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Cryogenic detectors

Nuclear & atomic data determination
Alpha spectrometry
X and gamma spectrometry

 

The Division of Technological Research at CEA, Saclay - France (near Paris) is inviting applications for a postdoctoral research position in signal processing for the period 2006-2007 :

"Development of Signal processing for low temperature detectors applied to ionising radiation metrology"

La Direction de la Recherche Technologique au CEA, Saclay propose un sujet de recherche sur le traitement du signal en contrat post-doctoral pour la période 2006-2007 :

"Développement du traitement du signal pour des bolomètres magnétiques conçus pour la métrologie des rayonnements ionisants"

 

MÉTROLOGIE DE L’ACTIVITÉ

Programme de développement 2004-2006

Développement des applications métrologiques des détecteurs cryogéniques.
(E. Leblanc, M. Loidl, M. Rodrigues, J. Bouchard, L. Eglin) 

Objectifs 2004-2006 :

Développer un détecteur pour la mesure primaire d’activité et l’étude des données atomiques des nucléides émetteurs de rayonnement de basse énergie ou se désintégrant par capture électronique.

-          Améliorer le seuil de détection en énergie (80 eV en 2003).

-          Réduire la constante de temps du détecteur afin d’augmenter le taux de comptage du détecteur, sans dégradation des performances.

-          Développer un traitement du signal basé sur la physique de détection .

Démontrer la faisabilité de la spectrométrie alpha haute résolution en énergie avec un bolomètre résistif.

Etudier la faisabilité du développement d’un bolomètre magnétique de haute résolution en énergie pour la spectrométrie des photons X et gamma.

 

Introduction

Le principe physique des détecteurs de rayonnement fonctionnant à très basse température est basé sur un transfert d’énergie à un très grand nombre de quanta (quasi-particules, phonons ou électrons suivant que la cible est un supraconducteur, un diélectrique ou un métal). A des températures inférieures à 100 mK, l’énergie portée par ces quanta est respectivement de l’ordre de 10-3 eV, 10-4 eV ou inférieure à 10-5 eV. En conséquence, la mesure de l’énergie d’un rayonnement incident s’effectue avec une très faible fluctuation statistique sur le nombre de ces quanta. Les détecteurs cryogéniques autorisent ainsi des très faibles seuils de détection et une excellente résolution en énergie. Le principe physique rend possible la détection des électrons, des photons X et gamma et des particules alpha avec un rendement de détection inégalé par les détecteurs conventionnels. En effet ce rendement n’est pas limité par l’absorption du rayonnement dans une zone non active du détecteur comme des électrodes, il est indépendant de l’énergie même proche du seuil de détection. Afin de développer ces détecteurs pour des applications de métrologie, le LNHB s’est engagé dans des coopérations scientifiques avec des laboratoires experts de ces nouvelles technologies, (Université de Heidelberg en Allemagne et Institut d'Astrophysique Spatiale/CNRS à Orsay). Les résultats obtenus dans le cadre de ces coopérations confirment que les détecteurs cryogéniques donnent accès à des informations inaccessibles avec les détecteurs classiques ouvrant de nouvelles perspectives en métrologie des rayonnements ionisants.

En 2004 la construction d’un nouveau microcalorimètre magnétique pour la mesure de 55Fe a permis d’obtenir un seuil de détection inférieur à 20 eV, associé à un rendement de détection indépendant de l’énergie et proche de l’unité pour des électrons et des photons de 20 eV à 6,5 keV. Les performances de l’instrument en termes de résolution en énergie et constantes de temps du signal, ont été améliorées de près d’un ordre de grandeur par rapport à celui conçu et réalisé en 2003. 

Un bolomètre d’une conception nouvelle a permis de mesurer les spectres d’émission alpha de 239Pu, 241Am et 244Cm avec une résolution en énergie inférieure à 6 keV pour des sources extérieures à la cible. Ce résultat est sans précédent pour un détecteur ayant un rendement de détection proche de l’unité. 

Cette année le LNHB a également initié une nouvelle étude qui fait l’objet d’une thèse dont l’objectif est le développement d’un bolomètre magnétique de haute résolution en énergie pour la spectrométrie des photons X et gamma. Le volume du bolomètre à concevoir est plus grand de trois ordres de grandeur par rapport au microcalorimètre construit pour la mesure de 55Fe.

 

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