Limite sur la contamination en uranium 238 du scintillateur

L'évolution du taux de BiPo 214 dans le scintillateur est présentée figure 8.7. Celui-ci est maximum au début du run et correspond à la concentration de radons introduits accidentellement dans le scintillateur. Remarquons la présence d'une forte concentration de BiPo le 40^e jour, corrélée avec le jour où le scintillateur a été purifié. L'explication retenue par la collaboration dans l'explication de ce pic, est une introduction accidentelle de radon dans le scintillateur durant cette opération.

Figure 8.7: Évolution du taux de BiPo en fonction du jour.

Figure: « Zoom » de l'évolution du taux de BiPo entre le 1^er et le 30^e jour. Avec ajustement de données.

Figure: « Zoom » entre le 65^e et le 105^e jour, avec ajustement de données.

Figure 8.8: « Zoom » de l'évolution de BiPo en début et en fin des runs, et ce avec le meilleur ajustement des données.

Un ajustement des données par une exponentielle, dans les premiers jours d'acquisition, nous fournit le temps de décroissance du radon, figure 8.8(a) :

$$\tau_{{Rn}}^{}$$ = 5, 68 ^{+0, 25} _{-0, 28} jours

compatible avec 5, 52 jours (voir chaîne de désintégration page 8.4).
En se plaçant quelques semaines après la dernière introduction de radon, à partir du 65^e jour 8.8(b), la contamination en radon introduit artificiellement, a décrû d'environ 1 - exp(-25/5, 5) = 99 %. Connaissant le taux de désintégration $\rho$ du BiPo 214, et en supposant un équilibre séculaire de la chaîne de désintégration de l'uranium 238, nous pouvons en calculer une limite sur sa contamination R₀ dans le PC, par :

c_R0 = $${\frac{{\rho\cdot\tau\cdot M_0}}{{\mathcal{N}_{A}\cdot m_{\mathrm{sc}}}}}$$ ,

où $\rho$ est l'activité du BiPo en jour, $\tau$ = 6, 5 ^. 10⁹ ans, M₀ = 238 g masse molaire de l'uranium 238, $\mathcal {N}$_A est le nombre d'Avogadro et m_sc la masse du scintillateur exprimée en grammes. Ainsi, si le taux de comptage du BiPo long est de 1 par jour et par tonne, la contamination en uranium 238 et de :

c[²³⁸₉₂U](1 coup BiPo214/j/t) = 9, 36 ^. 10^-16 g

Le taux de radon mesuré durant 35 jours de run est de $\rho$ = 2, 66 ^{+0, 3} _{-0, 3} ^. 10^-5 Hz pour 3, 68 t de scintillateur. En tenant compte des efficacités de coupures utilisées :

• en énergie pour la seconde particule de 100% ;
• en temps de coïncidence, 99, 3% ,

L'efficacité totale est de 99, 3%. La contamination en ²³⁸₉₂U est de :

c[²³⁸₉₂U] = 5, 85 ^{+0, 80} _{-0, 71} ^. 10^-16 g

Cette valeur est à comparer au taux nominal nécessaire à Borexino de 10^-16 g.