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BF3 ou Hélium 3 ?

Les détecteurs de neutrons les plus utilisés sur les spectromètres sont des détecteurs proportionnels à gaz (BF3 ou 3He) car ils sont capables de discriminer le rayonnement gamma qui, pour tous les autres types de détecteurs, produit un bruit de fond génant.
Mais, BF3 ou 3He, quels ont été les choix de l'ILL ?

BF3

Au début de la neutronique, c'est presque exclusivement du gaz 10BF3 qui est utilisé malgré sa dangerosité (corrosif, explosif avec l'eau, dangereux pour la santé) car bien moins cher et rare que l'3He.

Quand le RHF démarre, le CENG/LETI est le seul en France à posséder une unité de production de 10BF3. En 1989, il est mis dans l’obligation de la rénover totalement pour des raisons de sécurité et de sûreté. Le coût, d’une telle opération est alors jugé trop élevé car le BF3 n’avait plus aucun avenir en raison du danger potentiel qu’il représentait et de la possibilité de le remplacer par l’3He dont le prix avait fortement chuté depuis. Le LETI démantèle donc son installation et arrête la fabrication de détecteurs neutroniques à gaz.
Cet arrêt a eu deux conséquences :

  1. La seule unité en France capable de recycler le BF3 disparaît.
  2. Les laboratoires disposant encore de coûteux multi-détecteurs de technologie BF3 sont "orphelins". Un détecteur qui tombe en panne ne peut plus être réparé et doit être stocké faute de pouvoir être recyclé.

En ???, le CRG D1B financé par l'Espagne, remplace son détecteur BF3 "banane" de 400 cellules (le 1er multidétecteur de l'ILL et le second au monde) par un multi-détecteur 3He 800 cellules. Qu'est devenu le détecteur BF3 ?

Hélium-3

A typical 3He bottle
©2001 ILL, A. Filhol

Pour la détection des neutrons, le gaz 3He n'a que des avantages vis-à-vis de BF3, excepté son prix. En effet il reste rare car il est essentiellement produit pas la désintégration spontanée du tritium, lui même un sous-produit des bombes atomiques et de l'électronucléaire.

Au début de l'ILL le gaz 3He était cher et n'était disponible qu'en petites quantités. Ce n'est que vers le milieu des années 70 qu'il est devenu plus abondant grâce au developpement de l'électronucléaire et des moindre besoins militaires en tritium. Il est soudain devenu rare et très cher vers ???? du fait de choix politiques des USA.

Multidétecteur de D1B : 1972 --> BF3, 200x --> 3He

L'ILL a démarré juste au moment de la bascule BF3/3He et il n'y avait pas encore les électroniques appropriées.

Jean Jacobé raconte :

Pour les PréAmplificateurs de Charges (PAC), j'ai développé, avec des composants implantés sur un circuit imprimé, un ensemble "pré-ampli, ampli-discriminateur et monostable" qui délivrait en sortie un signal de 5 volt pour traitement par un module logique et visualisation sur un ordinateur.
Par la suite, j'ai contacté une entreprise pour intégrer cela sous une forme hybride sur un support céramique (dimensions: 50x20x5mm) ce qui rendait possible de positionner beaucoup plus de PAC sur une même carte mère. A. Rambaud m'a beaucoup aidé pour ces développements.

Jens Boie Suck raconte :

Electronics
To my knowledge, I was the first, who developed a charge sensitive pre-multiplier for 3He detectors in neutron scattering. Knowing this or in parallel, the same kind of premultiplier was developed at ILL by Jacobé and Rambaud.
I was doing my thesis at Karlsruhe and was building two TOF spectrometers, one being the forerunner of IN4 and that is the reason why I was recommended to Rudolf Mössbauer as responsible for IN4 when he put Winfried Drexel into the electronic section. As ILL knew that I had developed a pre-amplifier and had experience of working with it, either Rambaud and Jacobé, or Klesse and one of the two named first, came to Karlsruhe to compare the working of their pre-amplifier with mine (background). Of course their amplifier was not better than mine, but it looked MUCH better and was incredibly more expensive.
1’’ 3He detectors
At the same time I was testing 1’’ 3He detectors bought from different firms. I was possibly the world expert in 1’’ 3He detectors at the beginning of the 70th or, at least, I was often invited to present my results. The consequence of my studies was that Hewlett Packard turned out to be the best (background of 1 count/minute with stopped reactor, most likely due to a better Zr-compound for the isolation of the central wire, which at that time still was at 3000 Volts). The 1200 Volt, which we used later, only came later in the 70th. The next best were from Nuclear Instruments, which had a slightly higher background. The consequences of these investigations were that we bought HP for our spectrometers in Karlsruhe and the ILL bought HP for their spectrometers.

??[AF]?? Hewlett Packard ou Reuter Stokes ????

Innovation ILL 197? : développement et industrialisation d'électroniques sur céramique pour les détecteurs 3He

BF3, le retour ?

Vers 200x, pour des raisons politiques, les USA, principal producteur de 3He organisent sa rareté avec, pour conséquence, une vertigineuse envolé des prix. Les laboratoires qui, comme l'ILL, en font une grande consommation voient devenir financièrement impossible la fabrication de nouveaux détecteurs de grande taille ou la réparation de ceux existants.

Tout le monde se lance alors dans le développement de détecteurs à BF3 solide (pour éviter les dangers du gaz) mais cela aboutit à des détecteurs bien plus volumineux et c'est un vrai challenge d'obtenir des efficacités comparables à celle des détecteurs à gaz 3He.

Innovation ILL : conception d'un détecteur BF3 susceptible de rivaliser avec les détecteurs 3He

Cette crise 3He n'aura qu'un temps et ce détecteur BF3 reste, pour l'instant, à l'état de prototype.

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Dernière mise à jour: 15 September 2021