Double-beta decay measurement of 100Mo to the excited 0+1 state of 100Ru in the Nemo3 experiment - R&D program for SuperNEMO : development of a BiPo detector to measure ultra low contaminations in the source foils
Mesure des processus de double désintégration bêta du 100Mo vers l'état excité 0+1 du 100Ru dans l'expérience Nemo3 - Programme de R&D SuperNEMO : mise au point d'un détecteur BiPo pour la mesure de très faibles contaminations de feuilles sources
Résumé
The Nemo3 detector was designed for the study of double beta decay and in particular the search for neutrinoless double beta decay ( bb0v). The quantity of 100Mo in the detector (7 kg) allows also a competitive measurement of the two-neutrino double beta decay ( bb2v) of 100Mo to the excited 0+1 state of 100Ru (eeNy channel). Monte-Carlo simulations of the effect and of all the possible sources of background have been studied in order to determine their contributions to the full Nemo3 experimental data (2003-2011). These one have then been analysed : the bb2v decay half-life has been measured, and a limit on the bb0v decay has been obtained. Moreover, the SuperNEMO experiment aims to reach a sensitivity up to 1026 years on the half-life of neutrinoless double beta decay. The SuperNEMO detector radioactivity has to be as low as possible. Especially radiopurity levels of 2 µBq.kg-1 in 208Tl and 10 µBq.kg-1 in 214Bi are required for the source foils. The gamma-spectrometry can not measure such low contamination levels. Hence, a BiPo dedicated detector has been developped to measure 208Tl and 214Bi contaminations, identi ng the Bi->Po->Pb b-alpha chains. A proof of principle has been performed and the detector background has been measured. Assuming these values, a full BiPo detector of 3:6m2 can achieve the required sensitivities for the SuperNEMO source foils within six months of measurement.
Le détecteur Nemo3 a été conçu pour étudier la double désintégration bêta, et notamment, le processus sans émission de neutrino ( bb0v). Toutefois, la quantité de 100Mo présente dans le détecteur (7 kg) permet aussi une mesure compétitive de la double désintégration bêta avec émission de deux neutrinos ( bb2v) du 100Mo vers l'état excité 0+1 du 100Ru (canal eeNy). Ledit processus et les sources de bruit de fond attendues ont d'abord fait l'objet 'études par simulations Monte-Carlo, a n d'estimer ensuite leurs contributions respectives à l'ensemble des données expérimentales de Nemo3 (2003-2011). Celles-ci ont été analysées : la demi-vie du processus bb2v a pu être mesurée et une limite inférieure sur la demi-vie du processus bb0v établie. Par ailleurs, l'expérience SuperNEMO, successeur de Nemo3, vise à atteindre une sensibilité de 1026 années sur la demi-vie du processus bb0v. Aussi, la radiopureté des feuilles sources de SuperNEMO est soumise à des contraintes que ne permettent pas de mesurer les méthodes usuelles de spectrométrie y : 2 µBq.kg-1 en 208Tl et 10 µBq.kg-1 en 214Bi. C'est pourquoi un détecteur dédié, BiPo, a été développé pour mesurer les contaminations en 208Tl et en 214Bi des feuilles sources de SuperNEMO, par détection de la chaîne b-alpha de décroissance Bi->Po->Pb. Après avoir validé le principe de mesure, la contamination intrinsèque au détecteur a été mesurée. Extrapolée à un détecteur BiPo final de 3:6m2, ce dernier permettra de mesurer les contaminations des feuilles sources de SuperNEMO en 208Tl et en 214Bi, en six mois de mesure, avec la sensibilité requise.
Mots clés
Nuclear counters
Radiation background
Standard Modes (nuclear physics)
Weak interactions (nuclear physics)
Leptons (nuclear physics)
Matter-antimatter symmetry
Underground laboratory
Neutrinos
Majorana
NEMO
Symétrie matière-anti-matière
Laboratoire souterrain
Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules
Détecteurs de rayonnements
Rayonnement de fond
Modèle Standard (physique nucléaire)
Interactions faibles (physique nucléaire)
Leptons (physique nucléaire)
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