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Nouvelles scientifiques

 

Paris, le 22 juillet 2013

 

Nucifer détecte ses premiers neutrinos

 

Le détecteur Nucifer a capté ses premiers neutrinos auprès du réacteur Osiris à Saclay. Fruit d'une collaboration entre le CEA, le CNRS(1) et le Max Planck Institut für Kernphysik, il s'agit de l'expérience "neutrino" la plus proche d'un cœur compact de réacteur nucléaire jamais réalisée. Au-delà de l'application à la surveillance des centrales, premier objectif de ce projet, Nucifer pourrait aussi fournir un premier test de l'anomalie des antineutrinos de réacteurs. En effet, aucune expérience n'a jamais détecté de neutrinos à une si courte distance d'un cœur compact (seulement 7 m !). Cette configuration est adaptée à la mise en évidence d'un nouvel hypothétique 4e type de neutrino d'une masse proche d'un eV/c². Elle pourrait apporter des éléments nouveaux en réponse au déficit en antineutrinos observé par une vingtaine d'expériences depuis plusieurs décennies.

 

Placé à quelques mètres du réacteur (Osiris), Nucifer est le premier détecteur d'antineutrinos de taille modeste dédié à la surveillance des réacteurs nucléaires qui est placé auprès d'un réacteur de recherche. Nucifer se distingue des autres projets développés dans le monde par sa conception qui hérite des progrès réalisés dans le cadre des grandes expériences de physique des neutrinos comme Double Chooz(2). Un détecteur tel que Nucifer placé à une vingtaine de mètres d'un réacteur de puissance tel que celui de Chooz, permettrait un suivi en temps quasi-réel de la composition du combustible, en particulier de la quantité de plutonium produite dans le cœur. Ce point suscite l'intérêt de l'AIEA qui s'informe régulièrement des progrès de la communauté scientifique, en particulier pour la surveillance des futures centrales nucléaires.

La conception de Nucifer a débuté en 2006 et sa réalisation mi-2008. Ce détecteur, qui utilise comme milieu de détection un liquide scintillant dopé au gadolinium, est le fruit d'une collaboration entre l'Irfu/CEA, la DEN/CEA et le laboratoire Subatech (CNRS/Université de Nantes/École des Mines de Nantes). Le Max-Planck-Institut für Kernphysik a rejoint la collaboration en 2012. Subatech a pris en charge la conception et la réalisation du détecteur veto à muons qui entoure la cible afin d'éliminer les événements associés aux rayons cosmiques(3). Outre l'expertise technique, Subatech apporte à la collaboration son expertise en termes de simulation des réacteurs nucléaires(4,5). Les données sont actuellement analysées par la collaboration.

Nucifer a amorcé sa quête d'antineutrinos lors des cycles de fonctionnement du réacteur en avril et mai 2013. Le nouveau blindage de plomb installé en mars 2013 a joué son rôle escompté : le bruit de fond gamma induit par la désactivation de l'eau du circuit primaire a été réduit d'un facteur 500. Cela a permis d'extraire le signal neutrino, en accord avec le taux attendu.

Néanmoins, pour mener à bien les programmes de monitoring du réacteur au jour le jour (contraintes sur la composition uranium/plutonium) ainsi que le test de l'anomalie des antineutrinos de réacteur (recherche du 4e neutrino), il faudra réaliser une dernière mise à niveau des blindages en direction du cœur pendant le long arrêt d'Osiris d'ici fin 2013. La mesure de la quantité de plutonium produite dans le cœur et la chasse au 4e neutrino pourront alors être lancées pour une période d'environ une année.

 

Schéma du détecteur Nucifer. Les antineutrinos interagissent dans le liquide cible pour produire un positron et un neutron qui sont détectés en coïncidence. Les muons cosmiques qui perturbent la mesure sont détectés par le véto à muons, conçu, construit et installé par les physiciens et les services techniques de Subatech, et éliminés lors de l'analyse des données. Des blindages en polyéthylène et en plomb permettent de réduire les bruits de fond neutrons et gammas. Crédit : collaboration Nucifer

 

Première détection de neutrinos de Nucifer. La ligne rouge représente l'évolution de la puissance thermique du réacteur Osiris en fonction du temps. Les points de mesure représentent le taux journalier de candidats neutrinos détectés, moyennés sur des périodes d'environ 2 jours. Lorsque le réacteur est à l'arrêt nous mesurons le bruit de fond induit par les rayons cosmiques (ligne verte). En fonctionnement, le signal neutrino suit l'évolution de la puissance. Nous mesurons un taux compatible avec la prédiction, 137 par jour (ligne bleue). Les barres d'erreurs importantes attestent de l'existence d'un bruit de fond encore trop important induit par le réacteur qu'il faudra atténuer par l'ajout d'un nouvel écran de plomb entre le coeur du réacteur et Nucifer. Crédit : collaboration Nucifer

 

(1) IN2P3/CNRS. Laboratoire impliqué : Subatech (CNRS/Université de Nantes/École des Mines de Nantes).
(2) Y. Abe et al. Indication of Reactor ν_e Disappearance in the Double Chooz Experiment, Phys. Rev. Lett. 108, 131801 (2012)
(3) A. Cucoanes, J.Phys.Conf.Ser. 375 (2012) 042063.
(4) Thèse de doctorat de V.M. Bui, Ecole des Mines de Nantes, http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00834225
(5) O. Meplan, Tech. Rep. LPSC 0912 and IPNO-09-01 (2009). Mure, MCNP utility for reactor evolution (2009), URL http://www.nea.fr/tools/abstract/detail/nea-1845

 

Contact chercheur

  • Muriel Fallot, Tél : 02 51 85 84 15
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