Détecteurs UCNs sensibles à la position Benoit Clément Université Grenoble Alpes Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie

Résolution millimétrique Résolution micrométrique Détecteurs sensible à la position Détecteur au à quelques cm : chute libre donne accès au spectre de vitesse horizontale Résolution millimétrique Détecteur au contact : distribution de position verticale donnée par la fonction d’onde Résolution micrométrique

Détecter des UCNs Détecteur gazeux : Potentiel de la fenêtre d’entrée Détecteur solide : potentiel de la couche de conversion 6Li : Vf = 28 neV 10B : Vf = -3 neV (20% de B naturel) n + 10B  7Li +  , BR = 6.3% ELi= 1014 keV E = 1775 keV n + 10B  7Li* +   7Li +  +  , BR = 93.7% ELi= 841 keV E = 1471 keV Dépôt sur la surface active du détecteur Efficacité de conversion

Couche mince de Bore 10 Procédé développé au LPSC avec l’équipe Plasma Targets Substrats Dipolar Microwave Sources Ions Sputtered Atoms Low Pressure Argon Plasma Procédé développé au LPSC avec l’équipe Plasma PVD par plasma Source non conductrices -> polarisation RF Vitesse de dépôt du bore : 40nm/h Oxydation du bore Day 0 Day 30

Effet des couches de Ti et Ni Pertes vs vitesse UCN Transmis Titane en entrée Reflexion sur Ni Sandwich : 20 nm entrance Ti layer 200nm 10B 20 nm back Ni layer Efficacité estimée : 84% to 88% Efficacité indépendante de la vitesse des UCN

Détecteur MiniNUF Mini détecteur de Neutrons Ultra Froids : simple diode alpha où on colle une plaque d’aluminium avec le sandwich Ti-B-Ti Installé à l’entrée du spectromètre face à un trou de 3mm Al diode Ti-B-Ti

…… Détecteur de résolution micrométrique Neutron α Si (CCD) Li ~ qq dizaines de µm …… Ti 10B Ni Neutron α Si (CCD) Li - capteurs CCD sans fenêtres - couche de conversion : 200 nm de 10B - 2048x64 pixels, 14x14 µm - reconstruction du barycentre du dépôt d’énergie ADC count/pixel ~1.5 MeV alpha

Résolution spatiale (alpha) On dépose sur la surface du capteur des fils de tungstène de 6µm de diamètre Barycentre des cluster selon la direction du fil Résolution : 1µm (après déconvolution des effets d’ombre Particules alpha reconstruites

Qualité de la couche de bore Fente de 50 µm, éclairée par des neutrons froids

Mesure de l’énergie 1 capteur testé sur GRANIT Comparaison avec le détecteur 3He standard (fenètre en Ti) : Efficacité 84 % Utilisation de la mesure d’énergie pour améliorer la résolution ?

Détecteur UCNBox 8 capteurs pour couvrir 30cm (20cm utiles) Support mécanique pour aligner chaque capteur (SERM/atelier) Electronique dédiée (s. électronique) Fonctionnement sous vide

UCN à travers un fente UCN en sortie d’une fente de ~40um dans GRANIT sur trois capteurs Positions en µm Après rotation et projection : On observe en réduisant la fente une réduction plus forte de l’état |2> que du |1> Deux problèmes - absorbeur mal réglé - neutrons trop lents : divergence due à la vitesse verticale  vitesse horizontale ~ 1m/s

Détecteur à fibres Neutron 10B Li ~ 250 nm ~ 500 µm α Ti Li Ni ~ 250 nm ZnS(Ag) (Scintillator) photon ~ 5 µm Sapphire (substrate) Optical Fibers ~ 500 µm Résolution millimétrique Test de prototype+simulation : thèse de Damien Roulier (2015) Projet de thèse de Yinghao Xi (2019) : réalisation du scintillateur + couche en conversion dans le réacteur plasma

Dépôts de scintillateur ZnS 10B sur ZnS 1.4 MeV alpha ZnS 5.4 µm with Ag doping ZnS 2.6 µm with Ag doping ZnS 4.9 µm without Ag Couche compacte de ZnS dopé Ag Quelques poussières en surface Dépôts de bore sur ZnS : contraintes de surface Etudes en cours : effet de la concentration d’argent matériau couche d’accroche

Perspectives Détecteur CCD : UCNBox - suppression des bordures du capteur pour réduire la distance miroir-zone active - possibilité d’affiner le cadre en silicium (???) - mesures de résolution UCN sur GRANIT ou au niveau D de l’ILL. - possibilité d’utiliser le détecteur dans d’autre expérience après 2019 Détecteur à fibre - fin de la thèse de Yinghao Xi sur les dépôts de ZnS en 2019 - étude de la possibilité de faire le dépôt de bore sur un scintillateur du commerce (crytur CRY18) - la partie instrumentale sera du ressort du SDN de l’ILL (possibles applications à d’autres instruments)

Situation actuelle de GRANIT Commissioning GRANIT - le commisionning de l’instrument est achevé - les procédures de réglage et alignement du spectromètre sont maitrisées. - les premiers résultats obtenus sont encourageant mais nécessitent plus de statistique. - les flux de neutrons obtenus permettent poursuivre un programme scientifique Détecteur CCD UCNBox - technique de dépôt validée - détecteur testé, efficacité ~84% - des problèmes à résoudre pour la mesure des fonction d’onde distance CCD-miroir mesures de résolution UCN

Mise en stand-by de l’activité GRANIT au LPSC après 2019 Perspectives générales Programme 2019 - Tenter de réduire la bruit de fond du détecteur - Confirmer et améliorer la mesure de la transition 2->1 - Etudes systématiques (shift Stern-Gerlach, hauteur de marche…) - Nouvelles mesures avec détecteur CCD Au-delà : Dans l’état actuel, les performances cryogéniques de la source ne permettent pas une exploitation de tout le potentiel scientifique de l’installation. Le remplacement de la source n’est pas envisageable pour les équipes du LPSC (ni d’un point de vue RH, ni d’un point de vue budget investissement) Mise en stand-by de l’activité GRANIT au LPSC après 2019