Edelweiss-III

Edelweiss-III: Description expérimentale

• La cryogénie

  Les détecteurs d'Edelweiss-III opèrent tous à très basse température, à environ 20 milliKelvin. Le cryostat de l'expérience permet d'atteindre ces températures, pour un volume de 50 litres permettant d'accueillir environ 40 détecteurs. Il possède la particularité d'être à géométrie renversée, permettant un accès facile aux détecteurs.

• Les détecteurs FID

  Ce sont les détecteurs développés pour EDELWEISS-III, des bolomètres en Germanium équipés d'un jeu d'électrodes dit "Full InterDigit". Leur principe de fonctionnement est hérité des générations précédentes de détecteurs:
  • Les détecteurs Ge-NTDs : détecteurs mis en oeuvre dans l'expérience Edelweiss-I. Ces bolomètres sont constitués de monocristaux de 300g de germanium. L'interaction d'un WIMP avec ces cristaux génère un recul nucléaire avec une énergie typique de quelques keV à quelques dizaines de keV. Ce recul est mesuré à la fois par une mesure de chaleur (élévation de température de l'ordre d'un millionième de degré) et d'ionisation. Le seuil en énergie est de l'ordre de 10 keV. La mesure simultanée chaleur-ionisation permet de discriminer les reculs nucléaires de reculs électroniques générés par de la radioactivité gamma résiduelle, avec un facteur de réjection supérieur à 99,9%.
  • Les détecteurs InterDigit. Il s'agit de détecteurs de seconde génération conçus pour s'affranchir du problème des événements de surface rencontré avec les détecteurs standards NTDs: la radioactivité beta résiduelle génère des interactions à la surface des détecteurs qui ne peuvent être discriminés des WIMPs avec une simple mesure chaleur-ionisation. Les détecteurs Interdigit utilisent des électrodes "en peigne" (interdigitées) permettant de discriminer les interactions de surface grâce à une mesure des signaux d'ionisation (la géométrie du champ électrique étant modifiée en surface grâce aux électrodes).
  • Les détecteurs FID - Full InterDigit - fonctionnent sur le même principe que les InterDigit, mais les cristaux atteignent maintenant une masse de 800 grammes et ont été équipés d'électrodes interdigitées sur l'ensemble de leur surface, y compris les bords. Au total, la masse utile de chaque détecteur est passée de 160 grammes à 600 grammes, et les performances de réjection des bruits de fond améliorées.

• Blindages et véto

  Afin de réduire au maximum les interactions dues à la radioactivité et susceptibles d'être confondues avec des WIMPs, une succession de protections actives et passives sont mises en oeuvre, sous la forme de "poupées russes". Tout d'abord, un écran de plomb (15 cm d'épaisseur) diminue le niveau de radioactivité gamma. Au plus proche des détecteurs, du plomb archéologique est même utilisé: provenant d'une épave romaine de Ploumanac'h du IVe siècle, sa radioactivité en 210Pb est devenue négligeable. Un blindage de paraffine (30 cm d'épaisseur) a pour objectif de ralentir les neutrons ambiants. Puis un ensemble de scintillateurs permet d'agir comme véto contre le flux de muons résiduel. Enfin, les 1700 m de roche séparant le laboratoire souterrain de l'atmosphère permettent une protection efficace contre les rayons cosmiques. Par ailleurs, tous les matériaux entrant dans la fabrication des détecteurs ou de leur environnement ont été sévèrement sélectionnés quant à leur radioactivité, grâce à un banc de spectrométrie gamma réservé à cet usage au LSM.