Bruits de fond

Dans la gamme d'énergie où l'on attend le signal neutrino, un électron d'une énergie maximum de 665 keV, certaines des longues chaînes de désintégration radioactives présentes dans le scintillateur sont émettrices de particules $\alpha$ ou $\beta$. En pratique, en raison d'une bonne discrimination $\alpha$-$\beta$ (supérieure à 90 %) les particules $\beta$ issues de ces chaînes sont les bruits de fond dominant.

Suivant le type de détection de neutrinos considéré, différents bruits de fond sont à prendre en considération. Je rappelle ici les niveaux de radiopureté imposés par la détection des neutrinos du ⁷Be. On trouvera section 8.1 une description des bruits de fond concernant la détection des neutrinos de réacteurs nucléaires (muons, neutrons rapides ...).

Les sources les plus importantes de contamination du détecteur interne, i.e. contenues dans le scintillateur, peuvent être distinguées suivant leurs origines. Il s'agit dans un premier temps des radionucléides primordiaux. Ceux-ci sont représentés par les longues chaînes de désintégration radioactive d'isotopes lourds contenus dans le scintillateur. Dans un second temps il s'agit du ¹⁴C. Les taux nominaux des différents isotopes dans Borexino sont présentés ici [Collaboration 2002a].

• Les radionucléides primordiaux :
  • les isotopes ²³⁸U et ²³²Th sont émetteurs de nombreuses particules $\alpha$ et $\beta$. Ils peuvent alors induire, si leurs concentrations sont trop importantes, une mauvaise interprétation d'un signal neutrino. De même ils conduisent tous deux à un isotope du radon, lui même émetteur de particules $\alpha$ - $\beta$ pouvant diffuser dans le scintillateur. La concentration nominale de ²³⁸U et ²³²Th est de 10^-16 g.
  • le ⁴⁰K, qui a l'état naturel à une abondance isotopique de 1, 2 ^. 10^-4, possède une demie vie de 1, 3 ^. 10⁹ ans. Une partie du spectre $\beta$ (dont le maximun en énergie est de 1, 3 MeV), issue de sa désintégration radioactive, se situe dans la fenêtre de détection des neutrinos du ⁷Be. La concentration nominale est de 10^-14 g.
• Cas du ¹⁴C :
  • le ¹⁴C par désintégration $\beta$ (avec un maximum en énergie de 156 keV) avec une demi-vie de 5 730 ans, peut contribuer, si sa concentration est trop importante au signal $\nu_{{\isotopes{7}{Be}}}^{}$. Son taux nominal est ¹⁴C/¹²C = 10^-18.

La radiopureté de tous les contituants de Borexino a été testée. De plus le niveau de radiopureté du scintillateur sera controlé dans le prototype CTF, décrit section 8.2, avant de remplir Borexino. Ceux-ci assurent alors que la mesure du signal du ⁷Be pourra sortir largement du bruit fond (figure 3.10).

Figure: Signal neutrino du ⁷Be et bruit de fond compte tenu des caractéristiques nominales de Borexino.