Un détecteur directionnel portable de neutrons rapides (10 keV - 600 MeV)

Il n'y a pas que dans les centrales nucléaires que l'on trouve des neutrons. Ces particules, jusqu’à 100 MeV, sont les plus abondantes produites dans l’atmosphère à partir des particules cosmiques. Elles peuvent être présentes dans des contextes très divers, par exemple dans l'industrie (pour le contrôle non destructif), autour des sources fissiles, pendant une radiothérapie, ou dans les avions. Pour pouvoir les détecter et mesurer leur énergie, une équipe du LPSC a développé un détecteur directionnel portable pour les neutrons de haute énergie, qui sont les plus dangereux pour l’Homme du point de vue de la dose déposée.

Le détecteur portable Mimac-FastN est une retombée du projet Mimac 1 , dont l'objectif est la réalisation d'un grand détecteur directionnel de matière noire. En effet, l’équipe a conçu une chambre élémentaire de Mimac qui a l'avantage d'être légère et compacte – elle tient sur un petit chariot - et peut être alimentée par une batterie. L’équipe de chercheurs et ingénieurs a développé une électronique de lecture rapide, et a conçu pour cela un circuit spécifique (Asic-Mimac) ainsi que des logiciels d’acquisition et d’analyse de données. Mais Mimac-FastN réalise surtout deux performances clés. Il détermine l’énergie des neutrons dans une plage très étendue qui va d’une énergie de 10 keV jusqu’à 600 MeV, plage qui n’est pas couverte par les détecteurs existants. De plus la détection est directionnelle, ce qui permet de localiser la source de neutrons. Le principe du détecteur repose sur la collision élastique des neutrons avec les noyaux 4He du gaz contenu dans la chambre d’ionisation et sur la mesure de la trace du recul des noyaux en 3D. "Mimac-FastN sera l'unique spectromètre directionnel du marché capable de mesurer des énergies aussi élevées", affirme Daniel Santos, responsable du groupe Mimac au laboratoire de Grenoble.

Le Labex Enigmass a financé l’effort de valorisation de Mimac dès 2014 et le programme de prématuration du CNRS a retenu ce projet en 2015, afin de réaliser un prototype et une étude de marché préliminaire. Ce prototype (TRL 4) 2  a été validé à l'Institut de physique nucléaire de Lyon (IPNL, CNRS/Université Claude Bernard), au Centre Antoine Lacassagne 3  de lutte contre les cancers, à Nice, et sur l'accélérateur GENEPI du LPSC. Depuis mai 2017, la SATT Linksium de Grenoble a retenu Mimac-FastN en projet de maturation. L'objectif est de réaliser un prototype opérationnel (TRL 7) en travaillant sur l'ergonomie du détecteur et sur ses logiciels.

Pour en savoir plus

• Le projet ENIGMASS

• 1Le projet Mimac, porté par le Laboratoire de physique subatomique et de cosmologie et mené en collaboration avec l’Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers (CEA/Saclay), le Centre de physique des particules de Marseille (CNRS/AMU) et l'Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire (IRSN) à Cadarache, est une étape vers la définition d'un grand détecteur directionnel pour la matière noire.
• 2L’échelle TRL (Technology Readiness Level ou Niveau de maturité technologique) est un système de mesure, basé sur 9 niveaux progressifs, employé pour évaluer le niveau de maturité d’une technologie jusqu’à son intégration dans un système complet et son industrialisation.
• 3Établissement de santé de droit privé à but non lucratif et reconnu d’utilité publique, le Centre Antoine Lacassagne est l’un des 18 centres de lutte contre le cancer.