Développement du détecteur d'électrons SECOND dédié à la mesure du temps de vie du neutron dans l'expérience HOPE

Development of the electron detector SECOND dedicated to neutron lifetime measurement within the HOPE experiment

• Auteur / Autrice : Fabien Lafont
• Direction : Dominique Rebreyend, Oliver Zimmer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique subatomique et astroparticules
• Date : Soutenance le 10/11/2016
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Max von Laue-Paul Langevin (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Gilles Ban
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : José Busto, Guillaume Pignol

Mots clés

Mots clés contrôlés

Détecteurs de rayonnement

Neutrons -- Mesure

Mots clés libres

Temps de vie du neutron

Ucn

Détecteur d'électrons

Scintillation

Ucn

Neutron lifetime

Electron detector

Scintillation

Résumé

Sous réserve d’une énergie cinétique suffisamment faible, un neutron libre peut être piégé matériellement ou magnétiquement de sorte à garantir son confinement au sein d’un volume défini. Cette caractéristique permet l’étude de plusieurs paramètres, notamment de son temps de vie moyen. L’expérience HOPE, piège magnétique de neutrons ultra-froids mis en œuvre à l’Institut Laue Langevin à Grenoble, vise à fournir une valeur précise de ce temps de vie au travers de différentes méthodes. L’une d’entre elles consiste à observer les électrons émis par la décroissance bêta du neutron. Le détecteur SECOND a été spécifiquement conçu pour permettre le comptage de ces électrons au sein de l’expérience HOPE. La grande difficulté de ce projet réside dans le faible taux de comptage des électrons attendu, qui nécessite la discrimination des rayonnements parasites. Dans ce but, SECOND est constitué de deux étages de détection, dont le principal, un phoswich de scintillateurs plastiques, a donné des résultats probants lors de premiers tests fonctionnels à basse température ; la différenciation des événements induits par des muons cosmiques est efficace dans 98 % des cas, et tout porte à croire qu’elle sera considérablement améliorée par l’utilisation d’un système d’acquisition adapté à l’application souhaitée.

Considering a low enough kinetic energy, a free neutron can be materially or magnetically trapped in a defined volume. This trapping allows experimenters to study the neutron and its characteristics, and in this case, to measure its mean lifetime. The HOPE experiment commissioned at Laue Langevin Institute in Grenoble is aimed at providing a 1 %- accuracy value. One way to measure lifetime is to record every single neutron beta decay occurring in the trap by counting the emitted electrons. The detector SECOND has been specifically designed to fulfill this goal within HOPE but also to discriminate other types of particles that induce false events. The latter argument is the reason for the two detection stages SECOND is composed of. The plastic scintillators phoswich constitutes the main part of the detector and has been successfully operated during preliminary tests at low temperature. The rejection rate of cosmic muons events is about 98 %, and this value can be drastically enhanced using a more suitable data acquisition system.