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Production des feuilles sources de SuperNEMO, une étape clé

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Production des feuilles sources de SuperNEMO, une étape clé

Le 3 octobre 2017, après 4 ans de Recherche & Développement et de production, la dernière feuille source pour le démonstrateur SuperNEMO (Neutrino Ettore Majorana Observatory) a été produite. Il s’agit là d’une étape essentielle pour le programme scientifique et technologique de la collaboration internationale SuperNEMO impliquant six laboratoires de l’IN2P3. SuperNEMO est un détecteur de 4e génération pour l’étude de la double désintégration béta sans neutrino installé dans le laboratoire souterrain de Modane (LSM).

Situé dans le laboratoire souterrain de Modane, dans le Tunnel du Fréjus à 1700 m sous la roche (équivalent 4200 m.eau) à l’abri des rayons cosmiques, SuperNEMO permettra d’étudier les propriétés fondamentales des neutrinos. Pour ce faire SuperNEMO traque les désintégrations dites « double béta » (émission simultanée de deux électrons) de l’isotope 82 du Sélenium, 82Se. La source de « double béta » se présente sous forme de feuille mince et est entourée d’une chambre à traces et d’un calorimètre (permettant de détecter les électrons émis). Cette technique, dite tracko-calo permet de réduire considérablement le bruit de fond et de discriminer différents processus.

Les feuilles source au centre contiennent environ 7 kg de 82Se. Elles sont composées essentiellement de cet isotope, avec 10 % de colle PVA (Alcool PolyVinylique) d’une épaisseur moyenne de 300 micromètres d’épaisseur, le tout entouré d’un film plastique fin, du Mylar de 12 micromètres d’épaisseur pour la tenue mécanique. Ces feuilles sont longues de 2,7 m, larges de 13,5 cm. Elles viendront s’installer dans un cadre (conçu par un laboratoire au Texas) côte à côte, un peu comme un store vertical, mais attachées de façon fixe en haut et en bas.

Feuille SuperNEMO comme elle sera installée dans le démonstrateur

Sur les 34 feuilles de 82Se qui seront installées, 23 ont été produites au LAPP (Laboratoire d’Annecy de Physique des Particules) soit près de 70 % et 11 produites à ITEP (Institute for Theoretical and Experimental Physics à Moscou, Russie).

18 de ces feuilles ont été fabriquées avec la méthode déjà utilisée sur les expériences NEMO des précédentes générations, où la partie contenant le 82Se est en une seule pièce entourée d’un Mylar microperforé permettant le séchage du mélange 82Se-PVA. Cette fabrication a été menée en étroite collaboration entre le LAPP, le LSM et l’ITEP avec de nombreux échanges dans le cadre de l’accord Franco-Russe IN2P3/ITEP.

Les 16 autres feuilles ont été fabriquées par une méthode innovante développée au LAPP qui a nécessité plusieurs années de Recherche & Développement. Celle-ci consiste à préparer des pavés de 82Se-PVA autoporteurs qui sont ensuite ensachés dans du Mylar non perforé donc moins sujet à contamination. En effet, la difficulté majeure de production de ces sources est d’assurer qu’une fois produites leur radioactivité soit au moins 50 millions de fois inférieure à la radioactivité naturelle (100 désintégrations par seconde pour un kilogramme de bananes contre 1 désintégration tous les 6 jours venant des feuilles sources !). Ceci requiert de travailler avec des matériaux et des outils sélectionnés pour leur très grande radiopureté et de se protéger des poussières qui contiennent de la radioactivité naturelle.

Ainsi, la chaîne de production est installée en salle blanche avec flux laminaire de classe 5 ou 6. Le sélénium de son côté a été purifié avec différentes méthodes dans les laboratoires en Russie (Dubna, ITEP) ou encore aux USA. Chaque élément entrant dans le démonstrateur est validé par des mesures de radiopureté dans des détecteurs germanium au LSM ou au CENBG (Centre d’Etudes Nucléaire de Bordeaux Gradignan) ou dans un instrument encore plus sensible, le détecteur BiPo spécifiquement conçu pour ces mesures par le LAL (Laboratoire de l’Accélarateur Linéaire d’Orsay) et installé dans le laboratoire souterrain de Canfranc (LSC) en Espagne.

La fin de production des feuilles source a été annoncée lors de la toute récente réunion de collaboration qui s’est tenue au LAL début novembre, suivie de l’inauguration officielle de SuperNEMO le 9 novembre 2017 à Modane. Le planning prévoit une installation des feuilles source au printemps 2018 avec fermeture du démonstrateur (le premier module du détecteur) et une prise de données dans la foulée. Les équipes impliquées dans SuperNEMO attendent avec impatience ces données.

Contact chercheur : Dominique Duchesneau, responsable SuperNEMO au LAPP
Contact technique : Andrea Jeremie, coordinatrice technique SuperNEMO

Image de miniature : Feuille SuperNEMO de Sélénium en cours de fabrication en salle blanche