Du détecteur mono-canal au multidétecteur
On évoque ici la détection des neutrons à base de compteurs proportionnels à gaz qui, dans le contexte de l'ILL et hors imagerie, reste la plus performante car, presque insensible aux rayons gamma. Les grandes lignes de l'évolution des détecteurs intégrateurs est décrite séparemment.
Les multi- ou poly-détecteurs utilisant cette technologie sont des dispositifs qui comptent les neutrons tout en localisant leur point d'impact de façon plus ou moins précise. On les nomme donc "détecteurs à localisation" ou PSD pour "Position Sensitive Detectors". Prudence toutefois avec ce terme PSD qui est maintenant volontiers réservé aux seuls compteurs proportionnels à division de charge qu'on devrait plus correctement appeler "linear PSD". L'essentiel de l'évolution des détecteurs à localisation a été axé à la fois vers une amélioration de la précision de localisation et l'augmentation du domaine spatial couvert. La localisation reste à l'échelle du centimètre alors que les dispositifs intégrateurs permettent une localisation de type photographique.
Le monodétecteur roi
Les détecteurs mono-canal (ou monodétecteurs) de type compteurs proportionnels à gaz étaient la règle en 1971. Ils sont une évolution des chambres à ionisation des pionniers de la neutronique.
Sur la photo de 1949 on voit le spectromètre à neutrons avec lequel Clifford Shull a mené une partie des recherches qui lui ont valu un prix Nobel de physique en 1994. Comme la photo le montre, l'instrument est doté d'un monodétecteur de neutrons pouvant tourner dans le plan horizontal autour de l'échantillon. Il y a une grande ressemblance entre cet instrument de 1949 et des instruments de l'ILL des débuts comme les diffractomètres D2, D5, D8, D9. La situation va radicalement changer avec le développement de multidétecteurs de plus en plus grands.
Multidéteurs mono- et bi-dimensionnels
Parce que l'échantillon diffuse les neutrons dans toutes les directions, le rève du physicien est de disposer d'un détecteur sphérique couvrant presque 4π steradian. Mais est ce réalisable ?
Pour ce qui concerne les compteurs de neutrons, à l'ILL la bataille débute dès 1970 avec D6 et ses monodétecteurs mobiles. En parallèle des détecteurs à localisation sont inventés, d'abord monodimensionnels (droits ou courbes) qu'on appelle ici "multidétecteurs 1D" puis, très vite, bidimensionnels (plans ou courbes) et qu'on appelle ici "multidétecteurs 2D".
Plusieurs technologies s'affrontent de part le monde avec des fortunes diverses mais le groupe détecteur de l'ILL se concentrera sur un petit nombre d'entre elles.
Paver la sphère | |
Multidétecteurs 1D | |
Multidétecteurs 2D |
Glossaire des technologies de multidétecteurs
Sigle | Nom | Instruments ILL en 2022 | ||
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PSD | Position Sensitive Detector | A l’origine, c'était le terme générique désignant tout détecteur à enceinte unique qui délivre une information uni-dimensionnelle (1D), ou bi-dimensionnelle (2D), sur la position des neutrons détectés à l’intérieur de l’enceinte. Aujourd’hui, on réserve le terme PSD (ou "linear PSD") aux compteurs proportionnels à division de charge. | ||
MWPC | MultiWire Proportional Counter/Chamber | Anodes et cathodes sont des fils tendus. Ce sont soit des détecteurs 1D soit des détecteurs 2D (fils croisés). Instruments : D1B, D11 (avant 2020), D20 (avant 2023), D19, SALSA, D9, PF1B, PF2. D16 et D10 (en cours de remplacement en 2022) | ||
MPGD | Micro Pattern Gas Detector | Famille de détecteurs qui comprend les MSGC (MicroStrip Gas Counter), GEM (Gas Electron Multiplier), THGEM (Thick GEM), MicroMegas (Micro Mesh gas), uRWELL (micro resistive Well), etc. The CMS detector at CERN is equipped with a GEM subdetector to improve muon tracking. | ||
MSGC | MicroStrip Gas Counter | Les fils sont remplacés par des pistes gravées sur un substrat en verre. Instruments : D20, D4 | ||
MSPC | MicroStrip Proportional Counter | Ancienne appelation des MSGC. | ||
trench-MWPC | trench - MultiWire Proportional Counter | MWPC particulière dans laquelle les fils de cathode sont remplacés par des lames métalliques; les fils d’anode sont positionnés à l’intérieur de cavités longitudinales dans ces lames. Instruments: XtremeD et, en cours de développement en 2022, D16, D20, D10 | ||
MT | Multitube | Des enceintes comprenant plusieurs tubes partageant le même volume de gaz. Les tubes peuvent être des tubes en inox, comme pour les PSDs (compteurs proportionnels à division de charge), mais à la différence de ces derniers, ils sont soudés en leurs deux extrémités sur des brides inox. Ils constituent alors une enceinte unique rendue étanche grace à des couvercles recouvrant les brides. Instruments : IN13, IN5, PANTHER | ||
MTGC | MultiTube Gaz Counter | Association de tubes PSD commerciaux D11 et Sharp Tubes groupés en une seule enceinte IN5, Panther | ||
MAM | Monobloc Aluminum Multitube | Les MAM sont des MT dont tous les tubes sont usinés dans un unique block d’aluminium. Cette technologie est réservée aux petits détecteurs. Instruments : Figaro, D17, IN16, D33, D3 | ||
MICROMEGAS | MICRO MEsh GASeous detector | A two-stage parallel-plate avalanche chamber of small amplification gap (100 μm) combined with a conversion-drift space. | ||
MILAND | MIllimeter Large Area Neutron Detector | |||
GSPC | Gas Scintillating Proportional Chamber | |||
GEM | Gas Electron Multiplier | A micro-pattern gaseous ionization detector | ||
ThGEM | Thick GEM | |||
µRWEL | micro Resistive Well | A micro-pattern gas detector (MPGD) with a single amplification stage | ||
WLSF | Wavelength shifting fiber | Fibre optique dans laquelle les photons capturés sont ré-émis avec une autre longueur d’onde. Quelques % de la lumière émise par le scintillateur sont réfléchis sur les parois internes de la fibre et sont détectés. Ce système permet de recouvrir une feuille de scintillateur avec des fibres parallèles pour en faire un détecteur à localisation. | ||
Anger Camera | Détecteur à localisation constitué par un scintillateur plat dont le signal est lu par un groupe de tubes photomultiplicateurs |
Bruno : liste à compléter même avec des appelations utilisées de façon temporaire.
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