neutrons dans le cadre de SINE2020. Luis Margato, Andrey Morozov et Alberto Blanco du LIP Coimbra au Portugal ont travaillé sur le projet. Voici ce qu'ils ont fait.

Étape 1 :Conception conceptuelle

Luís Margato et son équipe ont initialement utilisé des simulations de Monte Carlo pour étudier les concepts de conception des RPC Boron-10. À l'aide de codes source ouverts (boîte à outils ANTS2), ils ont évalué les effets de la modification des paramètres et des matériaux du détecteur :par exemple la largeur de l'intervalle de gaz, épaisseur de couche du convertisseur de neutrons ou angle d'incidence du faisceau de neutrons sur le détecteur. Une fois exploré, il était temps de faire des prototypes.

Étape 2 :Preuve de concept

À la suite des simulations, un prototype RPC hybride a été construit au laboratoire du LIP Coimbra, avec l'aide de C. Hoglund à l'atelier de revêtements de détecteurs ESS qui était responsable de la production des revêtements. Il a été testé à l'Institut Laue-Langevin en France. En comparant deux prototypes RPC, une avec une couche de conversion de neutrons et une sans, ont montré que le convertisseur de neutrons permet de détecter les neutrons et à une bonne résolution spatiale également. Le concept fonctionne !

Étape 3 :Prototypes

Ensuite, deux autres prototypes avec différentes largeurs d'écart de gaz (0,35 mm et 1 mm) ont été réalisés et testés en collaboration avec Karl Zeitelhack à FRMII sur la ligne de lumière TREFF dans le cadre de SINE2020. Les résultats ont montré une résolution spatiale meilleure que 0,25 mm FWHM et une efficacité de détection de 12,5% pour les neutrons de 4,7 angströms. Ceux-ci étaient en bon accord avec les simulations, y compris les meilleures performances et résolution attendues de l'espace gazeux plus fin. Mais peut-il encore être amélioré en offrant plusieurs possibilités de capture de neutrons ?

Étape 4 :Multicouches

En utilisant le gas-gap le plus performant, un détecteur avec des RPC à double gap dans une architecture multicouche a été assemblé au LIP et testé au FRMII. Le prototype contenait 10 RPC 10B à double gap (comprenant 20 couches de convertisseurs de neutrons) et les performances de résolution spatiale sont maintenues. L'efficacité de détection mesurée était d'environ 60%, ce qui rend une conception multicouche très encourageante. Les deux résultats étaient à nouveau en bon accord avec les simulations.

Étape 5 :sensibilité gamma

Malheureusement, les rayons gamma émis par un échantillon ou par d'autres matériaux dans le trajet du faisceau de neutrons peuvent perturber la réponse du détecteur en contribuant à de faux événements dans les résultats. Il est donc important de comprendre et de réduire leur effet sur les RPC en cours de développement. En utilisant des sources gamma Co-60 et Na-22, les RPC 10B sont caractérisés pour leur sensibilité gamma. Ensuite, lorsque les paramètres sont évalués, les conceptions peuvent être améliorées.

Les résultats préliminaires montrent que pour un RPC à double gap irradié par une source gamma Na-22 la sensibilité du RPC aux rayons gamma Na-22 et dans la région haute tension du plateau pour la détection des neutrons peut descendre jusqu'à ~10- 6 pour les photons de 511 keV et peut descendre en dessous de 10-5 lorsque les 1,27 MeV sont pris en compte. Ces résultats ont été obtenus sans aucune optimisation du détecteur concernant la sensibilité gamma, donc en optimisant la conception du détecteur concernant cet aspect, il pourrait être possible de réduire ces valeurs.

Prochaines étapes:

Avec une technologie de détection aussi prometteuse en devenir, nous devons trouver comment améliorer encore plus les conceptions et les matériaux actuels, par exemple en optimisant les épaisseurs de couche de convertisseur de neutrons dans le dispositif multicouche pour augmenter la capacité de taux de comptage. Alors pour l'instant, Luís est de retour dans le monde virtuel des simulations en utilisant les informations tirées des tests de prototypes.

En particulier, l'équipe cherche à améliorer le taux de comptage du détecteur afin qu'il puisse compter autant de neutrons par seconde et par millimètre carré que possible.

D'autres domaines d'investigation future incluent la modélisation du détecteur en tenant compte de la diffusion des neutrons dans les matériaux du détecteur et en faisant varier l'angle d'incidence du faisceau de neutrons par rapport à l'incidence perpendiculaire.