Etude du transfert d’un spectromètre à écho de spin neutronique résonant d’une source continue vers une source pulsée


 

L’abandon des réacteurs de recherche au profit de sources pulsées est une tendance lourde en Europe. La France n’échappe pas à ce mouvement puisque le pays a connu l’arrêt définitif du réacteur Orphée en octobre 2019. Des perspectives nouvelles sont néanmoins entrevues, notamment grâce à la future source à spallation européenne (ESS) qui promet une augmentation du flux de neutrons sur les échantillons étudiés, dont on pourra réduire le volume et que l’on pourra ainsi étudier dans des environnements encore plus complexes qu’aujourd’hui. Cette mutation requiert toutefois une mise à jour -parfois importante- de l’instrumentation disponible.


L’article de Klimko et al.* s’inscrit dans cette démarche. Les auteurs y discutent les aspects pratiques du transfert du spectromètre à écho de spin neutronique résonant (NRSE) MUSES, autrefois en service au LLB, vers une source pulsée. Le NRSE est une technique de spectroscopie à haute résolution basée sur l’utilisation d’une série de flippers radiofréquences, permettant de manipuler la polarisation du faisceau et de mesurer de très faibles échanges d’énergie entre les neutrons et l’échantillon. Sur un réacteur délivrant un faisceau continu, leur réglage est réalisé pour une longueur d’onde λ qui reste constante tout au long de la mesure. Auprès d’une source pulsée, en revanche, λ dépend du temps. Cela nécessite donc de moduler l’amplitude du champ oscillant produit par les flippers, et de le synchroniser avec le pulse de neutrons et la chaîne d’acquisition. Klimko et al. décrivent la procédure permettant d’effectuer cette transition et montrent qu’il est possible d’obtenir un "écho de spin" (condition nécessaire à la mesure) stable sur une large gamme de longueurs d’onde (Figure gauche). Ce résultat encourageant laisse entrevoir un portage réussi du NRSE auprès des futures sources pulsées.

Figure : gauche : franges d’écho de spin obtenues sur un large spectre de longueurs d’onde ; droite : flipper radiofréquence courbe développé au LLB.

 

L’article s’intéresse aussi au fait que ces sources n’offriront pas toutes un flux aussi important que celui de l’ESS. C’est en particulier le cas des "Compact Advanced Neutron Sources" (CANS), dont l’établissement d’un réseau à l’échelle européenne apparaît aujourd’hui comme une solution d’avenir pour la diffusion neutronique. Dans ce contexte, il est nécessaire d’optimiser l’usage des neutrons disponibles par des innovations techniques. Klimko et al. donnent ici l’exemple d’un flipper radiofréquence courbe, réalisé en première mondiale (Figure droite). Ce dispositif permettra de compenser la perte de flux incident en augmentant drastiquement l’angle solide de détection.

*Article original : Feasibility study of the transfer of the neutron resonance spin-echo spectrometer MUSES from continuous reactor to pulsed source, S. Klimko, F. Legendre and S. Longeville, Journal of Neutron Research 23, 251-265 (2021)