Établissement :

ILL, Institut Laue-Langevin

Description :

Cette fiche présente conjointement trois dispositifs successifs de bouteilles de conception différente, développées directement par l'ILL ou en partenariat. Avant ces créations, l'une des premières bouteilles destinées à contenir des neutrons ultra-froids a été construite par Steyerl et Trüstedt à Munich, en 1974 (non décrite ici). Mais ses caractéristiques étaient très imparfaites, car ils observèrent que la durée de confinement est fortement limitée par des fuites (les neutrons sont très petits) et par l'absorption et la diffusion inélastique des neutrons sur les parois (notamment l'hydrogène).

-01 : En 1980, pour lutter contre le phénomène des "fuites" de neutrons, l'ILL développe trois nouveaux dispositifs, l'un en acier inox, l'autre en aluminium et le troisième en quartz (version présentée ici) afin d'expérimenter l'effet du matériau sur l'efficacité du confinement. Pour réduire leur absorption par l'hydrogène présent sur les parois, cette bouteille dispose d'un système de nettoyage interne par décharge luminescente sous vide, comme technique d'élimination de l'hydrogène présent sur les parois internes du piège. Finalement, les approches qui se révèleront les plus efficaces seront celles qui intègreront des parois liquides sans hydrogène.

-02 : Entre les deux dispositifs appelés Mambo I et Mambo II (voir fiches n° ILL 7 -n°id=8- et 738 -n°id=744-), l'ILL développe en 1992, en partenariat avec le Petersburg Nuclear Physics Institute de Gatchina, en Russie, une bouteille à parois en oxygène solide ou en béryllium. Ce dispositif a atteint l'une des plus longues durées de confinement des neutrons. Elle est en effet conçue pour la mesure du moment dipolaire électrique du neutron à partir des neutrons piégés dans des bouteilles matérielles.

-03 : Enfin, l'ILL a développé en l'an 2000 une bouteille à parois liquides. Celle-ci peut être mise en rotation afin de couvrir ses parois internes d'un film étanche de liquide. En 2002, elle détenait le record de la mesure la plus précise, soit une durée de vie du neutron de 885,5 ± 0,97 s secondes.

Dans les dispositifs de ce type, la durée de vie du neutron est mesurée par l'observation directe de la diminution spontanée d'une population de neutrons piégés. Les bouteilles à neutrons se sont progressivement complexifiées pour résoudre le difficile problème des fuites (ou déperdition) de neutrons. Dans le courant des années 2000, ces dispositifs seront supplantés par la génération des pièces magnétiques, plus performants.

Utilisation :

En 1954, Zel'dovich avait montré qu'il devait être possible de confiner des neutrons ultra-froids (neutrons d'énergie très faible et de très grande longueur d'onde) dans des pièges matériels, et les physiciens ont vite compris l'intérêt de cette approche pour la mesure de quantités comme le moment dipolaire électrique (EDM) ou la durée de vie du neutron. Les premières mesures de la durée de vie moyenne du neutron ont porté sur la "radioactivité" d'un faisceau de neutrons, c'est-à-dire sur la détection des protons apparaissant spontanément au sein du faisceau. C'est une mesure absolue, donc difficile à obtenir et peu précise en fin de compte.
Il lui est maintenant préféré le confinement de neutrons ultra-froids, soit dans des bouteilles matérielles à neutrons, soit dans des pièges magnétiques. C'est un grand progrès, parce que cela permet d'augmenter le temps pendant lequel il est possible d'observer les neutrons, et parce que la mesure obtenue est relative, c'est-à-dire indépendante de l'efficacité des détecteurs, des imperfections du piège, etc.

Aspects Physiques :

Hauteur 50 cm , Diamètre 40 cm , Poids 20 kg , Couleur transparent ,

Médias

3170  3171  3172  3173 

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No	Description
3170	Piège en quartz à neutrons ultra-froids - vue latérale (ILL, 1980)
3171	Schéma - Bouteille dite Valery de 1992 (PNPI-ILL)
3172	Bouteille dite d'Arzumanov de 2000 (ILL) - à parois liquide
3173	Présentation de synthèse de 2011 d'Alain Filhol (ILL)